JP2003249696A - ＭｇＢ２超伝導膜状体とその製造方法 - Google Patents
ＭｇＢ２超伝導膜状体とその製造方法Info
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- JP2003249696A JP2003249696A JP2002048331A JP2002048331A JP2003249696A JP 2003249696 A JP2003249696 A JP 2003249696A JP 2002048331 A JP2002048331 A JP 2002048331A JP 2002048331 A JP2002048331 A JP 2002048331A JP 2003249696 A JP2003249696 A JP 2003249696A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超伝導転移温度が優れているだけでなく、上
部臨界磁界や高磁界での臨界電流が優れた特性を有し、
その特性を維持することができる超伝導材料とその製造
方法を提供する。 【解決手段】 金属基材にＭｇ-Ｂと反応性の少ない材
料からなる膜を設ける又は設けない表面にＭｇ過剰のＭ
ｇ-Ｂ非結晶質前駆体膜を形成した後、該前駆体被覆膜
を酸素フリーの不活性気体中で急速加熱、短時間加熱保
持、急速冷却を経てＭｇ-Ｂ非晶質前駆体からＭｇＢ2の
ナノサイズ微結晶を晶出させることでＭｇＢ2超伝導膜
状体（１）を製造方法する。
部臨界磁界や高磁界での臨界電流が優れた特性を有し、
その特性を維持することができる超伝導材料とその製造
方法を提供する。 【解決手段】 金属基材にＭｇ-Ｂと反応性の少ない材
料からなる膜を設ける又は設けない表面にＭｇ過剰のＭ
ｇ-Ｂ非結晶質前駆体膜を形成した後、該前駆体被覆膜
を酸素フリーの不活性気体中で急速加熱、短時間加熱保
持、急速冷却を経てＭｇ-Ｂ非晶質前駆体からＭｇＢ2の
ナノサイズ微結晶を晶出させることでＭｇＢ2超伝導膜
状体（１）を製造方法する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、リニアモ
ーターカー、加速器、医療機器用高磁界マグネット、加
速器用マグネット、電力貯蔵（ＳＭＥＳ）および各種の
電力システム等の幅広い分野への応用に有用なＭｇＢ2
超伝導体に関するものであり、さらに詳しくは、高磁界
においても臨界電流が低下しない磁界特性を有するＭｇ
Ｂ2の微結晶からなる膜状超伝導体に関するものであ
る。
ーターカー、加速器、医療機器用高磁界マグネット、加
速器用マグネット、電力貯蔵（ＳＭＥＳ）および各種の
電力システム等の幅広い分野への応用に有用なＭｇＢ2
超伝導体に関するものであり、さらに詳しくは、高磁界
においても臨界電流が低下しない磁界特性を有するＭｇ
Ｂ2の微結晶からなる膜状超伝導体に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】超伝導体に関するこれまで
の技術は、大きく分けて銅の酸化物からなる銅酸化物超
伝導体と銅酸化物以外からなる非銅酸化物超伝導体に大
別できる。銅酸化物超伝導体は銅と酸素からなる二次元
面の構造を有しており超伝導転移温度（Ｔｃ）は非銅酸
化物超伝導体に比べて高いが、この銅酸化物超伝導体は
いわゆるセラミックスであるため、導線に加工すること
はもちろん、簡単な成形・加工も難しく、これまで銅酸
化物からなる超伝導体を製品化することはできなかっ
た。
の技術は、大きく分けて銅の酸化物からなる銅酸化物超
伝導体と銅酸化物以外からなる非銅酸化物超伝導体に大
別できる。銅酸化物超伝導体は銅と酸素からなる二次元
面の構造を有しており超伝導転移温度（Ｔｃ）は非銅酸
化物超伝導体に比べて高いが、この銅酸化物超伝導体は
いわゆるセラミックスであるため、導線に加工すること
