JP2003095650A - 臨界電流密度の高いＭｇＢ２系超電導体及びその製造方法 - Google Patents
臨界電流密度の高いＭｇＢ２系超電導体及びその製造方法Info
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造が容易で量産性に優れ、MgＢ2 の高い臨
界温度特性を保持したまま優れた超電導特性（高い臨界
電流密度等）を示すMgＢ2 系超電導体を得る。 【解決手段】 図１に示すように、Mg，Ｂ及びTiの混合
物を加圧成形し、これを大気圧下等にて（望ましくは６
００℃以上で）焼成することにより、MgＢ2 多結晶体に
Ti及び／又はTi化合物が分散して存在するMgＢ2 系超電
導体を製造する。MgＢ2 系超電導体の組成を、原料添加
量の調整によりMg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比で
「 0.7＜ｘ＜1.2 」で「0.07＜ｙ＜0.3 」の範囲、好ま
しくは「0.07＜ｙ＜0.2 」の範囲とするのが良い。
界温度特性を保持したまま優れた超電導特性（高い臨界
電流密度等）を示すMgＢ2 系超電導体を得る。 【解決手段】 図１に示すように、Mg，Ｂ及びTiの混合
物を加圧成形し、これを大気圧下等にて（望ましくは６
００℃以上で）焼成することにより、MgＢ2 多結晶体に
Ti及び／又はTi化合物が分散して存在するMgＢ2 系超電
導体を製造する。MgＢ2 系超電導体の組成を、原料添加
量の調整によりMg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比で
「 0.7＜ｘ＜1.2 」で「0.07＜ｙ＜0.3 」の範囲、好ま
しくは「0.07＜ｙ＜0.2 」の範囲とするのが良い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高い臨界電流密
度を示すなどの優れた超電導特性を有すると共に製造の
容易なMgＢ2 系超電導体並びにその製造方法に関し、電
力用ケ−ブル，マグネット，モ−タ，発電機等に適用す
るための超電導線材や超電導バルク材を低コストで安定
供給できる道を開くものである。
度を示すなどの優れた超電導特性を有すると共に製造の
容易なMgＢ2 系超電導体並びにその製造方法に関し、電
力用ケ−ブル，マグネット，モ−タ，発電機等に適用す
るための超電導線材や超電導バルク材を低コストで安定
供給できる道を開くものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、強磁界マグネット等に適用されて
いる超電導線材としてはNbTiや Nb3Sn等の金属系超電導
材料が主流をなしているが、これらの材料は臨界温度Tc
が低いのでその使用は液体ヘリウム温度領域に限られ、
そのため超電導クエンチの問題が大きかった。
いる超電導線材としてはNbTiや Nb3Sn等の金属系超電導
材料が主流をなしているが、これらの材料は臨界温度Tc
が低いのでその使用は液体ヘリウム温度領域に限られ、
そのため超電導クエンチの問題が大きかった。
【０００３】このような状況下で、最近、マグネシウム
のホウ化物であるMgＢ2 の超電導特性に関する報告が注
目され、超電導材料としての利用性が様々な観点から検
討されている。しかし、MgＢ2 は臨界温度Tcが３９Ｋと
比較的高くてクエンチの点で有利であるだけでなく、従
来の金属間化合物超電導体よりも高い２０Ｋ程度まで使
用温度が拡大すると期待されているものの、高い臨界電
流密度を示す材料を得るためには高圧雰囲気での合成が
必要であり、そのため低コストでの量産性が望まれるよ
うになってきた超電導材料としての利用性に十分な展望
が開けないでいた。
のホウ化物であるMgＢ2 の超電導特性に関する報告が注
目され、超電導材料としての利用性が様々な観点から検
討されている。しかし、MgＢ2 は臨界温度Tcが３９Ｋと
比較的高くてクエンチの点で有利であるだけでなく、従
来の金属間化合物超電導体よりも高い２０Ｋ程度まで使
用温度が拡大すると期待されているものの、高い臨界電
流密度を示す材料を得るためには高圧雰囲気での合成が
必要であり、そのため低コストでの量産性が望まれるよ
うになってきた超電導材料としての利用性に十分な展望
が開けないでいた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
本発明が目的としたのは、製造が容易で量産性に優れ、
かつMgＢ2 の高い臨界温度特性を保持したままで高い臨
界電流密度を示すMgＢ2系の超電導材料を提供すること
である。
本発明が目的としたのは、製造が容易で量産性に優れ、
かつMgＢ2 の高い臨界温度特性を保持したままで高い臨
界電流密度を示すMgＢ2系の超電導材料を提供すること
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく鋭意研究を行った結果、「MgとＢの混合粉
末を焼結する」という公知の手法では高圧雰囲気下で焼
結しなければ高い臨界電流密度を示す多結晶MgＢ2 焼結
体が得られなかったのに対して、原料のMgとＢとを混合
する際に主として焼結助材として適量の金属Tiを添加し
ておき、これを焼結するようにすれば、大気圧相当の雰
囲気圧の下での焼結によっても、高い臨界温度特性を保
持したままで高い臨界電流密度を示す多結晶のMgＢ2 系
