JP2015118748A - ＭｇＢ２超伝導体の製造方法およびＭｇＢ２超伝導体 - Google Patents
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- H10N60/0856—Manufacture or treatment of devices comprising metal borides, e.g. MgB2
Abstract
【課題】ＭｇＢ２超伝導線材について、高い臨界電流密度（Ｊｃ）特性ならびに臨界電流密度（Ｊｃ）のバラツキの小さなＭｇＢ２超伝導線材を提供すること。【解決手段】本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法は、Ｍｇ粉末またはＭｇＨ２粉末とＢ粉末との混合物を加圧成形して熱処理するＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、前記Ｂ粉末に多環芳香族炭化水素を添加すると共に、この添加時には前記多環芳香族炭化水素の融点以上に加熱して、前記Ｂ粉末の表面を前記多環芳香族炭化水素で覆う工程と、前記多環芳香族炭化水素で表面が覆われた前記Ｂ粉末を、前記Ｍｇ粉末またはＭｇＨ２粉末と混合する工程、あるいは前記多環芳香族炭化水素で表面が覆われた前記Ｂ粉末を、Ｍｇ棒と組み合わせることを有することを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、ＭｇＢ２超伝導体の製造方法およびＭｇＢ２超伝導体に関し、さらに詳しくは、超伝導リニアモーターカー、ＭＲＩ医療診断装置、半導体単結晶引き上げ装置、超伝導エネルギー貯蔵、超伝導回転機、超伝導変圧器、超伝導ケーブルなどの高能力化に有用な高い臨界電流密度（Ｊｃ）を有するＭｇＢ２超伝導体の製造方法およびＭｇＢ２超伝導体に関する。
ＭｇＢ２超伝導体は、実用超伝導材料に比べて臨界温度Ｔｃが高いということの他に、実用上以下のような利点があげられる。
ｉ）一つの結晶粒から隣の結晶粒へ大きな超伝導電流を流すのに際して、高温酸化物超伝導体のような結晶粒の向きを揃えること（配向化）が不必要と考えられること、
ｉｉ）資源的にも豊富で原料が比較的安価であること、
ｉｉｉ）機械的にタフであること、
ｉｖ）軽量であること。
このため、ＭｇＢ２超伝導体は実用材料として有望と考えられており、現在研究開発が進行している。
ｉ）一つの結晶粒から隣の結晶粒へ大きな超伝導電流を流すのに際して、高温酸化物超伝導体のような結晶粒の向きを揃えること（配向化）が不必要と考えられること、
ｉｉ）資源的にも豊富で原料が比較的安価であること、
ｉｉｉ）機械的にタフであること、
ｉｖ）軽量であること。
このため、ＭｇＢ２超伝導体は実用材料として有望と考えられており、現在研究開発が進行している。
他方で、超伝導材料の実用化のためには、いわゆる線材化が達成されなければならないが、ＭｇＢ２の線材化法としては、原料粉末を金属管に詰め込んで線材に加工後、熱処理をする、いわゆるパウダー・イン・チューブ（ＰＩＴ）法が最も一般的である（特許文献１参照）。しかしながらＰＩＴ法で作製したＭｇＢ２超伝導線材は、実用上もっとも重要な臨界電流密度Ｊｃが実用レベルにはるかに及ばないという大きな問題点がある。
このため、充填密度の向上や不純物添加などによるＪｃ特性の向上が種々試みられている（非特許文献１−３参照）。このうち不純物添加については、カーボンを含んだ不純物添加がこれまで数多く試みられてきた。もっとも一般的な添加物はナノＳｉＣ粒子であり、ナノＳｉＣ添加によって特に強磁界でのＪｃ特性が大幅に向上することが報告されている。これはＳｉＣ添加によってＭｇＢ２結晶における一部のＢサイトがＣによって置換され、これによって上部臨界磁界Ｈｃ２が向上するためと考えられる。しかしながらＳｉＣ添加では熱処理後にＭｇ２Ｓｉが不純物として残留し、十分にＪｃが高くならないという問題点がある。
一方、芳香族炭化水素などの添加によってもＢサイトのＣ置換が起き、同様のメカニズムで高磁界でのＪｃ特性の向上が得られる（特許文献１−３参照）。そして、芳香族炭化水素添加では、Ｍｇ２Ｓｉのような不純物の残留が無いのでそれだけ高Ｊｃ化に有利と考えられる。この場合、芳香族炭化水素が液体の場合は液体がＢやＭｇ粒子の表面を覆って均一な混合物が得られる。しかしながら芳香族炭化水素が固体の場合には、これらの添加においては、ボールミル等を使用してもＭｇ＋Ｂ混合粉末と固体の芳香族炭化水素との混合が必ずしも均一には行われないために、Ｊｃ特性のバラツキの小さい線材を得ることは難しいという課題があった。
H. Yamada, et al., Effect of aromatic hydrocarbon addition on in situ powder-in-tube processed MgB2 tapes, Supercond.. Sci. & Technol. 19 (2006) 175.
