図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2003年4月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (0)

図面はありません

課題

MgB2硼化物金属系超伝導体組織に有効なピンニングセンターを導入することにより臨界電流密度を大幅に改善した、可撓性を有する長尺のMgB2硼化物金属系超伝導体とその製造方法を提供する。

解決手段

金属管にMgB2粉末充填し、線引きや圧延によりMgB2系超伝導体を製造する方法において、MgB2粉末成型体中に展延性を有する金属を内蔵することを特徴とするMgB2系超伝導体及びその製造方法。

概要

背景

常伝導状態から超伝導状態遷移する臨界温度(Tc)が、従来の金属系超伝導体の臨界温度よりも約2倍高い硼化物金属系超伝導体の存在が最近見出された。

MgB2で示される組成のこの超伝導体は、約40Kの高いTcを示すことから、液体ヘリウム(4.2K)で冷却する必要のあったNbTiやNb3Sn等の従来の金属系超伝導体に比べ、格段に有利な冷却条件で使用できるため実用上極めて有望な超伝導材料として研究開発が進められている。

硼化物金属系超伝導体は、硼化物特有の硬くて脆い性質を有するので、線材の形に加工する手法として次のような方法が行われている。すなわち、MgB2組成の硼化物粉末金属管充填し、これをスエージング線引き、圧延等の方法により所望の径の線材あるいは厚さのテープに加工し、これに適当な熱処理を施すことにより金属管内部の硼化物粉末を焼結してMgB2系超伝導線材などの超伝導体を製造する方法である。

概要

MgB2硼化物金属系超伝導体の組織に有効なピンニングセンターを導入することにより臨界電流密度を大幅に改善した、可撓性を有する長尺のMgB2硼化物金属系超伝導体とその製造方法を提供する。

金属管にMgB2粉末を充填し、線引きや圧延によりMgB2系超伝導体を製造する方法において、MgB2粉末成型体中に展延性を有する金属を内蔵することを特徴とするMgB2系超伝導体及びその製造方法。

目的

本発明は、MgB2硼化物金属系超伝導体の組織に有効なピンニングセンターを導入することにより磁場中における臨界電流密度を大幅に改善した、可撓性を有する長尺のMgB2硼化物金属系超伝導線材などの超伝導体とその製造方法を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
4件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

展延性を有する金属を内蔵するMgB2系超伝導体

請求項2

内蔵金属は、高電気伝導性金属またはそれらの合金であることを特徴とする請求項1に記載のMgB2系超伝導体。

請求項3

内蔵金属は、磁性金属またはそれらの合金であることを特徴とする請求項1に記載のMgB2系超伝導体。

請求項4

内蔵金属は、低融点金属またはそれらの合金であることを特徴とする請求項1に記載のMgB2系超伝導体。

請求項5

内蔵金属は、超伝導体断面の面積比で2〜50%の範囲であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のMgB2系超伝導体。

請求項6

MgB2粉末と、展延性を有する金属の小片とを混合する工程と、この混合物金属管内に充填した後、所望形状の超伝導体に延伸する工程とを備えたことを特徴とするMgB2系超伝導体の製造方法。

請求項7

金属小片は、高電気伝導性金属またはそれらの合金であることを特徴とする請求項7に記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

請求項8

金属小片は、磁性金属またはそれらの合金であることを特徴とする請求項6に記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

請求項9

金属小片は、低融点金属またはそれらの合金であることを特徴とする請求項6に記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

請求項10

金属小片は、粉末、線及び箔の形状から選択された一種又は二種以上であることを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

請求項11

金属小片は、金属管に充填される混合物に対して、得られる超伝導体の断面比で2〜50%の範囲になるように添加されることを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

請求項12

熱処理工程なしに超伝導体とすることを特徴とする請求項6〜11のいずれかに記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

請求項13

超伝導体とする工程の後または工程の途中に100℃〜900℃で熱処理する工程を備えたことを特徴とする請求項6〜11のいずれかに記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、磁気共鳴映像装置MRI)等の超伝導マグネット用線材あるいは超伝導送電等の電力輸送用導体として使用される硼化物金属系超伝導線材などのMgB2系超伝導体とその製造方法に関する。