超電導体が安定して得られるとの新規な知見を得ること
ができたのである。
を達成すべく鋭意研究を行った結果、「MgとＢの混合粉
末を焼結する」という公知の手法では高圧雰囲気下で焼
結しなければ高い臨界電流密度を示す多結晶MgＢ2 焼結
体が得られなかったのに対して、原料のMgとＢとを混合
する際に主として焼結助材として適量の金属Tiを添加し
ておき、これを焼結するようにすれば、大気圧相当の雰
囲気圧の下での焼結によっても、高い臨界温度特性を保
持したままで高い臨界電流密度を示す多結晶のMgＢ2 系
超電導体が安定して得られるとの新規な知見を得ること
ができたのである。
【０００６】本発明は上記知見事項等を基にしてなされ
たものであり、次の 1) 項乃至 11)項に示すMgＢ2 系超
電導体並びにその製造方法を提供するものである。 1) TiあるいはTi化合物の何れか又は双方がMgＢ2 系焼
結体中に分散して存在することを特徴とする、臨界電流
密度の高いMgＢ2 系超電導体。 2) TiあるいはTi化合物の何れか又は双方が、MgＢ2 結
晶粒界に存在する、前記項記載の臨界電流密度の高い
MgＢ2 系超電導体。 3) 焼結体中に含まれるMg，Ｂ及びTiの量を原子比で
「Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表記したとき、ｘ及びｙ
がそれぞれ「 0.7＜ｘ＜1.2 」及び「0.05＜ｙ＜0.3 」
である、前記1)項又は2)項に記載の臨界電流密度の高い
MgＢ2 系超電導体。 4) 焼結体中に含まれるMg，Ｂ及びTiの量を原子比で
「Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表記したとき、ｘ及びｙ
がそれぞれ「 0.7＜ｘ＜1.2 」及び「0.07＜ｙ＜0.2 」
である、前記1)項又は2)項に記載の臨界電流密度の高い
MgＢ2 系超電導体。 5) 臨界電流密度が、温度２０Ｋでかつ自己磁界の下に
おいて５×105 Ａ/cm2以上である、前記1)項乃至4)項の
何れかに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2系超電導体。 6) 臨界電流密度が、温度２０Ｋでかつ磁界１Ｔの下に
おいて２×105 Ａ/cm2以上である、前記1)項乃至4)項の
何れかに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2系超電導体。 7) Mg，Ｂ及びTiの混合物を成形して焼結することを特
徴とする、前記1)項乃至6)項の何れかに記載の臨界電流
密度の高いMgＢ2 系超電導体を製造する方法。 8) Mg，Ｂ及びTiの混合物を線材に加工成形して焼成す
ることを特徴とする、前記1)項乃至6)項の何れかに記載
の臨界電流密度の高いMgＢ2 系超電導体を製造する方
法。 9) Mg，Ｂ及びTiの混合物を焼結した後粉砕し、この粉
砕物を線材に加工成形して焼成することを特徴とする、
前記1)項乃至6)項の何れかに記載の臨界電流密度の高い
MgＢ2 系超電導体を製造する方法。 10) Mg，Ｂ及びTiの混合物、又はMg，Ｂ及びTiの混合物
を焼結してから粉砕した粉砕物を、金属管内に充填し、
線材に成形加工して焼成することを特徴とする前記7)項
乃至9)項の何れかに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2 系
超電導体を製造する方法。 11) 焼結（焼成）を大気圧下で行う、前記7)項乃至 10)
項の何れかに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2 系超電導
体の製造方法。 12) 焼結（焼成）を６００℃以上の温度で実施する、前
記7)項乃至 11)項の何れかに記載の臨界電流密度の高い
MgＢ2 系超電導体の製造方法。
たものであり、次の 1) 項乃至 11)項に示すMgＢ2 系超
電導体並びにその製造方法を提供するものである。 1) TiあるいはTi化合物の何れか又は双方がMgＢ2 系焼
結体中に分散して存在することを特徴とする、臨界電流
密度の高いMgＢ2 系超電導体。 2) TiあるいはTi化合物の何れか又は双方が、MgＢ2 結
晶粒界に存在する、前記項記載の臨界電流密度の高い
MgＢ2 系超電導体。 3) 焼結体中に含まれるMg，Ｂ及びTiの量を原子比で
「Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表記したとき、ｘ及びｙ
がそれぞれ「 0.7＜ｘ＜1.2 」及び「0.05＜ｙ＜0.3 」
である、前記1)項又は2)項に記載の臨界電流密度の高い
MgＢ2 系超電導体。 4) 焼結体中に含まれるMg，Ｂ及びTiの量を原子比で
「Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表記したとき、ｘ及びｙ
がそれぞれ「 0.7＜ｘ＜1.2 」及び「0.07＜ｙ＜0.2 」
である、前記1)項又は2)項に記載の臨界電流密度の高い
MgＢ2 系超電導体。 5) 臨界電流密度が、温度２０Ｋでかつ自己磁界の下に
おいて５×105 Ａ/cm2以上である、前記1)項乃至4)項の
何れかに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2系超電導体。 6) 臨界電流密度が、温度２０Ｋでかつ磁界１Ｔの下に
