ＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料
【課題】大型の超伝導成形体を製造でき、製造後の圧延、押出し、穴あけ、切削などの機械加工が可能な高体積率のＭｇＢ２を含む超伝導体を提供する。
【解決手段】ＭｇＢ２粒子を０．１〜１０ＭＰａの圧カで加圧成形しＭｇＢ２の体積率が２０〜５０％のプリフォームを形成し、このプリフォームに１２７３Ｋ以下のアルミニウム溶湯を５〜１０ＭＰａで加圧浸透させると同時に底面から急冷してＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料を製造する。
【解決手段】ＭｇＢ２粒子を０．１〜１０ＭＰａの圧カで加圧成形しＭｇＢ２の体積率が２０〜５０％のプリフォームを形成し、このプリフォームに１２７３Ｋ以下のアルミニウム溶湯を５〜１０ＭＰａで加圧浸透させると同時に底面から急冷してＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導特性を有するＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料に関する。さらに詳しくは、大型の成形体が製造でき、また、製造後に圧延、押出し、穴あけ、切削などの機械加工が容易な超伝導特性を有するＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８６年、ベドノルツとミユーラーが初めて混合酸化物Ｂａ−Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ系のセラミック高温超伝導体を発見した。
【非特許文献１】
【０００３】
続いて、ＢａをＳｒやＣａで置換されたＳｒ−Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ系やＣａ−Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ系の超伝導体が続々発見された。これらのＬａ２−ｘＭｘＣｕＯ４−δ（Ｍ＝Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）系超伝導体の超伝導転移温度Ｔｃは３０〜４０Ｋ級である。
【０００４】
さらに続いて、チユーらにより、液体窒素温度（７７Ｋ）より高い９０ＫのＴｃをもつＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δが発見された。
【非特許文献２】Ｍ．Ｋ．Ｗｕ，Ｊ．Ｒ．Ａｓｈｂｕｒｎ，Ｃ．Ｔ．Ｔｏｒｎｇ，Ｐ．Ｈ．Ｈｏｒ，Ｒ．Ｌ．Ｇａｏ，Ｚ．Ｊ．Ｈｕａｎｇ，Ｙ．Ｑ．Ｗａｎｇ ａｎｄ Ｃ．Ｗ．Ｃｈｕ：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，５８，９０８（１９８７）
【０００５】
また、最近はＴｃが１００Ｋを越えるＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系やＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の超伝導体があいついで発見されており、酸化物高温超伝導体の発展はめざましいものがある。しかし、これらの酸化物超伝導体はセラミックのため線引きできない欠点がある。
【０００６】
一方、極く最近、酸化物超伝導体ではない新規なＭｇＢ２超伝導体が開発された。
【非特許文献３】Ｊ．Ｎａｇａｍａｔｓｕ，Ｎ．Ｎａｋａｇａｗａ，Ｔ．Ｍｕｒａｎａｋａ，Ｙ．Ｚｅｎｉｔａｎｉ ａｎｄ Ｊ．Ａｋｉｍｉｔｓｕ：Ｎａｔｕｒｅ ４１０，６３（２００１）
【０００７】
このＭｇＢ２超伝導体は、マグネシアやホウ酸などを混合して還元雰囲気での固相焼結法で製造されることから製造可能なサイズに制約がある欠点がある。
また、この方法で製造された場合には、基本的には製品形状に近い形で製造されるが、セラミックス特有の脆性が免れず、その後の機械加工が必ずしも十分ではないという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の種々な欠点を克服し、大型の超伝導成形体を製造でき、製造後の圧延、押出し、穴あけ、切削などの機械加工が可能な高体積率のＭｇＢ２を含む超伝導体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために、本発明者等はＡｌ中にＭｇＢ２粒子を高体積率、かつ、均一に分散することを着想し本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明は、ＭｇＢ２粒子を０．１〜１０ＭＰａの圧力で加圧成形しＭｇＢ２の体積率が２０〜５０％のプリフォームを形成し、該プリフォームに１２７３Ｋ以下のアルミニウム溶湯を５〜１０ＭＰａで加圧浸透させると同時に底面から急冷して製造されたことを特徴とするＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料である。
