Nb₃Sn超導線材的制備用前體和Nb₃Sn超導線材的制作方法

專利名稱：：Nb₃Sn超導線材的制備用前體和Nb₃Sn超導線材的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種通過青銅處理或內部擴散法制造的Nb3Sn超導線材以及涉及一種用于制造這樣的Nb3Sn超導線材的前體(超導線材制造用前體)。具體地，本發明涉及一種用于制造有利于作為用于產生高磁場的超導磁體的原料的Nb3Sn超導線材的技術。
背景技術：
：在實際使用超導線材的領域中，對于在高分辨率核磁共振(NMR)分析儀中使用的超導磁體，所產生的磁場變得越高，則分辨率增加越大。因此，近年來，存在越來越要求高磁場超導磁體的趨勢。另外，對于在核聚變反應堆中使用的磁體，當所產生的磁場高時，能夠實現等離子體約束的能量變大。因此，存在越來越要求在核聚變反應堆中使用的高磁場超導磁體的趨勢。作為用于產生高磁場的這種超導磁體的超導線材，實際使用的是Nb3Sn線材，并且主要采用青銅處理制造這種Nb3Sn超導線材。根據這種青銅處理，如圖1(用于制造Nb3Sn超導線材的前體的示意圖)所示，將多個(在圖中為7個)由Nb或Nb-基合金構成的芯材料2包埋在Cu-Sn-基合金(青銅)基質1中，以構成復合線材。通過將這種復合材料迸行拉絲，芯材料2變薄以形成細絲(下文中被稱作"Nb-基細絲")；將多個由這種Nb-基細絲和青銅構成的復合線材捆扎以形成線材組；以及為了穩定作用，將銅(穩定化銅層7)設置在其外部周緣上，然后進行線材牽拉。另外，在前述的前體中，如圖1所示，其中在多個Nb-基細絲被設置于Cu-Sn-基合金(青銅)基質1中的部分(這部分在下文中將被稱作"超導芯部")和位于其外部的穩定化銅層7之間，設置有擴散阻擋層6的構造是常規的。這種擴散阻擋層6由例如Nb層、Ta層或Nb層和Ta層這兩層構成(參見，例如專利文獻1)，在擴散熱處理過程中防止了在超導基質部中的Sn擴散到外部，并且表現出抑制Sn擴散到穩定化銅中的作用。通過使前述前體(在拉絲之后的線材組)在約600。C至800。C進行擴散熱處理(形成Nb3Sn的熱處理)，能夠在Nb-基細絲和青銅基質之間的界面上形成Nb3Sn化合物層。盡管為描述方便的緣由，而在圖1中示出了7根Nb-基細絲，但是，事實上，通常設置幾百根到幾萬根細絲。作為制備Nb3Sn超導線材的方法，除了上述青銅處理之外，內部擴散法也是已知的。根據這種內部擴散法(也被稱作"內部Sn法")，如圖2(用于制備Nb3Sn超導線材的前體的示意圖)所示，不僅由Sn或Sn-基合金構成的芯3(下文中，有時通稱作"Sn-基金屬芯")被包埋在Cu或Cu-基合金4(下面有時被稱作"Cu基材料")的中心，而且在Sn-基金屬芯3周圍的Cu基材料4中也設置有多個Nb或Nb-基合金芯5(下文中，有時通稱作"Nb-基金屬芯")，因而它們不會彼此接觸到，由此形成前體(用于制造超導線材的前體)。內部擴散法涉及其中在這種前體進行橫截面減小處理比如拉絲之后，在Sn-基金屬芯3中的Sn由于擴散熱處理(Nb3Sn形成熱處理)而擴散，并且允許與Nb-基金屬芯5反應而形成Nb3Sn的方法(參見，例如專利文獻2)。另外，在前述前體中，如圖2所示，還使用其中在設置有前述Nb-基金屬芯5和Sn-基金屬芯3的部分(這部分在下面有時候被稱作"超導芯部，，)與位于其外部的穩定化銅層7之間設置有擴散阻擋層6的構造。這種擴散阻擋層6的構造與在如圖1所示的前體的情況中的構造相同。圖2所示的制造超導線材用的前體的制備以如下步驟進行。