H. Yamada, et al., The excellent superconducting properties of in situ powder-in-tube processed MgB2 tapes with both ethyltoluene and SiC powder added, Supercond. Sci. & Technol. 20 (2007) L30.
S.J. Ye, et al., Enhancement of the critical current density of internal Mg diffusion processed MgB2 wires by the addition of both SiC and liquid aromatic hydrocarbon, Physica C471 (2011) 1133
本発明は、ＭｇＢ２超伝導線材について均一性の優れた多環芳香族炭化水素（ナノグラフェン）添加を実現することができ、高い臨界電流密度（Ｊｃ）特性ならびに臨界電流密度（Ｊｃ）のバラツキの小さなＭｇＢ２超伝導線材を提供することを目的とする。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法は、Ｍｇ粉末またはＭｇＨ２粉末とＢ粉末との混合物を加圧成形して熱処理するＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、前記Ｂ粉末に多環芳香族炭化水素を添加すると共に、この添加時には前記多環芳香族炭化水素の融点以上に加熱して、前記Ｂ粉末の表面を液体状態の前記多環芳香族炭化水素で覆う工程と、前記多環芳香族炭化水素で表面が覆われた前記Ｂ粉末を、前記Ｍｇ粉末またはＭｇＨ２粉末と混合する工程とを有することを特徴とする。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、好ましくは、多環芳香族炭化水素は、コロネン（coronene)、アンタントレン（anthanthrene）、ベンゾペリレン（Benzo(ghi)perylene）、サーキュレン（circulenes)、コランニュレン（corannulene)、ディコロニレン（Dicoronylene)、ディインデノペリレン（Diindenoperylene)、ヘリセン（helicene)、ヘプタセン（heptacene)、ヘキサセン（hexacene)、ケクレン（kekulene）、オバレン（ovalene)、ゼスレン（Zethrene)、ベンゾ[a]ピレン（Benzo[a]pyrene）、ベンゾ[e]ピレン（Benzo[e]pyrene）、ベンゾ[a]フルオランテン（Benzo[a]fluoranthene）、ベンゾ[b]フルオランテン（Benzo[b]fluoranthene）、ベンゾ[j]フルオランテン（Benzo[j]fluoranthene）、ベンゾ[k]フルオランテン（Benzo[k]fluoranthene）、ディベンゾ[a,h]アントラセン（Dibenz(a,h)anthracene)、ディベンゾ[a,j]アントラセン（Dibenz(a,j)anthracene)、オリンピセン（Olympicene)、ペンタセン（pentacene)、ペリレン（perylene)、ピセン（Picene)、テトラフェニレン（Tetraphenylene）、ベンゾ[a]アントラセン（Benz(a)anthracene）、ベンゾ[a]フルオレン（Benzo(a)fluorene）、ベンゾ[c]フェナントレン（Benzo(c)phenanthrene）、クリセン（Chrysene）、フルオランテン（Fluoranthene）、ピレン（pyrene)、テトラセン（Tetracene)、トリフェニレン（Triphenylene)、アントラセン（Anthracene)、フルオレン（Fluorene)、フェナレン（Phenalene)、フェナントレン（phenanthrene)から選ばれるとよい。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、好ましくは、多環芳香族炭化水素は、常温常圧で固体であり、かつ融点が分解温度よりも低いものがよい。多環芳香族炭化水素の融点が分解温度よりも高いと炭化水素が融ける前に分解してしまい、ボロン粉末表面を炭化水素の液体で覆うことができなくなる。
