(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型のキャビティ内にＭｇＢ２粒子を充填し、一方から溶融又は半溶融状態のマグネシウム又はマグネシウム合金を加圧浸透させると同時に他方から冷却して製造されたことを特徴とするマグネシウム系複合材料。
【請求項２】
ＭｇＢ２粒子は平均粒子径が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のマグネシウム系複合材料。
【請求項３】
ＭｇＢ２粒子は０．０５〜１０ＭＰａの圧力で加圧成形されたプリフォーム体であることを特徴とする請求項１又は２記載のマグネシウム系複合材料。
【請求項４】
４０Ｋ以下で超伝導特性を発現することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマグネシウム系複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超伝導特性を発現する、マグネシウム又はマグネシウム合金を母相とする複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導特性を発現するマグネシウム系の複合材料としては、Ｍｇ，ＭｇＨ，ＭｇＯ粉末等のＭｇ含有粉末と、Ｂ，Ｂ４Ｃ，Ｂ２Ｏ３等のＢ含有粉末とを混合し、銅や鉄製のパイプにつめて線引き、あるいは圧延し、その後に焼結することでＭｇＢ２を生成させる方法（ＰＩＴ法）が公知である。
また、Ｍｇ合金にＢ含有粉末を混合し、複合材料の作製工程でＭｇＢ２を生成させる技術も公知である。
しかし、これらの方法は複合材料中に粒子に起因する空隙欠陥が生じやすく、高温で焼結処理する際に原料粉末を充填した金属管と一部反応したり、粒子が酸化する問題もあった。
また、製造工程そのものが複雑であり、焼結材料のため製造後に曲げ加工等が難しい問題もあった。
【０００３】
そこで、特許文献１にＭｇＢ２粒子のプリフォーム体にアルミニウムの溶湯を加圧浸透させることで超伝導特性を発現するＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料を開示し、特許文献２に鋳型のキャビティ内に無機粉体を充填し、これに半溶融状態のアルミニウムを加圧浸透させるＭｇＢ２粒子−Ａｌ複合材料を開示する。
なお、特許文献２は文面上、半溶融状態の軽金属を加圧浸透させると記載されているが、超伝導材料としては母相にアルミニウムを用いた具体例のみが開示されているに過ぎない。
【０００４】
しかし、上記母相を用いたアルミニウムは純アルミニウムで融点が９３３Ｋ（６６０℃）で半溶融状態はその前後の固液共存領域となるのに対して、マグネシウムを母相に用いると、純マグネシウムの融点が９２３Ｋ（６５０℃）でその前後の温度範囲が半溶融状態となる固液共存領域となり、アルミニウムよりもマグネシウムの方が融点で１０Ｋ低温である。
また、半溶融温度域は約９１３〜９６３Ｋである。
また、Ａｌの比重は約２．７であるのに対してＭｇの比重は約１．７と軽い。
このように、ＭｇはＡｌよりも融点が低く、軽い点に着目し、本発明に至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１２５２７２号公報
【特許文献２】特開２００８−２００７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、超伝導特性に優れた、母相にマグネシウム又はマグネシウム合金を用いたＭｇＢ２粒子との複合材料の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るマグネシウム系複合材料は、鋳型のキャビティ内にＭｇＢ２粒子を充填し、一方から溶融又は半溶融状態のマグネシウム又はマグネシウム合金を加圧浸透させると同時に他方から冷却して製造されたことを特徴とする。
