JP2003331670A - ＭｇＢ２超伝導線材の作製方法 - Google Patents
ＭｇＢ２超伝導線材の作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 In-situプロセスによるＭｇＢ2超伝導線材の
作製において、ＭｇＢ2超伝導線材のＪc−Ｂ特性を改善
する。 【解決手段】 ＭｇＨ2粉末とＢ粉末を１：ｘ（１≦ｘ
≦３）のモル比で混合した混合物を金属管内に充填し、
テープ状若しくはワイヤー状に加工した後、不活性ガス
を主成分とする雰囲気中で500℃〜1000℃の温度域に加
熱し、ＭｇＨ2とＢを反応させてＭｇＢ2超伝導線材を作
製する。
作製において、ＭｇＢ2超伝導線材のＪc−Ｂ特性を改善
する。 【解決手段】 ＭｇＨ2粉末とＢ粉末を１：ｘ（１≦ｘ
≦３）のモル比で混合した混合物を金属管内に充填し、
テープ状若しくはワイヤー状に加工した後、不活性ガス
を主成分とする雰囲気中で500℃〜1000℃の温度域に加
熱し、ＭｇＨ2とＢを反応させてＭｇＢ2超伝導線材を作
製する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、ＭｇＢ2
超伝導線材の作製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、ＭｇＢ2超伝導線材の臨界電
流密度（Ｊc）−磁界（Ｂ）特性を改善し得るIn-situプ
ロセスによるＭｇＢ2超伝導線材の作製方法に関するも
のである。
超伝導線材の作製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、ＭｇＢ2超伝導線材の臨界電
流密度（Ｊc）−磁界（Ｂ）特性を改善し得るIn-situプ
ロセスによるＭｇＢ2超伝導線材の作製方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】ＭｇＢ2超伝導体は金属系超
伝導体の中で最も高い臨界温度Ｔc＝３９Ｋを示す他、
軽量、安価であるなど、実用上、数多くの利点を兼ね備
えている。このような利点から、冷却コストが抑えられ
る２０Ｋ程度の温度域での使用や低磁界用の実用材料で
あるＮｂ−Ｔｉ超伝導線材の代替材など、各種の検討が
行われている。
伝導体の中で最も高い臨界温度Ｔc＝３９Ｋを示す他、
軽量、安価であるなど、実用上、数多くの利点を兼ね備
えている。このような利点から、冷却コストが抑えられ
る２０Ｋ程度の温度域での使用や低磁界用の実用材料で
あるＮｂ−Ｔｉ超伝導線材の代替材など、各種の検討が
行われている。
【０００３】超伝導線材の作製方法として、超伝導体粉
末を金属管内に充填し加工するＰＩＴ(powder-in-tube)
法が一般に知られているが、このＰＩＴ法を適用して現
在得られているＭｇＢ2超伝導線材の臨界電流密度
（Ｊc）−磁界（Ｂ）特性は実用レベルに程遠く、その
改善が急務である。
末を金属管内に充填し加工するＰＩＴ(powder-in-tube)
法が一般に知られているが、このＰＩＴ法を適用して現
在得られているＭｇＢ2超伝導線材の臨界電流密度
（Ｊc）−磁界（Ｂ）特性は実用レベルに程遠く、その
改善が急務である。
【０００４】この出願の発明は、このような事情に鑑み
てなされたものであり、ＭｇＢ2超伝導線材のＪc−Ｂ特
性を改善し得るIn-situプロセスによるＭｇＢ2超伝導線
材の作製方法を提供することを解決すべき課題としてい
る。
てなされたものであり、ＭｇＢ2超伝導線材のＪc−Ｂ特
性を改善し得るIn-situプロセスによるＭｇＢ2超伝導線
材の作製方法を提供することを解決すべき課題としてい
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述のＰＩＴ法は充填す
る粉末の種類により二つのプロセスに大別される。ひと
つは、市販若しくは自作のＭｇＢ2粉末を金属管内に充
填し、加工して線材化するex-situ法、もうひとつは、
ＭｇＢ2生成用の原料粉末、たとえばＭｇとＢなどを金
属管内に充填し、加工後、加熱処理により金属管内でＭ
ｇＢ2を生成させるin-situ法である。後者のin-situ法
に使用される金属管、すなわちシース材には、加熱によ
りＭｇと化合物を生成しないことが要求される。このた
