機械合金処理を用いた新しい高磁界超伝導体の合成

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06650787
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 太刀川 恭治 東海大学, 工学部, 教授 (40197372)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 豊 東海大学, 工学部, 助教授 (10266372)
• Keywords: 金属系超伝導体 / 機械合金処理 / 中間化合物 / Nb_3(Al,Ge) / Nb_3Sn / 高磁界特性

Research Abstract

これまで液体ヘリウム中(4.2K)で、超伝導線材により18テスラの磁界が発生されているが、本研究では、NMR分析装置、核融合装置等に必要な、4.2Kで20テスラ以上の高磁界発生が可能な超伝導線材の開発を目的とする。本年度は、A15相Nb_3(Al,Ge)及びNb_3Sn超伝導体について、それぞれNb_2(Al,Ge)及びNb_6Sn_5中間化合物粉末をNb粉末と機械混合した粉末を線材化する新しい作製法を研究した。
中間化合物粉末は、溶融したAl-Ge合金あるいはSnとNb粉末を溶融拡散させることにより容易に作製することが出来た。この粉末とNb粉末を本年度設置したグローブボックス内でAr雰囲気中でボールミルにより、種々の時間機械混合を行った。得られた混合粉末をNbあるいはTaのシースにつめてテープ材に加工し、熱処理を行い、その超伝導特性を評価した。
Nb_3(Al,Ge)線材では、機械混合を10時間行った混合粉末を用いると最適熱処理温度がやや低下し、1300℃で2時間熱処理を行うと、23テスラで27000A/cm^2以上の大きい臨界電流密度Jcを持つ極めて優れた高磁界特性が得られた。さらに長時間機械混合を行うとA15相の生成温度の低下が得られるが、超伝導遷移巾が増大した。
Nb_3Sn線材では、機械混合を3時間行った混合粉末を用い、900℃で熱処理を行うと、4.2Kで従来の線材より5テスラ高い、約25テスラの臨界磁界と、20テスラで30000A/cm^2以上の大きいJcが得られた。実用的には、熱処理温度の低いNb_3Snの方が有利と思われる。今後、Nb_3Sn線材に対するTi等の添加元素の効果について研究し、本製法の適用が最も有望な超伝導体について検討を行う。

Research Products

• [Publications] K.Sakinada: "Superconducting Properties and Structures of A15 Nb_3(Al,Ge)Tape Fabricated by a New Process." Advances in Cryogenic Engineering. 40. 923-930 (1994)
• [Publications] K.Tachikawa: "Effect of Germanium Addition to the Matrix of Bronze-Processed Nb_3Sn Wires." Cryogenics. 34. 539-542 (1994)
• [Publications] K.Tachikawa: "Factors Affecting the Upper Critical Field of Nb-Ti Wires" Cryogenics. 34. 587-590 (1994)
• [Publications] H.Wada: "VAMAS Intercomparison of Critical Current Measurement on Nb_3Sn Superconductors-A Summary Report." Cryogenics. 34. 899-908 (1994)
• [Publications] K.Tachikawa: "Material and Electro-Magnetic Aspects of Newly Developed Nb-Ti Wires for AC Use with Cu-Si Alloy Matrix" IEEE Trans.on Applied Superconductivity. 3. 1374-1377 (1993)
• [Publications] K.Tachikawa: "New A15 Nb_3(Al,Ge)Tape Prepared from σ-Phase Powder" Cryogenics. 33. 1091-1094 (1993)