JP2018193271A - METHOD FOR PRODUCING MgB2 BULK BODY AND MgB2 BULK BODY - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＭｇＢ２バルク体の製造方法およびＭｇＢ２バルク体に関する。 The present invention relates to a manufacturing method and MgB 2 bulk of MgB 2 bulk.
ＭｇＢ２（二ホウ化マグネシウム）超伝導体は、３９Ｋという非常に高い臨界温度（Ｔｃ）を持つことから、液体ヘリウム冷却不要の高温度（１０Ｋ〜２０Ｋ）での応用に期待が高まっている。また、超伝導バルク磁石は、電磁石と比較して、より磁場が高く、小型化が可能である。 Since MgB 2 (magnesium diboride) superconductor has a very high critical temperature (T c ) of 39K, it is expected to be applied to high temperatures (10K to 20K) that do not require liquid helium cooling. . In addition, the superconducting bulk magnet has a higher magnetic field than the electromagnet and can be miniaturized.
例えば特許文献１には、ホウ素元素含有粉末と、マグネシウム元素含有粉末とが混合されてなる原料粉末を、任意のバルク形状に成型した後、熱処理を行って、ＭｇＢ２超伝導バルク磁石を製造することが記載されている。 For example, in Patent Document 1, a raw material powder obtained by mixing a boron element-containing powder and a magnesium element-containing powder is molded into an arbitrary bulk shape, and then heat-treated to produce a MgB 2 superconducting bulk magnet. It is described.
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、熱処理によって、マグネシウムが溶融するために空隙が生じ、ＭｇＢ２超伝導バルク磁石の充填率が低下する場合がある。さらに、マグネシウムは非常に活性が高いため、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）が生成し、ＭｇＢ２の純度が低下する場合がある。そのため、特許文献１に記載された方法で製造されたＭｇＢ２超伝導バルク磁石では、臨界電流密度（Ｊｃ）や捕捉磁場強度を必ずしも高くできない。 However, in the method described in Patent Document 1, voids are generated due to the melting of magnesium by heat treatment, and the filling rate of the MgB 2 superconducting bulk magnet may decrease. Furthermore, since magnesium is very active, MgO (magnesium oxide) may be generated, and the purity of MgB 2 may be reduced. Therefore, in the MgB 2 superconducting bulk magnet manufactured by the method described in Patent Document 1, the critical current density (Jc) and the trapped magnetic field strength cannot always be increased.
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、充填率が高く、かつＭｇＢ２の純度が高いＭｇＢ２バルク体の製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、充填率が高く、かつＭｇＢ２の純度が高いＭｇＢ２バルク体を提供することにある。 One object of some aspects of the present invention is that the filling rate is high, and the purity of MgB 2 are to provide a method for manufacturing a high MgB 2 bulk. Also, one object of some aspects of the present invention is that the filling rate is high, and the purity of MgB 2 are to provide a high MgB 2 bulk.
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法は、
元素としてのホウ素を含む原料粉末からホウ素バルク体を成型する成型工程と、
気体のマグネシウムと、前記ホウ素バルク体と、を反応させる反応工程と、
を含む。
The method for producing an MgB 2 bulk body according to the present invention includes:
A molding process for molding a boron bulk body from a raw material powder containing boron as an element;
A reaction step of reacting gaseous magnesium with the boron bulk body;
including.
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、充填率が高く、かつＭｇＢ２の純度が高いＭｇＢ２バルク体を製造することができる。 In the method of manufacturing such a MgB 2 bulk, can filling rate is high, and the purity of MgB 2 to produce a high MgB 2 bulk.
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記原料粉末は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。
In the method for producing an MgB 2 bulk body according to the present invention,
The raw material powder is boron powder,
Bulk density of the boron bulk body may 0.9 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less.
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体の充填率を高くすることができる。 In the method of manufacturing such a MgB 2 bulk, it is possible to increase the filling factor of the MgB 2 bulk.
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記原料粉末は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。
In the method for producing an MgB 2 bulk body according to the present invention,
The raw material powder is boron powder,
Bulk density of the boron bulk body may 1.0 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less.
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体の充填率をより高くすることができる。 In the method of manufacturing such a MgB 2 bulk, it is possible to increase the filling rate of MgB 2 bulk.
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記原料粉末の主成分は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。
In the method for producing an MgB 2 bulk body according to the present invention,
The main component of the raw material powder is boron powder,
Bulk density of the boron bulk body may 0.9 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less.
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体の充填率を高くすることができる。 In the method of manufacturing such a MgB 2 bulk, it is possible to increase the filling factor of the MgB 2 bulk.
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記原料粉末の主成分は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。
In the method for producing an MgB 2 bulk body according to the present invention,
The main component of the raw material powder is boron powder,
Bulk density of the boron bulk body may 1.0 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less.
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体の充填率をより高くすることができる。 In the method of manufacturing such a MgB 2 bulk, it is possible to increase the filling rate of MgB 2 bulk.
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記原料粉末は、ホウ素粉末およびホウ化マグネシウム粉末を含んでもよい。
In the method for producing an MgB 2 bulk body according to the present invention,
The raw material powder may include boron powder and magnesium boride powder.
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、反応工程において、ＭｇＢ２バルク体にクラックが生じることを抑制することができる。 In the method of manufacturing such a MgB 2 bulk, in the reaction step, it is possible to suppress the cracking on MgB 2 bulk.
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記気体のマグネシウムは、固体または液体のマグネシウムを気化させたものであり、
前記原料粉末中のホウ素に対する前記固体または液体のマグネシウムの組成比は、０．５より大きくてもよい。
In the method for producing an MgB 2 bulk body according to the present invention,
The gaseous magnesium is vaporized solid or liquid magnesium,
The composition ratio of the solid or liquid magnesium to boron in the raw material powder may be greater than 0.5.
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記反応工程は、５００℃以上９５０℃以下の温度で行われてもよい。
In the method for producing an MgB 2 bulk body according to the present invention,
The reaction step may be performed at a temperature of 500 ° C. or higher and 950 ° C. or lower.
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、固体のマグネシウムを十分に蒸発させて反応時間を短縮することができ、かつ、反応工程で用いる容器の寿命を長くすることができる。 In such a method for producing an MgB 2 bulk body, solid magnesium can be sufficiently evaporated to shorten the reaction time, and the life of the container used in the reaction step can be extended.
本発明に係るＭｇＢ２バルク体は、
超伝導体であって、充填率が７０％以上であり、ＭｇＢ２の純度が９５ａｔ％以上である。
The MgB 2 bulk body according to the present invention is
It is a superconductor, the filling rate is 70% or more, and the purity of MgB 2 is 95 at% or more.
このようなＭｇＢ２バルク体では、充填率が高く、かつＭｇＢ２の純度が高い。 Such an MgB 2 bulk body has a high filling rate and a high purity of MgB 2 .
本発明に係るＭｇＢ２バルク体において、
充填率が７５％以上であってもよい。
In the MgB 2 bulk body according to the present invention,
The filling rate may be 75% or more.
このようなＭｇＢ２バルク体では、充填率がより高い。 In such a MgB 2 bulk body, the filling rate is higher.
本発明に係るＭｇＢ２バルク体において、
ＭｇＢ２の純度が９７．５ａｔ％以上であってもよい。
In the MgB 2 bulk body according to the present invention,
The purity of MgB 2 may be 97.5 at% or more.
