(57)【要約】【課題】充填率が高く、かつＭｇＢ２の純度が高いＭｇＢ２バルク体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法は、元素としてのホウ素を含む原料粉末からホウ素バルク体を成型する成型工程（ステップＳ１）と、気体のマグネシウムと、前記ホウ素バルク体と、を反応させる反応工程（ステップＳ３）と、を含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
元素としてのホウ素を含む原料粉末からホウ素バルク体を成型する成型工程と、
気体のマグネシウムと、前記ホウ素バルク体と、を反応させる反応工程と、
を含む、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記原料粉末は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記原料粉末は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記原料粉末の主成分は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。
【請求項５】
請求項１または４において、
前記原料粉末の主成分は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。
【請求項６】
請求項１において、
前記原料粉末は、ホウ素粉末およびホウ化マグネシウム粉末を含む、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、
前記気体のマグネシウムは、固体または液体のマグネシウムを気化させたものであり、
前記原料粉末中のホウ素に対する前記固体または液体のマグネシウムの組成比は、０．５より大きい、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、
前記反応工程は、５００℃以上９５０℃以下の温度で行われる、ＭｇＢ２バルク体の製造方法。
【請求項９】
超伝導体であって、充填率が７０％以上であり、ＭｇＢ２の純度が９５ａｔ％以上である、ＭｇＢ２バルク体。
【請求項１０】
請求項９において、
充填率が７５％以上である、ＭｇＢ２バルク体。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
ＭｇＢ２の純度が９７．５ａｔ％以上である、ＭｇＢ２バルク体。
【請求項１２】
請求項９ないし１１のいずれか１項において、
ｍｍ以上のオーダーである、ＭｇＢ２バルク体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭｇＢ２バルク体の製造方法およびＭｇＢ２バルク体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭｇＢ２（二ホウ化マグネシウム）超伝導体は、３９Ｋという非常に高い臨界温度（Ｔｃ）を持つことから、液体ヘリウム冷却不要の高温度（１０Ｋ〜２０Ｋ）での応用に期待が高まっている。また、超伝導バルク磁石は、電磁石と比較して、より磁場が高く、小型化が可能である。
【０００３】
例えば特許文献１には、ホウ素元素含有粉末と、マグネシウム元素含有粉末とが混合されてなる原料粉末を、任意のバルク形状に成型した後、熱処理を行って、ＭｇＢ２超伝導バルク磁石を製造することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９９５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、熱処理によって、マグネシウムが溶融するために空隙が生じ、ＭｇＢ２超伝導バルク磁石の充填率が低下する場合がある。さらに、マグネシウムは非常に活性が高いため、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）が生成し、ＭｇＢ２の純度が低下する場合がある。そのため、特許文献１に記載された方法で製造されたＭｇＢ２超伝導バルク磁石では、臨界電流密度（Ｊｃ）や捕捉磁場強度を必ずしも高くできない。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、充填率が高く、かつＭｇＢ２の純度が高いＭｇＢ２バルク体の製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、充填率が高く、かつＭｇＢ２の純度が高いＭｇＢ２バルク体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法は、
元素としてのホウ素を含む原料粉末からホウ素バルク体を成型する成型工程と、
気体のマグネシウムと、前記ホウ素バルク体と、を反応させる反応工程と、
を含む。
【０００８】
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、充填率が高く、かつＭｇＢ２の純度が高いＭｇＢ２バルク体を製造することができる。
【０００９】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記原料粉末は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。
【００１０】
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体の充填率を高くすることができる。
【００１１】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記原料粉末は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。