め、主な構成元素はＦｅ、Ｔａ、Ｎｂなどに限定されて
いる。この内、加工性、重量、コストなどの諸点から、
Ｆｅ若しくは炭素鋼などのＦｅ基合金が最も有望である
とされている。
る粉末の種類により二つのプロセスに大別される。ひと
つは、市販若しくは自作のＭｇＢ2粉末を金属管内に充
填し、加工して線材化するex-situ法、もうひとつは、
ＭｇＢ2生成用の原料粉末、たとえばＭｇとＢなどを金
属管内に充填し、加工後、加熱処理により金属管内でＭ
ｇＢ2を生成させるin-situ法である。後者のin-situ法
に使用される金属管、すなわちシース材には、加熱によ
りＭｇと化合物を生成しないことが要求される。このた
め、主な構成元素はＦｅ、Ｔａ、Ｎｂなどに限定されて
いる。この内、加工性、重量、コストなどの諸点から、
Ｆｅ若しくは炭素鋼などのＦｅ基合金が最も有望である
とされている。
【０００６】現時点では、ex-situ法、in-situ法を比較
すると、ex-situ法を適用して作製したＭｇＢ2超伝導線
材の方が優れた臨界電流密度（Ｊc）−磁界（Ｂ）特性
を示す。しかしながら、作製パラメータを考慮するなら
ば、パラメータの少ないex-situ法よりもパラメータの
多いin-situ法の方が、特性改善に余地があり、有利で
あると考えられる。
すると、ex-situ法を適用して作製したＭｇＢ2超伝導線
材の方が優れた臨界電流密度（Ｊc）−磁界（Ｂ）特性
を示す。しかしながら、作製パラメータを考慮するなら
ば、パラメータの少ないex-situ法よりもパラメータの
多いin-situ法の方が、特性改善に余地があり、有利で
あると考えられる。
【０００７】だが、in-situ法では、粉末のＢが金属管
を構成する元素であるＦｅ、Ｔａ、Ｎｂなどと反応して
金属硼化物が生成し、これにより、コア層の充填率が下
がり、Ｊc−Ｂ特性が十分高くならない。
を構成する元素であるＦｅ、Ｔａ、Ｎｂなどと反応して
金属硼化物が生成し、これにより、コア層の充填率が下
がり、Ｊc−Ｂ特性が十分高くならない。
【０００８】そこで、この出願の発明では、金属管内に
充填する粉末をＭｇとＢの混合粉末からＭｇＨ2とＢの
混合粉末に替え、これにより、前述したＦｅとＢの反応
など、Ｍｇ及びＢと金属管を構成する各種元素との反応
を抑制する。たとえば、硼化鉄はＦｅとＢが直接反応す
るのではなく、主にＭｇとＦｅの液相（Ｍｇ，Ｆｅ）が
Ｂと反応して生成すると考えられる。ＭｇＨ2粉末は液
相生成温度以下でのＭｇＢ2の生成反応を促進すること
によって硼化鉄の生成を抑制する。これは一例である
が、このようにして、この出願の発明は、金属管内に充
填する粉末と金属管を構成する各種元素との反応を抑制
し、コア層の厚み低下、これにともなう臨界電流の低下
を抑え、Ｊc−Ｂ特性を改善する。
充填する粉末をＭｇとＢの混合粉末からＭｇＨ2とＢの
混合粉末に替え、これにより、前述したＦｅとＢの反応
など、Ｍｇ及びＢと金属管を構成する各種元素との反応
を抑制する。たとえば、硼化鉄はＦｅとＢが直接反応す
るのではなく、主にＭｇとＦｅの液相（Ｍｇ，Ｆｅ）が
Ｂと反応して生成すると考えられる。ＭｇＨ2粉末は液
相生成温度以下でのＭｇＢ2の生成反応を促進すること
によって硼化鉄の生成を抑制する。これは一例である
が、このようにして、この出願の発明は、金属管内に充
填する粉末と金属管を構成する各種元素との反応を抑制
し、コア層の厚み低下、これにともなう臨界電流の低下
を抑え、Ｊc−Ｂ特性を改善する。
【０００９】すなわち、この出願の発明は、ＭｇＨ2粉
末とＢ粉末を１：ｘ（１≦ｘ≦３）のモル比で混合した
混合物を金属管内に充填し、テープ状若しくはワイヤー
状に加工した後、不活性ガスを主成分とする雰囲気中で
500℃〜1000℃の温度域に加熱し、ＭｇＨ2とＢを反応さ
せてＭｇＢ2超伝導線材を作製することを特徴とするＭ
ｇＢ2超伝導線材の作製方法（請求項１）を提供する。
末とＢ粉末を１：ｘ（１≦ｘ≦３）のモル比で混合した
混合物を金属管内に充填し、テープ状若しくはワイヤー
状に加工した後、不活性ガスを主成分とする雰囲気中で
500℃〜1000℃の温度域に加熱し、ＭｇＨ2とＢを反応さ
せてＭｇＢ2超伝導線材を作製することを特徴とするＭ
ｇＢ2超伝導線材の作製方法（請求項１）を提供する。
【００１０】またこの出願の発明は、金属管はＦｅを主
