JP2003031057A - MgB2超伝導線材の製造方法 - Google Patents

MgB2超伝導線材の製造方法

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JP2003031057A
JP2003031057A JP2001216140A JP2001216140A JP2003031057A JP 2003031057 A JP2003031057 A JP 2003031057A JP 2001216140 A JP2001216140 A JP 2001216140A JP 2001216140 A JP2001216140 A JP 2001216140A JP 2003031057 A JP2003031057 A JP 2003031057A
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superconducting
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Hiroaki Kumakura
浩明 熊倉
Akiyoshi Matsumoto
明善 松本
Hiroki Fujii
宏樹 藤井
Kazumasa Togano
一正 戸叶
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電機、エネルギー貯蔵、NMR分析装置等
の超伝導機器等の応用に有用で、極めて簡便でかつ低コ
ストな、高JCを有するMgB2超伝導線材の製造方法
と、そのMgB2超伝導線材を提供する。 【解決手段】 MgB2粉末をビッカース硬さが80以
上の金属管に充填して線材加工することでMgB2超伝
導線材を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、MgB2
超伝導線材の製造方法に関するものである。さらに詳し
くは、この出願の発明は、発電機、エネルギー貯蔵、N
MR分析装置等の超伝導機器などに有用で、極めて簡便
でかつ低コストな、高JCを有するMgB2超伝導線材の
製造方法と、そのMgB2超伝導線材に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術とその課題】昨年(2000年)の1月に
発見されたMgB2(ホウ化マグネシウム)超伝導体
は、39Kという高い超伝導遷移温度(TC)を有する
金属系の超伝導体である。金属系の超伝導体は、一般的
に線材化に際して、酸化物系超伝導体とは異なり、結晶
粒の向きを揃える必要がないことや、線材加工が比較的
容易であるなどの多くの利点がある。そのため、MgB
2超伝導体についても、その超伝導特性の応用および実
用化の要となる線材化についての研究が、世界中で行わ
れている。また、超伝導線材を実用化するにあたっては
臨界電流密度(JC)が最も重要な特性となるため、JC
を高めるための研究も同時に行われている。
【0003】しかしながら、MgB2超伝導線材の製造
方法についてはいくつかの技術が発表されているもの
の、簡便さおよびコストの面では決して満足できるもの
ではなかった。そして、何よりも、実用に供することが
できる程度に十分高いJCを有するMgB2超伝導線材の
製造方法は確立されていないのが現状である。
【0004】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、発電機、エネルギー
貯蔵、NMR分析装置等の超伝導機器等の応用に有用
で、極めて簡便でかつ低コストな、高いJCを有するM
gB2超伝導線材の製造方法を提供することを課題とし
ている。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、この出願の発明
は、上記の課題を解決するものとして、以下の通りの発
明を提供する。
【0006】すなわち、まず第1には、この出願の発明
は、MgB2粉末をビッカース硬さが60以上の金属管
に充填して線材加工することを特徴とするMgB2超伝
導線材の製造方法を提供する。
【0007】そして、この出願の発明は、上記の発明に
おいて、第2には、金属管のビッカース硬さが80以上
であることを特徴とするMgB2超伝導線材の製造方法
を、第3には、金属管がステンレス鋼であることを特徴
とするMgB2超伝導線材の製造方法を、第4には、金
属管がビッカース硬さが60以上のキュプロニッケル合
金であることを特徴とするMgB2超伝導線材の製造方
法を、第5には、多芯線に加工することを特徴とするM
gB2超伝導線材の製造方法を提供する。
【0008】また、この出願の発明は、第6には、上記
いずれかの発明の方法で製造されたことを特徴とするM
gB2超伝導線材を、第7には、多芯線であることを特
徴とするMgB2超伝導線材を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通りの
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
【0010】各種の超伝導体の線材化の方法としては、
金属管に超伝導体の原料粉末を詰めてテープあるいはワ
イヤーなどの線材に加工し、次いで熱処理を行うとい
う、いわゆるパウダー・イン・チューブ法が一般的な方
法として知られている。しかしながら、この出願の発明
においては、このパウダー・イン・チューブ法において