はもちろん、簡単な成形・加工も難しく、これまで銅酸
化物からなる超伝導体を製品化することはできなかっ
た。
【０００３】一方、非銅酸化物超伝導体としては複数の
金属元素だけからなる金属間化合物と銅を含まない金属
の酸化物からなる２種類がある。非銅酸化物超伝導体の
中でも金属間化合物からなる超伝導体は，それ自体が金
属であるため合成・成形・加工が容易である。このよう
に、銅酸化物超伝導体および非銅酸化物超伝導体はそれ
ぞれが一長一短を有しているが、製品化の観点から考え
た場合、合成・成形・加工が容易である金属系超伝導体
の方が好ましいと考えられており、近年種々の金属を組
み合わせて金属系超伝導体を製造する試みがなされてき
た。
金属元素だけからなる金属間化合物と銅を含まない金属
の酸化物からなる２種類がある。非銅酸化物超伝導体の
中でも金属間化合物からなる超伝導体は，それ自体が金
属であるため合成・成形・加工が容易である。このよう
に、銅酸化物超伝導体および非銅酸化物超伝導体はそれ
ぞれが一長一短を有しているが、製品化の観点から考え
た場合、合成・成形・加工が容易である金属系超伝導体
の方が好ましいと考えられており、近年種々の金属を組
み合わせて金属系超伝導体を製造する試みがなされてき
た。
【０００４】その結果、Ｍｇ（マグネシウム）で形成さ
れる六角形の面とＢ（硼素）で形成される六角形の面が
積層された構造を持つＭｇＢ2（二硼化マグネシウム）
が金属系超伝導体としては高い超伝導転移温度を有する
ものであることがわかってきた。最近開発されたこのＭ
ｇＢ2（２硼化マグネシウム）は金属系超伝導体として
は最高の超伝導転移温度（Ｔｃ＝３９Ｋ）を持っている
だけでなく、原料が安価で、かつ合成や成形・加工が比
較的容易である等、産業応用上多くの長所を具備してい
る。そのため、現在各国で本格的な実用化を視野に入れ
た開発競争が始められている。これまでに明らかにされ
ているＭｇＢ2を原料とする超伝導体の製造方法として
は、（イ）ＭｇＢ2，Ｍｇ，Ｂ粉末を調合したものを、
そのまま線状にするか、あるいは、ＭｇＢ2，Ｍｇ，Ｂ
粉末を調合したものをステンレス管等に充填後線引き、
圧延加工する、いわゆるＰＩＴ（Ｐｏｗｄｅｒ Ｉｎ
Ｔｕｂｅ）法と称される方法で線体に成形したものを熱
処理する方法と（ロ）ボロン繊維もしくはボロン膜を基
体上に作成した後それをＭｇ蒸気中高温でＭｇとボロン
を拡散反応させＭｇＢ2膜に変換する２種類の方法があ
った。しかしながら，これらの製造方法で得られた超伝
導体は、何れも高い超伝導転移温度（Ｔｃ）は得られる
ものの、結晶粒同士の結合が不充分だったり、粒が粗大
化し易くなるため高磁界での臨界電流（Ｊｃ）が劣ると
いう問題があった。例えば、前記（イ）のＰＩＴ（Ｐｏ
ｗｄｅｒ Ｉｎ Ｔｕｂｅ）法で製造した場合は無磁場
では１０万Ａ／ｃｍ2台の値が予測されているが、温度
が５Ｋ（絶対温度）で印加磁場を５Ｔ（テラ）にすると
１０００Ａ／ｃｍ2に低下する。また上記（ロ）の場合
も温度が５Ｋ（絶対温度）で印加磁場を５Ｔ（テラ）に
すると１０００Ａ／ｃｍ 2となり磁界電流（Ｊｃ）特性
は印加磁場の上昇とともに著しく劣化していた。
れる六角形の面とＢ（硼素）で形成される六角形の面が
積層された構造を持つＭｇＢ2（二硼化マグネシウム）
が金属系超伝導体としては高い超伝導転移温度を有する
ものであることがわかってきた。最近開発されたこのＭ
ｇＢ2（２硼化マグネシウム）は金属系超伝導体として
は最高の超伝導転移温度（Ｔｃ＝３９Ｋ）を持っている
だけでなく、原料が安価で、かつ合成や成形・加工が比
較的容易である等、産業応用上多くの長所を具備してい
る。そのため、現在各国で本格的な実用化を視野に入れ
た開発競争が始められている。これまでに明らかにされ
ているＭｇＢ2を原料とする超伝導体の製造方法として
は、（イ）ＭｇＢ2，Ｍｇ，Ｂ粉末を調合したものを、
そのまま線状にするか、あるいは、ＭｇＢ2，Ｍｇ，Ｂ