【００１２】
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体の充填率をより高くすることができる。
【００１３】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記原料粉末の主成分は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。
【００１４】
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体の充填率を高くすることができる。
【００１５】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記原料粉末の主成分は、ホウ素粉末であり、
前記ホウ素バルク体のかさ密度は、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。
【００１６】
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体の充填率をより高くすることができる。
【００１７】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記原料粉末は、ホウ素粉末およびホウ化マグネシウム粉末を含んでもよい。
【００１８】
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、反応工程において、ＭｇＢ２バルク体にクラックが生じることを抑制することができる。
【００１９】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記気体のマグネシウムは、固体または液体のマグネシウムを気化させたものであり、
前記原料粉末中のホウ素に対する前記固体または液体のマグネシウムの組成比は、０．５より大きくてもよい。
【００２０】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法において、
前記反応工程は、５００℃以上９５０℃以下の温度で行われてもよい。
【００２１】
このようなＭｇＢ２バルク体の製造方法では、固体のマグネシウムを十分に蒸発させて反応時間を短縮することができ、かつ、反応工程で用いる容器の寿命を長くすることができる。
【００２２】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体は、
超伝導体であって、充填率が７０％以上であり、ＭｇＢ２の純度が９５ａｔ％以上である。
【００２３】
このようなＭｇＢ２バルク体では、充填率が高く、かつＭｇＢ２の純度が高い。
【００２４】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体において、
充填率が７５％以上であってもよい。
【００２５】
このようなＭｇＢ２バルク体では、充填率がより高い。
【００２６】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体において、
ＭｇＢ２の純度が９７．５ａｔ％以上であってもよい。
【００２７】
このようなＭｇＢ２バルク体では、ＭｇＢ２の純度がより高い。
【００２８】
本発明に係るＭｇＢ２バルク体において、
ｍｍ以上のオーダーであってもよい。
【００２９】
このようなＭｇＢ２バルク体では、電流を多く流すことができ、高い捕捉磁場強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体を模式的に示す斜視図。
【図２】本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体の製造装置を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体の製造装置を模式的に示す斜視図。
【図４】本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体の製造装置の一部を模式的に示す斜視図。
【図５】本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体の製造装置を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体の製造方法を説明するためのフローチャート。
【図７】ホウ素粉末のかさ密度と、ＭｇＢ２バルク体の充填率と、の関係を示すグラフ。
【図８】実施例１に係るＭｇＢ２バルク体のＳＥＭ像。
【図９】比較例に係るＭｇＢ２バルク体のＳＥＭ像。
【図１０】粉末Ｘ線回折の結果。
【図１１】ＭｇＢ２とＭｇＯとの割合を示す表。
【図１２】実施例１に係るＭｇＢ２バルク体の光学顕微鏡像。
【図１３】実施例２に係るＭｇＢ２バルク体の光学顕微鏡像。
【図１４】実施例２に係るＭｇＢ２バルク体のＳＥＭ像。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３２】
１．  ＭｇＢ２バルク体
まず、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体１０を模式的に示す斜視図である。
【００３３】
ＭｇＢ２バルク体１０は、超伝導を発現する超伝導体である。図示の例では、ＭｇＢ２バルク体１０は、円盤状の形状（外形）を有しているが、その形状は特に限定されず、例えば、板状、リング状などであってもよい。ＭｇＢ２バルク体１０は、超伝導バルク磁石であってもよい。
【００３４】
ＭｇＢ２バルク体１０は、塊状の物体である。ＭｇＢ２バルク体１０は、ｍｍ（ミリメ
