JP2004296156A - ＭｇＢ２超伝導線材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＭｇＢ２超伝導線材において、臨界電流密度の向上を図る。
【解決手段】Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体を金属管に充填し、冷間加工によりテープ若しくはワイヤー状にした後、熱処理してＭｇＢ２超伝導線材を製造するＭｇＢ２超伝導線材の製造方法において、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体にＺｒＳｉ２、ＺｒＢ２、ＷＳｉ２、ＷＢ、ＷＢ２及びＭｏＢから選択される一種若しくは二種以上の化合物粉末を添加する。
【選択図】 図１
【解決手段】Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体を金属管に充填し、冷間加工によりテープ若しくはワイヤー状にした後、熱処理してＭｇＢ２超伝導線材を製造するＭｇＢ２超伝導線材の製造方法において、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体にＺｒＳｉ２、ＺｒＢ２、ＷＳｉ２、ＷＢ、ＷＢ２及びＭｏＢから選択される一種若しくは二種以上の化合物粉末を添加する。
【選択図】 図１
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、臨界電流密度の向上を図ることのできるＭｇＢ２超伝導線材の製造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。
【０００３】
ＭｇＢ２超伝導線材の製造方法としては、金属管内に原料粉末を詰めて加工・熱処理する、いわゆるパウダー・イン・チューブ法が主流である。だが、これまでに得られているＭｇＢ２超伝導線材の臨界電流密度（Ｊｃ）は実用レベルに達せず、その改善が急務である。
【０００４】
そこで、たとえば、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体にＳｉＣを添加してＭｇＢ２超伝導線材の臨界電流密度を向上させる試みがなされている（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００５】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、臨界電流密度の向上を図ることのできるＭｇＢ２超伝導線材の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｓ．Ｘ．Ｄｏｕ外，Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｆｌｕｘ ｐｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ＭｇＢ２ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｂｙ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ＳｉＣ ｄｏｐｉｎｇ，アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ），２００２年，第８１巻，第１８号，ｐ．３４１９−３４２１
【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ものとして、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体又はＭｇＨ２粉末とＢ粉末の混合体を金属管に充填し、冷間加工によりテープ若しくはワイヤー状にした後、熱処理してＭｇＢ２超伝導線材を製造するＭｇＢ２超伝導線材の製造方法において、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体又はＭｇＨ２粉末とＢ粉末の混合体にＺｒＳｉ２、ＺｒＢ２、ＷＳｉ２、ＷＢ、ＷＢ２及びＭｏＢから選択される一種若しくは二種以上の化合物粉末を添加することを特徴とするＭｇＢ２超伝導線材の製造方法（請求項１）を提供する。
【０００８】
またこの出願の発明は、金属管に充填する際の化合物粉末の濃度を、熱処理により生成するＭｇＢ２に対して１〜２５モル％とすること（請求項２）を一態様として提供する。
【０００９】
以下、実施例を示しつつこの出願の発明のＭｇＢ２超伝導線材の製造方法についてさらに詳しく説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明のＭｇＢ２超伝導線材の製造方法は、主流であるパウダー・イン・チューブ法にならっている。すなわち、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体又はＭｇＨ２粉末とＢ粉末の混合体を金属管に充填し、冷間加工によりテープ若しくはワイヤー状にした後、熱処理するという手法である。その上で、この出願の発明のＭｇＢ２超伝導線材の製造方法では、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体にＺｒＳｉ２、ＺｒＢ２、ＷＳｉ２、ＷＢ、ＷＢ２及びＭｏＢから選択される一種若しくは二種以上の化合物粉末を添加し、これら化合物粉末の添加によりＭｇＢ２超伝導線材の臨界電流密度（Ｊｃ）を向上させる。製造されるＭｇＢ２超伝導線材の臨界電流密度（Ｊｃ）は、以上の化合物粉末が無添加の場合の２〜３．５倍となる。
【００１１】
ＺｒＳｉ２、ＺｒＢ２、ＷＳｉ２、ＷＢ、ＷＢ２及びＭｏＢから選択される一種若しくは二種以上の化合物粉末については、金属管に充填する際の濃度を、熱処理により生成するＭｇＢ２に対して１〜２５モル％とすることが好ましい。１モル％未満では、臨界電流密度があまり向上せず、２５モル％を超えると、ＭｇＢ２の超伝導臨界温度（Ｔｃ）に影響を及ぼし、Ｔｃが低下し、その結果、臨界電流密度の低下が起こる。