【００１１】
本発明は、ＭｇＢ２粒子の粒子径が５０ミクロン以下であることを特徴とする前記記載のＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料である。
【００１２】
本発明は、前記記載の方法で製造され、超伝導転移温度Ｔｃが４０Ｋ以下で超伝導特性を発現することを特徴とするＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来の大量のバインダー添加や造粉粒作製の工程や雰囲気を制御した焼結の工程なしに、高圧鋳造法に近い形での製造法によって製造されることから、大型のＭｇＢ２の超伝導成形体を製造することができる。また、製造後の圧延、押出し、穴あけ、切削などの機械加工が可能となる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明において、ＭｇＢ２の体積率を２０〜５０％に限定した理由は、２０％以下では超伝導特性を発現せず、５０％以上ではもろくて機械加工性が得られないからである。
【００１５】
本発明において、ＭｇＢ２粒子の粒子径を５０ミクロン以下に限定した理由は、５０ミクロン以上ではもろくて機械加工性が得られないからである。
【００１６】
医療装置のＭＲＩ装置や分析装置のＮＭＲ装置は、超伝導磁石で磁場を作っており、冷凍機でヘリウムガスを液化循環させたり、２〜３ケ月ごとに液体ヘリウムを充填する。この時、冷凍機の性能が不安定だったり、液体ヘリウムの充填の際に温度がふらつくと、クエンチ現象で、超伝導から常伝導にかわり、超伝導磁石がジュール熱で一気に高温になる。このため液体ヘリウムが沸騰し、ヘリウムガスがこれらの装置からものすごい勢いで吹き出す。
【００１７】
こういうクエンチという事故を防ぐには、超伝導磁石（４Ｋ）と外部の電源装置（３００Ｋ）を超伝導転移温度がより高い電力リード線材料でつなぐことが効果的であることが知られている。
本発明になる複合材料の超伝導転移温度は約４０Ｋであり、従来のニオブをベースとした合金の超伝導転移温度２０Ｋに比較して２倍ほど高いため、電力リード線材料として本発明の複合材料を使用することによって、超伝導状態がより安定し、クエンチ事故を防止することができる。
【実施例１】
【００１８】
粒子径４０ミクロン以下のＭｇＢ２粒子３０ｇを０．１ＭＰａの圧力で加圧成形し、ＭｇＢ２の体積率が４０％で３０φ×４２ｍｍの形状のプリフォームを製造した。
【００１９】
次ぎに、ＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料の製造に用いた装置の模式図を図１に示す。
電気炉７の中に金型１を入れ、その金型１の中に前記のプリフォーム２を入れ、そのプリフォームの上に黒鉛３を載せ、黒鉛３の上に絞り板４を載せた。この状態で金型を加熱した。金型が９２３Ｋに達した後、１０７３ＫのＡｌ溶湯５を注いだ。Ａｌ溶湯の量はプリフォームの体積とほぼ同等の量とした。このＡｌ溶湯の上に黒鉛蓋６を載せ、上部より７ＭＰａで２分間加圧してプリフォーム中にＡｌの溶湯を浸透させた。また、加圧と同時に金型の下部を冷却水８で冷却した。その後、製造したＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合成形体を取り出した。
【００２０】
この成形体を縦方向から二等分に切断した。その切断面を電子顕微鏡で観察した結果を図２に示す。
図２から明らかなように、Ａｌ母相にＭｇＢ２粒子が高体積率、かつ、均一に分散していることがわかった。
また、その切断面の電気抵抗を測定した結果を図３に示す。
図３から明らかなように、温度４０Ｋで超伝導現象が発現することがわかった。この超伝導転移温度４０ＫはＭｇＢ２のみの超伝導転移温度とほぼ同じである。
【比較例１】
【００２１】
粒子径５５ミクロン以上のＭｇＢ２粒子を用いた以外は、実施例１と同一条件でＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料を製造した。この複合材料を実施例１と同様な方法で切断しようとしたが、うまく切断できず、機械加工性が極めて悪いことがわかった。
【比較例２】
【００２２】
ＭｇＢ２粒子を４１ｇ使用した以外は、実施例１と同一条件でプリフォームを製造した。この時のＭｇＢ２の体積率は５４．７％であった。