おいて２×105 Ａ/cm2以上である、前記1)項乃至4)項の
何れかに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2系超電導体。 7) Mg，Ｂ及びTiの混合物を成形して焼結することを特
徴とする、前記1)項乃至6)項の何れかに記載の臨界電流
密度の高いMgＢ2 系超電導体を製造する方法。 8) Mg，Ｂ及びTiの混合物を線材に加工成形して焼成す
ることを特徴とする、前記1)項乃至6)項の何れかに記載
の臨界電流密度の高いMgＢ2 系超電導体を製造する方
法。 9) Mg，Ｂ及びTiの混合物を焼結した後粉砕し、この粉
砕物を線材に加工成形して焼成することを特徴とする、
前記1)項乃至6)項の何れかに記載の臨界電流密度の高い
MgＢ2 系超電導体を製造する方法。 10) Mg，Ｂ及びTiの混合物、又はMg，Ｂ及びTiの混合物
を焼結してから粉砕した粉砕物を、金属管内に充填し、
線材に成形加工して焼成することを特徴とする前記7)項
乃至9)項の何れかに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2 系
超電導体を製造する方法。 11) 焼結（焼成）を大気圧下で行う、前記7)項乃至 10)
項の何れかに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2 系超電導
体の製造方法。 12) 焼結（焼成）を６００℃以上の温度で実施する、前
記7)項乃至 11)項の何れかに記載の臨界電流密度の高い
MgＢ2 系超電導体の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明におけるMgＢ2 系超
電導体並びにその製造方法をより具体的に説明する。本
発明法に従って、Mg，Ｂ及びTiの混合物を加圧成形し、
これを焼成（焼結）すると、“Ti”あるいは“Ti化合
物”の何れか又は双方が分散して存在する緻密なMgＢ2
系超電導体が得られる。図１は、上記本発明に係るMgＢ
2 系超電導体の製造方法例を説明した模式図である。な
お、一般には、超電導体のバルク材を得る場合には焼結
を行い、超電導体の線材を得る場合には焼成を行うが、
本明細書においては“焼結”及び“焼成”の用語を特に
区別することなく使用している。
電導体並びにその製造方法をより具体的に説明する。本
発明法に従って、Mg，Ｂ及びTiの混合物を加圧成形し、
これを焼成（焼結）すると、“Ti”あるいは“Ti化合
物”の何れか又は双方が分散して存在する緻密なMgＢ2
系超電導体が得られる。図１は、上記本発明に係るMgＢ
2 系超電導体の製造方法例を説明した模式図である。な
お、一般には、超電導体のバルク材を得る場合には焼結
を行い、超電導体の線材を得る場合には焼成を行うが、
本明細書においては“焼結”及び“焼成”の用語を特に
区別することなく使用している。
【０００８】ここで、Mg，Ｂ及びTiの混合物を加圧成形
では、焼結体の製造において一般的な５０〜２００ＭPa
程度の圧力を加えれば良い。線材を製造する場合には、
上記混合物を金属製のパイプに詰めて線材に加工成形し
た後、焼成する。この場合、Mg，Ｂ及びTiの混合物を焼
結した後、この焼結体を粉砕し、得られた粉砕物（焼結
粉）を金属製のパイプに詰めて線材に加工成形してから
焼成を行っても良い。また、焼成温度はMgＢ2 系焼結体
（超電導体）の生成反応が生じる温度であれば良いが、
Mg（融点：６５０℃）の反応が６００℃以上の温度域で
促進されることから、焼成温度を６００℃以上とするの
が望ましい。そして、Mgが蒸発しない温度以下で焼成す
るのが好ましい。焼成時の雰囲気は非酸化性雰囲気（例
えば不活性ガス雰囲気）とするのが良いが、得られるMg
Ｂ2 系超電導体の特性やコスト面からはArガス雰囲気と
することが推奨される。そして、焼成時の雰囲気圧は大
気圧（大気圧相当雰囲気圧）で十分であるが、高圧雰囲
気下での焼成を行っても差し支えないことは勿論であ
る。
では、焼結体の製造において一般的な５０〜２００ＭPa
程度の圧力を加えれば良い。線材を製造する場合には、
上記混合物を金属製のパイプに詰めて線材に加工成形し
た後、焼成する。この場合、Mg，Ｂ及びTiの混合物を焼
結した後、この焼結体を粉砕し、得られた粉砕物（焼結
粉）を金属製のパイプに詰めて線材に加工成形してから
焼成を行っても良い。また、焼成温度はMgＢ2 系焼結体
（超電導体）の生成反応が生じる温度であれば良いが、
Mg（融点：６５０℃）の反応が６００℃以上の温度域で
促進されることから、焼成温度を６００℃以上とするの
が望ましい。そして、Mgが蒸発しない温度以下で焼成す
るのが好ましい。焼成時の雰囲気は非酸化性雰囲気（例
えば不活性ガス雰囲気）とするのが良いが、得られるMg
Ｂ2 系超電導体の特性やコスト面からはArガス雰囲気と
することが推奨される。そして、焼成時の雰囲気圧は大
気圧（大気圧相当雰囲気圧）で十分であるが、高圧雰囲
気下での焼成を行っても差し支えないことは勿論であ
る。
【０００９】さて、本発明法により得られる前記「“T
i”あるいは“Ti化合物”の何れか又は双方が分散して
存在するMgＢ2 系超電導体」では、主としてMgＢ2 多結
晶体の粒界に“Ti”あるいは“Ti化合物”が分散して存