ここで、ＭｇＢ２粒子は平均粒子径が５０μｍ以下であるのが好ましい。
平均粒子径が５０μｍを超えると脆くなり、機械加工性が低下するからである。
【０００８】
ＭｇＢ２粒子は、鋳型のキャビティ内に直接０．０５〜１０ＭＰａの圧力で加圧充填してもよいが、予め０．０５〜１０ＭＰａの圧力で加圧成形したプリフォーム体を用いてもよい。
ここで加圧するのは、ＭｇＢ２の体積率を高くすることで複合材料中のＭｇＢ２の密度を向上させるのが目的であり、ＭｇＢ２の体積率は３０〜７０％の範囲が好ましい。
ＭｇＢ２の体積率が７０％を超えると複合材料が脆くなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るマグネシウム系複合材料は、ＭｇＢ２粒子に母相としてマグネシウム又はマグネシウム合金を加圧浸透させたので４０Ｋ以下の３７〜３８Ｋ付近で超伝導特性を発現し、公知のアルミニウムを母相としたものに比較して、優れた超伝導特性を示し、しかも軽量である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】製造例１に用いた金型を示す。
【図２】製造例２に用いたを示す。
【図３】（ａ）ＭｇＢ２／純Ｍｇ超伝導体ビレットの縦断面の接写と、（ｂ）（ａ）中に四角で記した部分のＳＥＭによる拡大像を示す。（ｃ）ＭｇＢ２／ＡＺ９１超伝導体ビレットの縦断面の接写と、（ｄ）（ｃ）中に四角で記した部分のＳＥＭによる拡大像を示す。
【図４】電気抵抗率の温度依存性グラフを示す。
【図５】磁化率の温度依存性グラフを示す。
【図６】Ｂｅａｎの式で算出した臨界電流密度（Ｊｃ）の外部磁場依存性グラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、具体的に本発明に係るマグネシウム系複合材料の製造例を説明するが、これに限定されるものではない。
【００１２】
［製造例１］
図１に金型の構造を模式的に示す。
金型１０は軟鋼製で、φ７０ｍｍ×１１７ｍｍの外観をしている。金型内部は二段構造となっており、下段に複合材料作製部１１、上段に溶湯保持部１２がある。
下段の複合材料作製部１１はφ３２．６ｍｍ×５５ｍｍであり、溶湯保持部１２はφ４９．７ｍｍ×５０ｍｍである。
＜母相金属の成形＞
純度９９．９％のＭｇをφ４９ｍｍ×２５ｍｍに成形した。
＜プリフォームの作製＞
株式会社高純度化学研究所製の平均粒子径４０μｍ以下のＭｇＢ２粒子３０ｇを０．１ＭＰａの圧力で加圧成形し、φ３０ｍｍ×４２ｍｍの形状のプリフォーム（Ｐ）を製造した。
＜複合材料の製造＞
金型１０の複合材料作製部１１に離型剤としてＴｉＯ２を塗布する。
その後、金網、プリフォーム（Ｐ）を金型に挿入し、そのプリフォームの上に黒鉛１３を設置し、その黒鉛の上に軟鋼で作製した孔径φ１２ｍｍの絞り板１４を載せた。
絞り板の上にＭｇ（Ｍ）を設置した。
この状態で金型を９９％ＣＯ２＋１％ＳＦ６混合ガス雰囲気中で環状炉にて加熱した。
Ｍｇの温度が９３３Ｋに達して溶解した後、溶湯の上に黒鉛蓋１５を載せ、上部より油圧プレスにて２分間加圧して、プリフォーム内にＭｇ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で冷却した。
その後、製造したＭｇＢ２／Ｍｇ複合材料ビレットを取り出した。
このようにして得られたＭｇＢ２／Ｍｇ複合材料ビレットの内容を下記に示す。
ビレット寸法 ：φ２７．２ｍｍ×３５．１ｍｍ
ビレット重量 ：５０．５ｇ
ビレット体積 ：２２．８２３ｃｍ３
ビレット比重 ：２．２１２ｇ／ｃｍ３
粒子体積率 ：５１％
【００１３】
［製造例２］
使用した金型１０ａの模式図を図２に示し、軟鋼製で、φ７０ｍｍ×８５ｍｍの外観をしている。
金型内部は二段構造となっており、下段に複合材料作製部１１ａ、上段に半溶融金属保持部１２ａがある。