このプリフォームを実施例１と同一条件でＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料を製造した。この複合材料を実施例１と同様な方法で切断しようとしたが、うまく切断できず、機械加工性が極めて悪いことがわかった。
【比較例３】
【００２３】
ＭｇＢ２粒子を１１ｇ使用した以外は、実施例１と同一条件でプリフォームを製造した。この時のＭｇＢ２の体積率は１５．７％であった。
このプリフォームを実施例１と同一条件でＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料を製造した。この複合材料を実施例１と同様な方法で切断し、その切断面の電気抵抗を測定した結果、超伝導特性を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料は、超伝導を使用する医療機器、分析機器、交通機器、電力機器、エネルギー機器等広範囲にわたる産業分野に応用でき、その利用価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料の製造に用いた装置の模式図である。
【図２】本発明の電子顕微鏡による観察結果を示す写真である。
【図３】本発明の電気抵抗の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１． 金型
２． プリフォーム
３． 黒鉛
４． 絞り板
５． Ａｌ溶湯
６． 黒鉛蓋
７． 電気炉
８． 冷却水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導特性を有するＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料に関する。さらに詳しくは、大型の成形体が製造でき、また、製造後に圧延、押出し、穴あけ、切削などの機械加工が容易な超伝導特性を有するＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８６年、ベドノルツとミユーラーが初めて混合酸化物Ｂａ−Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ系のセラミック高温超伝導体を発見した。
【非特許文献１】
【０００３】
続いて、ＢａをＳｒやＣａで置換されたＳｒ−Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ系やＣａ−Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ系の超伝導体が続々発見された。これらのＬａ２−ｘＭｘＣｕＯ４−δ（Ｍ＝Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）系超伝導体の超伝導転移温度Ｔｃは３０〜４０Ｋ級である。
【０００４】
さらに続いて、チユーらにより、液体窒素温度（７７Ｋ）より高い９０ＫのＴｃをもつＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δが発見された。
【非特許文献２】Ｍ．Ｋ．Ｗｕ，Ｊ．Ｒ．Ａｓｈｂｕｒｎ，Ｃ．Ｔ．Ｔｏｒｎｇ，Ｐ．Ｈ．Ｈｏｒ，Ｒ．Ｌ．Ｇａｏ，Ｚ．Ｊ．Ｈｕａｎｇ，Ｙ．Ｑ．Ｗａｎｇ ａｎｄ Ｃ．Ｗ．Ｃｈｕ：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，５８，９０８（１９８７）
【０００５】
また、最近はＴｃが１００Ｋを越えるＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系やＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の超伝導体があいついで発見されており、酸化物高温超伝導体の発展はめざましいものがある。しかし、これらの酸化物超伝導体はセラミックのため線引きできない欠点がある。
【０００６】
一方、極く最近、酸化物超伝導体ではない新規なＭｇＢ２超伝導体が開発された。
【非特許文献３】Ｊ．Ｎａｇａｍａｔｓｕ，Ｎ．Ｎａｋａｇａｗａ，Ｔ．Ｍｕｒａｎａｋａ，Ｙ．Ｚｅｎｉｔａｎｉ ａｎｄ Ｊ．Ａｋｉｍｉｔｓｕ：Ｎａｔｕｒｅ ４１０，６３（２００１）
【０００７】
このＭｇＢ２超伝導体は、マグネシアやホウ酸などを混合して還元雰囲気での固相焼結法で製造されることから製造可能なサイズに制約がある欠点がある。
