(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム及び亜鉛を含み、マグネシウムを主成分とするマグネシウム合金よりなる管状部材に、ホウ素を含む粉末を充填した棒状複合体を作製し、
前記管状部材を接触させた状態で複数本の前記棒状複合体を金属管に挿入した後、
前記金属管を長尺化し、マグネシウムの融点以上で熱処理してマグネシウムとホウ素を反応させニホウ化マグネシウム超電導芯を生成させることを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された超電導線材の製造方法であって、
複数本の前記長尺化された金属管を一体化して多芯化した後に、さらに長尺化することを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載された超電導線材の製造方法であって、
前記複数本の金属管を、撚り合わせて一体化することを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載された超電導線材の製造方法であって、前記管状部材は、シート状部材を巻いて形成された部材であることを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載された超電導線材の製造方法であって、
前記シート状部材の一部を、前記ホウ素を含む粉末の内部に渦巻状に配置することを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載された超電導線材の製造方法であって、
前記管状部材には、長尺化したときに開く切れ目を設けたことを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載された超電導線材の製造方法であって、
前記長尺化する工程は、２００〜６００℃の温度に加熱しながら、押し出し，引き抜き，圧延，鍛造の少なくともいずれか、もしくは複数の加工を施す工程であることを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載された超電導線材の製造方法であって、
前記複数本の棒状複合体は、少なくとも２種類の異なる断面形状を有することを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載された超電導線材の製造方法であって、
前記管状部材は、マグネシウムを８０重量％以上含むマグネシウム合金よりなることを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項１０】
二ホウ化マグネシウムを含む超電導芯と、前記超電導芯を覆う金属管とを有する超電導線材であって、
前記超電導芯は断面に網目状のボイドを有し、かつ前記網目状のボイドは超電導芯の長手方向に伸びていることを特徴とする超電導線材。
【請求項１１】
請求項１０に記載された超電導線材であって、
前記超電導芯はアルミニウム及び亜鉛を含むことを特徴とする超電導線材。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載された超電導線材であって、
前記金属管に覆われた超電導芯を複数備えたことを特徴とする超電導線材。
【請求項１３】
請求項１２に記載された超電導線材であって、
前記複数の超電導芯は、撚り合わせられた形状を有することを特徴とする超電導線材。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３のいずれかに記載された超電導線材であって、
前記超電導芯は、前記網目状のボイドとつながる渦巻状のボイドを備えることを特徴とする超電導線材。
【請求項１５】
請求項１０ないし１４のいずれかに記載された超電導線材であって、