在しているが、一部が結晶粒内に存在する場合もある。
このMgＢ2 多結晶体に分散して存在する“Ti”又は“Ti
化合物”の故に、MgＢ 2 系超電導体は大気圧下で焼成し
た場合でも非常に緻密なものとなる。
i”あるいは“Ti化合物”の何れか又は双方が分散して
存在するMgＢ2 系超電導体」では、主としてMgＢ2 多結
晶体の粒界に“Ti”あるいは“Ti化合物”が分散して存
在しているが、一部が結晶粒内に存在する場合もある。
このMgＢ2 多結晶体に分散して存在する“Ti”又は“Ti
化合物”の故に、MgＢ 2 系超電導体は大気圧下で焼成し
た場合でも非常に緻密なものとなる。
【００１０】そして、このMgＢ2 系超電導体には、超電
導の臨界温度Tcが３９Ｋ弱を示し、臨界電流密度も温度
２０Ｋにおける自己磁界での値が５×105 Ａ/cm2以上、
温度２０Ｋにおける磁界１Ｔでの値が２×105 Ａ/cm2以
上に達するものも認められた｛この材料は、 後述する実
施例で得られたMgＢ2 系超電導体の、 Mg，Ｂ及びTiの量
を原子比で「Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表したときの
ｘの値が 0.9でｙの値が 0.1のものである）。
導の臨界温度Tcが３９Ｋ弱を示し、臨界電流密度も温度
２０Ｋにおける自己磁界での値が５×105 Ａ/cm2以上、
温度２０Ｋにおける磁界１Ｔでの値が２×105 Ａ/cm2以
上に達するものも認められた｛この材料は、 後述する実
施例で得られたMgＢ2 系超電導体の、 Mg，Ｂ及びTiの量
を原子比で「Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表したときの
ｘの値が 0.9でｙの値が 0.1のものである）。
【００１１】また、本発明法により得られる前記MgＢ2
系超電導体は、不可逆磁界Ｈirr がTiを含まないものと
比べて第二臨界磁界Ｈc2に近い値を示すという特徴も有
している。一般に、超電導体は第二臨界磁界Ｈc2以下で
超電導状態を保っているが、不可逆磁界Ｈirr 以上の磁
場では超電導体内の磁束が動いてしまって抵抗を発生す
るので超電導電流を流せなくなってしまう。つまり、不
可逆磁界Ｈirr が第二臨界磁界Ｈc2に近ければ高い磁場
をかけても大きな超電導電流を流せるので、不可逆磁界
Ｈirr が第二臨界磁界Ｈc2に近いことが望まれており、
この点でもTiを含有する前記MgＢ2 系超電導体は好まし
い材料であると言える。
系超電導体は、不可逆磁界Ｈirr がTiを含まないものと
比べて第二臨界磁界Ｈc2に近い値を示すという特徴も有
している。一般に、超電導体は第二臨界磁界Ｈc2以下で
超電導状態を保っているが、不可逆磁界Ｈirr 以上の磁
場では超電導体内の磁束が動いてしまって抵抗を発生す
るので超電導電流を流せなくなってしまう。つまり、不
可逆磁界Ｈirr が第二臨界磁界Ｈc2に近ければ高い磁場
をかけても大きな超電導電流を流せるので、不可逆磁界
Ｈirr が第二臨界磁界Ｈc2に近いことが望まれており、
この点でもTiを含有する前記MgＢ2 系超電導体は好まし
い材料であると言える。
【００１２】本発明法により得られる前記MgＢ2 系超電
導体は、その中に分散して存在する“Ti”又は“Ti化合
物”の故に、大気圧で焼成したMgＢ2 多結晶焼結体であ
っても非常に緻密であり、これが超電導材料に望まれる
高い臨界電流密度等を示す大きな要因の１つであると考
えられる（因みに、 Ti添加なしに大気圧下で焼結したも
のは、 多孔質で密度の低い焼結体となり、 臨界電流密度
も著しく劣ったものとなる）。
導体は、その中に分散して存在する“Ti”又は“Ti化合
物”の故に、大気圧で焼成したMgＢ2 多結晶焼結体であ
っても非常に緻密であり、これが超電導材料に望まれる
高い臨界電流密度等を示す大きな要因の１つであると考
えられる（因みに、 Ti添加なしに大気圧下で焼結したも
のは、 多孔質で密度の低い焼結体となり、 臨界電流密度
も著しく劣ったものとなる）。
【００１３】なお、場合によってMgＢ2 多結晶体に存在
する“Ti化合物”は、原料混合物に添加したTiから焼結
工程中に生じた化合物であるTiＢ2 やTiＢ4 等であり、
これらの存在も、Tiと同様にMgＢ2 焼結体の臨界温度に
それほど影響することなく磁束線の動きを止めるピン止
めセンタ−として働き、高い臨界電流密度等を付与する
一因になっていると考えられる。
する“Ti化合物”は、原料混合物に添加したTiから焼結
工程中に生じた化合物であるTiＢ2 やTiＢ4 等であり、
これらの存在も、Tiと同様にMgＢ2 焼結体の臨界温度に
それほど影響することなく磁束線の動きを止めるピン止
めセンタ−として働き、高い臨界電流密度等を付与する
一因になっていると考えられる。
【００１４】ところで、本発明に係るMgＢ2 系超電導体
では、その組成を、Mg，Ｂ及びTiの量を原子比で「Mg：
Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表記したときにｘ及びｙがそれ
ぞれ「 0.7＜ｘ＜1.2 」及び「0.05＜ｙ＜0.3 」の範囲
内となるように調整するのが良い。組成をこの範囲に調
整することによって、超電導特性（臨界電流密度，磁化
の強さ，不可逆臨界磁界等）が一段と優れた超電導体が
実現される。望ましくは、上記Ti量ｙを「0.07＜ｙ＜0.