ートル）以上のオーダーである。すなわち、ＭｇＢ２バルク体１０は、重心と、目視による外形の表面と、の間の距離が０．５ｍｍ以上である。ＭｇＢ２バルク体１０が円盤状の形状を有している場合、厚さＴおよび直径Ｄが１ｍｍ以上である。例えば、厚さＴは、１ｍｍ以上５０ｃｍ以下であり、直径Ｄは、１ｍｍ以上１ｍ以下である。なお、ＭｇＢ２バルク体１０は、ｃｍ（センチメートル）オーダーであってもよいし、ｍ（メートル）オーダーであってもよい。
【００３５】
ＭｇＢ２バルク体１０は、ＭｇＢ２（二ホウ化マグネシウム）を含む。ＭｇＢ２バルク体１０におけるＭｇＢ２の純度（ＭｇＢ２バルク体１０全量に対するＭｇＢ２の割合）は、９５ａｔ％（アトミックパーセント）以上であり、好ましくは、９７．５ａｔ％以上である。ＭｇＢ２バルク体１０におけるＭｇＢ２の純度は、例えば、粉末Ｘ線回折におけるリートベルト分析によって求めることができる。
【００３６】
ＭｇＢ２バルク体１０は、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）を含んでいてもよい。ＭｇＢ２バルク体１０におけるＭｇＯの割合（ＭｇＢ２バルク体１０全量に対するＭｇＯの割合）は、５ａｔ％以下であり、好ましくは、２．５ａｔ％以下である。さらに、ＭｇＢ２バルク体１０は、ＭｇＢ２以外のホウ化マグネシウム（例えばＭｇＢ４やＭｇＢ７）を含んでいてもよい。ＭｇＢ２バルク体１０の組成は、例えば、ＳＥＭ／ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光法）で求めることができる。
【００３７】
ＭｇＢ２バルク体１０は、例えば、多孔質である。ＭｇＢ２バルク体１０の充填率は、７０％以上であり、好ましくは、７５％以上である。ＭｇＢ２バルク体１０の充填率を求めるには、まず、ＭｇＢ２バルク体１０の質量および体積（外形の体積）を測定し、ＭｇＢ２の比重に基づいて、求めることができる。ＭｇＢ２バルク体１０の体積は、例えば、ＭｇＢ２バルク体１０の形状が円盤状の場合は、直径および厚さを測定することにより求めることができる。
【００３８】
ＭｇＢ２バルク体１０は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３９】
ＭｇＢ２バルク体１０では、超伝導体であって、充填率が７０％以上であり、ＭｇＢ２の純度が９５ａｔ％以上である。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０は、充填率が高く、かつＭｇＢ２の純度が高い。したがって、ＭｇＢ２バルク体１０は、高い臨界電流密度および高い捕捉磁場強度を有することができる。
【００４０】
ＭｇＢ２バルク体１０では、充填率が７５％以上であってもよい。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０は、充填率がより高い。
【００４１】
ＭｇＢ２バルク体１０では、ＭｇＢ２の純度が９７．５ａｔ％以上であってもよい。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０は、純度がより高い。
【００４２】
ＭｇＢ２バルク体１０では、ｍｍ以上のオーダーであってもよい。このような、ＭｇＢ２バルク体１０では、例えばμｍ（マイクロメートル）のオーダーである場合に比べて、電流を多く流すことができ、高い捕捉磁場強度を得ることができる。
【００４３】
２．  ＭｇＢ２バルク体の製造装置
次に、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体の製造装置について、図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体の製造装置１００を模式的に示す断面図である。図３は、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体の製造装置１００を模式的に示す斜視図である。ＭｇＢ２バルク体の製造装置１００（以下、単に「製造装置１００」ともいう）は、本発明に係るＭｇＢ２バルク体（例えばＭｇＢ２バルク体１０）を製造する
ための装置である。
【００４４】
製造装置１００は、図２および図３に示すように、容器２０と、第１壁部３０と、第２壁部３２と、第３壁部３４と、第４壁部３６と、を含む。
【００４５】
容器２０の形状は、内部に空間を形成することができれば、特に限定されないが、図示の例では、円筒状である。容器２０は、例えば、互いに対向する第１円盤部２２および第２円盤部２４と、円盤部２２，２４に接続された筒部２６と、を有している。容器２０内（容器２０の内部）は、例えば、空気で密閉された空間である。容器２０の材質は、例えば、鉄、ステンレス、銅、白金、チタン、ニオブ、タンタルなどである。
【００４６】
第１壁部３０および第２壁部３２は、容器２０内に設けられている。壁部３０，３２は、筒部２６に設けられている。図２に示すように断面視において、筒部２６は、互いに対向する第１部分２６ａおよび第２部分２６ｂを有している。壁部３０，３２は、第１部分２６ａに設けられ、第１部分２６ａから第２部分２６ｂ側に向けて延出している。壁部３０，３２は、第２部分２６ｂと離間している。すなわち、壁部３０，３２と第２部分２６ｂとの間には、空隙が設けられている。壁部３０，３２の材質は、例えば、容器２０と同じである。
【００４７】
第１壁部３０は、固体のマグネシウム２が配置される第１マグネシウム配置領域４０を規定する。具体的には、第１マグネシウム配置領域４０は、第１壁部３０、第１円盤部２２、および筒部２６によって規定される。第１壁部３０は、第１マグネシウム配置領域４０に配置された固体のマグネシウム２が熱処理によって液体となった場合に、液体となったマグネシウムがホウ素バルク体４に接触することを防止することができる。