前記網目状のボイドは、少なくとも一箇所に存在する二ホウ化マグネシウムよりなる橋構造で切断されていることを特徴とする超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い臨界電流密度を有する二ホウ化マグネシウム（以下、ＭｇＢ2）系超電導線材の製造方法と、これにより得られるＭｇＢ2系超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭｇＢ2超電導線材の製造方法として、ＭｇとＢ、またはＭｇＢ2の微細な粉末を金属管に詰めたビレットに長尺化塑性加工を施す方法（powder-in-tube法（以下、ＰＩＴ法））が知られている（例えば、特許文献１）。しかし、長尺化塑性加工の途中で、ビレットの亀裂または破断が発生する問題があった。また、ビレットに亀裂や破断が起きない場合でも、ビレット内の超電導芯の太さの乱れ（以下、ソーセジング）が発生して、実効的な超電導線の臨界電流密度（以下、Ｊｃ）を大きく下げる問題があった（例えば、非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１７３６９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】M. H. Hancock and N. Bay, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 17, no. 2, p. 3054 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明が解決しようとする課題は、ＭｇＢ2超電導線材の製造工程において、長尺化塑性加工する途中で、ビレットの亀裂または破断が発生する点と、ビレット内の超電導芯にソーセジングが発生する点を解消し、高Ｊｃを達成する超電導線材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、マグネシウムを主成分とする管状部材に、ホウ素を含む粉末を充填して棒状の複合体を作製し、複数本の棒状複合体を一体化して加熱することにより、ＭｇＢ2超電導線を製造したことにある。金属管に複数本の棒状複合体を挿入して単芯線ビレットを作製することにより、長尺化加工の際、棒状複合体に充填されたＢを含む粉末がビレット内で均一に移動することになり、長尺化塑性加工による粉末密度の不均一化が低減される。
【０００７】
Ｍｇを８０％以上含有する管状部材にＢを含む粉末を充填して棒状の複合体を作製し、複数本の棒状複合体を金属管に挿入して単芯線ビレットを作る。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、ビレットの亀裂と破断および超電導芯のソーセジングが防止できる。その結果、高Ｊｃを達成する超電導線材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ビレットの製作方法を示す図である。
【図２】単芯線ビレットの断面図である。
【図３】単芯線ビレットから多芯のＭｇＢ2超電導線材を作製する工程を示す図である。
【図４】従来技術と第１実施例における長尺化塑性加工中の粉末の流れを対比して示す図である。
【図５】従来技術と第１実施例における長尺化塑性加工中の粉末と金属管の関係を対比して示す図である。
【図６】第１実施例における熱処理後の多芯ＭｇＢ2超電導線材の断面と、単芯線ビレット内に生成された超電導芯の断面を示す図である。
【図７】第２実施例における管状部材の切れ目とその作用を示す図である。
【図８】第３実施例における棒状複合体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、ＭｇとＢ、またはＭｇＢ2の微細な粉末を円筒状の金属管に詰めた第１ビレットに長尺化塑性加工を施す、powder-in-tube法（以下、ＰＩＴ法）を根本的に改善する方法であり、具体的には、マグネシウムを主成分とする管状部材に、ホウ素を含む粉末を充填して棒状の複合体を作製し、複数本の棒状複合体を一体化して加熱することにより、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ2）超電導線を製造したことにある。
【００１１】
ＭｇＢ2は２００１年に発見された超電導物質である。ＭｇＢ2は超電導状態になる臨界温度が絶対温度３９度であり、永久電流通電ができる超電導物質の中では最も高い臨界温度を持つ。このため、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）用超電導磁石のように安定な強磁場を必要とする応用に好適である。強磁場を作るためには、超電導線材を数百回以上巻いた超電導電磁石（以下、超電導磁石）が用いられる。従って、長尺のＭｇＢ2超電導線材を作ることは応用の上で極めて重要である。
