JP3876317B2 - ＭｇＢ２超伝導線材の製造方法 - Google Patents

ＭｇＢ２超伝導線材の製造方法 Download PDF

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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 、ＷＳｉ 2 から選択される一種若しくは二種以上の化合物粉末を、熱処理により生成するＭｇＢ 2 に対して１〜２５モル％の濃度で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。
【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 、ＷＳｉ 2 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 、ＷＳｉ 2 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。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 (1)

  1. 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 、ＷＳｉ 2 から選択される一種若しくは二種以上の化合物粉末を、熱処理により生成するＭｇＢ 2 に対して１〜２５モル％の濃度で添加することを特徴とするＭｇＢ2超伝導線材の製造方法。
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