焼結体、焼結体の製造方法、超電導線材、超電導機器、および超電導線材の製造方法
【課題】 臨界電流密度を向上することのできる焼結体、焼結体の製造方法、超電導線材、超電導機器、および超電導線材の製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の焼結体の製造方法は、MgとBとを含む焼結体の製造方法であって、Mg粉末3a,3bとB粉末2とを互いに混合せずに配置する配置工程と、配置工程の後、Mg粉末3a,3bおよびB粉末2を熱処理する熱処理工程とを備えている。また、熱処理工程の温度は651℃以上1107℃以下である。
【解決手段】 本発明の焼結体の製造方法は、MgとBとを含む焼結体の製造方法であって、Mg粉末3a,3bとB粉末2とを互いに混合せずに配置する配置工程と、配置工程の後、Mg粉末3a,3bおよびB粉末2を熱処理する熱処理工程とを備えている。また、熱処理工程の温度は651℃以上1107℃以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は焼結体、焼結体の製造方法、超電導線材、超電導機器、および超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
MgB2の焼結体を超電導線材の超電導体フィラメントとして用いると、高い臨界温度を実現することができる。このため、MgB2の焼結体は注目を集めている。MgB2 の焼結体を用いた超電導線材は、たとえば以下の製造方法(第1の製造方法)により製造される。
【0003】
反応済みのMgB2 より構成される超電導粉末を金属パイプ内に充填したものを伸線し、これを金属パイプ内に複数本組み込んで多芯構造とする。そして、所定のサイズへの伸線を行ない、その後、所定の温度での熱処理を施す。
【0004】
また、他の製造方法(第2の製造方法)として以下の方法も知られている。MgB2 の原料となるMg(マグネシウム)の粉末とB(ホウ素)の粉末とをランダムな状態になるように混合し、原料粉末を作製する。そして、この原料粉末を金属パイプ内に充填したものを伸線し、これを金属パイプ内に複数本組み込んで多芯構造とする。そして、所定のサイズへの伸線を行ない、その後、所定の温度での熱処理を施す。
【0005】
上記のようなMgB2の超電導線材の製造方法は、たとえば非特許文献1〜3に開示されている。特に非特許文献1には、上記第2の製造方法により製造した超電導線材の方が、上記第1の製造方法により製造した超電導線材よりも高い臨界電流密度が得られると記載されている。
【非特許文献1】Alexey. V. Pan, et al., "Properties of superconducting MgB2wires: in situ versus ex situ reaction technique", Supercond. Sci. Technol. 16 (2003) pp.639-644
【非特許文献2】X. L. Wang, et al., "Significant improvement of critical current density in coated MgB2/Cu short tapes through nano-SiC doping and short-time in situ reaction", Supercond. Sci. Technol. 17 (2004) pp.L21-L24
【非特許文献3】A. Matsumoto, et al., "Effect of impurity additions on the microstructures and superconducting properties of in situ-processed MgB2tapes", Supercond. Sci. Technol. 17 (2004) pp.S319-S323
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、第2の製造方法によって得られる超電導線材では、超電導体フィラメントの焼結密度が約50%と低かった。超電導線材は、超電導体フィラメントの密度が低いと臨界電流値が低下する性質を有している。このため、第2の製造方法によってMgB2の超電導線材を製造しても、十分に高い臨界電流密度を得ることはできなかった。
【0007】
したがって、本発明の目的は、臨界電流密度を向上することのできる焼結体、焼結体の製造方法、超電導線材、超電導機器、および超電導線材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の焼結体は、MgとBとを含み、焼結密度が90%以上である。本発明の焼結体によれば、超電導線材に用いた場合に臨界電流密度を向上することができる。本発明の焼結体は、たとえば以下の製造方法によって製造することができる。
【0009】
本発明の焼結体の製造方法は、MgとBとを含む焼結体の製造方法であって、MgとBとを互いに混合せずに配置する配置工程と、配置工程の後、MgおよびBを熱処理する熱処理工程とを備えている。
【0010】
本願発明者らは、従来においてMgB2の焼結体を超電導線材に用いても、十分に高い臨界電流密度が得られなかった理由について見出した。すなわち、マグネシウムとホウ素とを含む原料粉末を熱処理すると、Mgが拡散してBの方へ移動する。その結果、Mgが存在していた部分に空隙が生じ、Bが存在していた部分にMgB2の焼結体が生成する。このように空隙が生じることで、焼結体の密度が低下するので、MgB2の焼結体を超電導線材に用いても、十分に高い臨界電流密度が得られなかった。
【0011】
そこで、本発明の焼結体の製造方法では、MgとBとを互いに混合せずに配置した状態で熱処理する。これにより、Mgが存在していた部分は焼結体の一部には含まれなくなるため、焼結体の焼結密度は低下しない。したがって、MgとBとを含む焼結体の焼結密度を向上することができ、この焼結体を用いることで超電導線材の臨界電流密度を向上することができる。
【0012】
上記製造方法において好ましくは、熱処理工程の温度が651℃以上1107℃以下である。
【0013】
Mgの融点は651℃であるので、これ以上の温度で熱処理することで、Mgが液化し、Mgの拡散速度が飛躍的に向上する。また、Mgの沸点は1107℃であるので、これ以下の温度で熱処理することで、Mgが気化により消失することを防止できる。
【0014】
上記製造方法において好ましくは、配置工程は、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方と、Bとを混合した混合体を作製する工程と、Mgとこの混合体とを互いに混合せずに配置する工程とを含んでいる。
【0015】
これにより、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方を含む焼結体が得られる。この焼結体によって超電導線材の臨界電流密度を一層向上することができる。
【0016】
本発明の超電導線材は、MgとBとを含む超電導体フィラメントを有し、超電導体フィラメントの焼結密度が90%以上である。また、本発明の超電導機器は、上記焼結体または上記超電導線材を用いている。
【0017】
本発明の超電導線材および超電導機器によれば、臨界電流密度を向上することができる。本発明の超電導線材は、たとえば以下の製造方法によって製造することができる。
【0018】
本発明の超電導線材の製造方法は、互いに混合されていないMgとBとを含む原料体を金属で被覆した形態を有する線材を作製する線材作製工程と、線材を熱処理する熱処理工程とを備えている。
【0019】
本発明の超電導線材の製造方法では、MgとBとを互いに混合せずに配置した状態で熱処理する。これにより、Mgが存在していた部分は超電導体フィラメントの一部には含まれなくなるため、超電導体フィラメントの焼結密度は低下しない。したがって、MgとBとを含む超電導体フィラメントの焼結密度を向上することができ、超電導線材の臨界電流密度を向上することができる。
【0020】
上記製造方法において好ましくは、熱処理工程の温度が651℃以上1107℃以下である。
【0021】
Mgの融点は651℃であるので、これ以上の温度で熱処理することで、Mgが液化し、Mgの拡散速度が飛躍的に向上する。また、Mgの沸点は1107℃であるので、これ以下の温度で熱処理することで、Mgが気化により消失することを防止できる。
【0022】
上記製造方法において好ましくは、線材作製工程は、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方と、Bとを混合した混合体を作製する工程と、互いに混合されていないMgと混合体とを含む原料体を金属で被覆した形態を有する線材を作製する工程とを含んでいる。
【0023】
これにより、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方を含む超電導体フィラメントを有する超電導線材が得られ、超電導線材の臨界電流密度を一層向上することができる。
【0024】
上記製造方法において好ましくは、熱処理工程の後に、熱処理の温度よりも低い融点を有する低融点金属をMgが存在していた部分に注入する。
【0025】
これにより、原料体が反応して生成した超電導体フィラメント内に存在する空洞を低融点金属で埋めることができ、その結果、超電導体の安定化を図ることができる。
【0026】
上記製造方法において好ましくは、線材作製工程において、線材の長手方向に延在するようにMgを配置し、長手方向に垂直な断面においてMgを囲むようにBを配置する。
【0027】
これにより、超電導線材の長手方向に対して垂直な断面全体に空隙が形成されることを抑制できる。超電導線材の長手方向に沿って電流は流れるので、空隙が導電パスの妨げとなることを抑制することができ、臨界電流密度を向上することができる。
【0028】
上記製造方法において好ましくは、熱処理工程の直前において、MgとBとの境界面から0mm以上1mm以下の距離に全てのBが存在するように、MgとBとを配置する。
【0029】
熱処理工程におけるMgの拡散距離は1mmであることが好ましい。1mmよりも長い距離をMgが拡散するようにするためには、非常に長い時間の熱処理が必要になる。したがって、熱処理工程直前において、MgとBとの境界面から1mm以下の距離に全てのBを配置することで、Mgが短時間でB全体に拡散し、熱処理時間を短縮することができる。
【0030】
なお、本明細書において「MgとBとを互いに混合せずに」とは、「Mgの粒子とBの粒子とをランダムな状態にせずに」という意味である。また、「Mgと混合体とを互いに混合せず」とは、「Mgの粒子と混合体の粒子とをランダムな状態にせずに」という意味である。
【発明の効果】
【0031】