【００１２】
ＭｇＢ2超電導線材の製造方法は、ＰＩＴ法が一般的である。長尺化塑性加工には、押し出し，引き抜き，圧延，鍛造などが使われる。また、一度長尺化塑性加工により長くなった複数本の第１ビレットを、再度別の金属管に挿入して第２ビレットを作製して、第２ビレットに再度長尺化塑性加工を施すＰＩＴ法も一般に行われている。後述の熱処理後には、前記第１ビレットの内部が１つの超電導芯になることから、第１ビレットを単芯線ビレットと、第２ビレットを多芯線ビレットと呼ぶことがある。多芯線を用いることで、超電導線材の安定性が向上することが知られている。
【００１３】
ＰＩＴ法は、単芯線ビレットの中に詰める粉末の種類によって、大きくin-situ PIT法とex-situ PIT法の２種類がある。In-situ PIT法は、ＭｇＢ2の前駆体であるＭｇ粉末とＢ粉末を単芯線ビレットに詰める。単芯線ビレットまたは多芯線ビレットに長尺化塑性加工を施した後、Ｍｇの融点である６５０℃以上に加熱し、該ビレット内でＭｇとＢからＭｇＢ2を生成する。Ex-situ PIT法は、生成させたＭｇＢ2の粉末を単芯線ビレットに詰めて、該ビレットを長尺化塑性加工する。また、超電導線の臨界電流密度（以下、Ｊｃ）を向上させるために、単芯線ビレットに詰める粉末にＳｉＣなどの添加物を混ぜる場合もある。また、ＭｇＢ2粉末をＭｇ粉末やＢ粉末と共に金属管に詰める部分的in―situ PIT法も知られている。しかしながら、いずれの方法においても、上述のような課題が生じた。
【００１４】
そこで本発明者らは、マグネシウムを主成分とする管状部材を使用することを検討した。マグネシウムを主成分とする管状部材に、ホウ素を含む粉末を充填して棒状の複合体を作製し、複数本の棒状複合体を一体化して加熱することにより、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ2）超電導線を製造する。その結果、マグネシウムを含む管状部材であれば、管状部材の径を細くしても超電導線材部分の密度に影響がない。従って、管状部材内部の原料粉末を含め、線材を均一に伸線加工することが可能となり、粉末密度の不均一化が低減される。その結果、伸線加工時の課題が解消され、高い特性の超電導線材が得られる。
【００１５】
マグネシウムを主成分とする管状部材は、Ｍｇを８０％以上含有することが超電導線材の特性、製造時の加工性の面で好ましい。特に、管状部材をアルミニウムと亜鉛を含むマグネシウム合金とすることが好ましく、ＡｌとＺｎ元素を各々１％以上含むことが好ましい。
【００１６】
管状部材は、シート状部材を管状に成形することが簡便である。特にその際、シート状部材の一部を管状部材の内側に残すことができる。その結果、ホウ素を含む原料粉末の内部に渦巻状にシート状部材の一部を残すことができる。
【００１７】
棒状複合体の一体化では、別に用意された金属管を使用することができる。金属管に管状部材を封入し、単芯線ビレットとすることにより、Ｍｇの酸化を抑制可能である。複数の棒状複合体の一体化の際、間に空隙が生じるのを防止するため、断面形状、径の異なる棒状複合体を組み合わせることが好ましい。また、多角形の棒状複合体を用いることで、空隙を抑制することも可能である。
【００１８】
多芯の超電導線材を作成する場合には、複数の単芯線ビレットを一体化し、多芯線ビレットとし、その多芯線ビレットを伸線加工して超電導長尺の線とする。複数の単芯線ビレットは、撚り合わせて多芯線ビレットとすることが好ましい。
【００１９】
いずれの場合にも、長尺化処理された後に加熱し、マグネシウムを主成分とする管状部材と、内部に充填されたホウ素とを反応させてＭｇＢ2を得る。長尺化加工は２００〜６００℃の温度に加熱して行うため、管状部材の一体化を促進することができる。長尺化加工の方法は、従来知られているものでよく、押し出し，引き抜き，圧延，鍛造の少なくともいずれか、もしくは複数の工程よりなる加工であり、同一工程を複数回行うこともできる。
【００２０】