また、前記多環芳香族炭化水素における、炭素原子の数と水素原子の数の比は、Ｃ：Ｈが１：０．５から１：０．８であるとよい。この場合、多環芳香族炭化水素においては、水素に比べて炭素の量が多い方が良い。これは炭素はボロンサイトと置換をするのに対して、水素は不純物となるためであり、水素はなるべく少ない方が良い。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、好ましくは、多環芳香族炭化水素の添加量が、ＭｇＢ２の理論もしくは実験生成量に対して１〜４０ｍｏｌ％であるとよい。
Ｂ粉末に添加する多環芳香族炭化水素の量を変化させると、得られるＪｃ特性も変化するが、いずれの場合も無添加の場合よりも高いため、Ｂ粉末量と添加する多環芳香族炭化水素の量の比は、任意であって良い。好ましくは、ボロン粉末表面を炭化水素の液体で覆うことができると良い。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、好ましくは、混合物を金属管に充填し、加圧成形して熱処理するとよい。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、好ましくは、前記多環芳香族炭化水素で覆われたＢ粉末とＭｇ棒とを金属管に充填し、加圧成形して熱処理するとよい。
また、前記多環芳香族炭化水素における、炭素原子の数と水素原子の数の比は、Ｃ：Ｈが１：０．５から１：０．８であるとよい。この場合、多環芳香族炭化水素においては、水素に比べて炭素の量が多い方が良い。これは炭素はボロンサイトと置換をするのに対して、水素は不純物となるためであり、水素はなるべく少ない方が良い。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、好ましくは、多環芳香族炭化水素の添加量が、ＭｇＢ２の理論もしくは実験生成量に対して１〜４０ｍｏｌ％であるとよい。
Ｂ粉末に添加する多環芳香族炭化水素の量を変化させると、得られるＪｃ特性も変化するが、いずれの場合も無添加の場合よりも高いため、Ｂ粉末量と添加する多環芳香族炭化水素の量の比は、任意であって良い。好ましくは、ボロン粉末表面を炭化水素の液体で覆うことができると良い。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、好ましくは、混合物を金属管に充填し、加圧成形して熱処理するとよい。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、好ましくは、前記多環芳香族炭化水素で覆われたＢ粉末とＭｇ棒とを金属管に充填し、加圧成形して熱処理するとよい。
本発明のＭｇＢ２超伝導体は、上記ＭｇＢ２超伝導体の製造方法により得られたＭｇＢ２超伝導体であって、ＭｇＢ２コアが１本または複数本あるＭｇＢ２線材であることを特徴とする。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、好ましくは、ＭｇＢ２コアが複数本ある多芯ＭｇＢ２線材であるとよい。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、好ましくは、ＭｇＢ２コアが複数本ある多芯ＭｇＢ２線材であるとよい。
本発明者の独創的な知見として、固体の多環芳香族炭化水素とＢ原料粉末を一緒にして真空中で加熱をすると、多環芳香族炭化水素が融解してＢ粉末に浸透して行き、Ｂ粉末の表面が多環芳香族炭化水素によって均一に覆われることが判った。そこで、本発明者は、この原理をＭｇＢ２超伝導線材の製造方法に適用して、固体の多環芳香族炭化水素を融点以上に加熱し、Ｂ原料粉末の表面にコートする手法を編み出した。そして、この多環芳香族炭化水素をコートしたＢ粉末をＰＩＴ法の原料として用いると均一なＢサイトのＣ置換が起こり、高いＪｃとＪｃの均一性に優れたＭｇＢ２線材を得ることができる。内部Ｍｇ拡散法の場合もこの多環芳香族炭化水素をコートしたＢ粉末を原料として用いることにより、高いＪｃ特性ならびに優れた均一性を得ることができる。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法によれば、多環芳香族炭化水素をコートしたＢ粉末をＰＩＴ法の原料として用いることで均一なＢサイトのＣ置換が起こり、高いＪｃとＪｃの均一性に優れたＭｇＢ２線材を得ることができる。