2 」の範囲内に調整するならば、その超電導特性は更に
優れた値に安定化する。なお、MgＢ2 系超電導体組成の
調整は、原料の調整段階においてMg原料，Ｂ原料及びTi
原料の添加量を加減することにより行えば良い。
では、その組成を、Mg，Ｂ及びTiの量を原子比で「Mg：
Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表記したときにｘ及びｙがそれ
ぞれ「 0.7＜ｘ＜1.2 」及び「0.05＜ｙ＜0.3 」の範囲
内となるように調整するのが良い。組成をこの範囲に調
整することによって、超電導特性（臨界電流密度，磁化
の強さ，不可逆臨界磁界等）が一段と優れた超電導体が
実現される。望ましくは、上記Ti量ｙを「0.07＜ｙ＜0.
2 」の範囲内に調整するならば、その超電導特性は更に
優れた値に安定化する。なお、MgＢ2 系超電導体組成の
調整は、原料の調整段階においてMg原料，Ｂ原料及びTi
原料の添加量を加減することにより行えば良い。
【００１５】上述のように、本発明は、超電導特性の優
れたMgＢ2 系超電導体を高圧雰囲気での焼結（焼成）を
要することなく提供できるようにしたものであるが、以
下、本発明を実施例により更に具体的に説明する。
れたMgＢ2 系超電導体を高圧雰囲気での焼結（焼成）を
要することなく提供できるようにしたものであるが、以
下、本発明を実施例により更に具体的に説明する。
【００１６】
【実施例】何れも、純度が99％で、粒度が３００メッシ
ュのMg粉末とＢ粉末（アモルファス）とTi粉末とを大気
中で混合し、直径７mm，高さ６mmのタブレット（圧粉
体）に加圧成型した。次いで、上記タブレット（圧粉
体）を電気炉内のMgＯプレ−ト上に載せ、１気圧のAr気
流中で、まず６００℃で１時間加熱し、続いて８００℃
で１時間加熱した後、更に９００℃で２時間加熱し、そ
の後電気炉中で室温まで冷却した。この処理によって、
MgＢ2 系超電導体（焼結体）を得た。図２は、本実施例
における処理工程を説明した模式図である。
ュのMg粉末とＢ粉末（アモルファス）とTi粉末とを大気
中で混合し、直径７mm，高さ６mmのタブレット（圧粉
体）に加圧成型した。次いで、上記タブレット（圧粉
体）を電気炉内のMgＯプレ−ト上に載せ、１気圧のAr気
流中で、まず６００℃で１時間加熱し、続いて８００℃
で１時間加熱した後、更に９００℃で２時間加熱し、そ
の後電気炉中で室温まで冷却した。この処理によって、
MgＢ2 系超電導体（焼結体）を得た。図２は、本実施例
における処理工程を説明した模式図である。
【００１７】なお、MgＢ2 系超電導体は、原料粉末の仕
込み量組成を調整することにより、Mg，Ｂ及びTiの量を
原子比で「Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表記したときの
ｘ及びｙの値（ｘ，ｙ）がそれぞれ（１，０),（0.98,
0.02),（0.95, 0.05),（0.9,0.1),（0.8, 0.2),（0.6,
0.4),（0.2, 0.8）並びに（０，１）と、Ti量が様々に
異なるものを得た。
込み量組成を調整することにより、Mg，Ｂ及びTiの量を
原子比で「Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表記したときの
ｘ及びｙの値（ｘ，ｙ）がそれぞれ（１，０),（0.98,
0.02),（0.95, 0.05),（0.9,0.1),（0.8, 0.2),（0.6,
0.4),（0.2, 0.8）並びに（０，１）と、Ti量が様々に
異なるものを得た。
【００１８】作製した各試料の結晶性を、ＸＲＤ(X-ray
diffraction) や、ＥＤＳ(energydisprersion spectru
m) 付きのＨＲＴＥＭ(high resolution transmission e
lectron microscope)により評価した結果、ｘ＝0.9 ，
ｙ＝0.1 においてMgＢ2 相の量(volume fraction) は最
も多いことが分かった。
diffraction) や、ＥＤＳ(energydisprersion spectru
m) 付きのＨＲＴＥＭ(high resolution transmission e
lectron microscope)により評価した結果、ｘ＝0.9 ，
ｙ＝0.1 においてMgＢ2 相の量(volume fraction) は最
も多いことが分かった。
【００１９】図３に、Ti添加によって得られたMgＢ2 系
超電導体（Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比にてｘ＝
0.9 ，ｙ＝0.1 ）のＨＲＴＥＭによる写真図（電子顕微
鏡写真図）を示す。図３において、黒く見える部分が分
散したTi相であり、明るく見える地の部分がMgＢ2 結晶
の相である。
超電導体（Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比にてｘ＝
0.9 ，ｙ＝0.1 ）のＨＲＴＥＭによる写真図（電子顕微
鏡写真図）を示す。図３において、黒く見える部分が分
散したTi相であり、明るく見える地の部分がMgＢ2 結晶
の相である。
【００２０】次に、得られた前記各MgＢ2 系超電導体に
つき超電導特性の調査を行った。まず、図４は、得られ
たMgＢ2 系超電導体（ｘ＝１でｙ＝０のもの, ｘ＝0.9
でｙ＝0.1 のもの, ｘ＝0.8 でｙ＝0.2 のもの, ｘ＝0.