マグネシウムを主成分とする管状部材にホウ素を含む粉末を充填して棒状の複合体を作製し、複数本の棒状複合体を金属管に挿入してビレットを作ることにより、棒状複合体に充填されたホウ素を含む粉末がビレット内で均一に移動することになり、長尺化塑性加工による粉末密度の不均一化が低減され、単芯線ビレットまたは多芯線ビレットの亀裂と破断および超電導芯のソーセジングが防止できる。
【００２１】
上記のような工程により得られる超電導線材は、ＭｇＢ2超電導芯を備え、長軸方向と直角のＭｇＢ2相の断面に、網目状のボイドを有し、網目状のボイドが超電導芯の長軸方向に伸びている状態となる。また、上述のように、内部にシートを渦巻状に残して線材を製造した場合には、網目状のボイドとつながる渦巻き状のボイドが更にＭｇＢ2相の中に伸びている状態となる。さらに、管状部材に事前の加工を施すことにより、網目状のボイドの一箇所または複数の箇所に、ＭｇＢ2超電導相が橋状に存在して、金属管に囲まれた超電導芯の超電導相が網目状のボイドを越えて電気的に導通させる状態とすることが好ましい。
【００２２】
複数の棒状複合体より超電導線材を製造するため、超電導線材には複数のＭｇＢ2よりなるフィラメントが含まれる。これらのフィラメントは互いに接触することにより電気的に一体化されている。なお、事前の長尺化処理時にこれらのフィラメントの間を強固に接続させる加工を施しておくことも可能である。そのため、マグネシウムを主成分とする管状部材には所定伸び量で破壊され、開口となって粉末を露出させる切れ目を設けることが好ましい。この部分で、ホウ素を含む原料粉末同士が接触した状態となり、ＭｇＢ2化することにより一体となる。
【実施例１】
【００２３】
本実施例では、多芯ＭｇＢ2超電導線材を製造する例と、これにより得られるＭｇＢ2超電導線材について説明する。
【００２４】
＜単芯線ビレットの製造方法＞
図１は、単芯線ビレットの製作方法を示す図である。まず、Ｍｇを８０％以上含む管状部材１に、Ｂを含む粉末２を充填して（図１（ａ））、棒状の複合体３を作製する（図１（ｂ））。管状部材１に充填する粉末２は、平均粒径１μｍ以下のＢ粉末を用いる。粉末２は、Ｂ粉末の他に、ＳｉＣ等の添加物を含んでもよい。また、ＭｇＢ2粉末を含んでもよい。
【００２５】
管状部材１は、ＭｇもしくはＭｇを主成分とする合金よりなる。管状部材１の材質は塑性加工性の良好な材料が好ましい。例えば、ＡＺ−３１合金が好ましい。ＡＺ−３１合金は９６％のＭｇに３％のＡｌと１％のＺｎを添加した合金であり、マグネシウム合金の中では塑性加工に適した材料である。管状部材１はパイプ状のもの、もしくはシートを管状に巻いたものを使用できる。シートを管状に巻いて作ることが製作性の面で好ましい。
【００２６】
図１（ａ），（ｂ）は、多角形の断面をもつ管状部材１，棒状複合体３の例を示している。複数の棒状複合体３は、金属部材４に挿入され一体化される（図１（ｃ））。金属管４に棒状複合体３を挿入した後に、金属管４の両端に蓋を被せて酸素が金属管内に侵入できないように密封し、単芯線ビレット５ができ上がる（図１（ｄ））。
【００２７】
管状部材１，棒状複合体３の断面形状を円や楕円などの形状としてもよい。棒状複合体３の断面形状が多角形であれば、金属管４の中で棒状複合体３は隣接する他の棒状複合体３と面で接触する。また、管状部材１および棒状複合体３の断面形状が円もしくは楕円であれば、金属管４に挿入された棒状複合体３は隣接する棒状複合体３と線で接触する。ただし断面形状が多角形の管状部材１を用いると、隣接する棒状複合体との接触面積が広いため好ましい。
【００２８】
また、超電導線材の実効的なＪｃを向上するためには、ＭｇＢ2超電導体になる部分の断面積が大きいことが望ましい。従って、複数の棒状複合体３が金属管４の内側を隙間なく埋め尽くすよう、断面形状の異なる複数の棒状複合体３を組み合わせて用いることがよい。
【００２９】
棒状複合体３を挿入する金属管４は、電気伝導率と熱伝導率が高く、後述の生成熱処理温度以下でＭｇおよびＢと反応しない管材を使用する。銅，鉄や、これらの合金よりなる金属管とすることが好ましい。また、一の材料よりなる金属管に限らず、内側にＭｇとＢと反応しない材料で作った金属管を配置し、外側に電気伝導率と熱伝導率の高い材料で作った金属管を配置した２重管を用いることもできる。例えば、内側管の材料には、ニオビウム（Ｎｂ），鉄（Ｆｅ）などを使い、外側管の材料には、銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ）などを使用する。金属管４の断面形状は、多角形であってもよいし、円または楕円であってもよい。また外周と内周の形状が異なってもよい。ただし、長尺化塑性加工の過程で金属管４の一部にひずみが集中することを避けるために、内周と外周を同心円状にした円筒状の金属管が好ましい。