このようなＭｇＢ２バルク体では、ＭｇＢ２の純度がより高い。 In such an MgB 2 bulk body, the purity of MgB 2 is higher.
本発明に係るＭｇＢ２バルク体において、
ｍｍ以上のオーダーであってもよい。
In the MgB 2 bulk body according to the present invention,
It may be on the order of mm or more.
このようなＭｇＢ２バルク体では、電流を多く流すことができ、高い捕捉磁場強度を得ることができる。 In such an MgB 2 bulk body, a large amount of current can flow and a high trapping magnetic field strength can be obtained.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.
１． ＭｇＢ２バルク体
まず、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体１０を模式的に示す斜視図である。
1. MgB 2 bulk First, the MgB 2 bulk material according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing an MgB 2 bulk body 10 according to the present embodiment.
ＭｇＢ２バルク体１０は、超伝導を発現する超伝導体である。図示の例では、ＭｇＢ２バルク体１０は、円盤状の形状（外形）を有しているが、その形状は特に限定されず、例えば、板状、リング状などであってもよい。ＭｇＢ２バルク体１０は、超伝導バルク磁石であってもよい。 The MgB 2 bulk body 10 is a superconductor that exhibits superconductivity. In the illustrated example, the MgB 2 bulk body 10 has a disk-like shape (outer shape), but the shape is not particularly limited, and may be, for example, a plate shape or a ring shape. The MgB 2 bulk body 10 may be a superconducting bulk magnet.
ＭｇＢ２バルク体１０は、塊状の物体である。ＭｇＢ２バルク体１０は、ｍｍ（ミリメ
ートル）以上のオーダーである。すなわち、ＭｇＢ２バルク体１０は、重心と、目視による外形の表面と、の間の距離が０．５ｍｍ以上である。ＭｇＢ２バルク体１０が円盤状の形状を有している場合、厚さＴおよび直径Ｄが１ｍｍ以上である。例えば、厚さＴは、１ｍｍ以上５０ｃｍ以下であり、直径Ｄは、１ｍｍ以上１ｍ以下である。なお、ＭｇＢ２バルク体１０は、ｃｍ（センチメートル）オーダーであってもよいし、ｍ（メートル）オーダーであってもよい。
The MgB 2 bulk body 10 is a massive object. The MgB 2 bulk body 10 is on the order of mm (millimeters) or more. That is, in the MgB 2 bulk body 10, the distance between the center of gravity and the surface of the outer shape by visual observation is 0.5 mm or more. When the MgB 2 bulk body 10 has a disk shape, the thickness T and the diameter D are 1 mm or more. For example, the thickness T is 1 mm or more and 50 cm or less, and the diameter D is 1 mm or more and 1 m or less. The MgB 2 bulk body 10 may be in the cm (centimeter) order or may be in the m (meter) order.
ＭｇＢ２バルク体１０は、ＭｇＢ２（二ホウ化マグネシウム）を含む。ＭｇＢ２バルク体１０におけるＭｇＢ２の純度（ＭｇＢ２バルク体１０全量に対するＭｇＢ２の割合）は、９５ａｔ％（アトミックパーセント）以上であり、好ましくは、９７．５ａｔ％以上である。ＭｇＢ２バルク体１０におけるＭｇＢ２の純度は、例えば、粉末Ｘ線回折におけるリートベルト分析によって求めることができる。 The MgB 2 bulk body 10 contains MgB 2 (magnesium diboride). Purity of MgB 2 in MgB 2 bulk body 10 (the ratio of MgB 2 with respect to MgB 2 bulk 10 total) is at 95 at% (atomic percent) or more, preferably, or 97.5at%. The purity of MgB 2 in the MgB 2 bulk body 10 can be determined, for example, by Rietveld analysis in powder X-ray diffraction.
ＭｇＢ２バルク体１０は、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）を含んでいてもよい。ＭｇＢ２バルク体１０におけるＭｇＯの割合（ＭｇＢ２バルク体１０全量に対するＭｇＯの割合）は、５ａｔ％以下であり、好ましくは、２．５ａｔ％以下である。さらに、ＭｇＢ２バルク体１０は、ＭｇＢ２以外のホウ化マグネシウム（例えばＭｇＢ４やＭｇＢ７）を含んでいてもよい。ＭｇＢ２バルク体１０の組成は、例えば、ＳＥＭ／ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光法）で求めることができる。 The MgB 2 bulk body 10 may contain MgO (magnesium oxide). The proportion of MgO in MgB 2 bulk body 10 (the ratio of MgO with respect to MgB 2 bulk 10 total) is less 5at%, preferably at most 2.5 at%. Further, the MgB 2 bulk body 10 may contain magnesium boride other than MgB 2 (for example, MgB 4 or MgB 7 ). The composition of the MgB 2 bulk body 10 can be determined by, for example, SEM / EDX (scanning electron microscope / energy dispersive X-ray spectroscopy).
ＭｇＢ２バルク体１０は、例えば、多孔質である。ＭｇＢ２バルク体１０の充填率は、７０％以上であり、好ましくは、７５％以上である。ＭｇＢ２バルク体１０の充填率を求めるには、まず、ＭｇＢ２バルク体１０の質量および体積（外形の体積）を測定し、ＭｇＢ２の比重に基づいて、求めることができる。ＭｇＢ２バルク体１０の体積は、例えば、ＭｇＢ２バルク体１０の形状が円盤状の場合は、直径および厚さを測定することにより求めることができる。 The MgB 2 bulk body 10 is, for example, porous. The filling rate of the MgB 2 bulk body 10 is 70% or more, and preferably 75% or more. To determine the filling factor of the MgB 2 bulk body 10, first, the mass and volume of MgB 2 bulk body 10 (volume of the outer shape) is measured, based on the specific gravity of MgB 2, it can be obtained. The volume of the MgB 2 bulk body 10 can be obtained, for example, by measuring the diameter and thickness when the shape of the MgB 2 bulk body 10 is a disk shape.
ＭｇＢ２バルク体１０は、例えば、以下の特徴を有する。 For example, the MgB 2 bulk body 10 has the following characteristics.
ＭｇＢ２バルク体１０では、超伝導体であって、充填率が７０％以上であり、ＭｇＢ２の純度が９５ａｔ％以上である。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０は、充填率が高く、かつＭｇＢ２の純度が高い。したがって、ＭｇＢ２バルク体１０は、高い臨界電流密度および高い捕捉磁場強度を有することができる。 The MgB 2 bulk body 10 is a superconductor, has a filling rate of 70% or more, and the purity of MgB 2 is 95 at% or more. Therefore, the MgB 2 bulk body 10 has a high filling rate and a high purity of MgB 2 . Therefore, the MgB 2 bulk body 10 can have a high critical current density and a high trapping magnetic field strength.
ＭｇＢ２バルク体１０では、充填率が７５％以上であってもよい。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０は、充填率がより高い。 In the MgB 2 bulk body 10, the filling rate may be 75% or more. Therefore, the filling rate of the MgB 2 bulk body 10 is higher.
ＭｇＢ２バルク体１０では、ＭｇＢ２の純度が９７．５ａｔ％以上であってもよい。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０は、純度がより高い。 In the MgB 2 bulk body 10, the purity of MgB 2 may be 97.5 at% or more. Therefore, the purity of the MgB 2 bulk body 10 is higher.
