JP2007157590A - 高性能MgB2超電導線及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明はいわゆるパウダーインチューブ法によるMgB2超電導線材の製造方法において、粉体内に金属芯を配置して減面加工すること、並びに、加工前の金属芯又は金属管に、超電導体内に導入させるべき成分の薄膜層を予め設けておき、減面加工の工程における強力な力を利用して当該成分を超電導体内に分散させることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
方法1:減面加工率を向上させる方法。
方法2:粉末の初期充填率を向上させる方法。
方法3:MgB2コア部に、超電導特性を高める第三成分を添加する方法。
方法1は、ドローベンチなどにより金属シース全体を均一に減面加工することにより、長尺線材化しながら、MgB2コア部を高密度化することを意図した製法である。図6には、方法1により作製されたMgB2超電導線材の断面構造を示す。MgB2線材1は外側金属管2、内側金属管3、MgB2コア部4から形成された構造である。この場合、外側金属管2がCu管、内側金属管3がNb管である。Nb管にボールミル混合したMg+B粉末をArガス中で充填し、その外側にCu管を被せ、ドローベンチによる線引き加工を実施し、加熱処理する。図7に、方法1で作製したCu−Nb二重管を用いたMgB2超電導線材の断面写真を示す。線材径はΦ0.8mmである。
すなわち、方法1を用いて、長尺で高密度なMgB2超電導線材を作製することは困難である。
方法2は、金属管内への、電導体粉末(MgB2粉末)又はその原料粉末(Mg粉末+B粉末)の初期充填率を向上させることにより、線材の高密度化及び長尺化を図ろうとする方法である。
すなわち、初期粉末充填量を高めることによりMgB2超電導線材を高密度化することは困難である。
方法3はMgB2コア部に、超電導特性を高める第三成分を添加する方法である。図8には、方法3により作製したMgB2超電導線材の断面構造を示す。MgB2線材1は外側金属管2、内側金属管3、第三成分が添加されたMgB2コア部5から構成される。この場合、外側金属管2がCu管、内側金属管3がNb管となる。この方法では、Mg粉末とB粉末とをボールミル混合したものに、更に超電導特性を高める第三成分(例えばSiC)を添加して得られた混合粉末をNb管にArガス中で充填し、その外側にCu管を被せ、ドローベンチによる線引き加工を実施する。
すなわち、方法3を用いて、長尺で高密度なMgB2超電導線材を作製することは困難である。
(1)金属芯とマグネシウムとホウ素とを金属管の内部に充填する工程、
充填後の前記金属管を減面加工する工程、及び
減面加工により得られた線材を加熱処理して線材内で二ホウ化マグネシウムを形成する工程
を含み、
前記金属芯が、二ホウ化マグネシウムを含む超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層を備え、及び/又は、前記金属管が、二ホウ化マグネシウムを含む超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層を備える、
二ホウ化マグネシウム超電導線材の製造方法。
(2)金属芯と二ホウ化マグネシウムとを金属管の内部に充填する工程、及び
充填後の前記金属管を減面加工する工程
を含み、
前記金属芯が、二ホウ化マグネシウムを含む超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層を備え、及び/又は、前記金属管が、二ホウ化マグネシウムを含む超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層を備える、
二ホウ化マグネシウム超電導線材の製造方法。
(3)前記金属芯が、外周表面に形成された金属イオン注入層と、該金属イオン注入層より外層に形成された、超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層とを備えるものである、(1)又は(2)に記載の方法。
(4)前記金属管が、内周表面に形成された金属イオン注入層と、該金属イオン注入層より内層に形成された、超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層とを備えるものである、(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(5)前記金属イオン注入層がTi、Cr、TiAl、C、Al、V、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、及びSiからなる群から選択される少なくとも1種を含有する(3)又は(4)に記載の方法。
(6)前記金属イオン注入層の厚さが1nm〜990nmである(3)〜(5)のいずれかに記載の方法。
(7)前記薄膜層が、超電導体内に導入されるべき成分としてSi、Nb、Ti、C、Ta、Sn、Mg、B、V、及びGaからなる群から選択される少なくとも1種の元素からなる金属、合金又は化合物を含む(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(8)前記薄膜層の厚さが1nm〜100μmである(1)〜(7)のいずれかに記載の方法。
(9)前記薄膜層が10−10Pa〜10−1Paの圧力条件下で形成されたものである(1)〜(8)のいずれかに記載の方法。
(10)前記薄膜層が150℃〜600℃の温度条件下で形成されたものである(1)〜(9)のいずれかに記載の方法。
(11)前記金属芯がTi、Cr、C、Al、V、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、及びWからなる群から選択される金属、又は前記群から選択される2種以上の金属の合金により形成される(1)〜(10)のいずれかに記載の方法。
(12)(1)〜(11)のいずれかに記載の方法により製造された二ホウ化マグネシウム超電導線材。
(13)二ホウ化マグネシウムを含む超電導体の周囲を金属被覆材が包囲してなる二ホウ化マグネシウム超電導線材であって、超電導体の内部に、線材の長尺方向に沿って金属芯が配置されていることを特徴とする二ホウ化マグネシウム超電導線材。
(14)前記超電導体内に、加工前の金属被覆材に由来する成分及び/又は加工前の金属芯に由来する成分が分散して存在している(13)に記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
(15)前記成分がSi、Nb、Ti、C、Ta、Sn、Mg、B、V、及びGaからなる群から選択される少なくとも1種の元素からなる金属、合金又は化合物である(14)に記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
(16)前記金属被覆材の内周表面及び/又は前記金属芯の外周表面に金属イオン注入層が存在する(13)〜(15)のいずれかに記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
(17)前記金属イオン注入層がTi、Cr、TiAl、C、Al、V、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、及びSiからなる群から選択される少なくとも1種を含有する(16)に記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