首先，將Nb-基金屬芯(Nb-基細絲)插入在Cu基質管中，并且將它們進行橫截面減小處理比如擠出和拉絲，以形成復合條(通常地為具有六角形橫截面形狀的條)，然后切割成合適的長度。然后，將前述復合條填充在具有Cu制備的外筒并且安置有擴散阻擋層的坯料中，在其中心上設置銅棒，并且進行擠出加工，然后在中心的Cu部分被機械穿孔，以構成管狀的復合條。備選地，作為另一種方法，將多個前述復合條填充在由Cu外筒和Cu內筒構成并且具有擴散阻擋層6(在外筒和內筒之間)的空心坯料中，之后，進行管擠出以構成管狀的復合條。然后，將Sn-基金屬芯3插入在由這種方法所制備出的管狀復合條的中心孔內，之后進行直徑減小處理，以制備出如圖2所示的前體。盡管圖2所示的前體使用單Sn金屬芯3和多個Nb-基金屬芯5構成，但是使用多個Sn-基金屬芯3構成前體也是可以的。另外，至于Nb-基金屬芯5，實際上，通常設置幾百到幾萬個金屬芯。另外，在制造如圖l所示的超導線材制造用前體的情況下，除了使用Cu-Sn基質管代替Cu基質管以及在中心沒有設置Sn-基金屬芯之外，基本上以相同的步驟進行制造。專利文獻l:JP-A-60-253114、權利要求書等專利文獻2:JP-A-49-U4389、權利要求書等
發明內容另外，如圖1和2所示，每一個前述前體的構成都是將擴散阻擋層設置在超導基質部和作為其外部的穩定化銅之間。然而，可能存在由于擴散阻擋層而導致產生問題的可能性，比如拉絲時加工性劣化以及超導性能降低。現在，降低超導線材的性能的現象包括"耦合"。這種現象是例如，當從外部對超導線材施加變化的磁場時，電流在Nb-基細絲彼此之間或Nb-基細絲和擴散阻擋層之間的超導芯部中感生的現象，并且這種現象就好像它是電磁一體化那樣具有的。當產生這種現象時，有效的細絲直徑增加，并且當在超導線材中的電流或磁場變化時，能量損耗(下文中，被稱作"交流損耗"或"AC損耗")變大。為了降低這種AC損耗，必需使用在擴散阻擋層的部分中不形成Nb3Sn相的原料。作為擴散阻擋層的原料，采用前面描述的Nb或Ta。這些中，當使用Ta時，由于不形成Nb3Sn相，因此AC損耗得到抑制。然而，可加工性差,因而容易發生斷裂等。另外，在使用Nb作為原料的情況下，盡管可加工性相比于Ta優異，但是在擴散阻擋層中形成Nb3Sn相，并且容易發生前述的耦合。鑒于前述問題，還提出了由Nb層和Ta層這兩層構成的復合層(參見，前面的專利文獻1)。然而，當使用加工性差的Ta時，在拉絲時容易發生斷裂。另外，由于Nb和Ta具有高的熔點并且幾乎不形成金屬鍵，因此它們的缺陷在于相互粘合并且變得難于均勻加工。當加工不均勻時，導致擴散阻擋層的斷裂，并且導致在超導線材中的殘留電阻率最終降低的情形。在最壞的情況下，存在在拉伸過程中發生斷裂的可能性。在只使用Ta作為擴散阻擋層的原料的情況下，不僅可加工性變得非常差，而且成本比Nb高，導致成本增加。另外，由于在Ta部分沒有形成Nb3Sn相，因此幾乎不產生耦合。然而，由于Ta并不有助于Nb3Sn相的形成，因此增加了非-超導部分，由此臨界電流密度Jc趨向于降低相當大。在這些情況下完成了本發明。本發明的目的是提供一種能夠廉價地獲得Nb3Sn超導線材制備用前體的構造，其在橫截面減小處理時具有優異的可加工性，被設計成通過使橫截面構造適當來降低由于耦合所產生的AC損耗，并且能夠表現出優異的超導性能；以及使用這種前體的Nb3Sn超導線材。