以下、図面や表を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本明細書に用いる用語について、以下に定義を記載する。
『Ｍｇ内部拡散法』は金属管の内部にＭｇ棒を配置し、金属管とＭｇ棒との隙間にＢ粉末を充填してこの複合体を線材に加工後、熱処理をする線材作製法である。
『パウダー・イン・チューブ法』は、金属管に超伝導体の原料粉末を充填し、線材に加工後、熱処理をする線材作製法である。
『臨界電流密度Ｊｃ』は超伝導線材の単位断面積あたりに流すことのできる最大の超伝導電流密度をいう。通常は、線材中の超伝導体コアの単位断面積あたりの値を言う。
『Ｍｇ内部拡散法』は金属管の内部にＭｇ棒を配置し、金属管とＭｇ棒との隙間にＢ粉末を充填してこの複合体を線材に加工後、熱処理をする線材作製法である。
『パウダー・イン・チューブ法』は、金属管に超伝導体の原料粉末を充填し、線材に加工後、熱処理をする線材作製法である。
『臨界電流密度Ｊｃ』は超伝導線材の単位断面積あたりに流すことのできる最大の超伝導電流密度をいう。通常は、線材中の超伝導体コアの単位断面積あたりの値を言う。
原料として用いるＭｇ粉末、ＭｇＨ２粉末、Ｂ粉末については、本出願人の提案に係る特許文献１−３に記載されたような従来と同様の純度や粒径のものを、適宜混合比を調節して用いることができる。例えば、粒径に関しては、Ｍｇ粉末またはＭｇＨ２粉末の平均粒径が２００ｎｍ〜５０μｍ、Ｂ粉末の平均粒径が０．２〜１μｍの範囲が好ましい。混合比については、モル比でＭｇまたはＭｇＨ２／Ｂ＝０．５／２〜１．５／２の範囲において混合することが好ましく、モル比０．８／２〜１．２／２の範囲において混合することがさらに好ましい。そして、ＭｇあるいはＭｇＨ２粉末とＢ粉末の混合物に適量の多環芳香族炭化水素とＳｉＣを加え、さらにボールミルなどで十分に混合することができる。
多環芳香族炭化水素（ナノグラフェン）については、三環以上の炭素環または複素環を有する化合物のうちの各種のものが考慮されてよく、多環芳香族炭化水素の炭素数としては特に制限されることはないが、１８〜５０の範囲が好ましい。多環芳香族炭化水素は、本発明の作用効果を阻害しない限り各種の官能基を有していてもよく、入手容易性や取り扱い性、価格等を考慮して適宜に選択することができる。たとえば、置換基の典型例としては、炭素数１〜８、特に１〜４のアルキル基等が挙げられる。より具体的には、表１、表２に掲げたコロネン、アントラセン、ペリレン、ビフェニルや、アルキル置換等の炭素環状の芳香族炭化水素、あるいはチオフェン等の複素環状の芳香族炭化水素が例示される。さらに、多環芳香族炭化水素の添加量については、ＭｇＢ２の理論もしくは実験生成量に対して１〜４０モル％の割合で添加することが好ましい。
なお、上記の表1、表２の多環芳香族炭化水素（ナノグラフェン）の沸点と融点に関しては、ＳｃｉＦｉｎｄｅｒ（American Chemical Society; https://scifinder. cas.org/scifinder/）のデータベースに依拠しており、実測値のない場合は計算値によった（Calculated using Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software V11.02）。
以上のような混合物を、バルク材、線材へと加工するが、従来と同様の方法、条件が採用されてよい。バルク材であれば、加圧成形して熱処理をすることで製造することができ、例えば、通常の金型を用いたプレス等が例示され、圧力は１００〜３００ｋｇ／ｃｍ２が好ましい。線材であれば、例えば、混合物を鉄などの金属管に充填し、圧延ロール等でテープやワイヤーに加工した後、熱処理をすることで製造することができ、条件については従来と同様の条件が採用されてよい。すなわち、慣用のとおり、アルゴン、真空などの不活性雰囲気下で、ＭｇＢ２超伝導相を得るに十分な温度、時間熱処理してできる。