6 でｙ＝0.4 のもの）における磁化率の温度依存性（ゼ
ロ磁場冷却）の調査結果を示すグラフであるが、何れも
臨界温度Tcが37.5〜38.6Ｋの高い値を示していることが
分かる。
つき超電導特性の調査を行った。まず、図４は、得られ
たMgＢ2 系超電導体（ｘ＝１でｙ＝０のもの, ｘ＝0.9
でｙ＝0.1 のもの, ｘ＝0.8 でｙ＝0.2 のもの, ｘ＝0.
6 でｙ＝0.4 のもの）における磁化率の温度依存性（ゼ
ロ磁場冷却）の調査結果を示すグラフであるが、何れも
臨界温度Tcが37.5〜38.6Ｋの高い値を示していることが
分かる。
【００２１】また、図５は、Tiの原子比（ｙ）と磁化の
強さＭ及び臨界温度Tcとの調査結果を示すグラフである
が、ｙの値が「0.05＜ｙ＜0.3 」の範囲では臨界温度Tc
にそれほどの悪影響が及ばずに高い磁化を示すことが分
かる。
強さＭ及び臨界温度Tcとの調査結果を示すグラフである
が、ｙの値が「0.05＜ｙ＜0.3 」の範囲では臨界温度Tc
にそれほどの悪影響が及ばずに高い磁化を示すことが分
かる。
【００２２】更に、図６は、得られたMgＢ2 系超電導体
（ｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のもの, ｘ＝0.8 でｙ＝0.2 のも
の, ｘ＝１でｙ＝０のもの）に関する種々の温度での臨
界電流密度Ｊc の磁界依存性を示したグラフであるが、
ｙ＝０の材料（Tiを含有しない材料）に比べて、ｘ＝0.
9 でｙ＝0.1 の材料やｘ＝0.8 でｙ＝0.2 の材料は非常
に高い臨界電流密度Ｊc を示すことが分かる。
（ｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のもの, ｘ＝0.8 でｙ＝0.2 のも
の, ｘ＝１でｙ＝０のもの）に関する種々の温度での臨
界電流密度Ｊc の磁界依存性を示したグラフであるが、
ｙ＝０の材料（Tiを含有しない材料）に比べて、ｘ＝0.
9 でｙ＝0.1 の材料やｘ＝0.8 でｙ＝0.2 の材料は非常
に高い臨界電流密度Ｊc を示すことが分かる。
【００２３】なお、表１は、実施例で得られたMgＢ2 系
超電導体（ｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のもの）に関する種々の
温度と磁界での臨界電流密度Ｊc の測定結果をまとめて
示したものである。
超電導体（ｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のもの）に関する種々の
温度と磁界での臨界電流密度Ｊc の測定結果をまとめて
示したものである。
【００２４】
【表１】
【００２５】そして、図７は、実施例で得られたMgＢ2
系超電導体（ｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のもの, ｘ＝0.8 でｙ
＝0.2 のもの, ｘ＝１でｙ＝０のもの）に関する不可逆
磁界Ｈirr と第二臨界磁界Ｈc2の温度依存性を示したグ
ラフであるが、ｙ＝０の材料（Tiを含有しない材料）に
比べてｙ＝0.1 やｙ＝0.2 の材料は不可逆磁界Ｈirrが
第二臨界磁界Ｈc2に近い値を示すことが分かる。従っ
て、本発明に係るMgＢ2 系超電導体はTiを含有しない材
料に比べて超電導電流を流せる磁界領域も非常に大き
く、この点からしても優れた超電導材料である。なお、
図７に示した第二臨界磁界Ｈc2のデ−タは、ｙ＝0.1 の
試料に関しての異なる温度での磁代Ｍ−Ｈカ−ブから測
定したものであるが、ｙ＝０，0.05及び0.2 の試料から
測定されたＨc2のデ−タもｙ＝0.1 の試料のそれと殆ど
変わらないものであった。
系超電導体（ｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のもの, ｘ＝0.8 でｙ
＝0.2 のもの, ｘ＝１でｙ＝０のもの）に関する不可逆
磁界Ｈirr と第二臨界磁界Ｈc2の温度依存性を示したグ
ラフであるが、ｙ＝０の材料（Tiを含有しない材料）に
比べてｙ＝0.1 やｙ＝0.2 の材料は不可逆磁界Ｈirrが
第二臨界磁界Ｈc2に近い値を示すことが分かる。従っ
て、本発明に係るMgＢ2 系超電導体はTiを含有しない材
料に比べて超電導電流を流せる磁界領域も非常に大き
く、この点からしても優れた超電導材料である。なお、
図７に示した第二臨界磁界Ｈc2のデ−タは、ｙ＝0.1 の
試料に関しての異なる温度での磁代Ｍ−Ｈカ−ブから測
定したものであるが、ｙ＝０，0.05及び0.2 の試料から
測定されたＨc2のデ−タもｙ＝0.1 の試料のそれと殆ど
変わらないものであった。
【００２６】
【発明の効果】以上に説明した如く、この発明によれ
ば、従来は高圧の雰囲気下での焼結によってしか得られ
なかった高い臨界電流密度を示す緻密なMgＢ2 系超電導
体を大気圧程度の低圧雰囲気下でも製造することが可能
であるので、電力用ケ−ブル，マグネット，モ−タ，発
電機等に適用するための超電導線材や超電導バルク材等
を低コストで量産することができる。このように、本発
明は、低価格で高品質の超電導体を安定的に供給するこ
とを可能とするなど、産業上極めて有用な効果がもたら
される。
ば、従来は高圧の雰囲気下での焼結によってしか得られ
なかった高い臨界電流密度を示す緻密なMgＢ2 系超電導
体を大気圧程度の低圧雰囲気下でも製造することが可能
であるので、電力用ケ−ブル，マグネット，モ−タ，発
電機等に適用するための超電導線材や超電導バルク材等
を低コストで量産することができる。このように、本発
明は、低価格で高品質の超電導体を安定的に供給するこ
とを可能とするなど、産業上極めて有用な効果がもたら
される。
【図１】本発明に係るMgＢ2 系超電導体の製造方法例を
説明した模式図である。
説明した模式図である。
【図２】実施例におけるMgＢ2 系超電導体製造のための
処理工程を説明した模式図である。
処理工程を説明した模式図である。
【図３】実施例で得られたMgＢ2 系超電導体（Mg：Ｂ：
Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比にてｘ＝0.9 ，ｙ＝0.1 ）の