本発明によれば、臨界電流密度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0032】
以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。
【0033】
(実施の形態1)
図1〜図3は、本発明の実施の形態1における焼結体の構成を示す斜視図である。図1〜図3に示すように、本実施の形態における焼結体は、たとえばMgB2よりなっており、その形状は任意である。たとえば、図1に示す焼結体1aは円筒形状を有している。また、図2に示す焼結体は、中心部分に円筒形状の空洞20が存在する円筒形状を有している。さらに、図3に示す焼結体は、複数の円筒形状の空洞20が円周方向に沿って存在する円筒形状を有している。焼結体1a〜1cの焼結密度は90%以上である。
【0034】
ここで、焼結体の焼結密度は以下の方法により算出される。
【0035】
はじめに、一定質量(M(g))の焼結体に切り分ける。次に、切り分けられた焼結体をアルコールに浸し、アルコール中での線材の質量(W(g))を計測し、焼結体に働く浮力が算出される。そして、既知のアルコール密度(ρ=0.789(g/cm3)を用いて焼結体の体積(V(cm3))が算出される。具体的には、浮力をFとすると、以下の式(1)、(2)によりVが算出される。なお、焼結体1bおよび1cにおける空洞20の部分は、焼結体の体積Vに含まれないことは言うまでもない。
【0036】
F=M−W ・・・(1)
V=F/ρ ・・・(2)
このようにして得られた焼結体の体積Vから、以下の式(3)を用いて焼結体の密度ρが算出される。
【0037】
ρ=M/V ・・・(3)
一方、焼結体がMgB2よりなっている場合、その理論密度は2.63g/cm3という値が採用されている。この焼結体の理論密度と焼結体の密度ρとの比から、焼結体の焼結密度が算出される。具体的には、式(4)により焼結密度が算出される。
【0038】
焼結密度(%)=(ρ/2.63)×100 ・・・(4)
次に、本実施の形態における焼結体の製造方法について説明する。本実施の形態では、特に焼結体1aの製造方法について説明する。
【0039】
はじめに、図4を参照して、Mg粉末を2つに分け、2つに分けたうちの一方のMg粉末3aを円筒形状の容器31内に充填する。次に、容器31内のMg粉末3a上にB粉末2を充填する。B粉末2を充填する際には、所望の焼結体の形状にB粉末2の形状を整える。次に、容器31内のB粉末2上に残りのMg粉末3bを充填する。その後、容器31の開口部を蓋31aで覆う。
【0040】
このように、本実施の形態では、Mg粉末とB粉末とを互いに混合せずに容器31内に充填(配置)する。このとき、Mg粉末3a,3bとB粉末2とを合わせて一つの原料粉末として見ると、原料粉末中において、Mg粉末を構成する粒子とB粉末を構成する粒子とは互いにランダムな状態で存在していない。なお、Mg粉末およびB粉末を構成する粒子の大きさは任意である。また、熱処理前のB粉末を圧粉成形などの方法で高密度化しておくことが好ましい。これにより、得られる焼結体も高密度化することができる。
【0041】
なお、焼結体1bおよび1cを製造する際には、以下のようにMg粉末およびB粉末を充填する。図5を参照して、焼結体1bを製造する際には、空洞20となる部分にMg粉末3を充填し、その周りを覆うようにB粉末2を充填する。言い換えれば、容器31における中心軸部分に棒状に固めたMg粉末を配置する。または、Mgの棒を配置する。また、図6を参照して、焼結体1cを製造する際には、空洞20となる4つの部分にMg粉末3a,3bを充填し、その周りを覆うようにB粉末2を充填する。
【0042】
次に、たとえば651℃以上1107℃以下の温度で、上記のMg粉末およびB粉末を熱処理する。これにより、Mg粉末およびB粉末が反応し、MgB2の焼結体が生成する。図4の原料粉末を熱処理した場合の、熱処理後の焼結体の構成を図7に示す。図7に示すように、熱処理前のB粉末2の形状にほぼ近い形状で焼結体1が生成する。また、Mg粉末3が存在していた部分には空隙(空洞)5が形成される。その後、この焼結体1を容器31内から取り出す。以上の工程により、図1に示す焼結体1aが得られる。
【0043】
本願発明者らは、従来においてMgB2の焼結体を超電導線材に用いても、十分に高い臨界電流密度が得られなかった理由について見出した。これについて以下に説明する。
【0044】
図8(a)〜(c)は、従来の製造方法における熱処理時のMg粉末およびB粉末の変化を段階的に示す断面図である。従来においては、MgとBとの反応を促進するために、Mg粉末とB粉末とを混合して原料粉末を作製していた。このため、図8(a)に示すように、原料粉末中において、Mg粉末103を構成する粒子とB粉末102を構成する粒子とはランダムな状態で存在していた。この原料粉末を熱処理すると、図8(b)に示すように、Mgが拡散して、Bの方向(矢印の方向)へ移動する。その結果、図8(c)に示すように、Mg粉末103が存在していた部分に空隙105が生じ、B粉末102が存在していた部分にMgB2よりなる焼結体101が生成する。つまり、空隙105が焼結体101の内部に生じてしまう。
【0045】
このように、従来の製造方法では、焼結体の内部に空隙が生じることによって、焼結体の焼結密度が低下していた。このため、MgB2よりなる焼結体を超電導線材に用いても、この空隙が導電パスの妨げとなり、十分に高い臨界電流密度が得られなかった。
【0046】
図9は、従来の製造方法によって得られた焼結体の断面を示す顕微鏡写真である。図9に示すように、従来の製造方法によって得られた焼結体の内部には、直径約20μm〜約50μmの空隙が生じているのが分かる。
【0047】
図10(a)〜(c)は、本発明の実施の形態1の製造方法における熱処理時のMg粉末およびB粉末の変化を段階的に示す断面図である。なお、図10(a)〜(c)は、図4におけるMg粉末3aとB粉末2との境界部分を示している。本実施の形態における焼結体の製造方法では、Mg粉末とB粉末とを互いに混合せずに配置した状態で熱処理する。このため、図10(a)に示すように、原料粉末中においてMg粉末3(3a)の存在する領域とB粉末2の存在する領域とに明確な境界線を引くことができる。このようにMg粉末とB粉末とを配置した原料粉末を熱処理すると、図10(b)に示すように、Mgが拡散して、Bの方向(矢印の方向)へ移動する。その結果、図10(c)に示すように、Mg粉末3が存在していた部分に空隙(空洞)5が生じ、B粉末2が存在していた部分にMgB2よりなる焼結体1が生成する。つまり、空隙5は焼結体1の内部に生じない。
【0048】
このように、本実施の形態の製造方法では、空隙が焼結体の内部に生じないため、焼結体の焼結密度は低下しない。したがって、空隙が導電パスの妨げとならないので、MgB2よりなる焼結体の焼結密度を向上する(たとえば90%以上)ことができる。そして、この焼結体を用いることで超電導線材の臨界電流密度を向上することができる。
【0049】
図11(a)、(b)は、本発明の実施の形態1における製造方法によって得られた焼結体の断面を示す顕微鏡写真である。図11(a)、(b)に示すように、本実施の形態の製造方法によって得られた焼結体の内部には、空隙がほとんど生じていないのが分かる。
【0050】
上記製造方法においては、651℃以上1107℃以下の温度でMg粉末およびB粉末を熱処理する。
【0051】
Mgの融点は651℃であるので、これ以上の温度で熱処理することで、Mgが液化し、Mgの拡散速度が飛躍的に向上する。また、Mgの沸点は1107℃であるので、これ以下の温度で熱処理することで、Mgが気化により消失することを防止できる。
【0052】
(実施の形態2)
実施の形態1の製造方法では、原料粉末がMg粉末とB粉末とのみよりなる場合について示した。しかし、本発明はこのような場合の他、たとえば原料粉末が他の材料を含んでいてもよい。
【0053】
本実施の形態における焼結体の製造方法では、SiC(炭化ケイ素)およびB4C(炭化四ホウ素)と、B粉末とを混合した混合粉末(混合体)を作製する。そして、Mg粉末とこの混合粉末とを互いに混合せずに配置する。たとえば図4において、B粉末2が配置されている位置に混合粉末が配置される。次に、上記のMg粉末および混合粉末を熱処理する。これにより、SiCおよびB4Cを含むMgB2の焼結体が生成する。
【0054】
なお、これ以外の製造方法は、実施の形態1とほぼ同様であるため、その説明は省略する。
【0055】
本実施の形態の焼結体の製造方法においては、SiCおよびB4Cと、Bとを混合した混合粉末を作製し、Mgの粉末と混合粉末とを互いに混合せずに配置する。
【0056】
これにより、SiCおよびB4Cを含む焼結体が得られる。この焼結体によって超電導線材の臨界電流密度を一層向上することができる。
【0057】
なお、本実施の形態では、SiCおよびB4Cの両方と、Bとを混合した混合粉末を作製する場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、SiCおよびB4Cのうち少なくとも一方と、Bとを混合した混合粉末を作製すればよい。
【0058】
(実施の形態3)
図12は、本発明の実施の形態3における超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。図12を参照して、たとえば、多芯線の超電導線材について説明する。超電導線材10は、長手方向に伸びる複数本の焼結体(超電導体フィラメント)1と、それらを被覆するシース部11とを有している。すなわち、実施の形態1および2における焼結体1が、図12における超電導体フィラメント1となっている。超電導体フィラメント1は、たとえばMgB2よりなっている。シース部11は、たとえばステンレス、銅、およびこれらの合金などの金属よりなっている。超電導体フィラメント1の焼結密度は90%以上である。
【0059】
ここで、超電導体フィラメントの焼結密度は以下の方法により算出される。
【0060】
はじめに、一定質量(Mt(g))の超電導線材が切り分けられる。次に、切り分けられた超電導線材をアルコールに浸し、アルコール中での線材の質量(W(g))を計測し、超電導線材に働く浮力が算出される。そして、既知のアルコール密度(ρ=0.789(g/cm3)を用いて超電導線材の体積(Vt(cm3))が算出される。具体的には、浮力をFtとすると、以下の式(5)、(6)によりVtが算出される。
【0061】
Ft=Mt−W ・・・(5)
Vt=Ft/ρ ・・・(6)
続いて、超電導線材を硝酸に溶解し、その溶液をICP(Inductive Coupled Plasma)発光分析することによりシース部を定量し、超電導線材の質量に占めるシース部の割合(Y)が算出される。そして、超電導線材の質量から、超電導体フィラメント部との質量(Mf(g))と、シース部の質量(Ms(g))とが以下の式(7)、(8)により算出される。