粉末を調合したものをステンレス管等に充填後線引き、
圧延加工する、いわゆるＰＩＴ（Ｐｏｗｄｅｒ Ｉｎ
Ｔｕｂｅ）法と称される方法で線体に成形したものを熱
処理する方法と（ロ）ボロン繊維もしくはボロン膜を基
体上に作成した後それをＭｇ蒸気中高温でＭｇとボロン
を拡散反応させＭｇＢ2膜に変換する２種類の方法があ
った。しかしながら，これらの製造方法で得られた超伝
導体は、何れも高い超伝導転移温度（Ｔｃ）は得られる
ものの、結晶粒同士の結合が不充分だったり、粒が粗大
化し易くなるため高磁界での臨界電流（Ｊｃ）が劣ると
いう問題があった。例えば、前記（イ）のＰＩＴ（Ｐｏ
ｗｄｅｒ Ｉｎ Ｔｕｂｅ）法で製造した場合は無磁場
では１０万Ａ／ｃｍ2台の値が予測されているが、温度
が５Ｋ（絶対温度）で印加磁場を５Ｔ（テラ）にすると
１０００Ａ／ｃｍ2に低下する。また上記（ロ）の場合
も温度が５Ｋ（絶対温度）で印加磁場を５Ｔ（テラ）に
すると１０００Ａ／ｃｍ 2となり磁界電流（Ｊｃ）特性
は印加磁場の上昇とともに著しく劣化していた。
【０００５】ＭｇＢ2を原料とした単結晶や線材の上部
臨界磁界（Ｈｃ２）や高磁界での臨界電流（Ｊｃ）特性
を測定した文献が最近次々に発表されているが、フレキ
シブルな導体状のもので従来の超伝導体の高磁界特性を
上回る物性を示すものは現在現れていない。
臨界磁界（Ｈｃ２）や高磁界での臨界電流（Ｊｃ）特性
を測定した文献が最近次々に発表されているが、フレキ
シブルな導体状のもので従来の超伝導体の高磁界特性を
上回る物性を示すものは現在現れていない。
【０００６】そこで、この出願の発明は、以上のとおり
の問題を解消し、超伝導転移温度が高いだけでなく、高
磁界での臨界電流が優れた特性を有するＭｇＢ2超伝導
体とその製造方法を提供しようとするものである。
の問題を解消し、超伝導転移温度が高いだけでなく、高
磁界での臨界電流が優れた特性を有するＭｇＢ2超伝導
体とその製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するためのものとして、第１には金属基材
表面にＭｇ過剰のＭｇ-Ｂの非結晶質前駆体膜を形成し
た後に、該前駆体被覆膜を酸素フリーの不活性気体の大
気圧中で急速加熱、短時間加熱保持、急速冷却を経てＭ
ｇ-Ｂ非晶質前駆体からＭｇＢ2の微結晶を晶出させるこ
とを特徴とするＭｇＢ2超伝導膜状体の製造方法を提供
する。そして、第２には、上記方法において、金属基材
表面にＭｇ過剰のＭｇ-Ｂの非結晶質前駆体膜を形成す
るに先立って、金属基材表面にＭｇ-Ｂと反応性の少な
い材料からなるバッファー層を設ける製造方法を提供す
るものであり、また、第３には、上記方法において、金
属基材として鉄基合金、Ｎｉ基合金、銅、銀、キュプロ
ニッケル（白銅）の群から選ばれる少なくとも１種であ
ることを特徴とする製造方法を提供し、第４には、上記
方法において、Ｍｇ-Ｂと反応性の少ない材料としてＺ
ｒＯ2，Ｙ2Ｏ3，ＹＳＺ，ＭｇＯ，ＣｅＯ2，ＳｒＴｉＯ
3，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＺｒＢ2，ＴｉＢ2の群から選ばれ
る少なくとも１種であることを特徴とする製造方法を提
供し、第５には、上記方法において、Ｍｇ過剰のＭｇ-
Ｂの非結晶質前駆体膜をレーザー蒸着で形成することを
特徴とする製造方法を提供し、第６には、上記方法にお
いて、急速加熱を３５０〜６５０℃の温度範囲で行うこ
とを特徴とする製造方法を提供するものであり、また、
第７には、上記方法において、急速加熱速度を８０〜１
５０℃／ｍｉｎで昇温することを特徴とする製造方法を
提供するものである。この出願の発明は、第８には、鉄
基合金、Ｎｉ基合金、銅、銀、キュプロニッケル（白
銅）の群から選ばれる少なくとも１種である金属基材面
にＭｇＢ2膜の結晶粒径が数十ナノサイズと極めて小さ
いことを特徴とする超伝導膜状体を提供するものであ