【００１２】
金属管の材質については特に制限はなく、パウダー・イン・チューブ法に採用されている鉄、ステンレス、銅、銅−ニッケル合金等を適宜選択することができる。
【００１３】
【実施例】
外径６ｍｍ、内径４ｍｍの純鉄の管に、Ｍｇ、Ｂ、そしてＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２の各化合物粉末を混合して充填し、冷間でテープ状に加工した。ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２及びＺｒＢ２の添加量は、後に生成されるＭｇＢ２に対して０〜３０モル％とした。添加したＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２及びＺｒＢ２の粉末の粒径は２〜７μｍであった。作製されたテープから短尺テープを切り出し、アルゴン雰囲気下６００℃で１時間の熱処理を行った。そして、熱処理後、鉄シースを取り除き、微細組織をＳＥＭ並びにＸ線回折により調べた。また、超伝導遷移温度（Ｔｃ）をＳＱＵＩＤにより測定し、臨界電流密度（Ｊｃ）−磁界（Ｂ）特性を抵抗法により測定した。
【００１４】
ＳＥＭ観察の結果、上記化合物粉末が無添加の試料、添加した試料ともにＭｇＢ２の粒径は〜０．２μｍであった。ＥＤＸ分析の結果、化合物粉末を添加したテープには、ＭｇＢ２粒内にＷ、Ｓｉ、Ｚｒが検出された。Ｔｃ（ｏｎｓｅｔ）は、無添加試料で３５．７Ｋであり、添加試料で０．５Ｋの低下にとどまった。
【００１５】
図１は、ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２の各化合物粉末を５モル％添加して作製したＭｇＢ２テープの、４．２Ｋにおける臨界電流密度（Ｊｃ）の外部磁場（Ｂ）依存性を無添加のＭｇＢ２テープと比較して示したグラフである。
【００１６】
外部磁場は、テープ面に平行にかけた。
【００１７】
図１から確認されるように、上記化合物粉末の添加によりＪｃが向上し、中ではＺｒＳｉ２の添加による効果が大きい。
【００１８】
なお、実施例において、ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２の各化合物粉末の添加量が１モル％未満の場合、Ｊｃの向上はあまり望めず、２５モル％を超えると、Ｔｃが低下し、これにともないＪｃも低下した。
【００１９】
また、ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２に替えてＷＢ、ＷＢ２、ＭｏＢの各化合物粉末を添加してＭｇＢ２テープを同様に作製したところ、ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２の各化合物粉末の添加の場合と同様にＪｃの向上が確認された。
【００２０】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施形態によって限定されるものではない。金属管の材質、大きさ、冷間加工の条件等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。
【００２１】
【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、ＭｇＢ２超伝導線材の臨界電流密度の向上が図られる。ＭｇＢ２超伝導線材の実用化に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２の各化合物粉末を５モル％添加して作製したＭｇＢ２テープの、４．２Ｋにおける臨界電流密度（Ｊｃ）の外部磁場（Ｂ）依存性を無添加のＭｇＢ２テープと比較して示したグラフである。
【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、臨界電流密度の向上を図ることのできるＭｇＢ２超伝導線材の製造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。
【０００３】
ＭｇＢ２超伝導線材の製造方法としては、金属管内に原料粉末を詰めて加工・熱処理する、いわゆるパウダー・イン・チューブ法が主流である。だが、これまでに得られているＭｇＢ２超伝導線材の臨界電流密度（Ｊｃ）は実用レベルに達せず、その改善が急務である。
【０００４】
そこで、たとえば、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体にＳｉＣを添加してＭｇＢ２超伝導線材の臨界電流密度を向上させる試みがなされている（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００５】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、臨界電流密度の向上を図ることのできるＭｇＢ２超伝導線材の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｓ．Ｘ．Ｄｏｕ外，Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｆｌｕｘ ｐｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ＭｇＢ２ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｂｙ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ＳｉＣ ｄｏｐｉｎｇ，アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ），２００２年，第８１巻，第１８号，ｐ．３４１９−３４２１
