2020 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of unique Nb3Sn superconducting layer diffusion reaction behavior by intermediate active layer
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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 / Ti-Sn化合物 / カーケンダルボイド / 結晶粒 / 磁束ピンニング / 化学量論組成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、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。特にX元素としてZnに着目し、Nb3Sn層生成促進など、その効果を明らかにしてきた。
現代の高性能Nb3Snの前駆体線材は、Nb芯／Cu母材／Sn芯の拡散対構造で構成される。2020年度は拡散挙動へのTi添加場所の影響について詳しく調査した。Tiの添加場所はNb芯、Cu母材、Sn芯の3通りが考えられ、それぞれにおいて拡散挙動が異なり、メリットデメリットがある。例えば、TiをCu―Zn母材に添加する場合には、Tiの偏析の抑制が期待される一方、Cu―Zn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、Tiを母材に添加し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した。
その結果、Sn芯にTiを添加した試料に比べ、Cu母材にTiを添加した試料の方が、明らかに析出するTi-Snが微細化され、母材中に均一に分散することが明らかとなった。Nb3Sn層の生成促進にはTi-Sn化合物の微細化は必須であったが、CuにTiを添加することによって、それが実現できることを明らかにした。
Sn芯にTiを添加した試料とCu母材にTiを添加した試料の臨界電流特性を比べてみると、Cu-Ti母材試料の方が特性が向上することが確認された。これは、Ti-Sn化合物の偏析が抑制されたことが大きな要因と考えられる。
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