り、また、第９には、金属基材上に設けられたＺｒ
Ｏ2，Ｙ2Ｏ3，ＹＳＺ，ＭｇＯ，ＣｅＯ2，ＳｒＴｉ
Ｏ3，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＺｒＢ2，ＴｉＢ2の群から選ば
れる少なくとも１種であるバッファー層の表面にＭｇＢ
2の微結晶膜が形成されていることを特徴とする超伝導
膜状体を提供するものであり、そして第１０には、Ｍｇ
Ｂ2の微結晶膜がナノサイズであることを特徴とする請
求項８または９に記載の超伝導膜状体を提供するもので
ある。
の課題を解決するためのものとして、第１には金属基材
表面にＭｇ過剰のＭｇ-Ｂの非結晶質前駆体膜を形成し
た後に、該前駆体被覆膜を酸素フリーの不活性気体の大
気圧中で急速加熱、短時間加熱保持、急速冷却を経てＭ
ｇ-Ｂ非晶質前駆体からＭｇＢ2の微結晶を晶出させるこ
とを特徴とするＭｇＢ2超伝導膜状体の製造方法を提供
する。そして、第２には、上記方法において、金属基材
表面にＭｇ過剰のＭｇ-Ｂの非結晶質前駆体膜を形成す
るに先立って、金属基材表面にＭｇ-Ｂと反応性の少な
い材料からなるバッファー層を設ける製造方法を提供す
るものであり、また、第３には、上記方法において、金
属基材として鉄基合金、Ｎｉ基合金、銅、銀、キュプロ
ニッケル（白銅）の群から選ばれる少なくとも１種であ
ることを特徴とする製造方法を提供し、第４には、上記
方法において、Ｍｇ-Ｂと反応性の少ない材料としてＺ
ｒＯ2，Ｙ2Ｏ3，ＹＳＺ，ＭｇＯ，ＣｅＯ2，ＳｒＴｉＯ
3，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＺｒＢ2，ＴｉＢ2の群から選ばれ
る少なくとも１種であることを特徴とする製造方法を提
供し、第５には、上記方法において、Ｍｇ過剰のＭｇ-
Ｂの非結晶質前駆体膜をレーザー蒸着で形成することを
特徴とする製造方法を提供し、第６には、上記方法にお
いて、急速加熱を３５０〜６５０℃の温度範囲で行うこ
とを特徴とする製造方法を提供するものであり、また、
第７には、上記方法において、急速加熱速度を８０〜１
５０℃／ｍｉｎで昇温することを特徴とする製造方法を
提供するものである。この出願の発明は、第８には、鉄
基合金、Ｎｉ基合金、銅、銀、キュプロニッケル（白
銅）の群から選ばれる少なくとも１種である金属基材面
にＭｇＢ2膜の結晶粒径が数十ナノサイズと極めて小さ
いことを特徴とする超伝導膜状体を提供するものであ
り、また、第９には、金属基材上に設けられたＺｒ
Ｏ2，Ｙ2Ｏ3，ＹＳＺ，ＭｇＯ，ＣｅＯ2，ＳｒＴｉ
Ｏ3，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＺｒＢ2，ＴｉＢ2の群から選ば
れる少なくとも１種であるバッファー層の表面にＭｇＢ
2の微結晶膜が形成されていることを特徴とする超伝導
膜状体を提供するものであり、そして第１０には、Ｍｇ
Ｂ2の微結晶膜がナノサイズであることを特徴とする請
求項８または９に記載の超伝導膜状体を提供するもので
ある。
【０００８】
【発明の実施の形態】この出願の発明の特徴は上記のと
おり金属基体上にＭｇＢ2を膜状化することで高磁界特
性を飛躍的に向上させるものであるが、この出願の発明
を以下に詳細に説明する。この出願の発明の概要は鉄基
合金、Ｎｉ基合金、銅、銀、キュプロニッケル（白
銅）、ハステロイ（Ｎｉ基耐熱合金）等の金属基体上
に、Ｍｇを過剰に含有するＭｇ-Ｂの非晶質前駆体をレ
ーザー蒸着等で形成し、この前駆体を被覆した金属基体
を酸素フリーでアルゴン等の不活性気体の大気圧中で８
０〜１５０℃／ｍｉｎの昇温速度で３５０〜６５０℃ま
で加熱する。そして、加熱状態を１０〜３０分程度保持
した後にたとえば５０〜１５０℃／ｍｉｎ程度で急速冷
却をすることによって金属基体上にＭｇＢ2のナノサイ
ズ微結晶を晶出させるものである。この加熱によって余