【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ものとして、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体又はＭｇＨ２粉末とＢ粉末の混合体を金属管に充填し、冷間加工によりテープ若しくはワイヤー状にした後、熱処理してＭｇＢ２超伝導線材を製造するＭｇＢ２超伝導線材の製造方法において、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体又はＭｇＨ２粉末とＢ粉末の混合体にＺｒＳｉ２、ＺｒＢ２、ＷＳｉ２、ＷＢ、ＷＢ２及びＭｏＢから選択される一種若しくは二種以上の化合物粉末を添加することを特徴とするＭｇＢ２超伝導線材の製造方法（請求項１）を提供する。
【０００８】
またこの出願の発明は、金属管に充填する際の化合物粉末の濃度を、熱処理により生成するＭｇＢ２に対して１〜２５モル％とすること（請求項２）を一態様として提供する。
【０００９】
以下、実施例を示しつつこの出願の発明のＭｇＢ２超伝導線材の製造方法についてさらに詳しく説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明のＭｇＢ２超伝導線材の製造方法は、主流であるパウダー・イン・チューブ法にならっている。すなわち、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体又はＭｇＨ２粉末とＢ粉末の混合体を金属管に充填し、冷間加工によりテープ若しくはワイヤー状にした後、熱処理するという手法である。その上で、この出願の発明のＭｇＢ２超伝導線材の製造方法では、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体にＺｒＳｉ２、ＺｒＢ２、ＷＳｉ２、ＷＢ、ＷＢ２及びＭｏＢから選択される一種若しくは二種以上の化合物粉末を添加し、これら化合物粉末の添加によりＭｇＢ２超伝導線材の臨界電流密度（Ｊｃ）を向上させる。製造されるＭｇＢ２超伝導線材の臨界電流密度（Ｊｃ）は、以上の化合物粉末が無添加の場合の２〜３．５倍となる。
【００１１】
ＺｒＳｉ２、ＺｒＢ２、ＷＳｉ２、ＷＢ、ＷＢ２及びＭｏＢから選択される一種若しくは二種以上の化合物粉末については、金属管に充填する際の濃度を、熱処理により生成するＭｇＢ２に対して１〜２５モル％とすることが好ましい。１モル％未満では、臨界電流密度があまり向上せず、２５モル％を超えると、ＭｇＢ２の超伝導臨界温度（Ｔｃ）に影響を及ぼし、Ｔｃが低下し、その結果、臨界電流密度の低下が起こる。
【００１２】
金属管の材質については特に制限はなく、パウダー・イン・チューブ法に採用されている鉄、ステンレス、銅、銅−ニッケル合金等を適宜選択することができる。
【００１３】
【実施例】
外径６ｍｍ、内径４ｍｍの純鉄の管に、Ｍｇ、Ｂ、そしてＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２の各化合物粉末を混合して充填し、冷間でテープ状に加工した。ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２及びＺｒＢ２の添加量は、後に生成されるＭｇＢ２に対して０〜３０モル％とした。添加したＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２及びＺｒＢ２の粉末の粒径は２〜７μｍであった。作製されたテープから短尺テープを切り出し、アルゴン雰囲気下６００℃で１時間の熱処理を行った。そして、熱処理後、鉄シースを取り除き、微細組織をＳＥＭ並びにＸ線回折により調べた。また、超伝導遷移温度（Ｔｃ）をＳＱＵＩＤにより測定し、臨界電流密度（Ｊｃ）−磁界（Ｂ）特性を抵抗法により測定した。
【００１４】
ＳＥＭ観察の結果、上記化合物粉末が無添加の試料、添加した試料ともにＭｇＢ２の粒径は〜０．２μｍであった。ＥＤＸ分析の結果、化合物粉末を添加したテープには、ＭｇＢ２粒内にＷ、Ｓｉ、Ｚｒが検出された。Ｔｃ（ｏｎｓｅｔ）は、無添加試料で３５．７Ｋであり、添加試料で０．５Ｋの低下にとどまった。
【００１５】
図１は、ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２の各化合物粉末を５モル％添加して作製したＭｇＢ２テープの、４．２Ｋにおける臨界電流密度（Ｊｃ）の外部磁場（Ｂ）依存性を無添加のＭｇＢ２テープと比較して示したグラフである。
【００１６】
外部磁場は、テープ面に平行にかけた。
【００１７】
図１から確認されるように、上記化合物粉末の添加によりＪｃが向上し、中ではＺｒＳｉ２の添加による効果が大きい。
【００１８】
なお、実施例において、ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２の各化合物粉末の添加量が１モル％未満の場合、Ｊｃの向上はあまり望めず、２５モル％を超えると、Ｔｃが低下し、これにともないＪｃも低下した。
【００１９】
また、ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２に替えてＷＢ、ＷＢ２、ＭｏＢの各化合物粉末を添加してＭｇＢ２テープを同様に作製したところ、ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２の各化合物粉末の添加の場合と同様にＪｃの向上が確認された。
【００２０】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施形態によって限定されるものではない。金属管の材質、大きさ、冷間加工の条件等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。
【００２１】