【0062】
Ms=Mt×Y ・・・(7)
Mf=Mt−Ms ・・・(8)
次に、シース部の体積(Vs(cm3))が既知の比重(たとえばシース部が銀よりなる場合、10.5(g/cm3))より算出され、シース部の体積から超電導体フィラメントの体積(Vf(cm3))が算出される。そして、超電導体フィラメントの体積から超電導体フィラメントの密度ρfが算出される。具体的には、以下の式(9)〜(11)によりρfが算出される。
【0063】
Vs=Ms/10.5 ・・・(9)
Vf=Vt−Vs ・・・(10)
ρf=Mf/Vf ・・・(11)
一方、超電導体フィラメントがMgB2よりなっている場合、その理論密度は2.63g/cm3という値が採用されている。この理論密度と超電導体フィラメントの密度ρとの比から、超電導体フィラメントの焼結密度が算出される。具体的には、式(12)により算出される。
【0064】
焼結密度(%)=(ρf/2.63)×100 ・・・(12)
次に、本実施の形態における超電導線材の製造方法について説明する。
【0065】
はじめに、図13を参照して、たとえばステンレスなどの金属よりなる金属管11aに超電導体の原材粉末(前駆体、原料体)を充填する。この超電導体の原料粉末は、互いに混合されていないMg粉末3とB粉末2とを含んでいる。具体的には、金属管11aの長手方向に延在するように、棒状に固めたMg粉末3を3箇所に配置し、その周りを覆うようにB粉末2を配置する。また、金属管11aの長手方向に垂直な断面(図13に示される断面)においてMg粉末3を囲むようにB粉末2を配置する。
【0066】
なお、Mg粉末とB粉末との配置方法は上記に限定されるものではなく、Mg粉末とB粉末とが互いに混合されていなければよい。
【0067】
続いて、所望の直径にまで上記金属管11aを伸線加工し、前駆体を芯材としてステンレスなどの金属で被覆された単芯線10aを作製する。これにより、互いに混合されていないMg粉末3とB粉末2とを含む原料粉末を金属管11aで被覆した形態を有する線材(単芯線)10aが得られる。
【0068】
次に、図14を参照して、単芯線10aを多数束ねて、たとえばステンレスなどの金属よりなる金属管11b内に嵌合し、多芯構造とする。続いて、所望の直径にまで多芯構造の線材を伸線加工し、原料粉末がシース部に埋め込まれた多芯線(以下、線材と記すこともある)を作製する。
【0069】
図15は、多芯線を作製した直後(熱処理直前)における原料粉末の状態を示す要部断面図である。なお、図15では、多芯線を構成する1つの単芯線の断面を示している。図15を参照して、熱処理直前においては、Mg粉末3とB粉末2との境界面から0mm以上1mm以下の距離(図15中点線で示される範囲内)に全てのB粉末2が存在していることが好ましい。Mg粉末3とB粉末2とを図15に示すように配置するためには、単心線の伸線時および多芯線の伸線時にそれぞれ線材がどの程度縮径されるかを測定し、その縮径の程度に応じて図13におけるMg粉末3およびB粉末2のサイズおよび位置を決定する。
【0070】
次に、上記多芯線を熱処理する。この熱処理は、たとえば651℃以上1107℃以下で行なわれる。この熱処理によって原料粉末からMgB2よりなる超電導相が生成され、超電導体フィラメントとなる。なお、熱処理後にMg粉末3の存在していた部分には空洞が生じるが、この空洞は超電導体フィラメント1の内部に含まれないので、超電導線材10の性能にはほとんど影響を与えない。以上の製造工程により、図12に示す超電導線材10が得られる。
【0071】
本実施の形態の超電導線材の製造方法は、互いに混合されていないMg粉末3とB粉末2とを含む原料粉末を金属管11aで被覆した形態を有する線材を作製する線材作製工程と、線材を熱処理する熱処理工程とを備えている。
【0072】
本実施の形態の超電導線材の製造方法では、Mg粉末3とB粉末2とを互いに混合せずに配置した状態で熱処理する。これにより、Mgが存在していた部分は超電導体フィラメント1の一部には含まれなくなるため、超電導体フィラメント1の焼結密度は低下しない。したがって、MgとBとを含む超電導体フィラメントの焼結密度を向上することができ、超電導線材の臨界電流密度を向上することができる。
【0073】
上記製造方法においては、651℃以上1107℃以下の温度でMg粉末3およびB粉末2を熱処理する。
【0074】
Mgの融点は651℃であるので、これ以上の温度で熱処理することで、Mgが液化し、Mgの拡散速度が飛躍的に向上する。また、Mgの沸点は1107℃であるので、これ以下の温度で熱処理することで、Mgが気化により消失することを防止できる。
【0075】
上記製造方法においては、線材を作製する際に、線材の長手方向に延在するようにMg粉末3を配置し、長手方向に垂直な断面においてMg粉末3を囲むようにB粉末2を配置する。
【0076】
これにより、超電導線材10の長手方向に対して垂直な断面全体に空隙が形成されることを抑制できる。超電導線材10の長手方向に沿って電流は流れるので、空隙が導電パスの妨げとなることを抑制することができ、臨界電流密度を向上することができる。
【0077】
上記製造方法において好ましくは、熱処理の直前において、Mg粉末3とB粉末2との境界面から0mm以上1mm以下の距離に全てのB粉末2が存在するように、Mg粉末3とB粉末2とを配置する。
【0078】
熱処理工程におけるMgの拡散距離は1mm以下にすることが好ましい。1mmよりも長い距離をMgが拡散するようにするためには、非常に長い時間の熱処理が必要になる。したがって、熱処理直前において、Mg粉末3とB粉末2との境界面から1mm以下の距離に全てのBの粉末を配置することで、Mg粉末3の粒子が短時間でB粉末2全体に拡散し、熱処理時間を短縮することができる。熱処理時間を短縮することで、超電導線材の製造に要する時間を短縮できることの他にも様々な効果が得られる。たとえば、超電導結晶の粒成長を抑制することができるので、超電導結晶中の結晶粒界が多くなり、粒界によるピンニング効果が大きくなる。また、熱処理の際に超電導結晶とシース材とが反応することを抑制できるため、シース材の選択の幅が広がる。
【0079】
なお、本実施の形態においては多芯線について説明したが、1本の超電導体フィラメントがシース部により被覆される単芯線構造の超電導線材であってもよい。また、本実施の形態の製造方法が適用される超電導線材は、丸線のみならず、テープ状であっても良い。テープ状の超電導線材は、たとえば熱処理前および熱処理後の少なくともいずれか一方において、線材を圧延することによって製造される。線材に圧延を施すことにより、超電導フィラメントの高密度化を図ることができる。
【0080】
(実施の形態4)
実施の形態3の製造方法では、原料粉末がMg粉末とB粉末とのみよりなる場合について示した。しかし、本発明はこのような場合の他、たとえば原料粉末が他の材料を含んでいてもよい。
【0081】
本実施の形態における超電導線材の製造方法では、SiCおよびB4Cと、B粉末とを混合した混合粉末(混合体)を作製する。そして、Mg粉末とこの混合粉末とを互いに混合せずに配置する。たとえば図13において、B粉末2が配置されている位置に混合粉末が配置される。これにより、最終的に、SiCおよびB4Cを含むMgB2の超電導体フィラメントを有する超電導線材が得られる。
【0082】
なお、これ以外の製造方法は、実施の形態3とほぼ同様であるため、その説明は省略する。
【0083】
本実施の形態の超電導線材の製造方法においては、SiCおよびB4Cと、Bとを混合した混合粉末を作製し、互いに混合されていないMg粉末3と混合粉末とを含む原料粉末を金属管11aで被覆した形態を有する線材を作製する。
【0084】
これにより、SiCおよびB4Cを含む超電導体フィラメントを有する超電導線材が得られ、超電導線材の臨界電流密度を一層向上することができる。
【0085】
なお、本実施の形態では、SiCおよびB4Cの両方と、Bとを混合した混合粉末を作製する場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、SiCおよびB4Cのうち少なくとも一方と、Bとを混合した混合粉末を作製すればよい。
【0086】
(実施の形態5)
図15を参照して、実施の形態3では、熱処理後の超電導体フィラメントにおいて、Mg粉末3が配置されていた部分には空洞が生じる。この部分は、超電導体フィラメント(B粉末2の配置されている部分)の内部に含まれないので、超電導線材10の性能にはほとんど影響を与えない。しかし、本実施の形態では、この空洞に低融点金属を注入することで、超電導体の安定化を図る。具体的には、実施の形態3の製造方法を用いて超電導線材を製造した後に、Mg粉末3およびB粉末2の熱処理温度よりも低い融点を有する低融点材料を、Mg粉末3が存在していた部分(空洞部分)に液体の状態で注入する。低融点金属としては、たとえば半田や、インジウムなどが用いられる。
【0087】
本実施の形態の超電導線材の製造方法によれば、原料粉末が反応して生成した超電導体フィラメント内に存在する空洞を低融点金属で埋めることができ、その結果、超電導体の安定化を図ることができる。すなわち、超電導体フィラメントを金属内に埋め込んだ構成では、超電導体中で生じる磁束密度の傾きや温度変化の傾きがあまり大きくならない。その結果、磁束跳躍(フラックスジャンプ)が起こりにくくなり、常電導状態に転移することを抑止することができる。
【0088】
なお、実施の形態1〜5では、MgおよびBがいずれも粉末である場合について示しているが、本発明においては、MgおよびBがいずれも粉末である必要はなく、たとえば粉末を圧縮して固めた圧粉体であってもよく、塊状であってもよい。また、MgおよびBをテープ状や棒状に成形したものを用いてもよい。また、実施の形態2および4では、SiCおよびB4Cと、B粉末とを混合した混合粉末を用いる場合について示したが、本発明においては、SiCおよびB4Cと、B粉末とを混合した混合体が粉末である必要はなく、たとえば粉末を圧縮して固めた圧粉体であってもよく、塊状であってもよい。
【実施例】
【0089】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0090】
(実施例1)
本実施例では、互いに混合されていないMgとBとを含む原料体を用いることの効果について調べた。具体的には、実施の形態3に示した方法によって超電導線材を製造した。熱処理は850℃の温度で24時間行なった。この方法で得られた超電導線材における超電導体フィラメントの焼結密度は、90%以上であった。また、Mg粉末とB粉末とを混合した原料粉末を用いて、同様の方法により超電導線材を製造し、従来例とした。従来例における超電導体フィラメントの焼結密度は約50%であった。得られたこれらの超電導線材について、温度を5〜30(K)の範囲で変化させ、印加磁場Hを0〜50(kOe)(0〜40.0×105(A/m))の範囲で変化させながら臨界電流密度Jcを測定した。この結果を図16に示す。なお、以下の図16〜図18において、印加磁場Hの値は、(Oe)の単位と(A/m)の単位とを併記している。