【００３０】
管状部材としてＭｇ合金を用いる本実施例の方法では、Ｍｇ粉末を原料として用いる従来方法に比べて、雰囲気に露出されるＭｇの表面積が著しく小さい。従って、雰囲気中の酸素濃度管理にかかる費用と手間を大きく低減できる。ただし、単芯線ビレットを作製する図１の過程は、Ｍｇの酸化を防止するために、酸素のない不活性雰囲気中で行うことが望ましい。
【００３１】
図２に、単芯線ビレット５の断面の模式図を示す。単芯線ビレットの断面には、複数の管状部材１からなる網目が形成される。図２は７本の太い六角形断面をもつ６本の太い棒状複合材３１と、小さい三角形断面をもつ６本の棒状複合材３２の合計１３本の棒状複合材を用いた例である。実際は、数百本の棒状複合体、例えば、一片の長さが２mmの六角形棒状複合体と三角形棒状複合体を内径３０mmの円筒状金属管に挿入して、単芯線ビレット５を作製する。
【００３２】
＜多芯線ビレットの製造工程＞
図３は、単芯線ビレット５から多芯のＭｇＢ2超電導線材を作製する工程を示す。単芯線ビレット５に、長尺化塑性加工（図３（ｂ））を施すことにより、単芯線ビレット５の内部では互いに加圧する状態で摩擦が起こり、棒状複合体３の管状部材１同士が接合される。この結果、図２に示したＭｇを含む管状部材１からなる網目が１つに接合され、長尺化塑性加工の過程で実質的に同じ速度で移動する。更に、網目状に接合された管状部材１と金属管４との間にも摩擦が発生して、網目状に接合された管状部材１の全体が金属管４と長尺化塑性加工の過程で実質的に同じ速度で移動する。
【００３３】
単芯線ビレット５の長尺化塑性加工には、管状部材の塑性を向上するため、単芯線ビレット５を２００〜４００℃に加熱した温間加工を用いる。単芯線ビレット５の加熱は、例えば、図３のごとく加工治具６を、加熱部６１を用いて加熱して、加工治具６からの熱伝導を利用して単芯線ビレット５を加熱することで達成される。または、高周波加熱法で単芯線ビレット５を直接加熱してもよい。単芯線ビレット５が加工治具６から出た後は、作業性を向上するため、冷却部６２を設けて単芯線ビレット５を冷却させる。この長尺化塑性加工は、出口径の異なる複数の加工治具６を用いて、複数回を繰り返し行う。
【００３４】
次に、長尺化塑性加工を施した単芯線ビレット５を用い、多芯線ビレット７を作成する。長尺化塑性加工を施した単芯線ビレット５を複数本組み込み多芯線ビレット７とし（図３（ｃ））、多芯線ビレット７の長さが所定の長さ（例えば１km）に達するまで長尺化塑性加工（図３（ｄ））を複数回行う。
【００３５】
長尺化塑性加工の次に、多芯線ビレット７をＭｇの融点以上の温度で熱処理し（図３（ｅ））、単芯線ビレット５の内部をＭｇＢ2超電導芯に変化させ、多芯の超電導線材を作製する（図３（ｆ））。ＭｇＢ2超電導芯の形状を変形することは困難なため、超電導磁石など、超電導線材をコイル状とする場合には、多芯線ビレット７を長尺化塑性加工した後、熱処理の前に、コイル状に巻いて、そのコイルを熱処理することが好ましい。
【００３６】
図４は、長尺化塑性加工中のビレットの粉末の流れを説明する図である。長尺化塑性加工では金属管４に力を加え、金属管４を移動させながら、図４には図示してない加工治具６を用いて金属管４の断面積を減少させることで、金属管４と粉末２を含む単芯線ビレット５を長尺化する。
【００３７】