剰のＭｇが揮発すると同時にＭｇＢ2の分解揮発も進行
する。その競合状態でＭｇＢ2が生成するため３５０〜
６５０℃の温度範囲にすることが必要である。なお、本
願発明のＭｇＢ2ナノサイズ微結晶の製造方法において
は、雰囲気中からも、また、原料中からも完全に酸素を
除去することは不可能であり、この出願の発明における
酸素フリーの状態とは酸素が完全に除去された状態を意
味するのではなく、ＭｇＢ2ナノサイズ微結晶に酸素が
ＭｇやＢと結合して生じた微細な析出物が細かく分散し
た超伝導体が生成される状態が含まれたものであること
を意味する。
おり金属基体上にＭｇＢ2を膜状化することで高磁界特
性を飛躍的に向上させるものであるが、この出願の発明
を以下に詳細に説明する。この出願の発明の概要は鉄基
合金、Ｎｉ基合金、銅、銀、キュプロニッケル（白
銅）、ハステロイ（Ｎｉ基耐熱合金）等の金属基体上
に、Ｍｇを過剰に含有するＭｇ-Ｂの非晶質前駆体をレ
ーザー蒸着等で形成し、この前駆体を被覆した金属基体
を酸素フリーでアルゴン等の不活性気体の大気圧中で８
０〜１５０℃／ｍｉｎの昇温速度で３５０〜６５０℃ま
で加熱する。そして、加熱状態を１０〜３０分程度保持
した後にたとえば５０〜１５０℃／ｍｉｎ程度で急速冷
却をすることによって金属基体上にＭｇＢ2のナノサイ
ズ微結晶を晶出させるものである。この加熱によって余
剰のＭｇが揮発すると同時にＭｇＢ2の分解揮発も進行
する。その競合状態でＭｇＢ2が生成するため３５０〜
６５０℃の温度範囲にすることが必要である。なお、本
願発明のＭｇＢ2ナノサイズ微結晶の製造方法において
は、雰囲気中からも、また、原料中からも完全に酸素を
除去することは不可能であり、この出願の発明における
酸素フリーの状態とは酸素が完全に除去された状態を意
味するのではなく、ＭｇＢ2ナノサイズ微結晶に酸素が
ＭｇやＢと結合して生じた微細な析出物が細かく分散し
た超伝導体が生成される状態が含まれたものであること
を意味する。
【０００９】また、この出願の発明は金属基体上にＭｇ
を過剰に含有するＭｇ-Ｂの非晶質前駆体をレーザー蒸
着等で形成する前に予めバッファー層を形成させること
によっても得ることができる。このバッファ−層を配設
する理由としては、金属基体上にＭｇ-Ｂの非晶質前駆
体を形成後の熱処理を行うに際し熱処理条件の適正な幅
を広げるためである。このバッファー層を設ける第２の
発明の態様は、鉄基合金、Ｎｉ基合金、銅、銀、キュプ
ロニッケル（白銅）、ハステロイ（Ｎｉ基耐熱合金）等
の金属基体上に、Ｍｇ-Ｂと反応しないＺｒＯ2，Ｙ
2Ｏ3，ＹＳＺ，ＭｇＯ，ＣｅＯ2，ＳｒＴｉＯ3，Ｔｉ
Ｎ，ＴａＮ，ＺｒＢ2，ＴｉＢ2のバッファー層を設けた
後にＭｇを過剰に含有するＭｇ-Ｂの非晶質前駆体をレ
ーザー蒸着等で形成するものである。そして、該前駆体
膜を被覆した金属基体は第1の発明と同じく、酸素フリ
ーのアルゴン等の不活性気体の大気圧中で、昇温速度を
８０〜１５０℃／ｍｉｎで３５０〜６５０℃の比較的低
温に加熱して、１０〜３０程度加熱保持した後に急速冷
却をすることによって大気圧で急速加熱、短時間加熱保
持、急速冷却を経て金属基体上にＭｇＢ2のナノサイズ
微結晶を晶出させるものである。
を過剰に含有するＭｇ-Ｂの非晶質前駆体をレーザー蒸
着等で形成する前に予めバッファー層を形成させること
によっても得ることができる。このバッファ−層を配設
する理由としては、金属基体上にＭｇ-Ｂの非晶質前駆
体を形成後の熱処理を行うに際し熱処理条件の適正な幅
を広げるためである。このバッファー層を設ける第２の
発明の態様は、鉄基合金、Ｎｉ基合金、銅、銀、キュプ
ロニッケル（白銅）、ハステロイ（Ｎｉ基耐熱合金）等
の金属基体上に、Ｍｇ-Ｂと反応しないＺｒＯ2，Ｙ
2Ｏ3，ＹＳＺ，ＭｇＯ，ＣｅＯ2，ＳｒＴｉＯ3，Ｔｉ
Ｎ，ＴａＮ，ＺｒＢ2，ＴｉＢ2のバッファー層を設けた
後にＭｇを過剰に含有するＭｇ-Ｂの非晶質前駆体をレ