また、使用する金属管や熱処理温度、熱処理時間は、ＢサイトのＣ置換において本質的ではなく、従って種々の金属管や熱処理温度、熱処理時間を選択することができる。
また、使用する金属管や熱処理温度、熱処理時間は、ＢサイトのＣ置換において本質的ではなく、従って種々の金属管や熱処理温度、熱処理時間を選択することができる。
このようにして得られた本発明のＭｇＢ２超伝導体は、超伝導リニアモーターカー、ＭＲＩ医療診断装置、半導体単結晶引き上げ装置、超伝導エネルギー貯蔵、超伝導回転機、超伝導変圧器、超伝導ケーブルなどの高能力化に有用である。
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって本発明が限定されることはない。
＜実施例１＞
Ｂ粉末と、Ｃ原子として５ｍｏｌ％の固体粉末のＣ２４Ｈ１２を十分混合して、石英管に真空封入した。これをＣ２４Ｈ１２の融点以上の温度である４４０℃で５分間熱処理し、その後室温に冷却した。熱処理中にＣ２４Ｈ１２は融解し、Ｂ粉末に浸透して行きＢ粉末の表面を覆った（コートした）。このＣ２４Ｈ１２をコートした粉末を用いてＭｇ内部拡散法でＭｇＢ２線材を作製した（図１）。内径４ｍｍ、外径６ｍｍの鉄管の中心に径２ｍｍのＭｇ棒を配置し、Ｍｇ棒と鉄管の隙間にこのＣ２４Ｈ１２をコートしたＢ粉末を充填した。その後、溝ロールと線引きにより径０．６ｍｍのワイヤーに加工した。このワイヤーをアルゴン雰囲気中において６７０℃で６時間の熱処理をしてＭｇＢ２超伝導線材とした。熱処理中にＭｇがＢ層に拡散して行き、ＭｇとＢが反応してＭｇＢ２が生成された。その際にＣ２４Ｈ１２が分解し、カーボンの一部がＭｇＢ２のＢと置換した。また、比較のためにＢに１０ｍｏｌ％のＳｉＣナノ粒子を添加した混合粉末、さらに無添加のＢ粉末を用いて同様の条件でＭｇ内部拡散法によるＭｇＢ２ワイヤーを作製した。
Ｂ粉末と、Ｃ原子として５ｍｏｌ％の固体粉末のＣ２４Ｈ１２を十分混合して、石英管に真空封入した。これをＣ２４Ｈ１２の融点以上の温度である４４０℃で５分間熱処理し、その後室温に冷却した。熱処理中にＣ２４Ｈ１２は融解し、Ｂ粉末に浸透して行きＢ粉末の表面を覆った（コートした）。このＣ２４Ｈ１２をコートした粉末を用いてＭｇ内部拡散法でＭｇＢ２線材を作製した（図１）。内径４ｍｍ、外径６ｍｍの鉄管の中心に径２ｍｍのＭｇ棒を配置し、Ｍｇ棒と鉄管の隙間にこのＣ２４Ｈ１２をコートしたＢ粉末を充填した。その後、溝ロールと線引きにより径０．６ｍｍのワイヤーに加工した。このワイヤーをアルゴン雰囲気中において６７０℃で６時間の熱処理をしてＭｇＢ２超伝導線材とした。熱処理中にＭｇがＢ層に拡散して行き、ＭｇとＢが反応してＭｇＢ２が生成された。その際にＣ２４Ｈ１２が分解し、カーボンの一部がＭｇＢ２のＢと置換した。また、比較のためにＢに１０ｍｏｌ％のＳｉＣナノ粒子を添加した混合粉末、さらに無添加のＢ粉末を用いて同様の条件でＭｇ内部拡散法によるＭｇＢ２ワイヤーを作製した。
この線材を４．２Ｋ、種々の磁界中で臨界電流密度Ｊｃを測定した。その結果を図４に示す。これからわかるように、Ｃ２４Ｈ１２をコートしたＢ粉末を用いて作製したＭｇＢ２線材は、ＳｉＣ添加した線材や無添加線材よりも大幅にＪｃが向上しており、Ｂ粉末原料におけるＣ２４Ｈ１２コートの優位性が明らかとなった。ＳｉＣ添加では熱処理後にＭｇ２Ｓｉが不純物としてＭｇＢ２層内に析出し、これが超伝導電流の阻害因子となって十分に高いＪｃが得られないのに対し、Ｃ２４Ｈ１２添加では、このような不純物の析出物が導入されないのでそれだけ高いＪｃが得られると考えられる。
＜実施例２＞
