2019 Fiscal Year Research-status Report
中間活性層による特異なNb3Sn超伝導層拡散生成の誘発と機能創成
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18K04249
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
伴野 信哉 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (30354301)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Nb3Sn / 相互拡散 / 元素添加 / β-CuZn層 / カーケンダルボイド / 結晶粒 / 磁束ピンニング / 化学量論性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、今やNMR等の超強磁場磁石に欠かせないNb3Sn超伝導線材の臨界電流特性のブレークスルーを実現するために、中間Cu-X活性層を利用した“特異”なNb3Sn拡散反応現象を発掘し、新たな機能創成につなげることを目指している。
現代の高性能Nb3Snの拡散生成においては、大きく2つのステップに分かれており、第1ステップでは、Snと中間Cu層との相互拡散が行われ、第2ステップでは、Cu-Sn層とNbと拡散反応が行われる。第1ステップのSn/Cu相互拡散は、カーケンダルボイドの形成を伴う反応となり、Snの均一拡散に直接的に影響を与えるため、第2ステップにおけるCu-Sn/Nb拡散反応を促進するうえで特に重要である。2019年度は特に、単純構造試料を作製して、Sn/Cu-Zn拡散反応における生成層の同定や、生成層の成長速度などの研究を行った。
その結果、Znを母材に添加すると、特異的にβ-CuZn層が拡散反応界面に生成し、このβ-CuZn層の生成によりSnとCuの相互拡散速度のバランスが改善され、カーケンダルボイドの生成が著しく抑制されるという極めて貴重な結果を得た。さらに多芯線材において熱処理条件の最適化を進め、Zn添加では臨界電流密度特性の観点から、最適熱処理温度が無添加の場合と比べて若干高くなることも明らかにした。Sn芯に添加していたTiが、母材中を粗大な化合物として移動し、Nb3Sn層が生成されるNbフィラメントモジュール界面で偏析する問題点が明らかにされた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
β-CuZn層の生成という、これまでにない新たな生成反応現象が確認され、学術基盤の発展に貢献し、また新たな反応経路探索の可能性を広げることができ、研究が大きく進展したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は、β-CuZn層の生成が確認された一方、Sn芯に添加していたTiが、母材中を粗大な化合物として移動し、Nb3Sn層が生成されるNbフィラメントモジュール界面で偏析する問題点が明らかにされた。Tiの偏析は、その後のNb3Sn層生成において、Ti分布の不均一さをもたらし、Nb3Sn層臨界電流密度特性の抑制につながっていた。
そこで今年度は、Ti添加場所の影響についても詳しく調査し、現象把握と問題点の解決に尽力する。具体的には、これまでのSn芯への添加の代わりに、Cu母材への添加を検討する。しかしながら母材へTi添加をすると、Cu母材へのZn固溶が著しく制限される。そこで、Zn添加を従来の母材添加からSn芯添加に変えた新しい拡散対構造であるSn-Zn/Cu-Ti/Nb構造を考案し、拡散反応現象を詳しく研究する。
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| Causes of Carryover |
新しい生成反応現象が確認されたことにより、当初予定していた線材設計・試作の前に、当該現象の詳細な分析が必要と判断し、線材設計・試作に予定していた予算を繰り越すこととしたため。
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