電子顕微鏡写真図である。
Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比にてｘ＝0.9 ，ｙ＝0.1 ）の
電子顕微鏡写真図である。
【図４】実施例で得られたMgＢ2 系超電導体（Mg：Ｂ：
Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比にてｘ＝１でｙ＝０のもの,
ｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のもの, ｘ＝0.8 でｙ＝0.2 のも
の, ｘ＝0.6 でｙ＝0.4 のもの）における磁化率の温度
依存性を測定した結果を示すグラフである。
Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比にてｘ＝１でｙ＝０のもの,
ｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のもの, ｘ＝0.8 でｙ＝0.2 のも
の, ｘ＝0.6 でｙ＝0.4 のもの）における磁化率の温度
依存性を測定した結果を示すグラフである。
【図５】実施例で得られたMgＢ2 系超電導体のTi量（M
g：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比でのｙの値）と磁化
の強さＭ及び臨界温度Tcとの関係を示すグラフである。
g：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比でのｙの値）と磁化
の強さＭ及び臨界温度Tcとの関係を示すグラフである。
【図６】実施例で得られたMgＢ2 系超電導体 (Mg：Ｂ：
Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比にてｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のも
の, ｘ＝0.8 でｙ＝0.2 のもの, ｘ＝１でｙ＝０のも
の）に関する種々の温度での臨界電流密度Ｊc の磁界依
存性を示したグラフである。
Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比にてｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のも
の, ｘ＝0.8 でｙ＝0.2 のもの, ｘ＝１でｙ＝０のも
の）に関する種々の温度での臨界電流密度Ｊc の磁界依
存性を示したグラフである。
【図７】実施例で得られたMgＢ2 系超電導体（Mg：Ｂ：
Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比にてｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のも
の, ｘ＝0.8 でｙ＝0.2 のもの, ｘ＝１でｙ＝０のも
の）に関する不可逆磁界Ｈirr と第二臨界磁界Ｈc2の温
度依存性を示したグラフである。
Ti＝ｘ：２：ｙなる原子比にてｘ＝0.9 でｙ＝0.1 のも
の, ｘ＝0.8 でｙ＝0.2 のもの, ｘ＝１でｙ＝０のも
の）に関する不可逆磁界Ｈirr と第二臨界磁界Ｈc2の温
度依存性を示したグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 勇 馮
東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法
人国際超電導産業技術研究センタ−超電導
工学研究所内
(72)発明者 呉 源
東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法
人国際超電導産業技術研究センタ−超電導
工学研究所内
(72)発明者 町 敬人
東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法
人国際超電導産業技術研究センタ−超電導
工学研究所内
(72)発明者 札本 安識
東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法
人国際超電導産業技術研究センタ−超電導
工学研究所内
(72)発明者 腰塚 直己
東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法
人国際超電導産業技術研究センタ−超電導
工学研究所内
(72)発明者 村上 雅人
東京都江東区東雲１丁目14番３号 財団法
人国際超電導産業技術研究センタ−超電導
工学研究所内
Ｆターム(参考） 4G001 BA61 BA68 BB41 BB61 BC12
BC13 BC23 BC54 BC56 BC57
BC62 BD22 BE26
4G047 JA05 JC16 KA01 KB04 KB13
KB17 LB01
5G321 AA98 BA01 BA03 DC99
Claims (12)
- 【請求項１】 TiあるいはTi化合物の何れか又は双方が
MgＢ2 系焼結体中に分散して存在することを特徴とす
る、臨界電流密度の高いMgＢ2 系超電導体。 - 【請求項２】 TiあるいはTi化合物の何れか又は双方
が、MgＢ2 結晶粒界に存在する、請求項１記載の臨界電
流密度の高いMgＢ2 系超電導体。 - 【請求項３】 焼結体中に含まれるMg，Ｂ及びTiの量を
原子比で「Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表記したとき、
ｘ及びｙがそれぞれ「 0.7＜ｘ＜1.2 」及び「0.05＜ｙ
＜0.3 」である、請求項１又は２に記載の臨界電流密度
の高いMgＢ2系超電導体。 - 【請求項４】 焼結体中に含まれるMg，Ｂ及びTiの量を
原子比で「Mg：Ｂ：Ti＝ｘ：２：ｙ」と表記したとき、
ｘ及びｙがそれぞれ「 0.7＜ｘ＜1.2 」及び「0.07＜ｙ
＜0.2 」である、請求項１又は２に記載の臨界電流密度
の高いMgＢ2系超電導体。 - 【請求項５】 臨界電流密度が、温度２０Ｋでかつ自己
磁界の下において５×105 Ａ/cm2以上である、請求項１
乃至４の何れかに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2 系超
