[发明专利]Nb3

说明书

本发明提供在内锡法Nb₃Sn超导线材的制造中在促进Nb₃Sn层生成、超导丝机械强度(和增大界面电阻)、临界温度(磁场)、结晶粒微小化等方面功能丰富的Nb₃Sn超导线材及其制造方法。本发明一实施方式的Nb₃Sn超导线材的制造方法，具有如下工序：提供棒材(10)的工序，所述棒材(10)的中心部设有Sn插入孔(12)，且具有沿Sn插入孔(12)的外周面离散式设置的复数个Nb插入孔(14)；在Sn插入孔(12)中安装合金组成为Sn‑zQ(Q＝Ti、Zr、Hf)的合金棒，并在Nb插入孔(14)中插入Nb芯的工序；对棒材(10)进行缩径加工来制作规定外径的Cu‑xZn‑yM/Nb/Sn‑zQ复合多芯线的工序；以及对复合多芯线进行生成Nb₃Sn相的热处理的工序；所述棒材(10)的合金组成由Cu‑xZn‑yM表示(x：0.1～40质量％，M＝Ge、Ga、Mg或Al，但为Mg时x：0～40质量％)。

技术领域

本发明涉及一种Nb₃Sn超导线材，尤其是涉及一种使用内锡法的Nb₃Sn超导线材的制造方法。另外，本发明涉及一种适合在此Nb₃Sn超导线材的制造方法中使用的Nb₃Sn超导线材用的前驱体及使用该前驱体而成的Nb₃Sn超导线材。

背景技术

Nb₃Sn(铌三锡)是铌(Nb)与锡(Sn)的金属间化合物，其常被加工成线材，并使用于核融合和核磁共振(NMR：Nuclear Magnetic Resonance)装置用的超导磁体等。

虽然Nb₃Sn比铌钛(NbTi)更昂贵，但从临界磁场Hc的观点出发，相对于NbTi约15T，Nb₃Sn的磁场强度高达约30T。另外，Nb₃Sn的临界温度为18.3开尔文(K)，通常在4.2K，即液体氦的沸点温度下使用。

就机械性而言，作为超导线材的Nb₃Sn非常脆，不能够容易地制作成需要缠绕超导磁体的线材。为了克服此问题，电线制造商通常使用包含具有延展性的前驱体的复合电线来进行缩径加工。对于内锡法而言，包含Nb、Cu和Sn各自的合金。对于青铜法而言，在铜与锡的青铜基体中包含Nb。在两种制造工序中，通常将线材缩径加工到最终线径并缠绕于热处理前的螺线管或电缆上。即，Nb仅在热处理期间与Sn反应并形成脆的超导电铌三锡化合物。

接着，详细地说明上述作为前驱体的Nb₃Sn超导线材的制造方法，即青铜法和内锡法。

专利文献1中，公开了使用Cu-Sn-Zn母材和Nb合金芯的所谓的利用青铜法的线材制作技术。青铜法是指，通过使Cu中固溶了Sn的Cu-Sn或进一步固溶了第三元素的青铜母材与其中埋入的多根Nb芯进行扩散反应，来生成Nb₃Sn相的方法。但是，此方法存在以下问题，在线材加工方面Sn向母材中的固溶比例被限制在15.5质量％以下，难以增加Nb₃Sn体积，即难以提高每单位线材截面的临界电流密度。另外，青铜法中还存在以下问题，由于在拉丝加工中会产生较大的Cu-Sn合金的加工固化，因此必须进行中间退火，从而导致制造成本增大等。

另一方面，内锡法是指不使用Cu-Sn青铜，而在由纯Cu或固溶了Sn以外元素的Cu合金母材与其中埋入的多根Nb芯和Sn芯构成的前驱体线材中，通过热处理使Cu合金与Sn反应而先生成Cu-Sn相，接着通过已生成的Cu-Sn相与Nb进行扩散反应而最终生成Nb₃Sn相的方法。另外，专利文献2、3中，公开了使用内锡法的Nb₃Sn超导线材的开发示例。

通过采用内锡法代替上述的青铜法，解决了线材内部的Sn摩尔比低的问题，使Nb₃Sn体积的增加变为可能。但是，在以往的内锡法中存在以下课题，中央的Sn芯扩散到Cu母材后产生较大的空穴，会损害线材的机械性质。