な構成元素とする若しくはＦｅ基合金から作製されてい
ること（請求項２）を一態様として提供する。
な構成元素とする若しくはＦｅ基合金から作製されてい
ること（請求項２）を一態様として提供する。
【００１１】以下、実施例を示しつつ、この出願の発明
のＭｇＢ2超伝導線材の作製方法についてさらに詳しく
説明する。
のＭｇＢ2超伝導線材の作製方法についてさらに詳しく
説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】この出願の発明のＭｇＢ2超伝導
線材の作製方法は、以上からも明らかなとおり、in-sit
uプロセスである。金属管内に充填する粉末はＭｇＨ2粉
末とＢ粉末を１：ｘ（１≦ｘ≦３）のモル比で混合した
混合物である。金属管は、前述したとおり、加工性、重
量、コストなどの諸点からＦｅを主な構成元素とする金
属若しくは炭素鋼などのＦｅ基合金から作製されたもの
が最も適当であるとされているが、このようなＦｅを主
な構成元素とする金属若しくは炭素鋼などのＦｅ基合金
から作製された金属管がシース材として用いられる場
合、ＭｇＨ2粉末は前述したＭｇとＦｅの液相（Ｍｇ，
Ｆｅ）の生成温度以下でのＭｇＢ2の生成を促進するこ
とによって硼化鉄の生成を抑制することができる。もち
ろん、金属管にはＦｅを主要構成元素とする以外のもの
の採用が可能であり、この場合、ＭｇＨ2粉末はＭｇと
金属管を構成する各種元素との直接の反応を抑制するこ
とができる。このようにして、ＭｇＨ2粉末はコア層の
厚みの低下、臨界電流の低下を抑え、臨界電流密度（Ｊ
c）−磁界（Ｂ）特性を改善する。
線材の作製方法は、以上からも明らかなとおり、in-sit
uプロセスである。金属管内に充填する粉末はＭｇＨ2粉
末とＢ粉末を１：ｘ（１≦ｘ≦３）のモル比で混合した
混合物である。金属管は、前述したとおり、加工性、重
量、コストなどの諸点からＦｅを主な構成元素とする金
属若しくは炭素鋼などのＦｅ基合金から作製されたもの
が最も適当であるとされているが、このようなＦｅを主
な構成元素とする金属若しくは炭素鋼などのＦｅ基合金
から作製された金属管がシース材として用いられる場
合、ＭｇＨ2粉末は前述したＭｇとＦｅの液相（Ｍｇ，
Ｆｅ）の生成温度以下でのＭｇＢ2の生成を促進するこ
とによって硼化鉄の生成を抑制することができる。もち
ろん、金属管にはＦｅを主要構成元素とする以外のもの
の採用が可能であり、この場合、ＭｇＨ2粉末はＭｇと
金属管を構成する各種元素との直接の反応を抑制するこ
とができる。このようにして、ＭｇＨ2粉末はコア層の
厚みの低下、臨界電流の低下を抑え、臨界電流密度（Ｊ
c）−磁界（Ｂ）特性を改善する。
【００１３】一方、ＭｇＨ2粉末とＢ粉末の混合比（モ
ル比）１：ｘが前記範囲から外れると、コア層に残存す
る不純物層の増加、密度の低下などが起こり、Ｊc−Ｂ
特性は著しく劣化する。また、ＭｇＨ2とＢを反応させ
てＭｇＢ2とするときの温度は、500℃〜1000℃の温度域
に限定される。500℃未満ではＭｇＢ2の生成速度がきわ
めて遅く、ＭｇＢ2超伝導線材の作製に反映し、一方、1
000℃を超えると、生成したＭｇＢ2が分解するなどして
Ｊc−Ｂ特性が劣化する。
ル比）１：ｘが前記範囲から外れると、コア層に残存す
る不純物層の増加、密度の低下などが起こり、Ｊc−Ｂ
特性は著しく劣化する。また、ＭｇＨ2とＢを反応させ
てＭｇＢ2とするときの温度は、500℃〜1000℃の温度域
に限定される。500℃未満ではＭｇＢ2の生成速度がきわ
めて遅く、ＭｇＢ2超伝導線材の作製に反映し、一方、1
000℃を超えると、生成したＭｇＢ2が分解するなどして
Ｊc−Ｂ特性が劣化する。
【００１４】加熱は、前述のとおり、不活性ガスを主成
分とする雰囲気中で行うが、不活性ガスの種類には特に
制限はない。アルゴンなど任意の不活性ガスを用いるこ
とができる。また、不活性ガスは水素ガスなどの各種ガ
スと適当な混合比で混合することができる。ただし、酸
素ガスの使用は適当でない。これは、加熱中にＭｇが酸
素ガスと反応し、特性が劣化するからである。
分とする雰囲気中で行うが、不活性ガスの種類には特に
制限はない。アルゴンなど任意の不活性ガスを用いるこ
とができる。また、不活性ガスは水素ガスなどの各種ガ