図４（ａ）に示す金属管４に粉末を充填した従来のビレットでは、長尺化塑性加工中に金属管４を移動させると、金属管４と直接に接する粉末２の周辺の一部は金属管４との摩擦により金属管４と実質的に同じ速度で移動する。しかし、金属管４と接触していない粉末２の中央部分は、より金属管４に近い周縁部の粉末２との摩擦を駆動力にするため、金属管４より遅い速度で移動する。従って、従来技術の金属管４の中では、粉末２に図４の不均一な速度分布が生じる。不均一な速度分布で移動する粉末２は、金属管４の中で不均一な密度分布を持つ。密度の低い粉末２の部分は、密度の高い粉末２の部分より、容易に塑性変形される。従って、長尺化塑性加工を受ける金属管４の厚みは、低い密度をもつ粉末２の部分で厚くなり、高い密度をもつ粉末２の部分で薄くなる。この結果が超電導芯のソーセジングである。長尺化塑性加工の進行とともに、粉末２の密度分布および金属管４の厚み分布は、不均一性を増す。この結果、単芯線ビレットまたは多芯線ビレットの亀裂と破断が発生する。
【００３８】
一方、図４（ｂ）に示す本実施例のビレットでは、金属管４に管状部材１を挿入しており、金属管４は管状部材１と接触している。複数の棒状複合体３の管状部材１は長尺化塑性加工の過程で摩擦により互いに接合される。従って、金属管４の中に網目状に接合された管状部材１は、金属管４と実質的に同じ速度で移動する。管状部材１の中に充填された粉末２は、管状部材１の径が小さいため、実質的に管状部材１と同じ速度で移動する。即ち、本実施例の金属管４に充填された粉末２は、実質的に均一な速度分布で金属管４と一緒に移動する。従って、不均一な速度分布による粉末２の密度の不均一化が実質的に防止される。この結果、超電導芯のソーセジングおよび単芯線ビレットまたは多芯線ビレットの亀裂と破断が低減される。
【００３９】
図５は、粉末２による金属管４の侵食を防止するという本実施例のもう一つの効果を説明する図である。図５（ａ）に示す従来の金属管４に原料となる粉末２を充填したビレットでは、粉末２と金属管４が接触するため、長尺化塑性加工中の摩擦により粉末２による金属管４の侵食が発生する。更に、この場合の粉末２として、反応性が高いため凝集体を作りやすいＭｇの粉末を含む。Ｍｇ粉末が長尺化塑性加工の過程で互いに接触して凝集体を作る結果、金属管４に充填するＭｇ粉末が、例えば平均粒径３０μｍの粉末であったとしても、長尺化塑性加工の途中で粒径１００μｍを超える凝集体が発生して、金属管４を侵食する。
【００４０】
一方、図５（ｂ）に示す管状部材１を用いたビレットによれば、ＭｇＢ2の生成に必要なＭｇを管状部材１の形で供給するため、Ｍｇ凝集体の発生およびＭｇ凝集体による金属管４の侵食が発生しない。更に、管状部材１が粉末２と金属管４の間に位置するため、Ｍｇ以外の粉末２による金属管４の侵食も発生しない。従って、管状部材１を用いる本実施例の構成は、長尺化塑性加工中の粉末２による金属管４の侵食を防止し、超電導芯のソーセジングおよび単芯線ビレットまたは多芯線ビレットの亀裂と破断を低減する。
【００４１】
図６に本実施例における熱処理後の多芯ＭｇＢ2超電導線材の断面（図６（ａ））と、単芯線ビレット５内に生成された超電導芯の断面（図６（ｂ））を示す。ＭｇＢ2を生成する熱処理がＭｇの融点以上で行われるため、ＡＺ−３１合金などで作られた管状部材１は融解され、管状部材１に含有されていたＭｇは拡散し粉末２中のＢと結合してＭｇＢ2を生成する。Ｍｇが融解・拡散するため、断面の管状部材１があった位置には網目状のボイド（void）ができる。網目状のボイドは断面に垂直方向、即ち、金属管４の長手方向に向かって連続的に存在して、単芯線ビレット５の金属管４内のＭｇＢ2超電導芯を、更に細い径を持つ複数の超電導芯に細分化した効果を果たす。前記のとおり、超電導芯を細分化するほど超電導線材の安定性が増すことが知られており、本実施例の構成は超電導線材の安定性を向上する効果も有する。ただし、この網目状のボイドは構造材で保護されたものではないため、典型的に１kmの長さを有する超電導線材内では単芯線ビレット内のＭｇＢ2相同士が接触して電気的に単一の超電導芯を形成する。単一の超電導芯を形成することにより、網目に囲まれた１つのＭｇＢ2領域が断線しても、電気的に接触している周りのＭｇＢ2領域に電流を渡すことができて、超電導線材の断線に対する頑丈性が向上する。
【実施例２】
【００４２】
本実施例は、ボイドで分断された超電導芯を一部結合させる例である。事前に管状部材１に切れ目１１を入れることで、網目状のボイドに囲まれたＭｇＢ2超電導領域間の接触箇所を調整することができる。
【００４３】