ーザー蒸着等で形成するものである。そして、該前駆体
膜を被覆した金属基体は第1の発明と同じく、酸素フリ
ーのアルゴン等の不活性気体の大気圧中で、昇温速度を
８０〜１５０℃／ｍｉｎで３５０〜６５０℃の比較的低
温に加熱して、１０〜３０程度加熱保持した後に急速冷
却をすることによって大気圧で急速加熱、短時間加熱保
持、急速冷却を経て金属基体上にＭｇＢ2のナノサイズ
微結晶を晶出させるものである。
【００１０】
【実施例】以下，実施例によってこの出願の発明を詳細
に説明する。なお、下記の実施例１および２に記載され
るものは、この発明の好ましい態様を示すものである
が、下記の実施例に限定されないことは言うまでもな
い。 ＜実施例1＞ハステロイテープ（Ｎｉ基耐熱合金）の３
０ｍｍ×４．０ｍｍ×０．３ｍｍ上にスパッタリングで
ＹＳＺを約１μｍバッファー層として被覆した。その上
にＭｇ過剰のＭｇＢ2ターゲットを使ったレーザー蒸着
法（ＰＬＤ）を用い室温かつ減圧Ａｒガス雰囲気中でＭ
ｇ過剰Ｍｇ-Ｂ非晶質前駆体膜を形成した。その後、不
純物としてＯ2、Ｈ2Ｏを含まないＡｒガス1気圧下で熱
処理を行った。熱処理は約１００℃／ｍｉｎで昇温して
５８０℃に２０分保持後急冷した。その結果、黒色ない
し青黒色をした約０．５μｍの光沢のあるＭｇＢ2超伝
導導体が得られた。膜は２４Ｋ（絶対温度）で零抵抗に
転移した。得られた導体（１）の高磁界下での輸送法に
よる高磁界での臨界電流（Ｊｃ）特性の結果をＮｂ-Ｔ
ｉ実用線材（２）、ステンレステープ（３）、キュプロ
ニッケルコア線（４）、硼素ファイバー法で成形したも
のを５Ｋで測定したもの（５）、キュプロニッケルテー
プ（６）比較したのが図１である。図１から明らかなよ
うに、他の方法で成形したものは印加磁場が高まるに従
って臨界電流が低下しているのに対して、この発明の方
法で得られた超伝導体（１）は、１０Ｔ（テラ）の高磁
界でも１０5Ａ／ｃｍ2台の臨界電流（Ｊｃ）が流れてい
る。これは従来のＭｇＢ2線材に比較して顕著な高磁界
での臨界電流（Ｊｃ）特性を示しているだけでなく、現
在最も多く使用されているＮｂ-Ｔｉ線材（２）が８Ｔ
（テラ）から臨界電流が急激に低下しているのに比較し
ても高磁界特性に優れたものであることがわかる。 ＜実施例２＞銅テープ２０ｍｍ×５ｍｍ×０．５ｍｍ上
にＹＳＺバッファー層を配設しない以外は実施例１と同
条件でＭｇＢ2膜状導体を得た。得られた膜は２３Ｋ
（絶対温度）で零抵抗になり、高磁界での臨界電流（Ｊ
ｃ）特性も従来の方法で成形したものより１〜２桁上昇
した。
に説明する。なお、下記の実施例１および２に記載され
るものは、この発明の好ましい態様を示すものである
が、下記の実施例に限定されないことは言うまでもな
い。 ＜実施例1＞ハステロイテープ（Ｎｉ基耐熱合金）の３
０ｍｍ×４．０ｍｍ×０．３ｍｍ上にスパッタリングで
ＹＳＺを約１μｍバッファー層として被覆した。その上
にＭｇ過剰のＭｇＢ2ターゲットを使ったレーザー蒸着
法（ＰＬＤ）を用い室温かつ減圧Ａｒガス雰囲気中でＭ
ｇ過剰Ｍｇ-Ｂ非晶質前駆体膜を形成した。その後、不
純物としてＯ2、Ｈ2Ｏを含まないＡｒガス1気圧下で熱
処理を行った。熱処理は約１００℃／ｍｉｎで昇温して
５８０℃に２０分保持後急冷した。その結果、黒色ない
し青黒色をした約０．５μｍの光沢のあるＭｇＢ2超伝
導導体が得られた。膜は２４Ｋ（絶対温度）で零抵抗に
転移した。得られた導体（１）の高磁界下での輸送法に
よる高磁界での臨界電流（Ｊｃ）特性の結果をＮｂ-Ｔ
ｉ実用線材（２）、ステンレステープ（３）、キュプロ
ニッケルコア線（４）、硼素ファイバー法で成形したも
のを５Ｋで測定したもの（５）、キュプロニッケルテー
プ（６）比較したのが図１である。図１から明らかなよ
うに、他の方法で成形したものは印加磁場が高まるに従
って臨界電流が低下しているのに対して、この発明の方
法で得られた超伝導体（１）は、１０Ｔ（テラ）の高磁