【0091】
図16を参照して、従来例(温度20(K))に比べて、本実施例における超電導線材(温度20(K))は、高い臨界電流密度Jcを有している。たとえば印加磁場Hが10(kOe)(8.0×105(A/m))である場合、従来例の臨界電流密度Jcは1.7×105(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは2.8×105(A/cm2)であった。また、印加磁場Hが40(kOe)(32.0×105(A/m))である場合、従来例の臨界電流密度Jcは7.0×102(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは2.6×103(A/cm2)であった。また、他の温度においても、高い臨界電流密度となった。このことから、互いに混合されていないMgとBとを含む原料体を用いることで、臨界電流密度を向上できることが分かる。
【0092】
(実施例2)
本実施例では、原料体がSiCをさらに含んでいることの効果について調べた。具体的には、SiCとB粉末とを混合した混合粉末を作製し、Mg粉末とこの混合粉末とを互いに混合せずに原料粉末とした。SiCとしては約30nmの粒径のものを用い、約2%のドープ量とした。この原料粉末を用いて実施例1と同様の方法により超電導線材を製造した。得られた超電導線材について、温度を5〜30(K)の範囲で変化させ、印加磁場Hを0〜50(kOe)(0〜40.0×105(A/m))の範囲で変化させながら臨界電流密度Jcを測定した。この結果を図17に示す。なお、図17には、実施例1における本発明の超電導線材の結果を、実施例1として合わせて示している。
【0093】
図17を参照して、特に25(K)以下の温度範囲において、本実施例における超電導線材は実施例1に比べて高い臨界電流密度Jcを有している。たとえば20(K)の温度におけるデータを参照して、印加磁場Hが10(kOe)(8.0×105(A/m))である場合、実施例1の臨界電流密度Jcは2.8×105(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは4.1×105(A/cm2)であった。また、印加磁場Hが40(kOe)(32.0×105(A/m))である場合、実施例1の臨界電流密度Jcは2.6×103(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは7.3×103(A/cm2)であった。このことから、原料体がSiCをさらに含んでいることで、臨界電流密度を一層向上できることが分かる。
【0094】
(実施例3)
本実施例では、原料体がSiCおよびB4Cをさらに含んでいることの効果について調べた。具体的には、SiCおよびB4CとB粉末とを混合した混合粉末を作製し、Mg粉末とこの混合粉末とを互いに混合せずに原料粉末とした。SiCとしては約30nmの粒径のものを用い、約2%のドープ量とした。B4Cのドープ量は、原料粉末に含まれるBのうち焼く4%をB4Cで置き換えるだけのドープ量とした。この原料粉末を用いて実施例1と同様の方法により超電導線材を製造した。得られた超電導線材について、温度を5〜20(K)の範囲で変化させ、印加磁場Hを0〜50(kOe)(0〜40.0×105(A/m))の範囲で変化させながら臨界電流密度Jcを測定した。この結果を図18に示す。
【0095】
図17および図18を参照して、本実施例における超電導線材は実施例1に比べて高い臨界電流密度Jcを有している。たとえば20(K)の温度におけるデータを参照して、印加磁場Hが10(kOe)(8.0×105(A/m))である場合、実施例1の臨界電流密度Jcは2.8×105(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは4.4×105(A/cm2)であった。また、印加磁場Hが40(kOe)(32.0×105(A/m))である場合、実施例1の臨界電流密度Jcは2.6×103(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは1.2×104(A/cm2)であった。このことから、原料体がSiCおよびB4Cをさらに含んでいることで、臨界電流密度を一層向上できることが分かる。
【0096】
本発明は、超電導線材から構成される超電導マグネットを用いた超電導変圧器、超電導限流器および磁場発生装置や、超電導線材を用いた超電導ケーブルおよび超電導ブスバー、超電導コイルなどの超電導機器に適用可能であり、特に超電導線材が冷媒中に浸漬した状態で使用される超電導機器に適用可能である。
【0097】
以上に開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【図面の簡単な説明】
【0098】
【図1】本発明の実施の形態1における焼結体の一の構成を示す斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態1における焼結体の他の構成を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施の形態1における焼結体のさらに他の構成を示す斜視図である。
【図4】本発明の実施の形態1における原料粉末の一の充填方法を示す断面図である。
【図5】本発明の実施の形態1における原料粉末の他の充填方法を示す断面図である。
【図6】本発明の実施の形態1における原料粉末のさらに他の充填方法を示す断面図である。
【図7】熱処理後の焼結体の構成を示す断面図である。
【図8】従来の製造方法における熱処理時のMg粉末およびB粉末の変化を段階的に示す断面図である。(a)は第1段階、(b)は第2段階、(c)は第3段階をそれぞれ示している。
【図9】従来の製造方法によって得られた焼結体の断面を示す顕微鏡写真である。
【図10】本発明の実施の形態1の製造方法における熱処理時のMg粉末およびB粉末の変化を段階的に示す断面図である。(a)は第1段階、(b)は第2段階、(c)は第3段階をそれぞれ示している。
【図11】(a)は、本発明の実施の形態1における製造方法によって得られた焼結体の断面を示す顕微鏡写真である。(b)は(a)の拡大図である。
【図12】本発明の実施の形態3における超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。
【図13】本発明の実施の形態3において、原料粉末を金属管で被覆した形態を有する線材の構成を示す部分断面斜視図である。
【図14】単芯線を多数束ねて金属管内に嵌合する工程を模式的に示す斜視図である。
【図15】多芯線を作製した直後(熱処理直前)における原料粉末の状態を示す要部断面図である。
【図16】実施例1における超電導線材の印加磁場Hと臨界電流密度Jcとの関係を示す図である。
【図17】実施例2における超電導線材の印加磁場Hと臨界電流密度Jcとの関係を示す図である。
【図18】実施例3における超電導線材の印加磁場Hと臨界電流密度Jcとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【0099】
1,101 焼結体(超電導体フィラメント)、1a〜1c 焼結体、2,102 B粉末、3,3a,3b,103 Mg粉末、5,105 空隙、10 超電導線材、10a 単芯線、11 シース部、11a,11b 金属管、20 空洞、31 容器、31a 蓋。
【技術分野】
【0001】
本発明は焼結体、焼結体の製造方法、超電導線材、超電導機器、および超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
MgB2の焼結体を超電導線材の超電導体フィラメントとして用いると、高い臨界温度を実現することができる。このため、MgB2の焼結体は注目を集めている。MgB2 の焼結体を用いた超電導線材は、たとえば以下の製造方法(第1の製造方法)により製造される。
【0003】
反応済みのMgB2 より構成される超電導粉末を金属パイプ内に充填したものを伸線し、これを金属パイプ内に複数本組み込んで多芯構造とする。そして、所定のサイズへの伸線を行ない、その後、所定の温度での熱処理を施す。
【0004】
また、他の製造方法(第2の製造方法)として以下の方法も知られている。MgB2 の原料となるMg(マグネシウム)の粉末とB(ホウ素)の粉末とをランダムな状態になるように混合し、原料粉末を作製する。そして、この原料粉末を金属パイプ内に充填したものを伸線し、これを金属パイプ内に複数本組み込んで多芯構造とする。そして、所定のサイズへの伸線を行ない、その後、所定の温度での熱処理を施す。
【0005】
上記のようなMgB2の超電導線材の製造方法は、たとえば非特許文献1〜3に開示されている。特に非特許文献1には、上記第2の製造方法により製造した超電導線材の方が、上記第1の製造方法により製造した超電導線材よりも高い臨界電流密度が得られると記載されている。
【非特許文献1】Alexey. V. Pan, et al., "Properties of superconducting MgB2wires: in situ versus ex situ reaction technique", Supercond. Sci. Technol. 16 (2003) pp.639-644
【非特許文献2】X. L. Wang, et al., "Significant improvement of critical current density in coated MgB2/Cu short tapes through nano-SiC doping and short-time in situ reaction", Supercond. Sci. Technol. 17 (2004) pp.L21-L24
【非特許文献3】A. Matsumoto, et al., "Effect of impurity additions on the microstructures and superconducting properties of in situ-processed MgB2tapes", Supercond. Sci. Technol. 17 (2004) pp.S319-S323
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、第2の製造方法によって得られる超電導線材では、超電導体フィラメントの焼結密度が約50%と低かった。超電導線材は、超電導体フィラメントの密度が低いと臨界電流値が低下する性質を有している。このため、第2の製造方法によってMgB2の超電導線材を製造しても、十分に高い臨界電流密度を得ることはできなかった。