ＭｇＢ２バルク体１０では、ｍｍ以上のオーダーであってもよい。このような、ＭｇＢ２バルク体１０では、例えばμｍ（マイクロメートル）のオーダーである場合に比べて、電流を多く流すことができ、高い捕捉磁場強度を得ることができる。 In the MgB 2 bulk body 10, it may be on the order of mm or more. In such a MgB 2 bulk body 10, for example, a larger amount of current can be flowed than in the case of the order of μm (micrometers), and a high trapping magnetic field strength can be obtained.
２． ＭｇＢ２バルク体の製造装置
次に、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体の製造装置について、図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体の製造装置１００を模式的に示す断面図である。図３は、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体の製造装置１００を模式的に示す斜視図である。ＭｇＢ２バルク体の製造装置１００（以下、単に「製造装置１００」ともいう）は、本発明に係るＭｇＢ２バルク体（例えばＭｇＢ２バルク体１０）を製造する
ための装置である。
2. Manufacturing apparatus Subsequently the MgB 2 bulk, apparatus for producing MgB 2 bulk material according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the MgB 2 bulk manufacturing apparatus 100 according to this embodiment. FIG. 3 is a perspective view schematically showing the manufacturing apparatus 100 for an MgB 2 bulk body according to the present embodiment. The MgB 2 bulk body manufacturing apparatus 100 (hereinafter also simply referred to as “manufacturing apparatus 100”) is an apparatus for manufacturing the MgB 2 bulk body (for example, the MgB 2 bulk body 10) according to the present invention.
製造装置１００は、図２および図３に示すように、容器２０と、第１壁部３０と、第２壁部３２と、第３壁部３４と、第４壁部３６と、を含む。 As shown in FIGS. 2 and 3, the manufacturing apparatus 100 includes a container 20, a first wall portion 30, a second wall portion 32, a third wall portion 34, and a fourth wall portion 36.
容器２０の形状は、内部に空間を形成することができれば、特に限定されないが、図示の例では、円筒状である。容器２０は、例えば、互いに対向する第１円盤部２２および第２円盤部２４と、円盤部２２，２４に接続された筒部２６と、を有している。容器２０内（容器２０の内部）は、例えば、空気で密閉された空間である。容器２０の材質は、例えば、鉄、ステンレス、銅、白金、チタン、ニオブ、タンタルなどである。 The shape of the container 20 is not particularly limited as long as a space can be formed inside, but in the illustrated example, the shape is cylindrical. The container 20 includes, for example, a first disk part 22 and a second disk part 24 that face each other, and a cylinder part 26 connected to the disk parts 22 and 24. The inside of the container 20 (inside the container 20) is, for example, a space sealed with air. Examples of the material of the container 20 include iron, stainless steel, copper, platinum, titanium, niobium, and tantalum.
第１壁部３０および第２壁部３２は、容器２０内に設けられている。壁部３０，３２は、筒部２６に設けられている。図２に示すように断面視において、筒部２６は、互いに対向する第１部分２６ａおよび第２部分２６ｂを有している。壁部３０，３２は、第１部分２６ａに設けられ、第１部分２６ａから第２部分２６ｂ側に向けて延出している。壁部３０，３２は、第２部分２６ｂと離間している。すなわち、壁部３０，３２と第２部分２６ｂとの間には、空隙が設けられている。壁部３０，３２の材質は、例えば、容器２０と同じである。 The first wall portion 30 and the second wall portion 32 are provided in the container 20. The wall portions 30 and 32 are provided on the cylindrical portion 26. As shown in FIG. 2, in a cross-sectional view, the cylindrical portion 26 has a first portion 26a and a second portion 26b that face each other. The walls 30 and 32 are provided in the first portion 26a and extend from the first portion 26a toward the second portion 26b. The walls 30 and 32 are separated from the second portion 26b. That is, a gap is provided between the wall portions 30 and 32 and the second portion 26b. The material of the walls 30 and 32 is the same as that of the container 20, for example.
第１壁部３０は、固体のマグネシウム２が配置される第１マグネシウム配置領域４０を規定する。具体的には、第１マグネシウム配置領域４０は、第１壁部３０、第１円盤部２２、および筒部２６によって規定される。第１壁部３０は、第１マグネシウム配置領域４０に配置された固体のマグネシウム２が熱処理によって液体となった場合に、液体となったマグネシウムがホウ素バルク体４に接触することを防止することができる。 The first wall 30 defines a first magnesium arrangement region 40 in which solid magnesium 2 is arranged. Specifically, the first magnesium arrangement region 40 is defined by the first wall portion 30, the first disk portion 22, and the cylindrical portion 26. The first wall 30 prevents the magnesium that has become liquid from coming into contact with the boron bulk body 4 when the solid magnesium 2 that has been arranged in the first magnesium arrangement region 40 becomes liquid by heat treatment. it can.
第２壁部３２は、固体のマグネシウム２が配置される第２マグネシウム配置領域４２を規定する。具体的には、第２マグネシウム配置領域４２は、第２壁部３２、第２円盤部２４、および筒部２６によって規定される。第２壁部３２は、第２マグネシウム配置領域４２に配置された固体のマグネシウム２が熱処理によって液体となった場合に、液体となったマグネシウムがホウ素バルク体４に接触することを防止することができる。 The second wall portion 32 defines a second magnesium arrangement region 42 in which solid magnesium 2 is arranged. Specifically, the second magnesium arrangement region 42 is defined by the second wall portion 32, the second disk portion 24, and the cylindrical portion 26. The second wall 32 can prevent the magnesium that has become liquid from coming into contact with the boron bulk body 4 when the solid magnesium 2 that has been arranged in the second magnesium arrangement region 42 has become liquid by heat treatment. it can.
第３壁部３４および第４壁部３６は、容器２０内に設けられている。壁部３４，３６は、第１壁部３０の第１マグネシウム配置領域４０側とは反対側であって、かつ、第２壁部３２の第２マグネシウム配置領域４２側とは反対側の領域に設けられている。壁部３４，３６は、第１壁部３０と第２壁部３２との間に設けられている。壁部３４，３６の材質は、例えば、容器２０と同じである。 The third wall portion 34 and the fourth wall portion 36 are provided in the container 20. The wall portions 34 and 36 are opposite to the first magnesium arrangement region 40 side of the first wall portion 30 and in a region opposite to the second magnesium arrangement region 42 side of the second wall portion 32. Is provided. The wall portions 34 and 36 are provided between the first wall portion 30 and the second wall portion 32. The material of the walls 34 and 36 is the same as that of the container 20, for example.
ここで、図４は、第３壁部３４および第４壁部３６を模式的に示す斜視図である。壁部３４，３６は、図４に示すように、例えば、円盤状の形状を有している。壁部３４，３６の形状および大きさは、例えば、同じである。壁部３４，３６には、貫通孔３８が設けられている。貫通孔３８は、円盤状の壁部３４，３６を厚さ方向に貫通している。貫通孔３８は、複数設けられている。図示の例では、複数の貫通孔３８は、三角格子状に設けられている。 Here, FIG. 4 is a perspective view schematically showing the third wall portion 34 and the fourth wall portion 36. As shown in FIG. 4, the walls 34 and 36 have, for example, a disk shape. The shape and size of the walls 34 and 36 are the same, for example. A through hole 38 is provided in the walls 34 and 36. The through hole 38 penetrates the disk-shaped walls 34 and 36 in the thickness direction. A plurality of through holes 38 are provided. In the illustrated example, the plurality of through holes 38 are provided in a triangular lattice shape.