【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、ＭｇＢ２超伝導線材の臨界電流密度の向上が図られる。ＭｇＢ２超伝導線材の実用化に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＺｒＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｒＢ２の各化合物粉末を５モル％添加して作製したＭｇＢ２テープの、４．２Ｋにおける臨界電流密度（Ｊｃ）の外部磁場（Ｂ）依存性を無添加のＭｇＢ２テープと比較して示したグラフである。
Claims (2)
- Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体又はＭｇＨ２粉末とＢ粉末の混合体を金属管に充填し、冷間加工によりテープ若しくはワイヤー状にした後、熱処理してＭｇＢ２超伝導線材を製造するＭｇＢ２超伝導線材の製造方法において、Ｍｇ粉末とＢ粉末の混合体又はＭｇＨ２粉末とＢ粉末の混合体にＺｒＳｉ２、ＺｒＢ２、ＷＳｉ２、ＷＢ、ＷＢ２及びＭｏＢから選択される一種若しくは二種以上の化合物粉末を添加することを特徴とするＭｇＢ２超伝導線材の製造方法。
- 金属管に充填する際の化合物粉末の濃度を、熱処理により生成するＭｇＢ２に対して１〜２５モル％とする請求項１記載のＭｇＢ２超伝導線材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003084172A JP3876317B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | ＭｇＢ２超伝導線材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003084172A JP3876317B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | ＭｇＢ２超伝導線材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004296156A true JP2004296156A (ja) | 2004-10-21 |
| JP3876317B2 JP3876317B2 (ja) | 2007-01-31 |
Family
ID=33399393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003084172A Expired - Lifetime JP3876317B2 (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | ＭｇＢ２超伝導線材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3876317B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007040825A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超伝導液面計 |
| 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 |
| JP2007139441A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Kobe Univ | 超低温液化ガス液面測定用センサ及び超低温液化ガス液面測定用液面計 |
| CN100354986C (zh) * | 2005-12-28 | 2007-12-12 | 西北有色金属研究院 | 一种高临界电流密度MgB2基超导体及其制备方法 |
| WO2018159513A1 (ja) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | 株式会社日立製作所 | 超伝導体の製造方法 |
-
2003
- 2003-03-26 JP JP2003084172A patent/JP3876317B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007040825A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超伝導液面計 |
| 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 |
| JP2007139441A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Kobe Univ | 超低温液化ガス液面測定用センサ及び超低温液化ガス液面測定用液面計 |
| CN100354986C (zh) * | 2005-12-28 | 2007-12-12 | 西北有色金属研究院 | 一种高临界电流密度MgB2基超导体及其制备方法 |
| WO2018159513A1 (ja) * | 2017-03-03 | 2018-09-07 | 株式会社日立製作所 | 超伝導体の製造方法 |
| JP2018145038A (ja) * | 2017-03-03 | 2018-09-20 | 株式会社日立製作所 | 超伝導体の製造方法 |
| US11387017B2 (en) | 2017-03-03 | 2022-07-12 | Hitachi, Ltd. | Method of producing superconductor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3876317B2 (ja) | 2007-01-31 |
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