背景技術

0002

常伝導状態から超伝導状態遷移する臨界温度(Tc)が、従来の金属系超伝導体の臨界温度よりも約2倍高い硼化物金属系超伝導体の存在が最近見出された。

0003

MgB2で示される組成のこの超伝導体は、約40Kの高いTcを示すことから、液体ヘリウム(4.2K)で冷却する必要のあったNbTiやNb3Sn等の従来の金属系超伝導体に比べ、格段に有利な冷却条件で使用できるため実用上極めて有望な超伝導材料として研究開発が進められている。

0004

硼化物金属系超伝導体は、硼化物特有の硬くて脆い性質を有するので、線材の形に加工する手法として次のような方法が行われている。すなわち、MgB2組成の硼化物粉末金属管充填し、これをスエージング線引き、圧延等の方法により所望の径の線材あるいは厚さのテープに加工し、これに適当な熱処理を施すことにより金属管内部の硼化物粉末を焼結してMgB2系超伝導線材などの超伝導体を製造する方法である。

発明が解決しようとする課題

0005

従来の製造法では、線材の芯部分に当る硼化物超伝導体部分が硬くて脆いため、可撓性のある線材を得ることが困難であった。このためコイル等として線材を利用する場合においても許容される曲率半径が制限され、巻き線工程や取り扱い上の制約が大きかった。

0006

また、MgB2粉末を金属管に充填後加工し、熱処理を施した従来の線材製造法では、超伝導体組織中へのピンニングセンターの導入が不十分なため、実用上最も重要な臨界電流密度(Jc)、特に、磁場中における臨界電流密度の低下が著しく、酸化物高温超伝導体と同様大きな問題であった。

0007

本発明は、MgB2硼化物金属系超伝導体の組織に有効なピンニングセンターを導入することにより磁場中における臨界電流密度を大幅に改善した、可撓性を有する長尺のMgB2硼化物金属系超伝導線材などの超伝導体とその製造方法を提供するものである。

課題を解決するための手段

0008

すなわち本発明は、
(1)展延性を有する金属を内蔵するMgB2系超伝導体。

0009

(2) 内蔵金属は、高電気伝導性金属またはそれらの合金であることを特徴とする(1)に記載のMgB2系超伝導体。

0010

(3) 内蔵金属は、磁性金属またはそれらの合金であることを特徴とする(1)に記載のMgB2系超伝導体。

0011

(4) 内蔵金属は、低融点金属またはそれらの合金であることを特徴とする(1)に記載のMgB2系超伝導体。

0012

(5) 内蔵金属は、超伝導体断面の面積比で2〜50%の範囲であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載のMgB2系超伝導体。

0013

(6) MgB2粉末と、展延性を有する金属の小片とを混合する工程と、この混合物を金属管内に充填した後、所望形状の超伝導体に延伸する工程とを備えたことを特徴とするMgB2系超伝導体の製造方法。

0014

(7)金属小片は、高電気伝導性金属またはそれらの合金であることを特徴とする(7)に記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

0015

(8)金属小片は、磁性金属またはそれらの合金であることを特徴とする(6)に記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

0016

(9)金属小片は、低融点金属またはそれらの合金であることを特徴とする(6)に記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

0017

(10)金属小片は、粉末、線及び箔の形状から選択された一種又は二種以上であることを特徴とする(6)〜(9)のいずれかに記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

0018

(11)金属小片は、金属管に充填される混合物に対して、得られる超伝導体の断面比で2〜50%の範囲になるように添加されることを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

0019

(12)熱処理工程なしに超伝導体とすることを特徴とする(6)〜(11)のいずれかに記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

0020

(13)超伝導体とする工程の後または工程の途中に100℃〜900℃で熱処理する工程を備えたことを特徴とする(6)〜(11)のいずれかに記載のMgB2系超伝導体の製造方法。