図７に本実施例における管状部材１の切れ目１１とその作用を示す。図７（ａ）に示す管状部材１の切れ目は、管状部材１を含む棒状複合体３を金属管４に挿入する前に、例えば切削用バイトで管状部材１の外周に傷を入れることで作る。管状部材１に入れる切れ目１１は１箇所でもよいし、複数の箇所でもよい。管状部材１の切れ目１１は、粉末２を充填する前でも良いし、粉末２を充填した後でもよい。棒状複合体３に切れ目を入れる時には、金属管４に複数の棒状複合体３を挿入した後に、隣接する棒状複合体３の切れ目１１が１箇所または複数の箇所で実質的に接触するように、切れ目１１の位置を調整する。金属管４に棒状複合体３を挿入する際にも、隣接する他の棒状複合体３と切れ目１１の位置が合致するように、棒状複合体３を挿入する。全部の管状部材について、同じ箇所で切れ目を設けておく必要はないが、金属管に含まれる一定の割合、数分の一程度の本数の管状部材の切れ目が一致することが好ましい。また、少なくとも一部にすべての管状部材の切れ目が一致した箇所が存在することが好ましい。
【００４４】
管状部材１の切れ目１１は長尺化塑性加工の過程で切れて、管状部材１に充填されていた粉末２の一部が切れ目１１から管状部材１の外部に露出される。隣接する他の管状部材１からも、合致する位置の切れ目１１から粉末２が露出されるため、切れ目１１の位置には隣接する複数の棒状複合体３の粉末２を繋ぐ粉末２の橋８が形成される。切れ目の位置に粉末２の橋８が形成された棒状複合体３を含む単芯線ビレット５、または多芯線ビレット７をＭｇの融点以上の温度で熱処理すると、前記粉末２の橋に橋状のＭｇＢ2相が生成されて、前記の網目状ボイドに囲まれたＭｇＢ2超電導領域がＭｇＢ2の橋で繋がる。
【００４５】
金属管を残した部分では、網目状のボイドが生じ、超電導芯は細いフィラメントの集合となる。管状部材の切れ目を設けた箇所には、超電導芯がボイドを切断する橋形状となる。
【００４６】
従って、このような切れ目を管状部材に設けることにより、電気的に一体の超電導芯を形成するとともに、一部は並行な細線の状態となり、超電導線の特性の向上に寄与する。なお、網目に囲まれたＭｇＢ2超電導領域間の連結の程度は、管状部材１に入れる切れ目の数を調整することで制御することができる。
【実施例３】
【００４７】
実施例３は、実施例１の円筒形に成形された管状部材１の代わりに、マグネシウム合金よりなるシート材を用いた例である。
【００４８】
図８に本実施例の棒状複合体３の断面を示す。ＡＺ−３１合金のシートの上に、Ｂを含む粉末２を乗せて、ロール（roll）状に巻く。この時、ＡＺ−３１合金のシートの最終の１周以上は粉末２を乗せないでロール状に巻く。その結果、粉末２を乗せないでロール状に巻かれたＡＺ−３１合金のシートの部分が管状部材１を形成するとともに、ＡＺ−３１合金のシート（管状部材１の一部）が粉末２の中に渦巻き状に挿入された棒状複合体３が得られる。なお、本実施例の管状部材１，棒状複合体３の断面形状は、実施例１で説明した如く多角形が好ましいが、円形または楕円形などでもよい。
【００４９】
本実施例の棒状複合体３を用いて超電導線材を製作する工程は、上述の第１実施例と同じ工程を用いる。従って、長尺化塑性加工の間に、ＡＺ−３１合金シートをロール状に巻いて作製した管状部材１は金属管４と同じ速度で移動する。本実施例の方法を用いると、金属管４と同じ速度で移動する管状部材１の一部が粉末２の中に渦巻き状に挿入されて、粉末２内の速度分布が第１実施例より更に均一になる。作成された超電導線材の内部には、上述の網目状のボイドとつながる渦巻状のボイドを備える構造となる。また、マグネシウムとホウ素とが均一に混合されやすいため、容易に均一な超電導芯とすることができる。
【００５０】
本実施例の構成では、粉末２内の速度分布が第１実施例より更に均一になるので、超電導芯のソーセジングおよび単芯線ビレットまたは多芯線ビレットの亀裂と破断を第１実施例よりも更に低減する効果がある。
【符号の説明】
【００５１】
１  マグネシウムを含む管状部材
２  ホウ素を含む粉末
３，３１，３２  棒状複合体
４  金属管
５  単芯線ビレット
６  加工治具
７  多芯線ビレット
８  橋
１１  管状部材の切れ目
６１  加熱部
６２  冷却部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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