スと適当な混合比で混合することができる。ただし、酸
素ガスの使用は適当でない。これは、加熱中にＭｇが酸
素ガスと反応し、特性が劣化するからである。
【００１５】この出願の発明のＭｇＢ2超伝導線材の作
製方法により作製されるＭｇＢ2超伝導線材は、従来のi
n-situ法により作製されるＭｇＢ2超伝導線材に比べ、
Ｊc−Ｂ特性はおよそ３倍以上向上する。
製方法により作製されるＭｇＢ2超伝導線材は、従来のi
n-situ法により作製されるＭｇＢ2超伝導線材に比べ、
Ｊc−Ｂ特性はおよそ３倍以上向上する。
【００１６】
【実施例】市販のＭｇＨ2粉末とＢ粉末をモル比で１：
２となるように混合し、その混合粉末を、外径６mm、内
径3.4mmのＦｅ管及び炭素鋼（ＣＳ）管内に充填し、溝
ロール及び平ロールを用いて幅３mm、厚み0.5mmのテー
プ状に加工した。
２となるように混合し、その混合粉末を、外径６mm、内
径3.4mmのＦｅ管及び炭素鋼（ＣＳ）管内に充填し、溝
ロール及び平ロールを用いて幅３mm、厚み0.5mmのテー
プ状に加工した。
【００１７】比較のために、Ｍｇ粉末とＢ粉末を用い
て、同様にしてテープ状に加工した。
て、同様にしてテープ状に加工した。
【００１８】以上のテープ状物を長さ３mm程度に切断
し、アルゴン及び水素の混合ガス気流中で700℃に加熱
し、１時間保持した後、炉冷した。
し、アルゴン及び水素の混合ガス気流中で700℃に加熱
し、１時間保持した後、炉冷した。
【００１９】得られた試料について特性を評価した。磁
化によるＴc測定ではともに３８Ｋ程度であったが、4.2
Ｋでの臨界電流密度（Ｊc）−磁界（Ｂ）特性は三種類
の試料で異なっていた。磁界は試料表面に平行に印加し
て測定したが、図１に示したとおり、ＭｇＨ2粉末とＢ
粉末の混合粉末を使用した試料の方がＭｇ粉末とＢ粉末
の混合粉末を使用した試料に比べ高い特性を示した。
化によるＴc測定ではともに３８Ｋ程度であったが、4.2
Ｋでの臨界電流密度（Ｊc）−磁界（Ｂ）特性は三種類
の試料で異なっていた。磁界は試料表面に平行に印加し
て測定したが、図１に示したとおり、ＭｇＨ2粉末とＢ
粉末の混合粉末を使用した試料の方がＭｇ粉末とＢ粉末
の混合粉末を使用した試料に比べ高い特性を示した。
【００２０】また、三種類の試料のＸ線回折測定の結
果、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合粉末を使用した試料にはＭ
ｇＢ2の他、硼化鉄（ＦｅｘＢ[ｘ＝１，２]）の存在が
確認された。これに対し、ＭｇＨ2粉末とＢ粉末の混合
粉末を使用した試料はＭｇＢ2のほぼ単相であった。
果、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合粉末を使用した試料にはＭ
ｇＢ2の他、硼化鉄（ＦｅｘＢ[ｘ＝１，２]）の存在が
確認された。これに対し、ＭｇＨ2粉末とＢ粉末の混合
粉末を使用した試料はＭｇＢ2のほぼ単相であった。
【００２１】さらに、試料の断面組織を観察すると、Ｍ
ｇ粉末とＢ粉末の混合粉末を使用した試料ではＦｅとの
界面に厚い反応層が見られたのに対し、ＭｇＨ2粉末と
Ｂ粉末の混合粉末を使用した試料ではその反応層は薄か
った。
ｇ粉末とＢ粉末の混合粉末を使用した試料ではＦｅとの
界面に厚い反応層が見られたのに対し、ＭｇＨ2粉末と
Ｂ粉末の混合粉末を使用した試料ではその反応層は薄か
った。
【００２２】さらにまた、炭素鋼（ＣＳ）のシースで
は、より高いＪcが得られている。これは、ＣＳの方が
Ｆｅよりも機械的強度が高く、したがって、ＭｇＢ2コ
ア層の充填率が向上したためと考えられる。
は、より高いＪcが得られている。これは、ＣＳの方が
Ｆｅよりも機械的強度が高く、したがって、ＭｇＢ2コ
ア層の充填率が向上したためと考えられる。
【００２３】以上の結果から、in-situプロセスによる
ＭｇＢ2超伝導線材の作製において、ＭｇＨ2粉末とＢ粉
末の混合粉末の採用によりＭｇとＦｅの反応が抑制さ
れ、硼化鉄の生成が抑えられた。コア層の密度が減少せ
ず、臨界電流の低下が抑えられ、Ｊc−Ｂ特性が向上し
た。
ＭｇＢ2超伝導線材の作製において、ＭｇＨ2粉末とＢ粉
末の混合粉末の採用によりＭｇとＦｅの反応が抑制さ
れ、硼化鉄の生成が抑えられた。コア層の密度が減少せ
ず、臨界電流の低下が抑えられ、Ｊc−Ｂ特性が向上し