発明を実施するための最良の形態

0021

本発明者が着目した超伝導体とその製造方法は、酸化物高温超伝導体と同様に金属管に超伝導体粉末を充填後、線引きや圧延等により線材やテープに加工し、適当な熱処理によって超伝導線材を作製するPIT法(Powder in Tube)に基づくものであるが、充填するMgB2硼化物粉末に展延性のある金属の小片(粉末、線、箔等)を混合して、この混合物を金属管に充填し、線引きや圧延等により線材などの超伝導体に延伸する。この際、混合物に内蔵された金属の小片は、微細に延伸され、MgB2硼化物粉末が緻密な組織を形成することを助けるとともに組織中に均一に分布する。このため、内蔵金属が無い場合に比べ、線材自体の可撓性が大幅に向上する。また、MgB2硼化物超伝導体の組織中に均一微細に分布した微小常伝導金属は、磁束線のピンニングセンターとして作用するため、磁場中における臨界電流密度が大幅に改善される。このようなピンニングセンターの導入は、NbTi合金母材中にα−Ti相析出させたNbTi線材で知られている。

0022

ここで、α−Ti相は点状のピンニングセンターであるが、本発明により導入されるピンニングセンターは、内蔵された展延性のある金属が各種加工を受けることによって、線状あるいは面状の微細フィラメントのピンニングセンターとなるため、より効果的なピンニングセンターとして作用するものである。

0023

内蔵される展延性のある金属は、Au,Ag,Al,Cu等の高電気伝導性金属、FeやNi等の磁性を持つ金属、In,Pb,Sn等の低融点金属の他、Nb,V,Ta等の高融点金属が考えられる。

0024

高電気伝導性金属は、先に述べたように線材の可撓性の向上とピン止め効果に有効である他、MgB2系超伝導線材内部の冷却効率を高め、さらに超伝導状態から常伝導状態への遷移に対しても低抵抗電流バイパスとして働くため、MgB2系超伝導線材の安定化に寄与する。

0025

磁性を有する金属は、非磁性金属に比べ磁束線のピン止め力の強化にはより有効である。また、外部より磁場を印加することにより均一微細に分布した微小な金属を外部磁場の方向に配向させることが可能となるため可撓性を向上させる上でより効果的となる。さらに低融点金属はMgB2粉末となじんで、微細なフィラメントに加工され易く、MgB2結晶結合度を改善して臨界電流の向上に役立つ。

0026

本製造方法では、線引きや圧延等の加工後または加工の途中で、熱処理を行わないことを特徴の一つとしているが、熱処理を行う場合には、加工によって均一微細に分布した金属が凝集してピン止め効果が低下しない温度範囲で熱処理を行うことが望ましい。具体的には、MgB2超伝導体が分解し、超伝導特性劣化する900℃より低く、また、焼鈍の効果が期待できる100℃よりも高い熱処理温度範囲とする必要がある。この場合、高融点金属は、加工によって均一微細に分布した金属が熱処理行程において凝集しにくく、熱処理によるピン止め効果の低下が少ない長所を持つ。混合する金属小片は、超伝導体に加工された後に内蔵金属が断面積比で2〜50%の範囲となるように添加するのが好適で、内蔵金属量が断面積比で2%より少ないと内蔵の効果がなく、内蔵量が断面積比で50%より多すぎると超伝導特性が却って低下する。

0027

金属小片の径はなるべく細かいほうが良く金属管の内径にもよるが、好ましくは100μm以下、より好ましくは10μm以下が良い。なお、ここでは線材を例にとって説明したが、本発明はプレス成型した棒(電流リードなど)や円筒磁気シールドなど)の製造にも適用できる。

0028

(実施例1)粒度325メッシュ以下のCu粉末と、MgB2粉末との混合物を、外径8mm、内径6mmのNi金属管に充填後、線引き、圧延加工し、厚さ0.2〜1.2mmのMgB2超伝導テープ線材を作製した。内蔵したCu粉末量は、テープの断面積比で約10%である。加工後、熱処理を行わずに超伝導特性を評価したところ、Tcは、38から39Kで超伝導遷移を示した。また、液体ヘリウム(4.2K)中における自己磁場下の臨界電流(Ic)は、厚さ0.3mm、5mmのテープ線材で100Aであった。これは、約50,000A/cm2のJcに相当する。