実施例１と同様にしてＣ２４Ｈ１２コートしたＢ粉末を作製し、パウダー・イン・チューブ（ＰＩＴ）法でＭｇＢ２線材を作製した（図２）。Ｃ２４Ｈ１２コートしたＢ粉末とＭｇ粉末をモル比で２：１になるように十分に混合し、これを内径４ｍｍ、外径６ｍｍの鉄管に充填した。この粉末充填した鉄管を、溝ロールと線引きにより径１ｍｍのワイヤーに加工した。このワイヤーをアルゴン雰囲気中において７００℃で１時間の熱処理を行い、ＭｇＢ２超伝導線材を作製した。熱処理によって充填したＭｇとＢ粉末が反応し、ＭｇＢ２が生成された。その際にＣ２４Ｈ１２が分解し、カーボンの一部がＭｇＢ２のＢと置換をした。また実施例１と同様に、比較のためにＢとＭｇの混合粉末に１０ｍｏｌ％のＳｉＣナノ粒子を添加した混合粉末、さらに無添加のＢ粉末を用いて同様の条件でＰＩＴ法によるＭｇＢ２ワイヤーを作製した。
実施例１と同様にしてＣ２４Ｈ１２コートしたＢ粉末を作製し、パウダー・イン・チューブ（ＰＩＴ）法でＭｇＢ２線材を作製した（図２）。Ｃ２４Ｈ１２コートしたＢ粉末とＭｇ粉末をモル比で２：１になるように十分に混合し、これを内径４ｍｍ、外径６ｍｍの鉄管に充填した。この粉末充填した鉄管を、溝ロールと線引きにより径１ｍｍのワイヤーに加工した。このワイヤーをアルゴン雰囲気中において７００℃で１時間の熱処理を行い、ＭｇＢ２超伝導線材を作製した。熱処理によって充填したＭｇとＢ粉末が反応し、ＭｇＢ２が生成された。その際にＣ２４Ｈ１２が分解し、カーボンの一部がＭｇＢ２のＢと置換をした。また実施例１と同様に、比較のためにＢとＭｇの混合粉末に１０ｍｏｌ％のＳｉＣナノ粒子を添加した混合粉末、さらに無添加のＢ粉末を用いて同様の条件でＰＩＴ法によるＭｇＢ２ワイヤーを作製した。
この線材を４．２Ｋ、種々の磁界中で臨界電流密度Ｊｃを測定した。その結果を図５に示す。これからわかるように、Ｃ２４Ｈ１２コートしたＢ粉末を用いて作製したＭｇＢ２線材は、ＳｉＣ添加した線材や無添加線材よりも大幅にＪｃが向上しており、Ｂ粉末原料におけるＣ２４Ｈ１２コートの優位性が明らかとなった。ＳｉＣ添加では熱処理後にＭｇ２Ｓｉが不純物としてＭｇＢ２層内に析出し、これが超伝導電流の阻害因子となって十分に高いＪｃが得られないのに対し、Ｃ２４Ｈ１２添加では、このような不純物の析出物が導入されないのでそれだけ高いＪｃが得られると考えられる。
図６は、本発明の一実施例で得られたＰＩＴ法で製造したＭｇＢ２ワイヤーについて、コロネンの添加割合とＪｃ−Ｂ曲線の説明図である。ＰＩＴ法で製造したＭｇＢ２ワイヤーの線径φは１．０ｍｍであり、熱処理温度は７００℃で一時間である。コロネンの添加割合は、無添加、２質量％、５質量％、１０質量％の４種類である。液体ヘリウム温度である４．２Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは、コロネン添加量が１０質量％で１０Ｔの磁界である場合、臨界電流密度Ｊｃは１．８ｘ１０４［Ａ／ｃｍ２］である。コロネン添加量が増大するにつれて、臨界電流密度Ｊｃが増加している。また、臨界温度Ｔｃの実測値を表３に示す。コロネン添加量が増大するにつれて、臨界温度Ｔｃが低下するが、冷凍機伝導冷却で達成できる２０Ｋに対しては十分な余裕がある。従って、液体ヘリウムを用いなくても超伝導が実現でき、昨今の液体ヘリウムの供給状況にも安心して対処できる。
本発明の特定の実施形態を例示及び説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々なその他の変形及び変更が可能であることは、当業者に明らかである。したがって、本発明の範囲内にあるそのようなすべての変形及び変更を添付の特許請求の範囲で扱うものとする。
本発明のＭｇＢ２超伝導体の製造方法によれば、ＭｇＢ２超伝導線材について均一性の優れた多環芳香族炭化水素（ナノグラフェン）添加を実現して、高い臨界電流密度（Ｊｃ）特性ならびに臨界電流密度（Ｊｃ）のバラツキの小さなＭｇＢ２超伝導線材を提供できる。製作されたＭｇＢ２超伝導体は、超伝導リニアモーターカー、ＭＲＩ医療診断装置、半導体単結晶引き上げ装置、超伝導エネルギー貯蔵、超伝導回転機、超伝導変圧器、超伝導ケーブルなどに用いて好適である。
Claims (8)
- Ｍｇ粉末またはＭｇＨ２粉末とＢ粉末との混合物を加圧成形して熱処理するＭｇＢ２超伝導体の製造方法において、
前記Ｂ粉末に多環芳香族炭化水素を添加すると共に、この添加時には前記多環芳香族炭化水素の融点以上に加熱して、前記Ｂ粉末の表面を前記多環芳香族炭化水素で覆う工程と、
