線状連続急冷処理による難加工超伝導材料の先進複合線材化プロセッシング

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15760230
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 伴野 信哉 独立行政法人物質・材料研究機構, 超伝導材料研究センター, 研究員 (30354301)
• キーワード: 急熱急冷 / 極細多芯線 / Al共晶合金 / 塑性加工 / 超伝導線材 / 微細組織 / 前駆体線材 / Al-Ge

研究概要

Al-Ge系やAl-Si系共晶合金など塑性加工が極めて困難な材料を芯材とする極細多芯複合線材の新製造方法の開発のため、連続的な急熱急冷処理を導入することを検討した。この技術を基礎に、潜在能力は高い一方、難加工性により線材化が従来困難だった強磁場用超伝導線材の開発を目指し研究を実施した。本研究により得られた新たな知見、成果を報告する。
1.パウダー・イン・チューブ法等により作製されたNb/(Al-Ge),Nb/(Al-Si)一次複合線材(線径約1mm、芯径50ミクロン以上)に連続的な急冷処理を適用した。電子顕微鏡観察、X線回折による同定分析の結果、急熱急冷時の到達温度が約1000±100℃の時、微細な準安定相の芯組織が形成されることが明らかとなった。その条件以下では組織は粗大化し、またその条件以上では芯材とマトリクスが反応して境界部に化合物相が形成され、その後の冷間加工に不適であることが明らかとなった。
2.最適条件で急冷処理した場合、微細組織が得られる一方、芯のビッカース硬度は200以上になり、約100程度のNbに比べて極めて高くなることがわかった。そこで、この準安定相を元の安定相に変態させる追加熱処理を検討し、X線回折、組織観察によりその反応過程を調べた。その結果、共晶温度より十分低い約300℃付近で変態が開始され、この条件でGeまたはSiがAl合金芯内でサブミクロンオーダーで微細、均一に分散することが明らかとなった。このときのAl合金芯のビッカース硬度は100程度に改善され、Nbマトリクスとバランスされることが明らかとなった。
最適な急熱急冷処理、および追加熱処理を行った一次複合線材を、さらに多数本束ねてNbまたはTa管に詰めて冷間加工を試みた結果、良好な複合加工性を示すことが明らかとなった。超伝導線材の前駆体となるAl合金芯径1ミクロン以下の極細多伸線を中間焼鈍なしに作製できた。

研究成果

• [文献書誌] 伴野信哉, 竹内孝夫, 菊池章弘, 飯嶋安男, 井上廉, 湯山道也, 和田仁: "First trial to fabricate Nb_3(Al, Si) multifilamentary superconductors by rapid-heating and quenching (RHQ) process"Advances in Cryogenic Engineering. (In press). (2004)
• [文献書誌] 伴野信哉, 竹内孝夫, 菊池章弘, 飯嶋安男, 井上廉, 湯山道也, 和田仁: "Development of Nb_3(Al, Ge) conductors by diffusion process for high-field/high-current uses"Advances in Cryogenic Engineering. (In press). (2004)
• [文献書誌] 伴野信哉, 竹内孝夫, 菊池章弘, 飯嶋安男, 井上廉: "Multifilamentary Nb/Al-Ge and Nb/Al-Si precursor fabrication by using intermediately rapid heating and quenching technique"Superconductor Science & Technology. 17・3. 320-326 (2004)
• [文献書誌] 伴野信哉, 竹内孝夫, 菊池章弘, 飯嶋安男, 井上廉, 小菅道雄, 湯山道也, 和田仁: "Superconducting property of Nb_3(Al, Ge) conductors prepared by diffusion process"IEEE Transaction on Applied Superconductivity. (In press). (2004)