た。
【００２４】もちろん、この出願の発明は、以上の実施
形態及び実施例によって限定されるものではない。金属
管の材質、不活性ガスを主成分とする雰囲気の種類、混
合比、加工方法及び加工条件、線材の形状などの細部に
ついては様々な態様が可能であることはいうまでもな
い。
形態及び実施例によって限定されるものではない。金属
管の材質、不活性ガスを主成分とする雰囲気の種類、混
合比、加工方法及び加工条件、線材の形状などの細部に
ついては様々な態様が可能であることはいうまでもな
い。
【００２５】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この出願の発
明によって、In-situプロセスによるＭｇＢ2超伝導線材
の作製において、ＭｇＢ2超伝導線材の臨界電流密度
（Ｊc）−磁界（Ｂ）特性が改善される。
明によって、In-situプロセスによるＭｇＢ2超伝導線材
の作製において、ＭｇＢ2超伝導線材の臨界電流密度
（Ｊc）−磁界（Ｂ）特性が改善される。
【図１】実施例における臨界電流密度（Ｊc）−磁界
（Ｂ）特性を示したグラフである。
（Ｂ）特性を示したグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G047 JA05 JC16 KA01 KA17 KB02
KB04 KB13 KB17
5G321 AA98 CA10 CA18 CA32 DC18
Claims (2)
- 【請求項１】 ＭｇＨ2粉末とＢ粉末を１：ｘ（１≦ｘ
≦３）のモル比で混合した混合物を金属管内に充填し、
テープ状若しくはワイヤー状に加工した後、不活性ガス
を主成分とする雰囲気中で500℃〜1000℃の温度域に加
熱し、ＭｇＨ2とＢを反応させてＭｇＢ2超伝導線材を作
製することを特徴とするＭｇＢ2超伝導線材の作製方
法。 - 【請求項２】 金属管はＦｅを主な構成元素とする若し
くはＦｅ基合金から作製されている請求項１記載のＭｇ
Ｂ2超伝導線材の作製方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002142187A JP3728504B2 (ja) | 2002-05-16 | 2002-05-16 | ＭｇＢ２超伝導線材の作製方法 |
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| JP3728504B2 JP3728504B2 (ja) | 2005-12-21 |
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| JP2002142187A Expired - Lifetime JP3728504B2 (ja) | 2002-05-16 | 2002-05-16 | ＭｇＢ２超伝導線材の作製方法 |
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| JP (1) | JP3728504B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2007049623A1 (ja) * | 2005-10-24 | 2007-05-03 | National Institute For Materials Science | ＭｇＢ2超伝導線材の製造方法 |
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-
2002
- 2002-05-16 JP JP2002142187A patent/JP3728504B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US8026197B2 (en) | 2007-03-09 | 2011-09-27 | Korea Electrotechnology Research Institute | Method and apparatus for manufacturing superconducting tape through integrated process |
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