第３壁部３４および第４壁部３６は、図２に示すように、ホウ素バルク体４が配置されるホウ素配置領域４４を規定する。ホウ素バルク体４は、元素としてのホウ素を含む原料粉末から成型されたものである。壁部３４，３６は、ホウ素バルク体４を挟んで支持する。第３壁部３４と第４壁部３６との間の距離は、例えば、１ｍｍ以上である。ホウ素配置領域４４と第１円盤部２２との間の距離と、ホウ素配置領域４４と第２円盤部２４との間の距離とは、例えば、等しい。 The 3rd wall part 34 and the 4th wall part 36 prescribe | regulate the boron arrangement | positioning area | region 44 where the boron bulk body 4 is arrange | positioned, as shown in FIG. The boron bulk body 4 is formed from a raw material powder containing boron as an element. The walls 34 and 36 are supported with the boron bulk body 4 interposed therebetween. The distance between the 3rd wall part 34 and the 4th wall part 36 is 1 mm or more, for example. The distance between the boron arrangement region 44 and the first disk portion 22 is equal to the distance between the boron arrangement region 44 and the second disk portion 24, for example.
第１マグネシウム配置領域４０とホウ素配置領域４４とは、連通している。具体的には、第１壁部３０と第２部分２６ｂとの間に空隙が設けられ、かつ、第３壁部３４に貫通孔３８が設けられていることにより、第１マグネシウム配置領域４０とホウ素配置領域４４とは、連通している。 The first magnesium arrangement region 40 and the boron arrangement region 44 communicate with each other. Specifically, a gap is provided between the first wall portion 30 and the second portion 26b, and a through hole 38 is provided in the third wall portion 34, whereby the first magnesium arrangement region 40 and The boron arrangement region 44 communicates.
第２マグネシウム配置領域４２とホウ素配置領域４４とは、連通している。具体的には、第２壁部３２と第２部分２６ｂとの間に空隙が設けられ、かつ、第４壁部３６に貫通孔３８が設けられていることにより、第２マグネシウム配置領域４２とホウ素配置領域４４とは、連通している。 The second magnesium arrangement region 42 and the boron arrangement region 44 communicate with each other. Specifically, a gap is provided between the second wall portion 32 and the second portion 26b, and a through hole 38 is provided in the fourth wall portion 36, whereby the second magnesium arrangement region 42 and The boron arrangement region 44 communicates.
第１マグネシウム配置領域４０とホウ素配置領域４４とが連通し、かつ、第２マグネシウム配置領域４２とホウ素配置領域４４とが連通しているため、固体のマグネシウム２を熱処理により気化させて、気体のマグネシウムをホウ素バルク体４に接触させることができる。 Since the first magnesium arrangement region 40 and the boron arrangement region 44 communicate with each other and the second magnesium arrangement region 42 and the boron arrangement region 44 communicate with each other, the solid magnesium 2 is vaporized by heat treatment, and the gas Magnesium can be brought into contact with the boron bulk body 4.
容器２０は、図示せぬ電気炉内に配置され、熱処理される。これにより、マグネシウム配置領域４０，４２に配置された固体のマグネシウム２を熱処理することができる。 The container 20 is placed in an electric furnace (not shown) and heat-treated. Thereby, the solid magnesium 2 arrange | positioned in the magnesium arrangement | positioning area | regions 40 and 42 can be heat-processed.
なお、図５に示すように、第２壁部３２および第４壁部３６が設けられることなく、第２マグネシウム配置領域４２が規定されていなくてもよい。この場合、ホウ素バルク体４は、第３壁部３４と第２円盤部２４とに挟まれて支持される。ただし、気体のマグネシウムを、均一性よくホウ素バルク体４中に拡散させることを考慮すると、図２に示すように、第２マグネシウム配置領域４２を設けることが好ましい。 In addition, as shown in FIG. 5, the 2nd magnesium arrangement | positioning area | region 42 does not need to be prescribed | regulated without the 2nd wall part 32 and the 4th wall part 36 being provided. In this case, the boron bulk body 4 is supported by being sandwiched between the third wall portion 34 and the second disk portion 24. However, in consideration of the diffusion of gaseous magnesium into the boron bulk body 4 with good uniformity, it is preferable to provide the second magnesium arrangement region 42 as shown in FIG.
３． ＭｇＢ２バルク体の製造方法
次に、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体１０の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体１０の製造方法を説明するためのフローチャートである。以下では、一例として、製造装置１００を用いたＭｇＢ２バルク体１０の製造方法について説明する。
3. Method of manufacturing a MgB 2 bulk Next, a manufacturing method of MgB 2 bulk body 10 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the MgB 2 bulk body 10 according to the present embodiment. Hereinafter, as an example, a manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10 using the manufacturing apparatus 100 will be described.
（１）まず、元素としてのホウ素を含む原料粉末からホウ素バルク体４を成型する（ステップＳ１、成型工程）。具体的には、原料粉末を、例えばダイスなどの装置を用いてプレス成型し、ホウ素バルク体４を成型する。ホウ素バルク体４の形状（外形の形状）は、ペレット状であり、具体的には、円盤状である。ホウ素バルク体４の形状によって、ＭｇＢ２バルク体１０の形状を適宜設定することができる。 (1) First, the boron bulk body 4 is molded from a raw material powder containing boron as an element (step S1, molding process). Specifically, the raw material powder is press-molded using an apparatus such as a die to mold the boron bulk body 4. The shape (outer shape) of the boron bulk body 4 is a pellet shape, specifically a disc shape. The shape of the MgB 2 bulk body 10 can be appropriately set depending on the shape of the boron bulk body 4.
ホウ素バルク体４のかさ密度は、原料粉末がホウ素粉末である場合、例えば、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であり、好ましくは、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であり、より好ましくは、１．１ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である。ホウ素バルク体４のかさ密度は、例えば、「ＪＩＳ１６２８−１９９７」に準じて測定することができる。 The bulk density of the boron bulk body 4, when the raw material powder is a boron powder, for example, 0.9 g / cm 3 or more 1.23g / cm 3 or less, preferably, 1.0 g / cm 3 or more 1.23g / cm 3 or less, and more preferably is 1.1 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less. The bulk density of the boron bulk body 4 can be measured according to, for example, “JIS 1628-1997”.
なお、原料粉末は、主成分がホウ素粉末であれば、ホウ素粉末以外の粉末を含んでいてもよい。この場合において、ホウ素バルク体４のかさ密度は、例えば、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であり、好ましくは、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であり、より好ましくは、１．１ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である。 In addition, the raw material powder may contain powders other than boron powder, as long as the main component is boron powder. In this case, the bulk density of the boron bulk body 4, for example, 0.9 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less, preferably, 1.0 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less There, more preferably is 1.1 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less.
ここで、図７は、ホウ素バルク体４のかさ密度と、製造されるＭｇＢ２バルク体（Ｍｇ
Ｂ２バルク体１０）の充填率と、の関係を示すグラフである。図７に示す充填率は、以下のように求めたものである。
Here, FIG. 7 shows the bulk density of the boron bulk body 4 and the MgB 2 bulk body (MgB) produced.
The filling factor of B 2 bulk 10) is a graph showing the relationship. The filling rate shown in FIG. 7 is obtained as follows.