界でも１０5Ａ／ｃｍ2台の臨界電流（Ｊｃ）が流れてい
る。これは従来のＭｇＢ2線材に比較して顕著な高磁界
での臨界電流（Ｊｃ）特性を示しているだけでなく、現
在最も多く使用されているＮｂ-Ｔｉ線材（２）が８Ｔ
（テラ）から臨界電流が急激に低下しているのに比較し
ても高磁界特性に優れたものであることがわかる。 ＜実施例２＞銅テープ２０ｍｍ×５ｍｍ×０．５ｍｍ上
にＹＳＺバッファー層を配設しない以外は実施例１と同
条件でＭｇＢ2膜状導体を得た。得られた膜は２３Ｋ
（絶対温度）で零抵抗になり、高磁界での臨界電流（Ｊ
ｃ）特性も従来の方法で成形したものより１〜２桁上昇
した。
【００１１】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明のＭｇＢ2超伝導膜状体の場合には、高磁界特性が
よく、ＭｇＢ2を構成するＭｇ（マグネシウム）および
Ｂ（硼素）が資源豊富で廉価なため、従来の超伝導体の
材料に比較して、製造コストが大幅に低減できる。ま
た、冷凍機冷却のできる２０Ｋで使用できる可能性があ
り冷却コストの面でも低減が期待できる。
発明のＭｇＢ2超伝導膜状体の場合には、高磁界特性が
よく、ＭｇＢ2を構成するＭｇ（マグネシウム）および
Ｂ（硼素）が資源豊富で廉価なため、従来の超伝導体の
材料に比較して、製造コストが大幅に低減できる。ま
た、冷凍機冷却のできる２０Ｋで使用できる可能性があ
り冷却コストの面でも低減が期待できる。
【図１】ＭｇＢ2線材の臨界電流密度の磁場特性比較図
である。
である。
１ この発明によって製造された超伝導膜体
２ Ｎｂ-Ｔｉ実用線材
３ ステンレステープ
４ キュプロニッケル（白銅）コア線
５ ホウ素ファイバー法（５Ｋ）
６ キュプロニッケル（白銅）テープ
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(72)発明者 戸叶 一正
茨城県つくば市千現一丁目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） 4M113 AD35 AD36 AD68 BA04 BA29
BA30 CA19
Claims (10)
- 【請求項１】 金属基材表面にＭｇ過剰のＭｇ-Ｂの非
結晶質前駆体膜を形成した後に、該前駆体膜を酸素フリ
ーの不活性気体の大気圧中で急速加熱、短時間加熱保
持、急速冷却を経てＭｇ-Ｂ非晶質前駆体からＭｇＢ2の
微結晶を晶出させることを特徴とするＭｇＢ2超伝導膜
状体の製造方法。 - 【請求項２】 金属基材表面にＭｇ過剰のＭｇ-Ｂの非
結晶質前駆体膜を形成するに先立って、金属基材表面に
Ｍｇ-Ｂと反応性の少ない材料からなるバッファー層を
設けることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。 - 【請求項３】 金属基材として鉄基合金、Ｎｉ基合金、
銅、銀、キュプロニッケル（白銅）の群から選ばれる少
なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２
に記載の製造方法。 - 【請求項４】 Ｍｇ-Ｂと反応性の少ない材料としてＺ
ｒＯ2，Ｙ2Ｏ3，ＹＳＺ，ＭｇＯ，ＣｅＯ2，ＳｒＴｉＯ
3，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＺｒＢ2，ＴｉＢ2の群から選ばれ
る少なくとも１種であることを特徴とする請求項２また
は３に記載の製造方法。 - 【請求項５】 Ｍｇ過剰のＭｇ-Ｂの非結晶質前駆体膜
をレーザー蒸着で形成することを特徴とする請求項1な
いし４のいずれかに記載の製造方法。 - 【請求項６】 急速加熱を３５０〜６５０℃の温度範囲
で行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに
記載の製造方法。 - 【請求項７】 急速加熱速度を８０〜１５０℃／ｍｉｎ