【0007】
したがって、本発明の目的は、臨界電流密度を向上することのできる焼結体、焼結体の製造方法、超電導線材、超電導機器、および超電導線材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の焼結体は、MgとBとを含み、焼結密度が90%以上である。本発明の焼結体によれば、超電導線材に用いた場合に臨界電流密度を向上することができる。本発明の焼結体は、たとえば以下の製造方法によって製造することができる。
【0009】
本発明の焼結体の製造方法は、MgとBとを含む焼結体の製造方法であって、MgとBとを互いに混合せずに配置する配置工程と、配置工程の後、MgおよびBを熱処理する熱処理工程とを備えている。
【0010】
本願発明者らは、従来においてMgB2の焼結体を超電導線材に用いても、十分に高い臨界電流密度が得られなかった理由について見出した。すなわち、マグネシウムとホウ素とを含む原料粉末を熱処理すると、Mgが拡散してBの方へ移動する。その結果、Mgが存在していた部分に空隙が生じ、Bが存在していた部分にMgB2の焼結体が生成する。このように空隙が生じることで、焼結体の密度が低下するので、MgB2の焼結体を超電導線材に用いても、十分に高い臨界電流密度が得られなかった。
【0011】
そこで、本発明の焼結体の製造方法では、MgとBとを互いに混合せずに配置した状態で熱処理する。これにより、Mgが存在していた部分は焼結体の一部には含まれなくなるため、焼結体の焼結密度は低下しない。したがって、MgとBとを含む焼結体の焼結密度を向上することができ、この焼結体を用いることで超電導線材の臨界電流密度を向上することができる。
【0012】
上記製造方法において好ましくは、熱処理工程の温度が651℃以上1107℃以下である。
【0013】
Mgの融点は651℃であるので、これ以上の温度で熱処理することで、Mgが液化し、Mgの拡散速度が飛躍的に向上する。また、Mgの沸点は1107℃であるので、これ以下の温度で熱処理することで、Mgが気化により消失することを防止できる。
【0014】
上記製造方法において好ましくは、配置工程は、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方と、Bとを混合した混合体を作製する工程と、Mgとこの混合体とを互いに混合せずに配置する工程とを含んでいる。
【0015】
これにより、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方を含む焼結体が得られる。この焼結体によって超電導線材の臨界電流密度を一層向上することができる。
【0016】
本発明の超電導線材は、MgとBとを含む超電導体フィラメントを有し、超電導体フィラメントの焼結密度が90%以上である。また、本発明の超電導機器は、上記焼結体または上記超電導線材を用いている。
【0017】
本発明の超電導線材および超電導機器によれば、臨界電流密度を向上することができる。本発明の超電導線材は、たとえば以下の製造方法によって製造することができる。
【0018】
本発明の超電導線材の製造方法は、互いに混合されていないMgとBとを含む原料体を金属で被覆した形態を有する線材を作製する線材作製工程と、線材を熱処理する熱処理工程とを備えている。
【0019】
本発明の超電導線材の製造方法では、MgとBとを互いに混合せずに配置した状態で熱処理する。これにより、Mgが存在していた部分は超電導体フィラメントの一部には含まれなくなるため、超電導体フィラメントの焼結密度は低下しない。したがって、MgとBとを含む超電導体フィラメントの焼結密度を向上することができ、超電導線材の臨界電流密度を向上することができる。
【0020】
上記製造方法において好ましくは、熱処理工程の温度が651℃以上1107℃以下である。
【0021】
Mgの融点は651℃であるので、これ以上の温度で熱処理することで、Mgが液化し、Mgの拡散速度が飛躍的に向上する。また、Mgの沸点は1107℃であるので、これ以下の温度で熱処理することで、Mgが気化により消失することを防止できる。
【0022】
上記製造方法において好ましくは、線材作製工程は、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方と、Bとを混合した混合体を作製する工程と、互いに混合されていないMgと混合体とを含む原料体を金属で被覆した形態を有する線材を作製する工程とを含んでいる。
【0023】
これにより、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方を含む超電導体フィラメントを有する超電導線材が得られ、超電導線材の臨界電流密度を一層向上することができる。
【0024】
上記製造方法において好ましくは、熱処理工程の後に、熱処理の温度よりも低い融点を有する低融点金属をMgが存在していた部分に注入する。
【0025】
これにより、原料体が反応して生成した超電導体フィラメント内に存在する空洞を低融点金属で埋めることができ、その結果、超電導体の安定化を図ることができる。
【0026】
上記製造方法において好ましくは、線材作製工程において、線材の長手方向に延在するようにMgを配置し、長手方向に垂直な断面においてMgを囲むようにBを配置する。
【0027】
これにより、超電導線材の長手方向に対して垂直な断面全体に空隙が形成されることを抑制できる。超電導線材の長手方向に沿って電流は流れるので、空隙が導電パスの妨げとなることを抑制することができ、臨界電流密度を向上することができる。
【0028】
上記製造方法において好ましくは、熱処理工程の直前において、MgとBとの境界面から0mm以上1mm以下の距離に全てのBが存在するように、MgとBとを配置する。
【0029】
熱処理工程におけるMgの拡散距離は1mmであることが好ましい。1mmよりも長い距離をMgが拡散するようにするためには、非常に長い時間の熱処理が必要になる。したがって、熱処理工程直前において、MgとBとの境界面から1mm以下の距離に全てのBを配置することで、Mgが短時間でB全体に拡散し、熱処理時間を短縮することができる。
【0030】
なお、本明細書において「MgとBとを互いに混合せずに」とは、「Mgの粒子とBの粒子とをランダムな状態にせずに」という意味である。また、「Mgと混合体とを互いに混合せず」とは、「Mgの粒子と混合体の粒子とをランダムな状態にせずに」という意味である。
【発明の効果】
【0031】
本発明によれば、臨界電流密度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0032】
以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。
【0033】
(実施の形態1)
図1〜図3は、本発明の実施の形態1における焼結体の構成を示す斜視図である。図1〜図3に示すように、本実施の形態における焼結体は、たとえばMgB2よりなっており、その形状は任意である。たとえば、図1に示す焼結体1aは円筒形状を有している。また、図2に示す焼結体は、中心部分に円筒形状の空洞20が存在する円筒形状を有している。さらに、図3に示す焼結体は、複数の円筒形状の空洞20が円周方向に沿って存在する円筒形状を有している。焼結体1a〜1cの焼結密度は90%以上である。
【0034】
ここで、焼結体の焼結密度は以下の方法により算出される。
【0035】
はじめに、一定質量(M(g))の焼結体に切り分ける。次に、切り分けられた焼結体をアルコールに浸し、アルコール中での線材の質量(W(g))を計測し、焼結体に働く浮力が算出される。そして、既知のアルコール密度(ρ=0.789(g/cm3)を用いて焼結体の体積(V(cm3))が算出される。具体的には、浮力をFとすると、以下の式(1)、(2)によりVが算出される。なお、焼結体1bおよび1cにおける空洞20の部分は、焼結体の体積Vに含まれないことは言うまでもない。
【0036】
F=M−W ・・・(1)
V=F/ρ ・・・(2)
このようにして得られた焼結体の体積Vから、以下の式(3)を用いて焼結体の密度ρが算出される。
【0037】
ρ=M/V ・・・(3)
一方、焼結体がMgB2よりなっている場合、その理論密度は2.63g/cm3という値が採用されている。この焼結体の理論密度と焼結体の密度ρとの比から、焼結体の焼結密度が算出される。具体的には、式(4)により焼結密度が算出される。
【0038】
焼結密度(%)=(ρ/2.63)×100 ・・・(4)
次に、本実施の形態における焼結体の製造方法について説明する。本実施の形態では、特に焼結体1aの製造方法について説明する。
【0039】
はじめに、図4を参照して、Mg粉末を2つに分け、2つに分けたうちの一方のMg粉末3aを円筒形状の容器31内に充填する。次に、容器31内のMg粉末3a上にB粉末2を充填する。B粉末2を充填する際には、所望の焼結体の形状にB粉末2の形状を整える。次に、容器31内のB粉末2上に残りのMg粉末3bを充填する。その後、容器31の開口部を蓋31aで覆う。
【0040】
このように、本実施の形態では、Mg粉末とB粉末とを互いに混合せずに容器31内に充填(配置)する。このとき、Mg粉末3a,3bとB粉末2とを合わせて一つの原料粉末として見ると、原料粉末中において、Mg粉末を構成する粒子とB粉末を構成する粒子とは互いにランダムな状態で存在していない。なお、Mg粉末およびB粉末を構成する粒子の大きさは任意である。また、熱処理前のB粉末を圧粉成形などの方法で高密度化しておくことが好ましい。これにより、得られる焼結体も高密度化することができる。
【0041】
なお、焼結体1bおよび1cを製造する際には、以下のようにMg粉末およびB粉末を充填する。図5を参照して、焼結体1bを製造する際には、空洞20となる部分にMg粉末3を充填し、その周りを覆うようにB粉末2を充填する。言い換えれば、容器31における中心軸部分に棒状に固めたMg粉末を配置する。または、Mgの棒を配置する。また、図6を参照して、焼結体1cを製造する際には、空洞20となる4つの部分にMg粉末3a,3bを充填し、その周りを覆うようにB粉末2を充填する。
【0042】
次に、たとえば651℃以上1107℃以下の温度で、上記のMg粉末およびB粉末を熱処理する。これにより、Mg粉末およびB粉末が反応し、MgB2の焼結体が生成する。図4の原料粉末を熱処理した場合の、熱処理後の焼結体の構成を図7に示す。図7に示すように、熱処理前のB粉末2の形状にほぼ近い形状で焼結体1が生成する。また、Mg粉末3が存在していた部分には空隙(空洞)5が形成される。その後、この焼結体1を容器31内から取り出す。以上の工程により、図1に示す焼結体1aが得られる。