原料粉末がホウ素粉末である場合、ホウ素バルク体４のかさ密度をｘｇ／ｃｍ３とすると、ホウ素バルク体４の質量は、１ｃｍ３あたりｘｇである。Ｍｇ＋２Ｂ→ＭｇＢ２より、１ｃｍ３あたりのホウ素バルク体４から生成するＭｇＢ２バルク体の質量は２．１２５ｘｇとなる。 When the raw material powder is boron powder, if the bulk density of the boron bulk body 4 is xg / cm 3 , the mass of the boron bulk body 4 is xg per cm 3 . From Mg + 2B → MgB 2 , the mass of the MgB 2 bulk body generated from the boron bulk body 4 per cm 3 is 2.125 × g.
充填率は、下記式（１）で定義される。充填率＝実際に存在するＭｇＢ２の質量（ｇ）／全空間がＭｇＢ２で満たされているときのＭｇＢ２の質量（ｇ）×１００（％） ・・・ （１） The filling rate is defined by the following formula (1). MgB 2 mass when filling factor = the MgB 2 mass actually present (g) / total space is filled with MgB 2 (g) × 100 ( %) ··· (1)
したがって、ＭｇＢ２の密度が２．６２ｇ／ｃｍ３であることを考慮すると、ＭｇＢ２の単位質量あたりの充填率は、（２．１２５ｘ／２．６２）×１００（％）と計算できる。以上により、図７に示す充填率を求めることができる。 Therefore, when considering that the density of MgB 2 is 2.62 g / cm 3 , the filling rate per unit mass of MgB 2 can be calculated as (2.125x / 2.62) × 100 (%). From the above, the filling rate shown in FIG. 7 can be obtained.
以上により、ホウ素バルク体４のかさ密度を上記の範囲とすることにより、ＭｇＢ２バルク体１０の充填率を高くすることができる。 As described above, by setting the bulk density of the boron bulk body 4 in the above range, the filling rate of the MgB 2 bulk body 10 can be increased.
原料粉末は、ホウ素粉末であってもよい。原料粉末は、ホウ素粉末およびホウ化マグネシウム粉末を含んでいてもよい。すなわち、成型工程では、ホウ素粉末と、ホウ化マグネシウム粉末と、の混合物からホウ素バルク体４を成型してもよい。ホウ素粉末は、ホウ素の粉末であり、ホウ化マグネシウム粉末は、ホウ素およびマグネシウムからなる化合物の粉末である。ホウ化マグネシウム粉末は、例えば、ＭｇＢ２粉末、ＭｇＢ４粉末、または、これらの混合物などである。原料粉末は、さらに、Ｂ４Ｃ粉末などのホウ素化合物の粉末を含んでいてもよい。 The raw material powder may be boron powder. The raw material powder may contain boron powder and magnesium boride powder. That is, in the molding step, the boron bulk body 4 may be molded from a mixture of boron powder and magnesium boride powder. The boron powder is a powder of boron, and the magnesium boride powder is a powder of a compound composed of boron and magnesium. The magnesium boride powder is, for example, MgB 2 powder, MgB 4 powder, or a mixture thereof. The raw material powder may further contain a boron compound powder such as B 4 C powder.
原料粉末がホウ素粉末およびホウ化マグネシウム粉末を含む場合、ホウ素粉末に対するホウ化マグネシウム粉末の割合は、例えば、２０ｍｏｌ％（モルパーセント）以上４０ｍｏｌ％以下である。上記割合を２０ｍｏｌ％以上とすることにより、反応工程において、ＭｇＢ２バルク体１０にクラックが生じることを抑制することができる。さらに、上記割合を４０ｍｏｌ％以下とすることにより、気体のマグネシウムと固体のホウ素をと反応させてＭｇＢ２を生成する割合が小さくなることを抑制することができる。 When the raw material powder includes boron powder and magnesium boride powder, the ratio of the magnesium boride powder to the boron powder is, for example, 20 mol% (mol percent) or more and 40 mol% or less. By the above-mentioned ratio and 20 mol% or more, in the reaction step, it is possible to suppress the cracking on MgB 2 bulk body 10. Further, by the following 40 mol% of the above-mentioned ratio, it is reacted with a boron gas magnesium and solid can be suppressed that the rate of generating the MgB 2 is reduced.
原料粉末中のホウ素に対する固体のマグネシウム２の組成比（Ｍｇ／Ｂ比（原子数の比））は、例えば、０．５より大きく１以下である。（Ｍｇ／Ｂ比）を１以下とすることにより、マグネシウムの無駄を抑制することができる。 The composition ratio (Mg / B ratio (ratio of the number of atoms)) of solid magnesium 2 to boron in the raw material powder is, for example, greater than 0.5 and 1 or less. By setting the (Mg / B ratio) to 1 or less, waste of magnesium can be suppressed.
（２）次に、図２に示すように、マグネシウム配置領域４０，４２に固体（固相）のマグネシウム２を配置し、さらにホウ素配置領域４４にホウ素バルク体４を配置し、容器２０を密閉する（ステップＳ２、配置工程）。配置工程は、空気中で行われてもよい。固体のマグネシウム２は、例えば、マグネシウム粉末である。 (2) Next, as shown in FIG. 2, solid (solid phase) magnesium 2 is arranged in the magnesium arrangement regions 40 and 42, the boron bulk body 4 is arranged in the boron arrangement region 44, and the container 20 is sealed. (Step S2, placement step). The placement step may be performed in air. The solid magnesium 2 is, for example, magnesium powder.
（３）次に、固体のマグネシウム２を気化させ、これによって生じる気体のマグネシウムと、ホウ素バルク体４と、を反応させる（ステップＳ３、反応工程）。反応工程により、ＭｇＢ２バルク体１０が製造される（Ｍｇ＋２Ｂ→ＭｇＢ２）。反応工程は、密閉された空間（図示の例では容器２０内）で行われる。 (3) Next, solid magnesium 2 is vaporized, and gaseous magnesium produced thereby reacts with the boron bulk body 4 (step S3, reaction step). The MgB 2 bulk body 10 is manufactured by the reaction process (Mg + 2B → MgB 2 ). The reaction step is performed in a sealed space (in the illustrated example, in the container 20).
反応工程は、例えば、５００℃以上９５０℃以下の温度で行われる。５００℃以上の温度に熱処理することにより、固体のマグネシウム２を十分に蒸発させることができ、反応
時間を短縮することができる。さらに、９５０℃以下の温度に熱処理することにより、容器２０の寿命を長くすることができる。熱処理（焼成）は、例えば、容器２０を図示せぬ電気炉内に配置して行われる。
The reaction step is performed at a temperature of 500 ° C. or higher and 950 ° C. or lower, for example. By heat-treating to a temperature of 500 ° C. or higher, solid magnesium 2 can be sufficiently evaporated, and the reaction time can be shortened. Furthermore, the lifetime of the container 20 can be extended by heat-treating to a temperature of 950 ° C. or lower. The heat treatment (firing) is performed, for example, by placing the container 20 in an electric furnace (not shown).
酸化マグネシウムの沸点は、非常に高いため、反応工程における熱処理では、蒸発しない。したがって、反応工程における熱処理では、固体のマグネシウム２のみを蒸発させてホウ素バルク体４と接触させることができ、酸化マグネシウムとホウ素バルク体４とが接触することを抑制することができる。 Since the boiling point of magnesium oxide is very high, it does not evaporate in the heat treatment in the reaction process. Therefore, in the heat treatment in the reaction step, only solid magnesium 2 can be evaporated and brought into contact with the boron bulk body 4, and the contact between magnesium oxide and the boron bulk body 4 can be suppressed.