で昇温することを特徴とする請求項１ないし６のいずれ
かに記載の製造方法。 - 【請求項８】 鉄基合金、Ｎｉ基合金、銅、銀、キュプ
ロニッケル（白銅）の群から選ばれる少なくとも１種で
ある金属基材面にＭｇＢ2の微結晶膜が形成されている
ことを特徴とする超伝導膜状体。 - 【請求項９】 金属基材上に設けられたＺｒＯ2，Ｙ2Ｏ
3，ＹＳＺ，ＭｇＯ，ＣｅＯ2，ＳｒＴｉＯ3，ＴｉＮ，
ＴａＮ，ＺｒＢ2，ＴｉＢ2の群から選ばれる少なくとも
１種であるバッファー層の表面にＭｇＢ2の微結晶膜が
形成されていることを特徴とする請求項８に記載の超伝
導膜状体。 - 【請求項１０】 ＭｇＢ2の微結晶膜がナノサイズであ
ることを特徴とする請求項８または９に記載の超伝導膜
状体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002048331A JP4048270B2 (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | ＭｇＢ２超伝導膜状体とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002048331A JP4048270B2 (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | ＭｇＢ２超伝導膜状体とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003249696A true JP2003249696A (ja) | 2003-09-05 |
| JP4048270B2 JP4048270B2 (ja) | 2008-02-20 |
Family
ID=28661155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002048331A Expired - Lifetime JP4048270B2 (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | ＭｇＢ２超伝導膜状体とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4048270B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012508157A (ja) * | 2008-11-11 | 2012-04-05 | ハー．ツェー．スタルク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 二ホウ化マグネシウム |
| JP2013122981A (ja) * | 2011-12-12 | 2013-06-20 | Hitachi Ltd | 超電導マグネット、超電導線材の接続方法 |
| CN110176330A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-27 | 北京工业大学 | 一种制备密实MgB2超导块材的合成方法 |
-
2002
- 2002-02-25 JP JP2002048331A patent/JP4048270B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| CN110176330A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-08-27 | 北京工业大学 | 一种制备密实MgB2超导块材的合成方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4048270B2 (ja) | 2008-02-20 |
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