熱処理を施すことなく、そのまま超伝導線材を製造でき
るようにしている。
【0011】すなわち、この出願の発明が提供するMg
2超伝導線材の製造方法は、MgB2粉末をビッカース
硬さが60以上の金属管に充填して線材加工することを
特徴としている。
【0012】MgB2粉末としては、たとえば、市販の
MgB2粉末等を使用することができる。MgB2粉末の
粒径等については特に制限はないが、粒径が100μm
を超えると均一な線材加工を行うことが困難となるた
め、現実的には粒径は100μm以下、より限定的には
0.2〜1μm程度とすることができる。
【0013】この出願の発明において、金属管として
は、ビッカース硬さが60以上の高強度の金属管を使用
することができる。ビッカース硬さの高い高強度の金属
管を用いると、線材加工時においてMgB2粉末に大き
な圧力が加わり、MgB2粉末の充填率が向上すると共
に、MgB2結晶粒同士の結合が強まって高い臨界電流
密度が得られるようになる。このような観点から、金属
管のビッカース硬さは60以上であることが好ましく、
さらに好ましくは80以上であり、より好適には130
以上の高強度の金属管を使用することが例示される。こ
のような金属管としては、その種類に特に制限はなく、
上記の範囲のビッカース硬さを有する各種の金属管を使
用することができる。たとえば、好適には、各種のキュ
プロニッケル合金(銅−ニッケル合金)や、ステンレス
鋼等が例示される。
【0014】キュプロニッケル合金のビッカース硬さは
組成によっておよそ40〜100程度の範囲で変化す
る。ビッカース硬さが60以上のキュプロニッケル合金
としては、ニッケルの組成が約10%以上のものを例示
することができ、これらをこの出願の発明の金属管とし
て用いることができる。より好適には、ニッケルの組成
がおよそ40〜80%程度でビッカース硬さが80以上
のキュプロニッケル合金である。
【0015】ステンレス鋼のビッカース硬さは、日本工
業規格に定められているほぼ全ての組成において150
以上と高い値であり、この出願の発明において特に好適
な材料として例示することができる。
【0016】これらの金属は低価格であるため、実用的
な材料でもある。さらに、この出願の発明の方法は、前
述のとおり熱処理を必要としないので、たとえば高温で
MgB2と反応するような金属であっても、金属管とし
て使用して差し支えない。しかしながら、ビッカース硬
さが60に満たない金属管を使用すると、線材への加工
時にMgB2粉末十分な圧力が加わらないために、得ら
れるMgB2超伝導線材の臨界電流特性が低下するため
好ましくない。
【0017】このような金属管にMgB2粉末を充填し
て線材加工を施す。MgB2粉末の充填については、使
用する金属管や目的とする線材の形状、加工率等にもよ
るため充填率等の値として一概に表すことはできない
が、最終的な線材においてMgB 2が連続して密に充填
している程度にする。線材加工の方法としては、溝ロー
ル加工、平ロール加工、線引き加工等の公知の各種の塑
性加工方法を利用して、テープ状またはワイヤー状等の
任意の形状の線材に加工することができる。この出願の
発明の方法において、MgB2粉末を充填した金属管は
加工性に富んでおり、途中で焼きなましを必要とせず
に、最終的な目的の形状にまで加工をすることができ
る。もちろん、高硬度の金属管の加工を容易にする目的
で、必要であれば、適当な温度に加熱して線材加工する
ことは可能である。
【0018】以上のような極めて簡便なこの出願の発明
の方法によって、MgB2超伝導線材を得ることができ
る。また、この出願の発明の方法は、熱処理を施す必要
がないため、極めて低コストでMgB2超伝導線材を製
造することができる。
【0019】さらにこの出願の発明の方法においては、
多芯線としてMgB2超伝導線材を製造することができ
る。MgB2超伝導線材を多芯線として製造するには、
たとえば図1の工程図に例示したように、上記のとおり
にMgB2粉末を充填した金属管に線引き等の塑性加工
を施してテープ状またはワイヤー状線材とし、このテー
プ状またはワイヤー状の線材を金属管に複数本に組み込
んで更に塑性加工を施すといった工程を1回〜複数回繰
り返すこと等が例示できる。この出願の発明において
は、このように加工を繰り返すMgB2超伝導多芯線の
製造も、熱処理を必要とせずに、極めて簡便に行うこと
ができる。
【0020】以上のこの出願の発明で得られるMgB2
超伝導線材は低コストであり、また高いJCを有してい
る。たとえば、単芯のテープ状のMgB2超伝導線材
は、4.2K,5Tの磁界中で約12,000A/cm
2程度のJCを示すことが確認され、また2Tでは約7
0,000A/cm2の、ゼロ磁界では約450,00
0A/cm2のJCを示すことが期待されている。このよ
うな高い値は、従来のMgB 2超伝導線材にはみられな
い、極めて高い値である。そして更なる製法および加工
条件の最適化により、より高いJC値が期待できる。
【0021】また、超伝導線材は、実用的には、超伝導
状態をより安定に保つために、超伝導体が金属の母体中
で分割されている多芯線材とすることが望ましい。この
出願の発明のMgB2超伝導線材もMgB2超伝導多芯線
とすることができ、実用化に大いに貢献することができ
る。
【0022】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
【0023】