在用于制造Nb3Sn超導線材中使用的Nb3Sn超導線材制備用前體，所述前體包括超導芯部，其包含Cu或Cu-基合金、單個或多個由Nb或Nb-基合金構成的Nb-基細絲、以及單個或多個Sn或Sn-基合金芯，所述單個或多個Nb-基細絲和所述單個Sn或Sn-基合金芯被設置在Cu或Cu-基合金中；擴散阻擋層，其由Nb構成并且被設置在所述超導芯部的外周緣上；以及穩定化銅層，其中，在橫截面減小處理之后的最終形狀中，擴散阻擋層的內周緣表面和存在于所述超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離被設定在2,以上。將這種前體應用于青銅處理。另外，在這種構造的前體中，擴散阻擋層的內周緣表面和存在于所述超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離優選為lOpin以下。另一方面，前述目的也可以通過使用下列構造而實現。即，在制備Nb3Sn超導線材中使用的Nb3Sn超導線材制備用前體的另一種構造，所述前體包括超導芯部，其包含Cu或Cu-基合金、單個或多個由Nb或Nb-基合金構成的Nb-基細絲、以及單個或多個Sn或Sn-基合金芯，所述單個或多個Nb-基細絲和所述單個或多個Sn或Sn-基合金芯被設置在Cu或Cu-基合金中；擴散阻擋層，其由Nb構成，并且被設置在所述超導芯部的外周緣上；以及穩定化銅層，其中，在橫截面減小處理之后的最終形狀中，擴散阻擋層的內周緣表面和存在于所述超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離被設定在2拜以上。這種前體被應用于內部擴散法。另外，在這種構造的前體中，擴散阻擋層的內周緣表面和存在于所述超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離優選為40nm以下。在本發明的超導線材制備用前體中，用于將擴散阻擋層的內周緣表面和存在于所述超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離調節在2(im以上的具體手段的實例包括下列構造(1)和(2)。(1)其中通過在擴散阻擋層的內周緣的整個表面上形成由Cu或Cii-基合金構成的層，以將前述距離調節在2pm以上的構造。(2)其中通過部分地在擴散阻擋層的內周緣表面上、且Nb-基細絲與擴散阻擋層鄰近(Nb-基細絲設置得更靠近(但沒有接觸))的位置上，形成由Ta、Cu或Cu-基合金構成的層，以將前述距離調節在2iam以上的構造。通過熱處理前述的制備超導線材用前體，能夠制備出表現所需性能的Nb3Sn超導線材。根據本發明，通過將擴散阻擋層的內周緣表面和存在于所述超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離調節在2pm以上，能夠實現Nb3Sn超導線材制備用前體的這樣的構造，該構造被設計為降低了由于耦合所致的AC損耗，并且能夠表現出優異的超導性能。另外，作為用于將上述距離調節在2pm以上的具體手段，主要是通過不使用Ta或僅在必要位置中設置Ta，可以在被設計成降低成本的同時實現優異的可加工性。圖1是示意性示出被應用于青銅處理的超導線材制備用前體的構造實例的橫截面圖。圖2是示意性示出被應用于內部擴散法的超導線材制備用前體的構造實例的橫截面圖。圖3是示出本發明的前體的主要部分的橫截面圖。圖4是示出本發明的前體的一個具體構造實例的主要部分的橫截面圖。圖5是示出本發明的前體的另一個具體構造實例的主要部分的橫截面圖。