【0043】
本願発明者らは、従来においてMgB2の焼結体を超電導線材に用いても、十分に高い臨界電流密度が得られなかった理由について見出した。これについて以下に説明する。
【0044】
図8(a)〜(c)は、従来の製造方法における熱処理時のMg粉末およびB粉末の変化を段階的に示す断面図である。従来においては、MgとBとの反応を促進するために、Mg粉末とB粉末とを混合して原料粉末を作製していた。このため、図8(a)に示すように、原料粉末中において、Mg粉末103を構成する粒子とB粉末102を構成する粒子とはランダムな状態で存在していた。この原料粉末を熱処理すると、図8(b)に示すように、Mgが拡散して、Bの方向(矢印の方向)へ移動する。その結果、図8(c)に示すように、Mg粉末103が存在していた部分に空隙105が生じ、B粉末102が存在していた部分にMgB2よりなる焼結体101が生成する。つまり、空隙105が焼結体101の内部に生じてしまう。
【0045】
このように、従来の製造方法では、焼結体の内部に空隙が生じることによって、焼結体の焼結密度が低下していた。このため、MgB2よりなる焼結体を超電導線材に用いても、この空隙が導電パスの妨げとなり、十分に高い臨界電流密度が得られなかった。
【0046】
図9は、従来の製造方法によって得られた焼結体の断面を示す顕微鏡写真である。図9に示すように、従来の製造方法によって得られた焼結体の内部には、直径約20μm〜約50μmの空隙が生じているのが分かる。
【0047】
図10(a)〜(c)は、本発明の実施の形態1の製造方法における熱処理時のMg粉末およびB粉末の変化を段階的に示す断面図である。なお、図10(a)〜(c)は、図4におけるMg粉末3aとB粉末2との境界部分を示している。本実施の形態における焼結体の製造方法では、Mg粉末とB粉末とを互いに混合せずに配置した状態で熱処理する。このため、図10(a)に示すように、原料粉末中においてMg粉末3(3a)の存在する領域とB粉末2の存在する領域とに明確な境界線を引くことができる。このようにMg粉末とB粉末とを配置した原料粉末を熱処理すると、図10(b)に示すように、Mgが拡散して、Bの方向(矢印の方向)へ移動する。その結果、図10(c)に示すように、Mg粉末3が存在していた部分に空隙(空洞)5が生じ、B粉末2が存在していた部分にMgB2よりなる焼結体1が生成する。つまり、空隙5は焼結体1の内部に生じない。
【0048】
このように、本実施の形態の製造方法では、空隙が焼結体の内部に生じないため、焼結体の焼結密度は低下しない。したがって、空隙が導電パスの妨げとならないので、MgB2よりなる焼結体の焼結密度を向上する(たとえば90%以上)ことができる。そして、この焼結体を用いることで超電導線材の臨界電流密度を向上することができる。
【0049】
図11(a)、(b)は、本発明の実施の形態1における製造方法によって得られた焼結体の断面を示す顕微鏡写真である。図11(a)、(b)に示すように、本実施の形態の製造方法によって得られた焼結体の内部には、空隙がほとんど生じていないのが分かる。
【0050】
上記製造方法においては、651℃以上1107℃以下の温度でMg粉末およびB粉末を熱処理する。
【0051】
Mgの融点は651℃であるので、これ以上の温度で熱処理することで、Mgが液化し、Mgの拡散速度が飛躍的に向上する。また、Mgの沸点は1107℃であるので、これ以下の温度で熱処理することで、Mgが気化により消失することを防止できる。
【0052】
(実施の形態2)
実施の形態1の製造方法では、原料粉末がMg粉末とB粉末とのみよりなる場合について示した。しかし、本発明はこのような場合の他、たとえば原料粉末が他の材料を含んでいてもよい。
【0053】
本実施の形態における焼結体の製造方法では、SiC(炭化ケイ素)およびB4C(炭化四ホウ素)と、B粉末とを混合した混合粉末(混合体)を作製する。そして、Mg粉末とこの混合粉末とを互いに混合せずに配置する。たとえば図4において、B粉末2が配置されている位置に混合粉末が配置される。次に、上記のMg粉末および混合粉末を熱処理する。これにより、SiCおよびB4Cを含むMgB2の焼結体が生成する。
【0054】
なお、これ以外の製造方法は、実施の形態1とほぼ同様であるため、その説明は省略する。
【0055】
本実施の形態の焼結体の製造方法においては、SiCおよびB4Cと、Bとを混合した混合粉末を作製し、Mgの粉末と混合粉末とを互いに混合せずに配置する。
【0056】
これにより、SiCおよびB4Cを含む焼結体が得られる。この焼結体によって超電導線材の臨界電流密度を一層向上することができる。
【0057】
なお、本実施の形態では、SiCおよびB4Cの両方と、Bとを混合した混合粉末を作製する場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、SiCおよびB4Cのうち少なくとも一方と、Bとを混合した混合粉末を作製すればよい。
【0058】
(実施の形態3)
図12は、本発明の実施の形態3における超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。図12を参照して、たとえば、多芯線の超電導線材について説明する。超電導線材10は、長手方向に伸びる複数本の焼結体(超電導体フィラメント)1と、それらを被覆するシース部11とを有している。すなわち、実施の形態1および2における焼結体1が、図12における超電導体フィラメント1となっている。超電導体フィラメント1は、たとえばMgB2よりなっている。シース部11は、たとえばステンレス、銅、およびこれらの合金などの金属よりなっている。超電導体フィラメント1の焼結密度は90%以上である。
【0059】
ここで、超電導体フィラメントの焼結密度は以下の方法により算出される。
【0060】
はじめに、一定質量(Mt(g))の超電導線材が切り分けられる。次に、切り分けられた超電導線材をアルコールに浸し、アルコール中での線材の質量(W(g))を計測し、超電導線材に働く浮力が算出される。そして、既知のアルコール密度(ρ=0.789(g/cm3)を用いて超電導線材の体積(Vt(cm3))が算出される。具体的には、浮力をFtとすると、以下の式(5)、(6)によりVtが算出される。
【0061】
Ft=Mt−W ・・・(5)
Vt=Ft/ρ ・・・(6)
続いて、超電導線材を硝酸に溶解し、その溶液をICP(Inductive Coupled Plasma)発光分析することによりシース部を定量し、超電導線材の質量に占めるシース部の割合(Y)が算出される。そして、超電導線材の質量から、超電導体フィラメント部との質量(Mf(g))と、シース部の質量(Ms(g))とが以下の式(7)、(8)により算出される。
【0062】
Ms=Mt×Y ・・・(7)
Mf=Mt−Ms ・・・(8)
次に、シース部の体積(Vs(cm3))が既知の比重(たとえばシース部が銀よりなる場合、10.5(g/cm3))より算出され、シース部の体積から超電導体フィラメントの体積(Vf(cm3))が算出される。そして、超電導体フィラメントの体積から超電導体フィラメントの密度ρfが算出される。具体的には、以下の式(9)〜(11)によりρfが算出される。
【0063】
Vs=Ms/10.5 ・・・(9)
Vf=Vt−Vs ・・・(10)
ρf=Mf/Vf ・・・(11)
一方、超電導体フィラメントがMgB2よりなっている場合、その理論密度は2.63g/cm3という値が採用されている。この理論密度と超電導体フィラメントの密度ρとの比から、超電導体フィラメントの焼結密度が算出される。具体的には、式(12)により算出される。
【0064】
焼結密度(%)=(ρf/2.63)×100 ・・・(12)
次に、本実施の形態における超電導線材の製造方法について説明する。
【0065】
はじめに、図13を参照して、たとえばステンレスなどの金属よりなる金属管11aに超電導体の原材粉末(前駆体、原料体)を充填する。この超電導体の原料粉末は、互いに混合されていないMg粉末3とB粉末2とを含んでいる。具体的には、金属管11aの長手方向に延在するように、棒状に固めたMg粉末3を3箇所に配置し、その周りを覆うようにB粉末2を配置する。また、金属管11aの長手方向に垂直な断面(図13に示される断面)においてMg粉末3を囲むようにB粉末2を配置する。
【0066】
なお、Mg粉末とB粉末との配置方法は上記に限定されるものではなく、Mg粉末とB粉末とが互いに混合されていなければよい。
【0067】
続いて、所望の直径にまで上記金属管11aを伸線加工し、前駆体を芯材としてステンレスなどの金属で被覆された単芯線10aを作製する。これにより、互いに混合されていないMg粉末3とB粉末2とを含む原料粉末を金属管11aで被覆した形態を有する線材(単芯線)10aが得られる。
【0068】
次に、図14を参照して、単芯線10aを多数束ねて、たとえばステンレスなどの金属よりなる金属管11b内に嵌合し、多芯構造とする。続いて、所望の直径にまで多芯構造の線材を伸線加工し、原料粉末がシース部に埋め込まれた多芯線(以下、線材と記すこともある)を作製する。
【0069】
図15は、多芯線を作製した直後(熱処理直前)における原料粉末の状態を示す要部断面図である。なお、図15では、多芯線を構成する1つの単芯線の断面を示している。図15を参照して、熱処理直前においては、Mg粉末3とB粉末2との境界面から0mm以上1mm以下の距離(図15中点線で示される範囲内)に全てのB粉末2が存在していることが好ましい。Mg粉末3とB粉末2とを図15に示すように配置するためには、単心線の伸線時および多芯線の伸線時にそれぞれ線材がどの程度縮径されるかを測定し、その縮径の程度に応じて図13におけるMg粉末3およびB粉末2のサイズおよび位置を決定する。
【0070】
次に、上記多芯線を熱処理する。この熱処理は、たとえば651℃以上1107℃以下で行なわれる。この熱処理によって原料粉末からMgB2よりなる超電導相が生成され、超電導体フィラメントとなる。なお、熱処理後にMg粉末3の存在していた部分には空洞が生じるが、この空洞は超電導体フィラメント1の内部に含まれないので、超電導線材10の性能にはほとんど影響を与えない。以上の製造工程により、図12に示す超電導線材10が得られる。
【0071】
本実施の形態の超電導線材の製造方法は、互いに混合されていないMg粉末3とB粉末2とを含む原料粉末を金属管11aで被覆した形態を有する線材を作製する線材作製工程と、線材を熱処理する熱処理工程とを備えている。
【0072】
本実施の形態の超電導線材の製造方法では、Mg粉末3とB粉末2とを互いに混合せずに配置した状態で熱処理する。これにより、Mgが存在していた部分は超電導体フィラメント1の一部には含まれなくなるため、超電導体フィラメント1の焼結密度は低下しない。したがって、MgとBとを含む超電導体フィラメントの焼結密度を向上することができ、超電導線材の臨界電流密度を向上することができる。