電導体。 - 【請求項６】 臨界電流密度が、温度２０Ｋでかつ磁界
１Ｔの下において２×105 Ａ/cm2以上である、請求項１
乃至４の何れかに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2 系超
電導体。 - 【請求項７】 Mg，Ｂ及びTiの混合物を加圧成形して焼
結することを特徴とする、請求項１乃至６の何れかに記
載の臨界電流密度の高いMgＢ2 系超電導体を製造する方
法。 - 【請求項８】 Mg，Ｂ及びTiの混合物を線材に加工成形
して焼成することを特徴とする、請求項１乃至６の何れ
かに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2 系超電導体を製造
する方法。 - 【請求項９】 Mg，Ｂ及びTiの混合物を焼結した後粉砕
し、この粉砕物を線材に加工成形して焼成することを特
徴とする、請求項１乃至６の何れかに記載の臨界電流密
度の高いMgＢ2 系超電導体を製造する方法。 - 【請求項１０】 Mg，Ｂ及びTiの混合物、又はMg，Ｂ及
びTiの混合物を焼結してから粉砕した粉砕物を、金属管
内に充填し、線材に成形加工して焼成することを特徴と
する請求項７乃至９の何れかに記載の臨界電流密度の高
いMgＢ2 系超電導体を製造する方法。 - 【請求項１１】 焼結（焼成）を大気圧下で行う、請求
項７乃至10の何れかに記載の臨界電流密度の高いMgＢ2
系超電導体の製造方法。 - 【請求項１２】 焼結（焼成）を６００℃以上の温度で
実施する、請求項７乃至11の何れかに記載の臨界電流密
度の高いMgＢ2 系超電導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002154900A JP2003095650A (ja) | 2001-06-01 | 2002-05-29 | 臨界電流密度の高いＭｇＢ２系超電導体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001167389 | 2001-06-01 | ||
| JP2001-167389 | 2001-06-01 | ||
| JP2002154900A JP2003095650A (ja) | 2001-06-01 | 2002-05-29 | 臨界電流密度の高いＭｇＢ２系超電導体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003095650A true JP2003095650A (ja) | 2003-04-03 |
Family
ID=26616241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002154900A Pending JP2003095650A (ja) | 2001-06-01 | 2002-05-29 | 臨界電流密度の高いＭｇＢ２系超電導体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003095650A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007059261A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | National Institute For Materials Science | ＭｇＢ２超電導体とその線材並びにそれらの製造方法 |
| JP2007123194A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Shin Nikkei Co Ltd | ＭｇＢ２／Ａｌ超伝導押出し材及びその製造方法 |
| CN100354985C (zh) * | 2005-12-28 | 2007-12-12 | 西北有色金属研究院 | 一种MgB2超导体的制备方法 |
| KR100812798B1 (ko) | 2006-12-29 | 2008-03-12 | 한국기계연구원 | 마그네슘 다이보라이드 초전도 분말 제조방법 |
| CN100376010C (zh) * | 2005-12-23 | 2008-03-19 | 上海大学 | 高密度MgB2超导线材的制备方法 |
| CN100376009C (zh) * | 2005-12-23 | 2008-03-19 | 上海大学 | 高密度MgB2超导块材的制备方法 |
-
2002
- 2002-05-29 JP JP2002154900A patent/JP2003095650A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007059261A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | National Institute For Materials Science | ＭｇＢ２超電導体とその線材並びにそれらの製造方法 |
| JP2007123194A (ja) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Shin Nikkei Co Ltd | ＭｇＢ２／Ａｌ超伝導押出し材及びその製造方法 |
| CN100376010C (zh) * | 2005-12-23 | 2008-03-19 | 上海大学 | 高密度MgB2超导线材的制备方法 |
| CN100376009C (zh) * | 2005-12-23 | 2008-03-19 | 上海大学 | 高密度MgB2超导块材的制备方法 |
| CN100354985C (zh) * | 2005-12-28 | 2007-12-12 | 西北有色金属研究院 | 一种MgB2超导体的制备方法 |
| KR100812798B1 (ko) | 2006-12-29 | 2008-03-12 | 한국기계연구원 | 마그네슘 다이보라이드 초전도 분말 제조방법 |
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