附圖標記和符號的描述l:Cu-Sn-基合金基質2:Nb-基金屬芯材料3:Sn-基金屬芯4:Cu-基合金(Cu基材料)5:Nb-基合金芯6和6a:擴散阻擋層7:穩定化銅層10:基質ll:Nb-基細絲12:由Cu或Cu-基合金構成的層15:超導芯部具體實施例方式為了實現前述目的，本發明已經從各個角度進行了研究。結果發現，通過使在擴散阻擋層的內周緣表面和存在于超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離最優化，可以實現這樣的一種前體，由該前體可以獲得能夠設計成降低耦合所產生的AC損耗并且表現出優異超導性能的Nb3Sn超導線材，從而完成了本發明。下面，參考附圖描述本發明前體的構造。在本說明書中，所有根據質量限定的百分比等都與根據重量限定的那些相同。圖3是示出本發明前體的主要部分的橫截面圖。該圖中，分別地，6a代表由Nb構成的擴散阻擋層；IO代表基質；ll代表Nb-基細絲；15代表超導芯部。在本發明前體中，在擴散阻擋層6a的內周緣橫截面和存在于超導芯部15的最外層部的Nb-基細絲11之間的距離dB-f(在橫截面減小處理之后的最終形狀中的距離)被設定在2pm以上。并不是這種情況存在于超導芯部15的最外層部中的所有Nb-基細絲11都以一致距離存在。前述距離dB-f是指在存在于最外層部的Nb-基細絲11之中以與擴散阻擋層6a為最鄰近位置存在的Nb-基細絲和擴散阻擋層6a之間的距離(術語"最鄰近"是指Nb-基細絲11在最鄰近位置上存在但并不接觸的狀態)。通過使距離dB-f以這種方式最優化，能夠降低耦合所產生的AC損耗。當這種距離dB-f太大時，預期在超導芯部15中的非-超導部分區域變大，由此降低了臨界電流密度。因此，還優選的是適當地設置其上限。盡管這種距離dB-f的上限取決于所應用的工藝而不同，但是在被應用于青銅處理的前體中，該距離dB-f優選為10nm以下。另一方面，在被應用于內部擴散法的前體中，相比于青銅處理，由于Sn固體可溶解量的限制，所以反應量可能變大。因此，能夠使得臨界電流密度Jc高于使用青銅處理的這種情況下的臨界電流密度Jc。當臨界電流密度Jc的絕對值較大時，在內部擴散法的情況下，容許范圍大于在青銅處理中的容許范圍，并且距離dB-f可以因此而變大。從這些觀點考慮，在被應用于內部擴散法的前體中，距離dB-f優選為40pm以下。描述用于在本發明的前體中將距離dB-f調節為2pm以上的手段。在前體的制造步驟中，可以存在的情形是，Nb-基合金芯并不插入在Cu-Sn基質管(或Cu基質管)中，而是采用進行過拉絲的線材(實心材料)用作隔體，并且還可以考慮將這樣的隔體設置在擴散阻擋層的內周緣表面的側面上。在青銅處理中使用這種隔體的情況下，距離dB-f變得相當大，由此降低了臨界電流密度Jc(參見下面所述的在表l中的測試編號13)。另夕卜，在內部擴散法中，能夠使用這種隔體將該距離dB-f調節在40pm以下。然而，在這種情況下，界面增加，并且可加工性劣化。鑒于前述問題，在本發明的前體中，可以提出下列構造作為用于將距離dB-f設置在合適范圍的具體手段。圖4是示出本發明前體的具體構造實例的主要部分的橫截面圖。在這種構造中，通過在擴散阻擋層6a的內周緣表面的整個表面上形成由Cu或Cu-基合金構成的層12，將距離dB-f調節在2nm以上。通過提供這種層12，即使當擴散阻擋層6a的原料是Nb時，也可以保持優異的可加工性。圖5是示出本發明前體的另一種具體構造實例的主要部分的橫截面圖。