【0073】
上記製造方法においては、651℃以上1107℃以下の温度でMg粉末3およびB粉末2を熱処理する。
【0074】
Mgの融点は651℃であるので、これ以上の温度で熱処理することで、Mgが液化し、Mgの拡散速度が飛躍的に向上する。また、Mgの沸点は1107℃であるので、これ以下の温度で熱処理することで、Mgが気化により消失することを防止できる。
【0075】
上記製造方法においては、線材を作製する際に、線材の長手方向に延在するようにMg粉末3を配置し、長手方向に垂直な断面においてMg粉末3を囲むようにB粉末2を配置する。
【0076】
これにより、超電導線材10の長手方向に対して垂直な断面全体に空隙が形成されることを抑制できる。超電導線材10の長手方向に沿って電流は流れるので、空隙が導電パスの妨げとなることを抑制することができ、臨界電流密度を向上することができる。
【0077】
上記製造方法において好ましくは、熱処理の直前において、Mg粉末3とB粉末2との境界面から0mm以上1mm以下の距離に全てのB粉末2が存在するように、Mg粉末3とB粉末2とを配置する。
【0078】
熱処理工程におけるMgの拡散距離は1mm以下にすることが好ましい。1mmよりも長い距離をMgが拡散するようにするためには、非常に長い時間の熱処理が必要になる。したがって、熱処理直前において、Mg粉末3とB粉末2との境界面から1mm以下の距離に全てのBの粉末を配置することで、Mg粉末3の粒子が短時間でB粉末2全体に拡散し、熱処理時間を短縮することができる。熱処理時間を短縮することで、超電導線材の製造に要する時間を短縮できることの他にも様々な効果が得られる。たとえば、超電導結晶の粒成長を抑制することができるので、超電導結晶中の結晶粒界が多くなり、粒界によるピンニング効果が大きくなる。また、熱処理の際に超電導結晶とシース材とが反応することを抑制できるため、シース材の選択の幅が広がる。
【0079】
なお、本実施の形態においては多芯線について説明したが、1本の超電導体フィラメントがシース部により被覆される単芯線構造の超電導線材であってもよい。また、本実施の形態の製造方法が適用される超電導線材は、丸線のみならず、テープ状であっても良い。テープ状の超電導線材は、たとえば熱処理前および熱処理後の少なくともいずれか一方において、線材を圧延することによって製造される。線材に圧延を施すことにより、超電導フィラメントの高密度化を図ることができる。
【0080】
(実施の形態4)
実施の形態3の製造方法では、原料粉末がMg粉末とB粉末とのみよりなる場合について示した。しかし、本発明はこのような場合の他、たとえば原料粉末が他の材料を含んでいてもよい。
【0081】
本実施の形態における超電導線材の製造方法では、SiCおよびB4Cと、B粉末とを混合した混合粉末(混合体)を作製する。そして、Mg粉末とこの混合粉末とを互いに混合せずに配置する。たとえば図13において、B粉末2が配置されている位置に混合粉末が配置される。これにより、最終的に、SiCおよびB4Cを含むMgB2の超電導体フィラメントを有する超電導線材が得られる。
【0082】
なお、これ以外の製造方法は、実施の形態3とほぼ同様であるため、その説明は省略する。
【0083】
本実施の形態の超電導線材の製造方法においては、SiCおよびB4Cと、Bとを混合した混合粉末を作製し、互いに混合されていないMg粉末3と混合粉末とを含む原料粉末を金属管11aで被覆した形態を有する線材を作製する。
【0084】
これにより、SiCおよびB4Cを含む超電導体フィラメントを有する超電導線材が得られ、超電導線材の臨界電流密度を一層向上することができる。
【0085】
なお、本実施の形態では、SiCおよびB4Cの両方と、Bとを混合した混合粉末を作製する場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、SiCおよびB4Cのうち少なくとも一方と、Bとを混合した混合粉末を作製すればよい。
【0086】
(実施の形態5)
図15を参照して、実施の形態3では、熱処理後の超電導体フィラメントにおいて、Mg粉末3が配置されていた部分には空洞が生じる。この部分は、超電導体フィラメント(B粉末2の配置されている部分)の内部に含まれないので、超電導線材10の性能にはほとんど影響を与えない。しかし、本実施の形態では、この空洞に低融点金属を注入することで、超電導体の安定化を図る。具体的には、実施の形態3の製造方法を用いて超電導線材を製造した後に、Mg粉末3およびB粉末2の熱処理温度よりも低い融点を有する低融点材料を、Mg粉末3が存在していた部分(空洞部分)に液体の状態で注入する。低融点金属としては、たとえば半田や、インジウムなどが用いられる。
【0087】
本実施の形態の超電導線材の製造方法によれば、原料粉末が反応して生成した超電導体フィラメント内に存在する空洞を低融点金属で埋めることができ、その結果、超電導体の安定化を図ることができる。すなわち、超電導体フィラメントを金属内に埋め込んだ構成では、超電導体中で生じる磁束密度の傾きや温度変化の傾きがあまり大きくならない。その結果、磁束跳躍(フラックスジャンプ)が起こりにくくなり、常電導状態に転移することを抑止することができる。
【0088】
なお、実施の形態1〜5では、MgおよびBがいずれも粉末である場合について示しているが、本発明においては、MgおよびBがいずれも粉末である必要はなく、たとえば粉末を圧縮して固めた圧粉体であってもよく、塊状であってもよい。また、MgおよびBをテープ状や棒状に成形したものを用いてもよい。また、実施の形態2および4では、SiCおよびB4Cと、B粉末とを混合した混合粉末を用いる場合について示したが、本発明においては、SiCおよびB4Cと、B粉末とを混合した混合体が粉末である必要はなく、たとえば粉末を圧縮して固めた圧粉体であってもよく、塊状であってもよい。
【実施例】
【0089】
以下、本発明の実施例について説明する。
【0090】
(実施例1)
本実施例では、互いに混合されていないMgとBとを含む原料体を用いることの効果について調べた。具体的には、実施の形態3に示した方法によって超電導線材を製造した。熱処理は850℃の温度で24時間行なった。この方法で得られた超電導線材における超電導体フィラメントの焼結密度は、90%以上であった。また、Mg粉末とB粉末とを混合した原料粉末を用いて、同様の方法により超電導線材を製造し、従来例とした。従来例における超電導体フィラメントの焼結密度は約50%であった。得られたこれらの超電導線材について、温度を5〜30(K)の範囲で変化させ、印加磁場Hを0〜50(kOe)(0〜40.0×105(A/m))の範囲で変化させながら臨界電流密度Jcを測定した。この結果を図16に示す。なお、以下の図16〜図18において、印加磁場Hの値は、(Oe)の単位と(A/m)の単位とを併記している。
【0091】
図16を参照して、従来例(温度20(K))に比べて、本実施例における超電導線材(温度20(K))は、高い臨界電流密度Jcを有している。たとえば印加磁場Hが10(kOe)(8.0×105(A/m))である場合、従来例の臨界電流密度Jcは1.7×105(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは2.8×105(A/cm2)であった。また、印加磁場Hが40(kOe)(32.0×105(A/m))である場合、従来例の臨界電流密度Jcは7.0×102(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは2.6×103(A/cm2)であった。また、他の温度においても、高い臨界電流密度となった。このことから、互いに混合されていないMgとBとを含む原料体を用いることで、臨界電流密度を向上できることが分かる。
【0092】
(実施例2)
本実施例では、原料体がSiCをさらに含んでいることの効果について調べた。具体的には、SiCとB粉末とを混合した混合粉末を作製し、Mg粉末とこの混合粉末とを互いに混合せずに原料粉末とした。SiCとしては約30nmの粒径のものを用い、約2%のドープ量とした。この原料粉末を用いて実施例1と同様の方法により超電導線材を製造した。得られた超電導線材について、温度を5〜30(K)の範囲で変化させ、印加磁場Hを0〜50(kOe)(0〜40.0×105(A/m))の範囲で変化させながら臨界電流密度Jcを測定した。この結果を図17に示す。なお、図17には、実施例1における本発明の超電導線材の結果を、実施例1として合わせて示している。
【0093】
図17を参照して、特に25(K)以下の温度範囲において、本実施例における超電導線材は実施例1に比べて高い臨界電流密度Jcを有している。たとえば20(K)の温度におけるデータを参照して、印加磁場Hが10(kOe)(8.0×105(A/m))である場合、実施例1の臨界電流密度Jcは2.8×105(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは4.1×105(A/cm2)であった。また、印加磁場Hが40(kOe)(32.0×105(A/m))である場合、実施例1の臨界電流密度Jcは2.6×103(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは7.3×103(A/cm2)であった。このことから、原料体がSiCをさらに含んでいることで、臨界電流密度を一層向上できることが分かる。
【0094】
(実施例3)
本実施例では、原料体がSiCおよびB4Cをさらに含んでいることの効果について調べた。具体的には、SiCおよびB4CとB粉末とを混合した混合粉末を作製し、Mg粉末とこの混合粉末とを互いに混合せずに原料粉末とした。SiCとしては約30nmの粒径のものを用い、約2%のドープ量とした。B4Cのドープ量は、原料粉末に含まれるBのうち焼く4%をB4Cで置き換えるだけのドープ量とした。この原料粉末を用いて実施例1と同様の方法により超電導線材を製造した。得られた超電導線材について、温度を5〜20(K)の範囲で変化させ、印加磁場Hを0〜50(kOe)(0〜40.0×105(A/m))の範囲で変化させながら臨界電流密度Jcを測定した。この結果を図18に示す。
【0095】