なお、マグネシウムの融点は、６５０℃であり、マグネシウムの沸点は、１１００℃である。酸化マグネシウムの融点は、２８００℃であり、酸化マグネシウムの沸点は、３６００℃である。 The melting point of magnesium is 650 ° C., and the boiling point of magnesium is 1100 ° C. The melting point of magnesium oxide is 2800 ° C., and the boiling point of magnesium oxide is 3600 ° C.
反応工程における熱処理時間は、例えば、２４時間以上１００時間以下である。熱処理時間を２４時間以上とすることにより、気体のマグネシウムをホウ素バルク体４に均一性よく拡散させることができる。熱処理時間を１００時間以下とすることにより、工程の短縮化を図ることができる。 The heat treatment time in the reaction step is, for example, 24 hours or more and 100 hours or less. By setting the heat treatment time to 24 hours or longer, gaseous magnesium can be diffused into the boron bulk body 4 with good uniformity. By setting the heat treatment time to 100 hours or less, the process can be shortened.
以上の工程により、ＭｇＢ２バルク体１０を製造することができる。ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法は、上記のように、気体（気相）のマグネシウムを輸送し、ホウ素バルク体４中に拡散させてホウ素バルク体４と反応させるマグネシウム気相輸送（ＭＶＴ：Ｍｇ
Ｖａｐｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ）法を用いている。
The MgB 2 bulk body 10 can be manufactured by the above process. As described above, the MgB 2 bulk body 10 is manufactured by transporting gas (gas phase) magnesium, diffusing into the boron bulk body 4 and reacting with the boron bulk body 4 (MVT: Mg).
Vapor Transportation) method is used.
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。 The manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10 has the following characteristics, for example.
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、元素としてのホウ素を含む原料粉末からホウ素バルク体４を成型する成型工程と、気体のマグネシウムと、ホウ素バルク体４と、を反応させる反応工程と、を含む。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、ホウ素粉末と、マグネシウム粉末と、を混合して得た原料粉末を金属管に詰めた後、金属管の両端を閉じて熱処理を行い、ＭｇＢ２を製造する方法（ＰＩＣＴ（ｐｏｗｄｅｒ−ｉｎ−ｃｌｏｓｅｄ−ｔｕｂｅ）法）に比べて、充填率が高いＭｇＢ２バルク体１０を製造することができる（詳細は、後述する「４． 実験例」参照）。 The manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10 includes a molding step of molding the boron bulk body 4 from a raw material powder containing boron as an element, and a reaction step of reacting gaseous magnesium and the boron bulk body 4. . Therefore, in the manufacturing method of MgB 2 bulk body 10, after packing the raw material powder obtained by mixing boron powder and magnesium powder into a metal tube, both ends of the metal tube are closed and heat treatment is performed, and MgB 2 is Compared to the manufacturing method (PICT (powder-in-closed-tube) method), the MgB 2 bulk body 10 having a high filling rate can be manufactured (for details, refer to “4. Experimental example” described later).
さらに、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、ＰＩＣＴ法に比べて、酸化マグネシウムの割合が小さく、ＭｇＢ２の純度が高いＭｇＢ２バルク体１０を製造することができる（詳細は、後述する「４． 実験例」参照）。 Furthermore, in the manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10, as compared to the PICT method, the proportion of magnesium oxide is small, it is possible purity of MgB 2 to produce a high MgB 2 bulk body 10 (details will be described later "4 Refer to “Experimental example”).
さらに、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、気体のマグネシウムとホウ素バルク体４とを反応させるため、ホウ素バルク体４中にマグネシウムを均一性よく拡散させることができる。例えば、液体のマグネシウムとホウ素バルク体とを反応させる場合は、重力の影響を受け、ホウ素バルク体４中にマグネシウムを均一性よく拡散させることができない場合がある。 Furthermore, in the manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10, since gaseous magnesium and the boron bulk body 4 are reacted, magnesium can be diffused into the boron bulk body 4 with good uniformity. For example, when liquid magnesium is reacted with a boron bulk body, it may be affected by gravity and magnesium may not be diffused into the boron bulk body 4 with good uniformity.
さらに、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、高圧合成法を用いずに、気体のマグネシウムとホウ素バルク体４とを反応させて、ＭｇＢ２バルク体１０を製造することができる。 Furthermore, in the manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10, without using the high-pressure synthesis, by reacting the magnesium gas and a boron bulk body 4, it is possible to manufacture the MgB 2 bulk body 10.
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、原料粉末は、ホウ素粉末であってもよく、ホウ素バルク体４のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよく、好ましくは、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。そのた
め、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体１０の充填率を高くすることができる。
In the manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10, the raw material powder may be a boron powder, a bulk density of boron bulk body 4 may also be 0.9 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less , preferably, it may be 1.0 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less. Therefore, in the manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10, it is possible to increase the filling factor of the MgB 2 bulk 10.
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、原料粉末の主成分は、ホウ素粉末であってもよく、ホウ素バルク体４のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよく、好ましくは、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体１０の充填率を高くすることができる。 In the manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10, the main component of the raw material powder may be a boron powder, a bulk density of boron bulk body 4, there at 0.9 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less at best, preferably, may be 1.0 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less. Therefore, in the manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10, it is possible to increase the filling factor of the MgB 2 bulk 10.
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、ホウ素バルク体４を成型するための原料粉末は、ホウ素粉末およびホウ化マグネシウム粉末を含んでもよい。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、原料粉末がホウ素粉末のみから構成されている場合に比べて、反応工程において、ＭｇＢ２バルク体１０にクラックが生じることを抑制することができる（詳細は、後述する「４． 実験例」参照）。 In the manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10, the raw material powder for molding the boron bulk body 4 may include boron powder and magnesium boride powder. Therefore, in the manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10, as compared with the case where the raw material powder is composed of only boron powder, in the reaction step, it is possible to suppress the cracking on MgB 2 bulk bodies 10 (details (See “4. Experimental examples” below).
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、原料粉末中のホウ素に対する固体のマグネシウム２の組成比は、０．５より大きくてもよい。 In the manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10, the composition ratio of the solid magnesium 2 to the boron in the raw material powder may be larger than 0.5.
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、反応工程は、５００℃以上９５０℃以下の温度で行われてもよい。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、固体のマグネシウム２を十分に蒸発させて反応時間を短縮することができ、かつ、容器２０の寿命を長くすることができる。 In the method for manufacturing the MgB 2 bulk body 10, the reaction step may be performed at a temperature of 500 ° C. or higher and 950 ° C. or lower. Therefore, in the manufacturing method of the MgB 2 bulk body 10, the solid magnesium 2 can be sufficiently evaporated to shorten the reaction time, and the life of the container 20 can be extended.
なお、上記では、ホウ素バルク体４と反応する気体のマグネシウムが、固体のマグネシウムを気化させたものである例について説明したが、ホウ素バルク体４と反応する気体のマグネシウムは、液体のマグネシウムを気化させたものであってもよい。また、ホウ素バルク体４と反応する気体のマグネシウムは、固体から直接気化したものであってもよい。 In the above description, the example in which the gaseous magnesium that reacts with the boron bulk body 4 is obtained by vaporizing solid magnesium, but the gaseous magnesium that reacts with the boron bulk body 4 vaporizes liquid magnesium. It may be made. The gaseous magnesium that reacts with the boron bulk body 4 may be vaporized directly from a solid.
