# Fileset

[3A-a02_Banno_Nb3Sn-Zn-Mg-addition_v2.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/1f6483a0-c888-46d2-a31c-baed7bf7df21/download)

## Creator

[伴野 信哉](https://orcid.org/0000-0002-7141-541X), 浅井 航希, 谷貝 剛

## Rights

[In Copyright](http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/)

## Other metadata

[Nb3Sn 層形成および超電導特性に与える Zn および Mg 添加効果](https://mdr.nims.go.jp/datasets/cbe297cb-96b3-4b4a-80c9-f4fefdebf989)

## Fulltext

講演概要の書き方（14ポイント）Nb3Sn層形成および超電導特性に与える Znおよび Mg添加効果 Impact of Zn and Mg addition on Nb3Sn layer formation and its superconducting property  伴野信哉 (NIMS); 浅井航希 (上智大学, NIMS); 谷貝 剛 （上智大学） BANNO Nobuya, (NIMS); ASAI Koki (Sophia Univ., NIMS); YAGAI Tsuyoshi (Sophia Univ.)  E-mail: banno.nobuya@nims.go.jp   1．はじめに  近年、Nb3Sn 超電導線材の高性能化への要望は、高エネルギー加速器、核融合炉などの高磁場マグネット応用においてますます高まっている。高 Jc 化の突破口として、Nb 母相の内部酸化や Nb 母相の微細組織を利用した Nb3Sn結晶粒径の微細化が注目されているが、一方で Sn 拡散駆動力や熱力学的観点から Nb3Sn 層の成長促進を図ることにも十分な高 Jc化の余地がある。こうした研究は、Nb3Sn層形成メカニズムの理解を深める手助けにもなる。本研究では、内部スズ法をベースに、Cu 母材への Zn および Mg添加効果、および Ti の添加場所の効果を、単芯のシンプルな拡散構造を持つ線材を用いて明瞭に調べた。その結果、Zn や Mg の添加によって Nb3Sn 層形成が劇的に変化することを確かめた。 2．実験方法  基本的な線材作製手順を以下に概説する。外径 3.3 mmの Sn 芯（もしくは Sn 合金芯）を Cu（もしくは Cu 合金）管（od/id=5/3.4 mm）に挿入し、それを Nb（もしくは Nb合金）管（od/id=12/5.1 mm）に挿入、さらに安定化材として Cu 管（od/id=12/5.1 mm）に挿入する。その複合材をスエージング並びにダイス伸線により0.6 mm まで加工する。得られた前駆体線材は、500 °C100 h の予備熱処理後、650 °C150 h もしくは 685 °C100 hの Nb3Sn 生成熱処理を施す。また相形成過程を調べるために、4 h 昇温で 650 °Cまで加熱し、その後保持する過程で、適宜サンプリングした試料の断面観察を行った。  試料として添加元素・場所の異なる以下の 4 種類を準備した。  A. N-C-ST: Nb/Cu/Sn-1.6wt%Ti  B. N-CZ-ST: Nb/Cu-15wt%Zn/Sn-1.6wt%Ti  C. N-CZM-ST: Nb/Cu-14wt%Zn-0.2wt%Mg/Sn-1.6wt%Ti  D. NT-C-S: Nb-0.8wt%Ti/Cu/Sn  断面写真例を Fig. 1 に示す。通電測定をしたのち、臨界電流を画像解析により導出した超電導層面積で除すことで、臨界電流密度（Layer Jc）を求めた。 3．実験結果と考察 650 °C×150 h の熱処理した各試料の反応界面の SEM 像を Fig. 2 に示す。試料 A に比べて、Zn 添加によって Nb3Sn層厚が大きく成長していることがわかる(B)。無添加(A)では反応界面に 4 元化合物が生成するが、Zn 添加ではそれらが分離しはじめ、代わりに粗大な Nb3Sn 層が薄く形成されている。これは Sn 拡散駆動力が増大していることの表れと考えられる[1]。一方さらに Mgを共添加すると(C)、Sn 拡散駆動力が若干低下し、ちょうど無添加と Zn 添加の間のような組織が得られる。Ti を Nb に添加すると(D)、界面の 4元化合物が生成しなくなり Sn拡散駆動力が増大するが、かえって粗大な Nb3Sn層の生成が促進されてしまい、微細 Nb3Sn 層の成長は小さかった。 Fig. 3 に各試料の Layer Jc測定結果を示す。今回の実験では、Nb/Sn 拡散長が大きく、また Sn 拡散駆動力に応じた熱処理条件も最適化されていないことから、一概には比較できないが、Layer Jcの観点では、Zn と Mg 共添加が高い Jcを示す傾向がみられた。  謝辞 本研究は JSPS科研費 JP23K04453の助成を受けたものです。 参考文献 [1] N. Banno, Low-temperature superconductors: Nb3Sn, Nb3Al, and NbTi, Superconductivity 6 (2023),  https://doi.org/10.1016/j.supcon.2023.100047    Fig.1. Cross-section of sample B with 15wt%Zn addition to Cu intermediate layer.   Fig.2. SEM images of the specimens at reaction interface after 500 °C×100 h + 650 °C×150 h.  Fig. 3. Layer Jc of each specimen. 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 200100020003000400050006000 N-C-ST N-CZ-ST N-CZM-ST NT-C-Sshort: 1V/cm Layer Jc (A/mm2)Magnetic field (T)4.2 K650 oC x 100 hhttps://doi.org/10.1016/j.supcon.2023.100047