また、この方法で製造された場合には、基本的には製品形状に近い形で製造されるが、セラミックス特有の脆性が免れず、その後の機械加工が必ずしも十分ではないという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の種々な欠点を克服し、大型の超伝導成形体を製造でき、製造後の圧延、押出し、穴あけ、切削などの機械加工が可能な高体積率のＭｇＢ２を含む超伝導体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために、本発明者等はＡｌ中にＭｇＢ２粒子を高体積率、かつ、均一に分散することを着想し本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明は、ＭｇＢ２粒子を０．１〜１０ＭＰａの圧力で加圧成形しＭｇＢ２の体積率が２０〜５０％のプリフォームを形成し、該プリフォームに１２７３Ｋ以下のアルミニウム溶湯を５〜１０ＭＰａで加圧浸透させると同時に底面から急冷して製造されたことを特徴とするＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料である。
【００１１】
本発明は、ＭｇＢ２粒子の粒子径が５０ミクロン以下であることを特徴とする前記記載のＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料である。
【００１２】
本発明は、前記記載の方法で製造され、超伝導転移温度Ｔｃが４０Ｋ以下で超伝導特性を発現することを特徴とするＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来の大量のバインダー添加や造粉粒作製の工程や雰囲気を制御した焼結の工程なしに、高圧鋳造法に近い形での製造法によって製造されることから、大型のＭｇＢ２の超伝導成形体を製造することができる。また、製造後の圧延、押出し、穴あけ、切削などの機械加工が可能となる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明において、ＭｇＢ２の体積率を２０〜５０％に限定した理由は、２０％以下では超伝導特性を発現せず、５０％以上ではもろくて機械加工性が得られないからである。
【００１５】
本発明において、ＭｇＢ２粒子の粒子径を５０ミクロン以下に限定した理由は、５０ミクロン以上ではもろくて機械加工性が得られないからである。
【００１６】
医療装置のＭＲＩ装置や分析装置のＮＭＲ装置は、超伝導磁石で磁場を作っており、冷凍機でヘリウムガスを液化循環させたり、２〜３ケ月ごとに液体ヘリウムを充填する。この時、冷凍機の性能が不安定だったり、液体ヘリウムの充填の際に温度がふらつくと、クエンチ現象で、超伝導から常伝導にかわり、超伝導磁石がジュール熱で一気に高温になる。このため液体ヘリウムが沸騰し、ヘリウムガスがこれらの装置からものすごい勢いで吹き出す。
【００１７】
こういうクエンチという事故を防ぐには、超伝導磁石（４Ｋ）と外部の電源装置（３００Ｋ）を超伝導転移温度がより高い電力リード線材料でつなぐことが効果的であることが知られている。
本発明になる複合材料の超伝導転移温度は約４０Ｋであり、従来のニオブをベースとした合金の超伝導転移温度２０Ｋに比較して２倍ほど高いため、電力リード線材料として本発明の複合材料を使用することによって、超伝導状態がより安定し、クエンチ事故を防止することができる。
【実施例１】
【００１８】
粒子径４０ミクロン以下のＭｇＢ２粒子３０ｇを０．１ＭＰａの圧力で加圧成形し、ＭｇＢ２の体積率が４０％で３０φ×４２ｍｍの形状のプリフォームを製造した。
【００１９】
次ぎに、ＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料の製造に用いた装置の模式図を図１に示す。
電気炉７の中に金型１を入れ、その金型１の中に前記のプリフォーム２を入れ、そのプリフォームの上に黒鉛３を載せ、黒鉛３の上に絞り板４を載せた。この状態で金型を加熱した。金型が９２３Ｋに達した後、１０７３ＫのＡｌ溶湯５を注いだ。Ａｌ溶湯の量はプリフォームの体積とほぼ同等の量とした。このＡｌ溶湯の上に黒鉛蓋６を載せ、上部より７ＭＰａで２分間加圧してプリフォーム中にＡｌの溶湯を浸透させた。また、加圧と同時に金型の下部を冷却水８で冷却した。その後、製造したＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合成形体を取り出した。
【００２０】
この成形体を縦方向から二等分に切断した。その切断面を電子顕微鏡で観察した結果を図２に示す。
図２から明らかなように、Ａｌ母相にＭｇＢ２粒子が高体積率、かつ、均一に分散していることがわかった。
また、その切断面の電気抵抗を測定した結果を図３に示す。
図３から明らかなように、温度４０Ｋで超伝導現象が発現することがわかった。この超伝導転移温度４０ＫはＭｇＢ２のみの超伝導転移温度とほぼ同じである。
【比較例１】
【００２１】