在這種構造中，通過只在擴散阻擋層6a的內周緣表面上與以存在于最外層部的Nb-基細絲11最鄰近設置的Nb-基細絲11對應的內周緣表面上部分地形成由Ta或Cu構成的層13。在這種構造中，由于不僅在使用Cu作為原料的情況下，而且在使用Ta作為原料的情況下，都沒有在整個表面上形成層13，因此可以保持優異的可加工性。層13可以被設置在單個位置上，或可以被設置在多個位置上。至于在擴散阻擋層6a的內周緣表面之中沒有提供層13的區域，通過調節單個芯或主要的多芯的青銅比率，能夠將距離dB-f設置在規定范圍。作為在前述的層12或13中使用的Cu合金，從可加工性考慮，也可以使用含有高達約10質量％的Sn等的那些。在采用任一種構造時，都沒有使用昂貴的Ta，或者即使使用Ta時，也可以應用并沒有在整個表面上使用Ta的構造。因此，能夠降低成本。在整個表面上也可以使用Cu層和部分Ta的組合。在本發明的前體中，還優選的是，將Nb-基細絲的直徑設定在合適的尺寸。從這種觀點考慮，在橫截面減小處理之后的最終形狀(即，在擴散熱處理之前的形狀)中Nb-基細絲的直徑優選為約1.5至6.0|am。在使得Nb-基細絲的直徑小于1.5pm的高變形中，由于在線材的縱向的直徑波動大(香腸形)，因此，不能實現均勻的加工。另外，當這種直徑超過6.0|im時，幾乎不可能獲得高的臨界電流密度。另外，當關心AC損耗的降低時，Nb-基細絲的直徑理想地為4idm以下；而當關心抗應力性時，Nb-基細絲的直徑理想地為1.5pm以上。在本發明的前體中，還優選的是適當控制銅的比率(在Cu部分與非-Cu部分的橫截面積的比率)。從穩定性考慮，適宜的是，這種銅比率優選0.2以上，并且更優選為0.8以上。然而，當銅比率太大時，非超導部分增加，由此以線材的整個橫截面積計的臨界電流密度Jc降低。因此，適宜的是，銅比率優選為2.0以下，并且更優選為1.0以下。在被應用于青銅處理的前體中所使用的Cu-Sn合金優選是Sn含量為13至17質量n/。的Cu-Sn合金。通過使Sn含量落入在這個范圍內，可以進一步改善臨界電流密度Jc。當這種Sn含量低于13質量％時，不能表現出提高Sn濃度的作用，而當它超過17質量％時，大量的Cu-Sn化合物沉積，由此幾乎不能實現線材的均勻加工。另一方面，在內部擴散法所使用的前體中，至于其基本構造，Nb-基金屬芯5(Nb或Nb-基合金芯)和Sn-基金屬芯3(Sn或Sn-基合金芯)互相以一定間隔沉積在Cu或Cu-基合金中。作為在這種構造中使用的Cu合金，可以使用在Cu中包含比如Nb和Ni(約5質量％)之類元素的那種。此夕卜，作為被用作Sn-基金屬芯3的原料，可以使用以不阻礙可加工性的量(約5質量。/。以下)包含比如Ti、Ta、Zr和Hf之類的元素的那種。另外，在這些方法的任一種中，都可以存在使用Nb-基細絲(在圖1中的芯材料和在圖2中Nb-基金屬芯5)的情況。作為在此使用的Nb-基合金，可以使用以約10質量。/。以下的量包含比如Ta、Hf、Zr和Ti之類的添加元素的那種。在本發明的方法中，構造出前述前體，并且將其進行退火和拉絲，之后應用擴散熱處理(Nb3Sn形成熱處理；通常在600。C以上并且不高于750。C)，以形成Nb3Sn基超導相。由此可以獲得表現出優異性能的超導線材。參考下列實施例，更具體地描述本發明，但是不應當認為本發明限于這些實施例。不用說，在適應前面或后面描述的要旨的范圍內通過適當地改變實施本發明是可以的，并且所有的這些改變都包含在本發明的技術范圍內。實施例實施例1(青銅處理)將直徑為60mm的Nb棒插入在外徑為65mm并且內徑為"mm的Cu-(15.5質量。