【実施例】(実施例1)外径6mm、内径4mmのステ
ンレス管(SUS316)に、市販の粒径約0.5μm
のMgB2粉末を充填し、溝ロール加工で2mm×2m
mの細い角棒に加工した後、平ロール圧延によって厚さ
0.5mm、幅5mmのテープ状に加工した。用いたス
テンレス管のビッカース硬さは151であった。MgB
2粉末の充填に際しては、ステンレス管にMgB2粉末を
流し込んだ後、工具鋼の丸棒で軽く突いて充填した。
【0024】得られたテープの横断面像を図2に例示し
た。このテープに対し、熱処理をせずにそのまま臨界電
流密度(JC)の測定を行った。図3に、このテープの
臨界電流密度(JC)の測定結果を白抜きの丸印で例示
した。その結果、4.2K,5Tの磁界中で、10,0
00A/cm2を超えるJC値が得られた。5T以下の磁
界においては、電流端子における発熱のために正確にJ
C値を測定することができなかった。そこで、磁化率測
定によりJCを見積もったところ、4.2K,ゼロ磁界
で、JCは450,000A/cm2以上の高い値に達す
ることがわかった。 (実施例2)外径14mm、内径10mmのCu−Ni
合金管に市販のMgB2粉末を充填し、溝ロール圧延な
らびにダイスによる線引き加工によって、外径2mmの
ワイヤーに加工した。用いたCu−Ni合金管のビッカ
ース硬さは90であった。このワイヤー7本をさらにC
u−Ni合金管に挿入し、同様に加工し、最終的には外
形が2mmの多芯ワイヤーとした。得られた多芯ワイヤ
ーの横断面像を図4に例示した。また図3に、この多芯
ワイヤーの臨界電流密度(JC)の測定結果を黒い三角
印で例示した。
【0025】この多芯ワイヤーを熱処理をせずにそのま
ま4.2KでJCを測定したところ、ゼロ磁界で26,
000A/cm2のJC値が得られることが確認された。 (実施例3)実施例2で用いたのと同じCu−Ni合金
管に市販の販のMgB2粉末を充填し、溝ロール加工で
2mm×2mmの細い角棒に加工した後、平ロール圧延
によって厚さ0.5mm、幅5mmのテープ状に加工し
た。このテープを、そのまま熱処理をせずに4.2Kで
臨界電流密度(JC)を測定し、その結果を図3に黒い
丸印で例示した。その結果、ゼロ磁界で34,000A
/cm2のJC値が得られることが確認された。
【0026】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。
【0027】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、発電機、エネルギー貯蔵、NMR分析装置等の超
伝導機器などの応用に有用で、極めて簡便でかつ低コス
トな、高JCを有するMgB2超伝導線材の製造方法と、
そのMgB2超伝導線材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この出願の発明のMgB2超伝導多芯線の製造
工程を例示した図である。
【図2】実施例において製造したテープ状のこの出願の
発明のMgB2超伝導線材の横断面像を例示した図であ
る。
【図3】実施例において製造したこの出願の発明のMg
2超伝導線材の臨界電流密度(JC)の測定結果を例示
した図である。白抜きの丸印がステンレスを用いたMg
2超伝導テープ線材を、黒い三角印がCu−Ni合金
を用いたMgB2超伝導多芯ワイヤー線材を、黒い丸印
がCu−Ni合金を用いたMgB2超伝導テープ線材を
示している。
【図4】実施例において製造したワイヤー状のこの出願
の発明のMgB2超伝導多芯線材の横断面像を例示した
図である。
フロントページの続き (72)発明者 戸叶 一正 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 独立 行政法人物質・材料研究機構内 Fターム(参考) 4G047 JA01 JA05 JC16 LA10 LB01 5G321 AA98 BA01 BA02 BA03 CA09 CA18 DA02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MgB2粉末をビッカース硬さが60以
    上の金属管に充填して線材加工することを特徴とするM
    gB2超伝導線材の製造方法。
  2. 【請求項2】 金属管のビッカース硬さが80以上であ
    ることを特徴とする請求項1記載のMgB2超伝導線材
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 金属管がステンレス鋼であることを特徴
    とする請求項1または2記載のMgB2超伝導線材の製
    造方法。
  4. 【請求項4】 金属管がビッカース硬さが60以上のキ
    ュプロニッケル合金であることを特徴とする請求項1ま
    たは2記載のMgB2超伝導線材の製造方法。
  5. 【請求項5】 多芯線に加工することを特徴とする請求
    項1ないし4いずれかに記載のMgB2超伝導線材の製
    造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし5いずれかの方法で製造
    されたことを特徴とするMgB2超伝導線材。
  7. 【請求項7】 多芯線であることを特徴とする請求項6
    記載のMgB2超伝導線材。
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