４． 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
4). Experimental Example An experimental example is shown below to describe the present invention more specifically. The present invention is not limited by the following experimental examples.
４．１． 試料の作製
上述したようなＭＶＴ法により、ＭｇＢ２バルク体を作製（製造）した。具体的には、質量０．６０ｇのホウ素粉末をプレス成型し、円盤状のホウ素バルク体を形成した。ホウ素バルク体および固体のマグネシウムを、図２および図３に示したような製造装置の容器内に配置した。固体のマグネシウム（Ｍｇ）と、ホウ素粉末（Ｂ）と、の組成比が、Ｍｇ：Ｂ＝１．１：２の関係を満たすように、固体のマグネシウムを容器内に配置した。固体のマグネシウムは、図２に示すように、２箇所に分けて配置した。
4.1. Sample Preparation An MgB 2 bulk body was prepared (manufactured) by the MVT method as described above. Specifically, boron powder having a mass of 0.60 g was press-molded to form a disk-shaped boron bulk body. The boron bulk and solid magnesium were placed in a container of a production apparatus as shown in FIGS. Solid magnesium was placed in the container so that the composition ratio of solid magnesium (Mg) and boron powder (B) satisfied the relationship of Mg: B = 1.1: 2. As shown in FIG. 2, the solid magnesium was arranged in two places.
ホウ素バルク体および固体のマグネシウムが収容された容器を、炉内に配置し、熱処理を行った。具体的には、室温から２時間かけて８００℃まで昇温させ、８００℃で７２時間熱処理し、その後、自然冷却した。 A container containing the boron bulk material and solid magnesium was placed in a furnace and subjected to heat treatment. Specifically, the temperature was raised from room temperature to 800 ° C. over 2 hours, heat treated at 800 ° C. for 72 hours, and then naturally cooled.
以上の工程により、質量１．２８ｇ、直径約２０ｍｍ、厚さ約２．０ｍｍの円盤状のＭｇＢ２バルク体を作製した。 Through the above steps, a disk-shaped MgB 2 bulk body having a mass of 1.28 g, a diameter of about 20 mm, and a thickness of about 2.0 mm was produced.
比較例として、ＰＩＣＴ法により、マグネシウム粉末とホウ素粉末との混合粉末を、８００℃で熱処理を行うことにより、直径約２０ｍｍ、厚さ約２．０ｍｍの円盤状のＭｇＢ２バルク体を作製した。 As a comparative example, a disk-shaped MgB 2 bulk body having a diameter of about 20 mm and a thickness of about 2.0 mm was manufactured by heat-treating a mixed powder of magnesium powder and boron powder at 800 ° C. by the PICT method.
４．２． 充填率の評価
ＭｇＢ２バルク体の充填率を測定した。具体的には、ＭｇＢ２バルク体の質量および体積を測定し、ＭｇＢ２の比重に基づいて、充填率を求めた。体積は、ＭｇＢ２バルク体を円盤状とし、直径２０ｍｍ、厚さ２．０ｍｍとして計算した。
4.2. The filling factor of the evaluation MgB 2 bulks filling rate was measured. Specifically, the mass and volume of the MgB 2 bulk body were measured, and the filling rate was determined based on the specific gravity of MgB 2 . The volume was calculated assuming that the MgB 2 bulk body was a disk, the diameter was 20 mm, and the thickness was 2.0 mm.
ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体（実施例１に係るＭｇＢ２バルク体）の充填率は、７８％であった。一方、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体（比較例に係るＭｇＢ２バルク体）の充填率は、４８％であった。したがって、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体は、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体よりも、充填率が高いことがわかった。 MgB 2 bulk body prepared by MVT method filling factor of (MgB 2 bulk according to Example 1) was 78%. On the other hand, the filling factor of MgB 2 bulk body prepared by PICT method (MgB 2 bulk material according to the comparative example) was 48%. Therefore, it was found that the MgB 2 bulk body produced by the MVT method has a higher filling rate than the MgB 2 bulk body produced by the PICT method.
図８は、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体の断面のＳＥＭ像である。図９は、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体の断面のＳＥＭ像である。なお、図８および図９は、同じ倍率のＳＥＭ像である。 FIG. 8 is an SEM image of a cross section of an MgB 2 bulk body produced by the MVT method. FIG. 9 is an SEM image of a cross section of an MgB 2 bulk body produced by the PICT method. 8 and 9 are SEM images at the same magnification.
図９に示すように、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体には、クレーターのような窪みが観察された。この窪みは、マグネシウム粉末とホウ素粉末との混合粉末を熱処理することによって、マグネシウムが溶融して、生じたものである。すなわち、熱処理を行う前には、窪みの位置にマグネシウムが存在していたといえる。このような窪みが生じたため、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体は、充填率が４８％と低かったといえる。 As shown in FIG. 9, a crater-like depression was observed in the MgB 2 bulk produced by the PICT method. This dent is generated when magnesium is melted by heat-treating a mixed powder of magnesium powder and boron powder. That is, it can be said that magnesium was present at the position of the recess before the heat treatment. Since such a dent was generated, it can be said that the MgB 2 bulk produced by the PICT method had a low filling rate of 48%.
一方、図８に示すように、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体では、図９に示すクレーターのような窪みは、観察されなかった。そのため、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体は、充填率が７８％と高かったといえる。クレーターのような窪みが観察されなかったのは、ＭＶＴ法では、気体のマグネシウムを、ホウ素バルク体に反応させたためである。 On the other hand, as shown in FIG. 8, in the MgB 2 bulk body produced by the MVT method, no depression like the crater shown in FIG. 9 was observed. Therefore, it can be said that the MgB 2 bulk produced by the MVT method has a high filling rate of 78%. The reason that the crater-like depression was not observed is that, in the MVT method, gaseous magnesium was reacted with the boron bulk body.
４．３． 純度の評価
粉末Ｘ線回折により、ＭｇＢ２バルク体のＭｇＢ２の純度を評価した。
4.3. The evaluation powder X-ray diffraction of purity to assessing the purity of a MgB 2 of MgB 2 bulk.
図１０は、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体と、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体と、の粉末Ｘ線回折の結果である。図１０において、２θ＝６２°（図中「↓」で表示）のピークがＭｇＯに基づくピークであり、他のピークは、ＭｇＢ２に基づくピークである。 Figure 10 is a MgB 2 bulk body prepared by MVT method, a MgB 2 bulk material and, as a result of powder X-ray diffraction were prepared by PICT method. In FIG. 10, the peak at 2θ = 62 ° (indicated by “↓” in the figure) is a peak based on MgO, and the other peaks are peaks based on MgB 2 .
図１１は、図１０に示す粉末Ｘ線回折により得られたデータのリートベルト分析により求めたＭｇＢ２とＭｇＯとの割合を示す表である。 FIG. 11 is a table showing the ratio of MgB 2 and MgO obtained by Rietveld analysis of the data obtained by powder X-ray diffraction shown in FIG.