下段の複合材料作製部１１ａはφ１０ｍｍ×３０ｍｍであり、半溶融金属保持部１２ａはφ４９．７ｍｍ×４３ｍｍである。
＜母相金属の成形＞
ＡＳＴＭ規格のＡＺ９１（Ａｌ：８．３〜９．２ｗｔ．％，Ｚｎ：０．４５〜０．９ｗｔ．％，Ｍｎ：０．１７〜０．５０ｗｔ．％，Ｓｉ：＜０．２０ｗｔ．％，Ｃｕ：＜０．０１５ｗｔ．％，Ｎｉ：＜０．００１ｗｔ．％，Ｆｅ：＜０．００４ｗｔ．％）相当の合金をφ４９ｍｍ×２５ｍｍに成形した。
＜複合材料の製造＞
金型の複合材料作製部１１ａに離型剤としてＴｉＯ２を塗布する。
その後、金網、金型の複合材料作製部１１ａにＭｇＢ２粒子を０．１ＭＰａの圧力をかけて充填する。
その後、金型の半溶融金属保持部１２ａにＡＺ９１合金を設置した。
この状態で金型を９９％ＣＯ２＋１％ＳＦ６混合ガス雰囲気中で環状炉にて加熱した。
ＡＺ９１合金の温度が８２３Ｋで、半溶融状態に達した後、ＡＺ９１合金の半溶融金属の上に黒鉛蓋１５を載せ、上部より油圧プレスにて１分間加圧して、粒子内にＡＺ９１合金の半溶融金属を浸透させ、金型を直接水冷した。
その後、製造したＭｇＢ２／ＡＺ９１複合材料ビレットを取り出した。
このようにして得られたＭｇＢ２／ＡＺ９１複合材料ビレットの内容を下記に示す。
ビレット寸法 ：φ１０ｍｍ×２７．６ｍｍ
ビレット重量 ：４．５ｇ
ビレット体積 ：１．９９ｃｍ３
ビレット比重  ：２．２６２ｇ／ｃｍ３
粒子体積率    ：５２％
【００１４】
上記製造例１，２にて製造した複合材料の評価結果を次に示す。
図３（ａ）は、ＭｇＢ２／純Ｍｇ超伝導体ビレットを縦方向に切断し、その断面を接写した図である。
濃いグレーの部分が超伝導粒子とマグネシウムが複合している領域であり、矢印で記した両端は、粒子がほとんど存在していない純マグネシウムの部分である。
この図から明らかなように、鋳造による巣や、凝固収縮による割れ、あるいは粒子のみが凝集している部分など、ビレットとしての顕著な欠陥は観察されない。
図３（ｂ）は、（ａ）中に四角で記した部分を、ＳＥＭで拡大して観察した画像である。濃いグレーがＭｇＢ２粒子で、薄いグレーの部分がマグネシウム母相である。
この倍率においても、粒子の凝集や巣、割れなどの欠陥らしきものは観察されないことから、きわめて良好なビレットが得られたと判断される。
図３（ｃ）は、ＭｇＢ２／ＡＺ９１超伝導体ビレットの切断面を示し、（ｄ）（ｃ）中に四角で記した部分のＳＥＭ拡大画像を示す。
ＭｇＢ２／ＡＺ９１ビレットも内部が良好であった。
図４は、このビレットを用いて電気抵抗率の温度依存性を測定した結果である。
図中には、ＭｇＢ２／Ａｌ超伝導体の結果も示した。
いずれの試料も、電気抵抗は３８Ｋあたりから減少し、とくに母相をＡＺ９１とした合金では、残留抵抗が高く、電気抵抗率の大きな減少が顕著に確認される。
図５は、これらの試料で測定した磁化率の温度依存性である。
ここでも３７Ｋあたりから磁化率の低下がみられ、電気抵抗率同様、超伝導材料としての特徴を示した。
特にＭｇＢ２／Ｍｇの方がＭｇＢ２／Ａｌよりも約１Ｋ高い温度から磁化率の低下が認められる。
図６は、磁化率の外部磁場に対する依存性の結果を用いて、Ｂｅａｎの式で算出された臨界電流密度Ｊｃである。
高いＪｃを達成しており、特にＡＺ９１では、３００００Ｇ（３Ｔ）で１０５Ａ／ｃｍ２であり、実用されているＮｂ−Ｓｎ超伝導体で達成されている値に等しい。
以上のことから、母相にマグネシウム又はマグネシウム合金を用いた方がアルミニウムを用いたものより超伝導特性に優れ、且つ軽量であった。
【符号の説明】
【００１５】
１０      金型
【図４】
0005483078.tif 000002
【図５】
0005483078.tif 000003
【図６】
0005483078.tif 000004
【図１】
0005483078.tif 000005
【図２】
0005483078.tif 000006
【図３】
0005483078.tif 000007