/。Sn)合金中，并且末端通過電子束焊接而密封，從而制備出擠壓坯料。將這種擠壓坯料進行拉絲，同時在途中于500至600。C適當地退火小時，由此形成六角形橫截面形狀的Cu-Sn/Nb復合條(六角形的對邊2.0mm)。將這種Cu-Sn/Nb復合條以1,369的數量捆扎；將厚度為0.1mm的Cu片繞著該捆扎束的外周緣巻繞，如下列表l所示，巻繞數為5;將厚度為0.2mm的Nb片(擴散阻擋層)繞著該外周緣巻繞，巻繞數為5匝；并且將外徑為120mm并內徑為87mm的Cu(穩定化銅層)設置在其周圍。這樣獲得的復合線材的末端通過電子束焊接而密封,從而形成擠出坯料(多芯型坯料)。將所獲得的擠出坯料進行擠出，并且進行拉絲，以形成絲直徑為0.5mm的線材(超導線材制備用前體)。此時，將該線材進行加捻以使間距為13mm。另外，制備出通過將0.2mmCu片巻繞5匝數量以調節距離dB-f的擠出坯料。另外，為了比較，制備出(l)使用通過如下制備出的擠壓坯料的那種(在表1中的測試編號13):將具有六角形橫截面形狀(六角形的對邊2.0mm)的Cu-Sn實心材料(不含插入其內的Nb棒)沉積在前述Cu-Sn/Nb復合條的外周緣上，并且不巻繞Cu片，但是在組裝時，在其周圍設置外徑為120mm并且內徑為87mm的Cu(穩定化銅層)；以及(2)采用通過如下制備出的擠壓坯料的那種(表1中的測試編號14):將厚度為0.2的Ta片巻繞5匝以代替Cu片巻繞，并且將外徑為120mm并且內徑為87mm的Cu(穩定化銅層)設置在其周圍；等。對于所獲得的超導線材制備用前體(外徑為0.5mm的那些)，檢測在最外層細絲和擴散阻擋層之間的距離dB-f以及在擠出和拉絲時的斷裂數量。此外，當每一個前體都在650。C進行150小時的熱處理(擴散熱處理)，以形成Nb3Sn超導線材時，在下列條件下測量AC損耗和臨界電流密度(Jc)。在最外層細絲和擴散阻擋層之間的距離dB-f的測量在熱處理之前將前體的拋光表面進行垂直包埋和拋光，并且通過電子顯微鏡觀測橫截面，由此測量出距離dB-f。AC損耗的測量通過檢拾線圈法(pick-upcoilmethod),在液體氦(溫度42K)、在±3T(特斯拉)的震動磁場中進行測量。臨界電流密度Jc的測量在液體氦(溫度4.2K)、在12T(特斯拉)的外部磁場中，使電流通過樣品(超導線材)；通過四-探針法測量所產生的電壓；測量在這個值為O.lpV/cm時的電場下的電流值(臨界電流Ic);并且將這個電流值除以線材的單位非-Cu部分的橫截面積，以測量出臨界電流密度Jc。歸納這些結果，并且顯示在下表l中。從這些結果清楚看出，在通過中間安置Cu片而使前述距離dB-f變為合適的樣品中(測試編號3至12)，降低了AC損耗，并且可以實現優異的臨界電流密度Jc。盡管測試編號14涉及采用Ta作為擴散阻擋層的那種，但是在拉絲時頻繁發生斷裂，因而不能夠實現到最終絲直徑(直徑0.5mm)的拉絲。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>實施例2(青銅處理)除了代替巻繞Cu片的是，在擴散阻擋層的內周緣的12個相應于最靠近細絲部分的位置中設置厚度為0.2mm并且寬度為20mm的Ta片的狹縫之外，以與實施例1相同的方式制備出擠出坯料(多芯類型坯料)。將這種擠出坯料擠出，并且進行拉絲以形成絲直徑為0.5mm的線材(超導線材制備用前體)。在這個拉絲階段沒有發生斷裂。另外，在拉絲之后的階段，擴散阻擋層和最靠近細絲之間的距離dB-f為2.5jimi。