図17および図18を参照して、本実施例における超電導線材は実施例1に比べて高い臨界電流密度Jcを有している。たとえば20(K)の温度におけるデータを参照して、印加磁場Hが10(kOe)(8.0×105(A/m))である場合、実施例1の臨界電流密度Jcは2.8×105(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは4.4×105(A/cm2)であった。また、印加磁場Hが40(kOe)(32.0×105(A/m))である場合、実施例1の臨界電流密度Jcは2.6×103(A/cm2)であったのに対して、本実施例の超電導線材の臨界電流密度Jcは1.2×104(A/cm2)であった。このことから、原料体がSiCおよびB4Cをさらに含んでいることで、臨界電流密度を一層向上できることが分かる。
【0096】
本発明は、超電導線材から構成される超電導マグネットを用いた超電導変圧器、超電導限流器および磁場発生装置や、超電導線材を用いた超電導ケーブルおよび超電導ブスバー、超電導コイルなどの超電導機器に適用可能であり、特に超電導線材が冷媒中に浸漬した状態で使用される超電導機器に適用可能である。
【0097】
以上に開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【図面の簡単な説明】
【0098】
【図1】本発明の実施の形態1における焼結体の一の構成を示す斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態1における焼結体の他の構成を示す斜視図である。
【図3】本発明の実施の形態1における焼結体のさらに他の構成を示す斜視図である。
【図4】本発明の実施の形態1における原料粉末の一の充填方法を示す断面図である。
【図5】本発明の実施の形態1における原料粉末の他の充填方法を示す断面図である。
【図6】本発明の実施の形態1における原料粉末のさらに他の充填方法を示す断面図である。
【図7】熱処理後の焼結体の構成を示す断面図である。
【図8】従来の製造方法における熱処理時のMg粉末およびB粉末の変化を段階的に示す断面図である。(a)は第1段階、(b)は第2段階、(c)は第3段階をそれぞれ示している。
【図9】従来の製造方法によって得られた焼結体の断面を示す顕微鏡写真である。
【図10】本発明の実施の形態1の製造方法における熱処理時のMg粉末およびB粉末の変化を段階的に示す断面図である。(a)は第1段階、(b)は第2段階、(c)は第3段階をそれぞれ示している。
【図11】(a)は、本発明の実施の形態1における製造方法によって得られた焼結体の断面を示す顕微鏡写真である。(b)は(a)の拡大図である。
【図12】本発明の実施の形態3における超電導線材の構成を模式的に示す部分断面斜視図である。
【図13】本発明の実施の形態3において、原料粉末を金属管で被覆した形態を有する線材の構成を示す部分断面斜視図である。
【図14】単芯線を多数束ねて金属管内に嵌合する工程を模式的に示す斜視図である。
【図15】多芯線を作製した直後(熱処理直前)における原料粉末の状態を示す要部断面図である。
【図16】実施例1における超電導線材の印加磁場Hと臨界電流密度Jcとの関係を示す図である。
【図17】実施例2における超電導線材の印加磁場Hと臨界電流密度Jcとの関係を示す図である。
【図18】実施例3における超電導線材の印加磁場Hと臨界電流密度Jcとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【0099】
1,101 焼結体(超電導体フィラメント)、1a〜1c 焼結体、2,102 B粉末、3,3a,3b,103 Mg粉末、5,105 空隙、10 超電導線材、10a 単芯線、11 シース部、11a,11b 金属管、20 空洞、31 容器、31a 蓋。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
マグネシウムとホウ素とを含み、焼結密度が90%以上である、焼結体。
【請求項2】
マグネシウムとホウ素とを含む焼結体の製造方法であって、
前記マグネシウムと前記ホウ素とを互いに混合せずに配置する配置工程と、
前記配置工程の後、前記マグネシウムおよび前記ホウ素を熱処理する熱処理工程とを備える、焼結体の製造方法。
【請求項3】
前記熱処理工程の温度が651℃以上1107℃以下である、請求項2に記載の焼結体の製造方法。
【請求項4】
前記配置工程は、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方と、前記ホウ素とを混合した混合体を作製する工程と、前記マグネシウムと前記混合体とを互いに混合せずに配置する工程とを含む、請求項2または3に記載の焼結体の製造方法。
【請求項5】
マグネシウムとホウ素とを含む超電導フィラメントを有し、前記超電導フィラメントの焼結密度が90%以上である、超電導線材。
【請求項6】
請求項1に記載の焼結体または請求項5に記載の超電導線材を用いた超電導機器。
【請求項7】
互いに混合されていないマグネシウムとホウ素とを含む原料体を金属で被覆した形態を有する線材を作製する線材作製工程と、
前記線材を熱処理する熱処理工程とを備える、超電導線材の製造方法。
【請求項8】
前記熱処理工程の温度が651℃以上1107℃以下である、請求項7に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項9】
前記線材作製工程は、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方と、前記ホウ素とを混合した混合体を作製する工程と、互いに混合されていない前記マグネシウムと前記混合体とを含む前記原料体を前記金属で被覆した形態を有する前記線材を作製する工程とを含む、請求項7または8に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項10】
前記熱処理工程の後に、前記熱処理の温度よりも低い融点を有する低融点金属を前記マグネシウムが存在していた部分に注入する、請求項7〜9のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項11】
前記線材作製工程において、前記線材の長手方向に延在するように前記マグネシウムを配置し、前記長手方向に垂直な断面において前記マグネシウムを囲むように前記ホウ素を配置する、請求項7〜10のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項12】
前記熱処理工程の直前において、前記マグネシウムと前記ホウ素との境界面から0mm以上1mm以下の距離に全ての前記ホウ素が存在するように、前記マグネシウムと前記ホウ素とを配置する、請求項7〜11のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項1】
マグネシウムとホウ素とを含み、焼結密度が90%以上である、焼結体。
【請求項2】
マグネシウムとホウ素とを含む焼結体の製造方法であって、
前記マグネシウムと前記ホウ素とを互いに混合せずに配置する配置工程と、
前記配置工程の後、前記マグネシウムおよび前記ホウ素を熱処理する熱処理工程とを備える、焼結体の製造方法。
【請求項3】
前記熱処理工程の温度が651℃以上1107℃以下である、請求項2に記載の焼結体の製造方法。
【請求項4】
前記配置工程は、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方と、前記ホウ素とを混合した混合体を作製する工程と、前記マグネシウムと前記混合体とを互いに混合せずに配置する工程とを含む、請求項2または3に記載の焼結体の製造方法。
【請求項5】
マグネシウムとホウ素とを含む超電導フィラメントを有し、前記超電導フィラメントの焼結密度が90%以上である、超電導線材。
【請求項6】
請求項1に記載の焼結体または請求項5に記載の超電導線材を用いた超電導機器。
【請求項7】
互いに混合されていないマグネシウムとホウ素とを含む原料体を金属で被覆した形態を有する線材を作製する線材作製工程と、
前記線材を熱処理する熱処理工程とを備える、超電導線材の製造方法。
【請求項8】
前記熱処理工程の温度が651℃以上1107℃以下である、請求項7に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項9】
前記線材作製工程は、炭化ケイ素および炭化四ホウ素のうち少なくとも一方と、前記ホウ素とを混合した混合体を作製する工程と、互いに混合されていない前記マグネシウムと前記混合体とを含む前記原料体を前記金属で被覆した形態を有する前記線材を作製する工程とを含む、請求項7または8に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項10】
前記熱処理工程の後に、前記熱処理の温度よりも低い融点を有する低融点金属を前記マグネシウムが存在していた部分に注入する、請求項7〜9のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項11】
前記線材作製工程において、前記線材の長手方向に延在するように前記マグネシウムを配置し、前記長手方向に垂直な断面において前記マグネシウムを囲むように前記ホウ素を配置する、請求項7〜10のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項12】
前記熱処理工程の直前において、前記マグネシウムと前記ホウ素との境界面から0mm以上1mm以下の距離に全ての前記ホウ素が存在するように、前記マグネシウムと前記ホウ素とを配置する、請求項7〜11のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図10】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図9】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図10】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図9】
【図11】
【公開番号】特開2006−127898(P2006−127898A)
【公開日】平成18年5月18日(2006.5.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−314226(P2004−314226)
【出願日】平成16年10月28日(2004.10.28)
【出願人】(000002130)住友電気工業株式会社 (12,747)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年5月18日(2006.5.18)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年10月28日(2004.10.28)
【出願人】(000002130)住友電気工業株式会社 (12,747)
【Fターム(参考)】
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