図１０および図１１に示すように、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体は、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体よりも、ＭｇＯの割合が７０％小さく、ＭｇＢ２の割合が大きかった。したがって、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体は、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体よりも、ＭｇＢ２の純度が高いことがわかった。ＭＶＴ法では、マグネシウムと酸素と反応して酸化マグネシウムが生成されても、酸化マグネシウムの蒸気圧は、マグネシウムの蒸気圧に比べて高いため、酸化マグネシウムは蒸発せず、ＭｇＢ２の純度が高いたＭｇＢ２バルク体を製造することができた。 As shown in FIGS. 10 and 11, the MgB 2 bulk body produced by the MVT method had a MgO 2 ratio of 70% smaller and a MgB 2 ratio larger than the MgB 2 bulk body produced by the PICT method. Therefore, it was found that the MgB 2 bulk body produced by the MVT method has higher purity of MgB 2 than the MgB 2 bulk body produced by the PICT method. In the MVT method, even when magnesium oxide is produced by reacting with magnesium and oxygen, the vapor pressure of magnesium oxide is higher than that of magnesium, so magnesium oxide does not evaporate, and the purity of MgB 2 is high. An MgB 2 bulk body could be produced.
なお、ＥＤＸによる組成分析により、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体では、クレーターのような窪みに沿って、ＭｇＯが生成していることが確認された。 In addition, it was confirmed by the compositional analysis by EDX that MgO was produced along the depression like a crater in the MgB 2 bulk body produced by the PICT method.
４．４． ＭｇＢ２粉末を含むホウ素バルク体から作製されたＭｇＢ２バルク体の評価
ホウ素粉末とＭｇＢ２粉末とを混合してホウ素バルク体を成型すること以外は、上記の「４．１． 試料の作製」と同様にして、ＭＶＴ法によりＭｇＢ２バルク体（実施例２に係るＭｇＢ２バルク体）を作製した。ホウ素粉末に対するＭｇＢ２粉末の割合を、３０ｍｏｌ％とした。
4.4. Except that molding the boron bulk body by mixing a rating boron powder and MgB 2 powder of the produced MgB 2 bulk boron bulk body comprising MgB 2 powder, the "4.1. Preparation of sample" in the same manner as, MgB 2 bulk body (MgB 2 bulk material according to example 2) was prepared by MVT method. The ratio of MgB 2 powder to boron powder was 30 mol%.
図１２は、実施例１に係るＭｇＢ２バルク体（ホウ素バルク体の原料がホウ素粉末）の光学顕微鏡像である。図１３は、実施例２に係るＭｇＢ２バルク体（ホウ素バルク体の原料がホウ素粉末およびＭｇＢ２粉末）の光学顕微鏡像である。 FIG. 12 is an optical microscope image of the MgB 2 bulk body (the raw material of the boron bulk body is boron powder) according to Example 1. FIG. 13 is an optical microscope image of an MgB 2 bulk body according to Example 2 (the raw materials of the boron bulk body are boron powder and MgB 2 powder).
図１２に示すように、実施例１に係るＭｇＢ２バルク体では、表面に六角形状のクラックが確認された。一方、図１３に示すように、実施例２に係るＭｇＢ２バルク体では、表面に六角形状のクラックは確認されなかった。これにより、ホウ素粉末と、ホウ化マグネシウム粉末と、の混合物からホウ素バルク体を成型することにより、ＭｇＢ２バルク体の表面にクラックが生じることを抑制できることがわかった。 As shown in FIG. 12, in the MgB 2 bulk body according to Example 1, hexagonal cracks were confirmed on the surface. On the other hand, as shown in FIG. 13, in the MgB 2 bulk body according to Example 2, hexagonal cracks were not confirmed on the surface. Thus, a boron powder, by molding a magnesium diboride powder, a boron bulk from a mixture of, was found to be suppressed from cracking on the surface of the MgB 2 bulk.
図１４は、実施例２に係るＭｇＢ２バルク体の断面のＳＥＭ像である。図１４に示すように、実施例２に係るＭｇＢ２バルク体では、クラックは観察されなかった。さらに、実施例２に係るＭｇＢ２バルク体では、図９に示すクレーターのような窪みは、観察されなかった。 14 is an SEM image of a cross section of the MgB 2 bulk body according to Example 2. FIG. As shown in FIG. 14, no crack was observed in the MgB 2 bulk body according to Example 2. Furthermore, in the MgB 2 bulk body according to Example 2, no depression like a crater shown in FIG. 9 was observed.
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
２…固体のマグネシウム、４…ホウ素バルク体、１０…ＭｇＢ２バルク体、２０…容器、２２…第１円盤部、２４…第２円盤部、２６…筒部、２６ａ…第１部分、２６ｂ…第２部分、３０…第１壁部、３２…第２壁部、３４…第３壁部、３６…第４壁部、３８…貫通孔、４０…第１マグネシウム配置領域、４２…第２マグネシウム配置領域、４４…ホウ素配置領域、１００…製造装置 2 ... Solid magnesium, 4 ... Boron bulk body, 10 ... MgB 2 bulk body, 20 ... Container, 22 ... First disk part, 24 ... Second disk part, 26 ... Tube part, 26a ... First part, 26b ... 2nd part, 30 ... 1st wall part, 32 ... 2nd wall part, 34 ... 3rd wall part, 36 ... 4th wall part, 38 ... Through-hole, 40 ... 1st magnesium arrangement | positioning area | region, 42 ... 2nd magnesium Arrangement area, 44 ... Boron arrangement area, 100 ... Manufacturing equipment
Claims (12)
気体のマグネシウムと、前記ホウ素バルク体と、を反応させる反応工程と、
を含む、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。 A molding process for molding a boron bulk body from a raw material powder containing boron as an element;
A reaction step of reacting gaseous magnesium with the boron bulk body;
Including method of MgB 2 bulk.
前記原料粉末は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。 In claim 1,
The raw material powder is boron powder,
Bulk density of the boron bulk body, 0.9 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less, the production method of the MgB 2 bulk.
前記原料粉末は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。 In claim 1 or 2,
The raw material powder is boron powder,
Bulk density of the boron bulk body, 1.0 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less, the production method of the MgB 2 bulk.
前記原料粉末の主成分は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。 In claim 1,
The main component of the raw material powder is boron powder,
Bulk density of the boron bulk body, 0.9 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less, the production method of the MgB 2 bulk.
前記原料粉末の主成分は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。 In claim 1 or 4,
The main component of the raw material powder is boron powder,
Bulk density of the boron bulk body, 1.0 g / cm 3 or more 1.23 g / cm 3 or less, the production method of the MgB 2 bulk.
前記原料粉末は、ホウ素粉末およびホウ化マグネシウム粉末を含む、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。 In claim 1,
The raw material powder containing boron powder and magnesium diboride powder, a manufacturing method of the MgB 2 bulk.
前記気体のマグネシウムは、固体または液体のマグネシウムを気化させたものであり、
前記原料粉末中のホウ素に対する前記固体または液体のマグネシウムの組成比は、０．５より大きい、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 6,
The gaseous magnesium is vaporized solid or liquid magnesium,
The method for producing an MgB 2 bulk body, wherein a composition ratio of the solid or liquid magnesium to boron in the raw material powder is greater than 0.5.
前記反応工程は、５００℃以上９５０℃以下の温度で行われる、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 7,
The reaction step, 500 ° C. or higher 950 ° C. is performed at a temperature, a manufacturing method of the MgB 2 bulk.
充填率が７５％以上である、ＭｇＢ２バルク体。 In claim 9,
A MgB 2 bulk body having a filling rate of 75% or more.
ＭｇＢ２の純度が９７．５ａｔ％以上である、ＭｇＢ２バルク体。 In claim 9 or 10,
Purity of MgB 2 is not less than 97.5at%, MgB 2 bulk.
ｍｍ以上のオーダーである、ＭｇＢ２バルク体。 In any one of claims 9 to 11,
MgB 2 bulk body in the order of mm or more.
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