在與實施例1相同的條件下，將所得前體進行熱處理(擴散熱處理)，由此形成Nb3Sn超導線材。以與實施例1中相同的方式，測量這種超導線材的AC損耗和臨界電流密度(Jc)。結果，AC損耗為320kJ/m3，并且臨界電流密度(Jc)為770A/mm2。實施例3(青銅處理)除了代替巻繞Cu片的是，在擴散阻擋層的內周緣的12個相應于最靠近細絲部分的位置中設置厚度為0.4mm并且寬度為20mm的Qi片的狹縫之外，以與實施例1相同的方式制備出擠出坯料(多芯類型坯料)。將這種擠出坯料擠出，并且進行拉絲以形成絲直徑為0.5mm的線材(超導線材制備用前體)。在這個拉絲階段沒有發生斷裂。另外，在拉絲之后的階段，擴散阻擋層和最靠近細絲之間的距離dB-f為2.3^n。在與實施例1相同的條件下，將所得前體進行熱處理(擴散熱處理)，由此形成Nb3Sn超導線材。以與實施例1中相同的方式，測量這種超導線材的AC損耗和臨界電流密度(Jc)。結果，AC損耗為675kJ/m3，并且臨界電流密度(Jc)為765A/mm2。實施例4(內部擴散法)將直徑為18mm的Nb棒插入在外徑為21mm并且內徑為18mm的Cu管中，并且通過模頭拉絲，被精整成具有六角橫截面形狀(六角形的對邊2.0mm)的Cu/Nb復合條，之后被切割成400mm的長度。將這種Cu/Nb復合條在外徑為143mm并且內徑為124mm的Cu管中捆扎336根的數量，并且被設置在Cu內筒(外徑70mm，內徑61mm)的中心，之后通過電子束焊接以放置蓋子，從而形成擠出坯料。將如此獲得的擠出坯料進行管擠出和管牽拉，然后將外徑為10mm的Sn棒插入在中心，由此制備出具有六角形橫截面形狀(六角形的對邊3.5mm)的單元素線材。將這種單元素線材以19的數量捆扎；在外周緣上設置厚度為O.lmm的Nb片，以及在其內側設置如下表2所示的Cu片；以及將所得物設置在外徑為33mm并且內徑為26mm的Cu管內，并且再進行拉絲，以形成最終絲直徑為2.0mm的線材(多元素線材)。對于所獲得的超導線材制備用前體(外徑為2.0mm的那種)，檢測在最外層細絲和擴散阻擋層之間的距離dB-f以及在擠出和拉絲時的斷裂數。另外，當各個前體都進行熱處理(擴散熱處理)(在500°C進行100小時以及在650。C迸行IOO小時)，以形成Nb3Sn超導線材時，在與實施例1中相同的條件下，測量AC損耗和臨界電流密度(Jc)。歸納這些結果，并且顯示在下表2中。從這些結果清楚看出，在通過將Cu片中間安置在擴散阻擋層和Nb-基細絲之間，而使前述距離dB-f變為合適的樣品中(測試編號16至21)，降低了AC損耗，并且可以實現優異的臨界電流密度Jc。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>盡管本發明已經詳細地并且參考其具體實施方式進行了描述，但是對于本領域的技術人員顯然的是，可以在不背離本發明的精神和范圍的情況下，在本發明內進行各種改變和變化。這個申請基于2006年2月23日提交的日本專利申請(日本專利申請2006-046742)，并且其內容通過引用結合在此。另外，被引用的所有參考文獻都以整體結合在此。工業適用性根據本發明，通過將在擴散阻擋層的內周緣表面和存在于超導芯部的最外層部中的Nb-基細絲之間的距離調節在2pm以上，可以實現Nb3Sn超導線材制備用前體的構造，所述Nb3Sn超導線材被設計成降低了由于耦合所產生的AC損耗，并且能夠表現出優異的超導性能。