前記多環芳香族炭化水素で表面が覆われた前記Ｂ粉末を、前記Ｍｇ粉末またはＭｇＨ２粉末と混合する工程と、
を有することを特徴とするＭｇＢ２超伝導体の製造方法。 - 前記多環芳香族炭化水素は、コロネン（coronene)、アンタントレン（anthanthrene）、ベンゾペリレン（Benzo(ghi)perylene）、サーキュレン（circulenes)、コランニュレン（corannulene)、ディコロニレン（Dicoronylene)、ディインデノペリレン（Diindenoperylene)、ヘリセン（helicene)、ヘプタセン（heptacene)、ヘキサセン（hexacene)、ケクレン（kekulene）、オバレン（ovalene)、ゼスレン（Zethrene)、ベンゾ[a]ピレン（Benzo[a]pyrene）、ベンゾ[e]ピレン（Benzo[e]pyrene）、ベンゾ[a]フルオランテン（Benzo[a]fluoranthene）、ベンゾ[b]フルオランテン（Benzo[b]fluoranthene）、ベンゾ[j]フルオランテン（Benzo[j]fluoranthene）、ベンゾ[k]フルオランテン（Benzo[k]fluoranthene）、ディベンゾ[a,h]アントラセン（Dibenz(a,h)anthracene)、ディベンゾ[a,j]アントラセン（Dibenz(a,j)anthracene)、オリンピセン（Olympicene)、ペンタセン（pentacene)、ペリレン（perylene)、ピセン（Picene)、テトラフェニレン（Tetraphenylene）、ベンゾ[a]アントラセン（Benz(a)anthracene）、ベンゾ[a]フルオレン（Benzo(a)fluorene）、ベンゾ[c]フェナントレン（Benzo(c)phenanthrene）、クリセン（Chrysene）、フルオランテン（Fluoranthene）、ピレン（pyrene)、テトラセン（Tetracene)、トリフェニレン（Triphenylene)、アントラセン（Anthracene)、フルオレン（Fluorene)、フェナレン（Phenalene)、フェナントレン（phenanthrene)から選ばれることを特徴とする請求項１記載のＭｇＢ２超伝導体の製造方法。
- 前記多環芳香族炭化水素は、常温常圧で固体であり、かつ融点が分解温度よりも低いと共に、前記多環芳香族炭化水素における、炭素原子の数と水素原子の数の比は、Ｃ：Ｈが１：０．５から１：０．８であることを特徴とする請求項１に記載のＭｇＢ２超伝導体の製造方法。
- 前記多環芳香族炭化水素の添加量が、ＭｇＢ２の理論もしくは実験生成量に対して１〜４０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＭｇＢ２超伝導体の製造方法。
- 前記混合物を金属管に充填し、加圧成形して熱処理することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＭｇＢ２超伝導体の製造方法。
- 前記多環芳香族炭化水素で覆われたＢ粉末とＭｇ棒とを金属管に充填し、加圧成形して熱処理することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＭｇＢ２超伝導体の製造方法。
- 請求項１から６のいずれかに記載のＭｇＢ２超伝導体の製造方法により得られたＭｇＢ２超伝導体であって、ＭｇＢ２コアが１本または複数本あるＭｇＢ２線材であることを特徴とするＭｇＢ２超伝導体。
- 請求項７に記載のＭｇＢ２超伝導体であって、ＭｇＢ２コアが複数本ある多芯ＭｇＢ２線材であることを特徴とするＭｇＢ２超伝導体。
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| JP2013259711A JP6161034B2 (ja) | 2013-12-17 | 2013-12-17 | ＭｇＢ２超伝導体の製造方法およびＭｇＢ２超伝導体 |
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