0029

これに対し、Cu粉末を内蔵しないテープ線材では、液体ヘリウム中における自己磁場下のIcは50Aで、わずかのひずみによりIcが急激に低下し、測定のばらつきが大きかった。このように、Cu粉末を内蔵したNiシースMgB2硼化物系超伝導線材はJcが向上するとともに、可撓性が改善され、曲げ特性の向上が認められた。

0030

(実施例2)粒度250メッシュ以下のNi粉末と、MgB2粉末との混合物を、外径8mm、内径6mmのCu金属管に充填後、線引き、圧延加工し、厚さ0.2〜1.0mmのMgB2超伝導テープ線材を作製した。内蔵したNi粉末量は、テープの断面積比で約8%であった。加工後、熱処理を行わずに超伝導特性を評価したところ、Tcは約37Kであった。また、液体ヘリウム(4.2K)中における自己磁場下のIcは、厚さ0.3mm、巾5mmのテープ線材で50Aであった。これは、約8,000A/cm2のJcに相当する。これに対し、Ni粉末を内蔵しないテープ線材では、液体ヘリウム中における自己磁場下のIcは10Aであった。このように、Ni粉末を内蔵したCuシースMgB2硼化物超伝導テープ線材は、Ni粉末を内蔵しないテープ線材に比べ、Jcが向上すると共に、線状あるいは箔状に伸延されたNi粉末がMgB2粉末組織の機械的性質を改善するため大幅な曲げ特性の向上が認められた。

0031

(実施例3)粒度150メッシュ以下のIn粉末と、MgB2粉末との混合物を、外径8mm、内径6mmのNi金属管に充填後、スウェジングおよび線引き加工し、直径1〜2mmのMgB2超伝導丸線材を作製した。内蔵したIn粉末量は、丸線材の断面積比で約11%である。加工後、熱処理を行わずに超伝導特性を評価したところ、Tcは約37Kであった。また、液体ヘリウム(4.2K)中における自己磁場下のIcは、直径1mmの丸線材で60Aであった。これは、約30,000A/cm2のJcに相当する。Inは、柔らかく加工性富む金属であるため、サブミクロン程度までの微細なフィラメント状に加工できる。これに対し、In粉末を内蔵しない丸線材では、液体ヘリウム中における自己磁場下のIcは15Aであった。このように、In粉末を内蔵したNiシースMgB2硼化物系超伝導線材は、テープ線材と同様にJcが向上するとともに、丸線材においても可撓性が改善され、曲げ特性の向上が認められた。

発明の効果

0032

以上説明したように、本発明に基づいて作製されたMgB2硼化物系超伝導線材などの超伝導体は、展延性のある金属がMgB2硼化物中に均一微細に分散するため、可撓性のある長尺の超伝導体の製造が可能となる。この結果、超伝導体を取り扱う上での制約が大幅に改善され、コイル等の製造が容易になる。また、線引きや圧延等の加工後、MgB2硼化物中に均一微細に分散した内蔵金属は線状あるいは面状のピンニングセンターとして働くため、磁場中におけるJcが大幅に改善される。そのため、高磁場発生用のコイルへの応用範囲が大幅に広がるとともに、電力送電大電流導体としての応用も有望となる。実用的な本超伝導体を用いることにより、高価な液体ヘリウムを使わずに20K前後において、4.2Kにおける冷却能力よりも約1桁高い冷却能力が得られる冷凍機を使うことにより冷却の負担を軽減し、操作性に優れた超伝導機器の製作が容易になり、超伝導応用の飛躍発展に寄与する。

0033

従って、本発明は従来の課題を解決し、磁場中におけるJcが大幅に改善されるとともに、可撓性に優れた長尺のMgB2硼化物系超伝導体とその製造法を提供するものである。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