粒子径５５ミクロン以上のＭｇＢ２粒子を用いた以外は、実施例１と同一条件でＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料を製造した。この複合材料を実施例１と同様な方法で切断しようとしたが、うまく切断できず、機械加工性が極めて悪いことがわかった。
【比較例２】
【００２２】
ＭｇＢ２粒子を４１ｇ使用した以外は、実施例１と同一条件でプリフォームを製造した。この時のＭｇＢ２の体積率は５４．７％であった。
このプリフォームを実施例１と同一条件でＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料を製造した。この複合材料を実施例１と同様な方法で切断しようとしたが、うまく切断できず、機械加工性が極めて悪いことがわかった。
【比較例３】
【００２３】
ＭｇＢ２粒子を１１ｇ使用した以外は、実施例１と同一条件でプリフォームを製造した。この時のＭｇＢ２の体積率は１５．７％であった。
このプリフォームを実施例１と同一条件でＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料を製造した。この複合材料を実施例１と同様な方法で切断し、その切断面の電気抵抗を測定した結果、超伝導特性を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料は、超伝導を使用する医療機器、分析機器、交通機器、電力機器、エネルギー機器等広範囲にわたる産業分野に応用でき、その利用価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料の製造に用いた装置の模式図である。
【図２】本発明の電子顕微鏡による観察結果を示す写真である。
【図３】本発明の電気抵抗の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１． 金型
２． プリフォーム
３． 黒鉛
４． 絞り板
５． Ａｌ溶湯
６． 黒鉛蓋
７． 電気炉
８． 冷却水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＢ２粒子を０．１〜１０ＭＰａの圧力で加圧成形しＭｇＢ２の体積率が２０〜５０％のプリフォームを形成し、該プリフォームに１２７３Ｋ以下のアルミニウム溶湯を５〜１０ＭＰａで加圧浸透させると同時に底面から急冷して製造されたことを特徴とするＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料。
【請求項２】
ＭｇＢ２粒子の粒子径が５０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１記載のＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料。
【請求項３】
請求項１、請求項２の方法で製造され、超伝導転移温度Ｔｃが４０Ｋ以下で超伝導特性を発現することを特徴とするＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料。
【請求項１】
ＭｇＢ２粒子を０．１〜１０ＭＰａの圧力で加圧成形しＭｇＢ２の体積率が２０〜５０％のプリフォームを形成し、該プリフォームに１２７３Ｋ以下のアルミニウム溶湯を５〜１０ＭＰａで加圧浸透させると同時に底面から急冷して製造されたことを特徴とするＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料。
【請求項２】
ＭｇＢ２粒子の粒子径が５０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１記載のＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料。
【請求項３】
請求項１、請求項２の方法で製造され、超伝導転移温度Ｔｃが４０Ｋ以下で超伝導特性を発現することを特徴とするＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−４０８５２（Ｐ２００６−４０８５２Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４１６９５（Ｐ２００４−２４１６９５）
【出願日】平成１６年７月２６日（２００４．７．２６）
【出願人】（０００１４３４１１）株式会社高純度化学研究所 (18)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２６日（２００４．７．２６）
【出願人】（０００１４３４１１）株式会社高純度化学研究所 (18)
【Ｆターム（参考）】
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