另外，作為用于將上述距離調節在2pm以上的具體手段，通過基本上不使用Ta或只在必要位置上設置Ta，可以實現優異的可加工性，同時設計成降低成本。權利要求1.一種在制備Nb3Sn超導線材中使用的Nb3Sn超導線材制備用前體，所述前體包括超導芯部，其包含Cu-Sn-基合金和由Nb或Nb-基合金構成的多個Nb-基細絲，所述多個Nb-基細絲被設置在Cu-Sn-基合金中；擴散阻擋層，其由Nb構成，并且被設置在所述超導芯部的外周緣上；以及穩定化銅層，其中，在橫截面減小處理之后的最終形狀中，所述擴散阻擋層的內周緣表面和存在于所述超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離被設定在2μm以上。2.根據權利要求1所述的Nb3Sn超導線材制備用前體，其中所述擴散阻擋層的內周緣表面和存在于所述超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離為lO)iim以下。3.—種在制備Nb3Sn超導線材中使用的Nb3Sn超導線材制備用前體，所述前體包括-超導芯部，其包括Cu或Cu-基合金，單一或多個由Nb或Nb-基合金構成的Nb-基細絲以及單個或多個Sn或Sn-基合金芯，所述單個或多個Nb-基細絲和所述單個或多個Sn或Sn-基合金芯被設置在Cu或Cu-基合金中；擴散阻擋層，其由Nb構成并且設置在所述超導芯部的外周緣上；以及穩定化銅層，其中，在橫截面減小處理之后的最終形狀中，所述擴散阻擋層的內周緣表面和存在于所述超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離被設定在2pm以上。4.根據權利要求3所述的Nb3Sn超導線材制備用前體，其中所述擴散阻擋層的內周緣表面和存在于所述超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離為40nm以下。5.根據權利要求1至4中任一項所述的Nb3Sn超導線材制備用前體，所述前體包含由Cu或Cu-基合金構成并且設置在所述擴散阻擋層的內周緣的整個表面上的層，其中所述距離被調節在2pm以上。6.根據權利要求1至5中任一項所述的Nb3Sn超導線材制備用前體，所述前體包含由Ta、Cu或Cu-基合金構成的層，并且所述層被設置在所述擴散阻擋層的內周緣表面上的其中Nb-基細絲與擴散阻擋層鄰近的位置上，其中所述距離被調節在2pm以上。7.根據權利要求1至6中任一項所述的Nb3Sn超導線材制備用前體，其中，在橫截面減小處理之后的最終形狀中，所述Nb-基細絲的直徑為1.5至6.0pm。8.—種Nb3Sn超導線材，其是通過如下方法得到的使根據權利要求1至7中任一項所述的Nb3Sn超導線材制備用前體進行Nb3Sn形成熱處理，由此形成Nb3Sn基超導相。全文摘要本發明涉及一種在制備Nb₃Sn超導線材中使用的Nb₃Sn超導線材制備用前體，所述前體包括超導芯部，其包含Cu-Sn-基合金和多個由Nb或Nb-基合金構成的Nb-基細絲，所述多個Nb-基細絲被設置在Cu-Sn-基合金中；擴散阻擋層，其由Nb構成，并且被設置在所述超導芯部的外周緣上；以及穩定化銅層，其中，在橫截面減小處理之后的最終形狀中，所述擴散阻擋層的內周緣表面和存在于所述超導芯部的最外層部的Nb-基細絲之間的距離被設定在2μm以上。文檔編號C22C13/00GK101390175SQ20078000651公開日2009年3月18日申請日期2007年2月20日優先權日2006年2月23日發明者宮崎隆好,村上幸伸申請人:株式會社神戶制鋼所