物質・材料研究機 共用基盤部門 強磁場共用ステーション 2008 年度 ...

Nb-Zr 合 金 超 伝 導 線 材 の 新 しい 作 製 方 法
New Fabrication Process of Superconducting Nb-Zr Alloy Wire
足 利 工 業 大 学 斎 藤 栄
Sakae SAITO
Ashikaga Institute of Technology
物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 竹 内 孝 夫 , 伴 野 信 哉
Takao TAKEUCHI and Nobuya BANNO
National Institute for Materials Science
Abstract:
This paper describes the experimental study on the new fabrication process of superconducting Nb-Zr alloy wire. This
process is composed of some kinds of plastic workings to obtain the precursor wire with fine layers of components of alloy
elements. The finally obtained composite wires are subjected to diffusive heat treatments of the precursor in order to convert
to the alloy.
Keywords: CCE-process , fabrication process, superconducting wire, Nb-Zr alloy
E-mail: ssaito@ashitech.ac.jp
1. はじめに
ニオブとジルコニウムの 合 金 (Nb-Zr 合 金 )は、 現 在 、
実 用 化 されている 超 伝 導 線 材 の Nb-Ti 合 金 とほぼ 似 た
特 性 を 持 っており、 臨 界 温 度 (Tc)の 最 高 値 は Nb-Ti
系 を 上 回 っている。また、40%Nb-60%Zr 合 金 では
28GPa の 高 圧 下 で、 合 金 としては、 最 高 の Tc=16.5K
が 観 測 されている。しかしながら、Nb-Zr 合 金 は、Nb-Ti
合 金 に 比 べて 加 工 性 の 問 題 ( 安 定 化 銅 との 複 合 加 工 性
が 悪 い)や 熱 処 理 条 件 に 関 する 問 題 (α 相 析 出 に 高 い
温 度 で 熱 処 理 →ピン 止 め 部 の 密 度 減 少 )があり、 実 用
化 に 至 ってない。これらの 問 題 点 は、 従 来 の 合 金 線 材
の 作 製 方 法 ( 鋳 塊 を 塑 性 加 工 して 線 材 化 )におけるも
のである。しかし、 溶 解 過 程 を 経 ない 線 材 化 方 法 があ
るとした 場 合 、 状 況 は 異 なってくる。そのようなプロ
セスは 本 質 的 に 脆 い 金 属 間 化 合 物 超 伝 導 材 料 の 線 材 方
法 として 何 種 類 かが 研 究 開 発 された。その 一 つにクラ
ッドチップ 押 出 し 法 (CCE 法 ) 1) がある。CCE 法 は
Nb-Zr 複 合 体 の 線 材 化 に 対 しても 有 効 であると 考 えら
れ、 著 者 の 研 究 室 で 検 討 されてきたが、 幾 つかの 問 題
点 が 存 在 する 2) 。
本 研 究 ではこれまでの 研 究 において 指 摘 された 問 題
を 検 討 することを 目 的 とした。 即 ち、Zr の 加 工 性 の 悪
さに 起 因 した Nb-Zr 複 合 体 の 不 均 一 変 形 問 題 を 検 討 す
ることである。 具 体 的 には、Zr の 塑 性 流 動 特 性 を 改 善
するべく、Nb-Zr 複 合 体 作 製 段 階 で 熱 処 理 とその 複 合
体 の 加 工 性 の 関 係 を 検 討 ながら 前 駆 体 線 材 を 作 製 する
方 法 (1 パス・1 ヒート)を 検 討 した。また、 得 られた 線
材 の 超 伝 導 特 性 の 評 価 も 行 った。
2. 実 験 方 法
供 試 素 材 は、 純 度 99.86 %のニオブ(Nb) と 純 度
99.20%のジルコニウム(Zr)である。 本 研 究 ではクラッ
ド 圧 延 工 程 における Zr 層 の 加 工 性 を 改 善 するため 1
回 圧 延 後 、 直 ちに 焼 鈍 を 行 う 方 法 (1 パス・1 ヒート)
を 検 討 することとした。 実 験 工 程 の 概 略 図 を Fig.1 に
示 す。 厚 さ 0.5 mmの Nb 薄 板 と、 厚 さ 0.5 mmの Zr 薄 板
を 用 いてクラッド 圧 延 (8 パス 程 度 )した。この 時 、
各 圧 延 後 、 直 ちに 焼 鈍 ( 真 空 度 5×10 -4 Torr 程 度 で、
850℃で 1h)を 行 った。
Fig.1 Fabrication process of Nb-Zr alloy wire by the CCE method.
このようにして、 厚 さ 0.42 mmの Nb/Zr/Nb 積 層 薄 板 材
を 作 製 した。それを 細 片 (チップ) 化 した 後 、 銅 容 器
( 内 径 30 mm、 外 径 40 mm)に 充 填 し、 冷 間 押 出 し 加 工
を 行 った。 押 し 出 された 銅 被 覆 Nb/Zr 複 合 体 棒 を 920℃
で 1 時 間 の 焼 鈍 処 理 した 後 、 内 部 の Nb/Zr 複 合 体 を 直
径 15.7 mmで 長 さ 32 mmに 切 削 し、それを Nb 容 器 で 被 覆
し、 丹 銅 容 器 に 充 填 したビレットを R=5 で 再 押 出 し 加
工 した。それを 約 3 mmの 線 材 とした 後 、それらを 用 い
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