(18)前記金属イオン注入層の厚さが0.001μm〜10μmである(16)又は(17)に記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
(19)前記金属芯がTi、Cr、C、Al、V、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、及びWからなる群から選択される金属、又は前記群から選択される2種以上の金属の合金により形成されるものである(13)〜(18)のいずれかに記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
(20)(12)〜(19)のいずれかに記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材を用いたマグネット。
Cu管2:外径18mm、内径16mm、長さ500mm
Nb管3:外径15mm、内径11mm、長さ500mm
Ta芯6:太さ1mm、長さ500mm
Ta芯6の外周表面にはスパッタ装置を用いてSiイオンを照射して酸化膜除去処理を行い、Si注入層7を形成した。チャンバー内の雰囲気は500℃、3.0×10−3Paとした。
Mg粉末とB粉末とを1:2(体積比)でボールミルを用いて混合した。
Nb管の中に、成膜後のTa芯とMg+B混合粉末とをArガスで封止したグローブボックス内で充填した。
線引き加工後、加熱処理を施した。加熱処理はAr中で630℃にて1時間行った。
Claims (20)
- 金属芯とマグネシウムとホウ素とを金属管の内部に充填する工程、
充填後の前記金属管を減面加工する工程、及び
減面加工により得られた線材を加熱処理して線材内で二ホウ化マグネシウムを形成する工程
を含み、
前記金属芯が、二ホウ化マグネシウムを含む超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層を備え、及び/又は、前記金属管が、二ホウ化マグネシウムを含む超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層を備える、
二ホウ化マグネシウム超電導線材の製造方法。 - 金属芯と二ホウ化マグネシウムとを金属管の内部に充填する工程、及び
充填後の前記金属管を減面加工する工程
を含み、
前記金属芯が、二ホウ化マグネシウムを含む超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層を備え、及び/又は、前記金属管が、二ホウ化マグネシウムを含む超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層を備える、
二ホウ化マグネシウム超電導線材の製造方法。 - 前記金属芯が、外周表面に形成された金属イオン注入層と、該金属イオン注入層より外層に形成された、超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層とを備えるものである、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記金属管が、内周表面に形成された金属イオン注入層と、該金属イオン注入層より内層に形成された、超電導体内に導入されるべき成分を含む薄膜層とを備えるものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記金属イオン注入層がTi、Cr、TiAl、C、Al、V、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、及びSiからなる群から選択される少なくとも1種を含有する請求項3又は4に記載の方法。
- 前記金属イオン注入層の厚さが1nm〜990nmである請求項3〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記薄膜層が、超電導体内に導入されるべき成分としてSi、Nb、Ti、C、Ta、Sn、Mg、B、V、及びGaからなる群から選択される少なくとも1種の元素からなる金属、合金又は化合物を含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記薄膜層の厚さが1nm〜100μmである請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記薄膜層が10−10Pa〜10−1Paの圧力条件下で形成されたものである請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記薄膜層が150℃〜600℃の温度条件下で形成されたものである請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記金属芯がTi、Cr、C、Al、V、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、及びWからなる群から選択される金属、又は前記群から選択される2種以上の金属の合金により形成される請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法により製造された二ホウ化マグネシウム超電導線材。
- 二ホウ化マグネシウムを含む超電導体の周囲を金属被覆材が包囲してなる二ホウ化マグネシウム超電導線材であって、超電導体の内部に、線材の長尺方向に沿って金属芯が配置されていることを特徴とする二ホウ化マグネシウム超電導線材。
- 前記超電導体内に、加工前の金属被覆材に由来する成分及び/又は加工前の金属芯に由来する成分が分散して存在している請求項13に記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
- 前記成分がSi、Nb、Ti、C、Ta、Sn、Mg、B、V、及びGaからなる群から選択される少なくとも1種の元素からなる金属、合金又は化合物である請求項14に記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
- 前記金属被覆材の内周表面及び/又は前記金属芯の外周表面に金属イオン注入層が存在する請求項13〜15のいずれか1項に記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
- 前記金属イオン注入層がTi、Cr、TiAl、C、Al、V、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、W、及びSiからなる群から選択される少なくとも1種を含有する請求項16に記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
- 前記金属イオン注入層の厚さが0.001μm〜10μmである請求項16又は17に記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
- 前記金属芯がTi、Cr、C、Al、V、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、及びWからなる群から選択される金属、又は前記群から選択される2種以上の金属の合金により形成されるものである請求項13〜18のいずれか1項に記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材。
- 請求項12〜19のいずれか1項に記載の二ホウ化マグネシウム超電導線材を用いたマグネット。
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