【００４８】
第２壁部３２は、固体のマグネシウム２が配置される第２マグネシウム配置領域４２を規定する。具体的には、第２マグネシウム配置領域４２は、第２壁部３２、第２円盤部２４、および筒部２６によって規定される。第２壁部３２は、第２マグネシウム配置領域４２に配置された固体のマグネシウム２が熱処理によって液体となった場合に、液体となったマグネシウムがホウ素バルク体４に接触することを防止することができる。
【００４９】
第３壁部３４および第４壁部３６は、容器２０内に設けられている。壁部３４，３６は、第１壁部３０の第１マグネシウム配置領域４０側とは反対側であって、かつ、第２壁部３２の第２マグネシウム配置領域４２側とは反対側の領域に設けられている。壁部３４，３６は、第１壁部３０と第２壁部３２との間に設けられている。壁部３４，３６の材質は、例えば、容器２０と同じである。
【００５０】
ここで、図４は、第３壁部３４および第４壁部３６を模式的に示す斜視図である。壁部３４，３６は、図４に示すように、例えば、円盤状の形状を有している。壁部３４，３６の形状および大きさは、例えば、同じである。壁部３４，３６には、貫通孔３８が設けられている。貫通孔３８は、円盤状の壁部３４，３６を厚さ方向に貫通している。貫通孔３８は、複数設けられている。図示の例では、複数の貫通孔３８は、三角格子状に設けられている。
【００５１】
第３壁部３４および第４壁部３６は、図２に示すように、ホウ素バルク体４が配置されるホウ素配置領域４４を規定する。ホウ素バルク体４は、元素としてのホウ素を含む原料粉末から成型されたものである。壁部３４，３６は、ホウ素バルク体４を挟んで支持する。第３壁部３４と第４壁部３６との間の距離は、例えば、１ｍｍ以上である。ホウ素配置領域４４と第１円盤部２２との間の距離と、ホウ素配置領域４４と第２円盤部２４との間の距離とは、例えば、等しい。
【００５２】
第１マグネシウム配置領域４０とホウ素配置領域４４とは、連通している。具体的には、第１壁部３０と第２部分２６ｂとの間に空隙が設けられ、かつ、第３壁部３４に貫通孔３８が設けられていることにより、第１マグネシウム配置領域４０とホウ素配置領域４４とは、連通している。
【００５３】
第２マグネシウム配置領域４２とホウ素配置領域４４とは、連通している。具体的には、第２壁部３２と第２部分２６ｂとの間に空隙が設けられ、かつ、第４壁部３６に貫通孔３８が設けられていることにより、第２マグネシウム配置領域４２とホウ素配置領域４４とは、連通している。
【００５４】
第１マグネシウム配置領域４０とホウ素配置領域４４とが連通し、かつ、第２マグネシウム配置領域４２とホウ素配置領域４４とが連通しているため、固体のマグネシウム２を熱処理により気化させて、気体のマグネシウムをホウ素バルク体４に接触させることができる。
【００５５】
容器２０は、図示せぬ電気炉内に配置され、熱処理される。これにより、マグネシウム配置領域４０，４２に配置された固体のマグネシウム２を熱処理することができる。
【００５６】
なお、図５に示すように、第２壁部３２および第４壁部３６が設けられることなく、第２マグネシウム配置領域４２が規定されていなくてもよい。この場合、ホウ素バルク体４は、第３壁部３４と第２円盤部２４とに挟まれて支持される。ただし、気体のマグネシウムを、均一性よくホウ素バルク体４中に拡散させることを考慮すると、図２に示すように、第２マグネシウム配置領域４２を設けることが好ましい。
【００５７】
３．  ＭｇＢ２バルク体の製造方法
次に、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体１０の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態に係るＭｇＢ２バルク体１０の製造方法を説明するためのフローチャートである。以下では、一例として、製造装置１００を用いたＭｇＢ２バルク体１０の製造方法について説明する。
【００５８】
（１）まず、元素としてのホウ素を含む原料粉末からホウ素バルク体４を成型する（ステップＳ１、成型工程）。具体的には、原料粉末を、例えばダイスなどの装置を用いてプレス成型し、ホウ素バルク体４を成型する。ホウ素バルク体４の形状（外形の形状）は、ペレット状であり、具体的には、円盤状である。ホウ素バルク体４の形状によって、ＭｇＢ２バルク体１０の形状を適宜設定することができる。
【００５９】
ホウ素バルク体４のかさ密度は、原料粉末がホウ素粉末である場合、例えば、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であり、好ましくは、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であり、より好ましくは、１．１ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である。ホウ素バルク体４のかさ密度は、例えば、「ＪＩＳ１６２８−１９９７」に準じて測定することができる。
【００６０】
なお、原料粉末は、主成分がホウ素粉末であれば、ホウ素粉末以外の粉末を含んでいてもよい。この場合において、ホウ素バルク体４のかさ密度は、例えば、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であり、好ましくは、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であり、より好ましくは、１．１ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下である。
【００６１】
ここで、図７は、ホウ素バルク体４のかさ密度と、製造されるＭｇＢ２バルク体（Ｍｇ
Ｂ２バルク体１０）の充填率と、の関係を示すグラフである。図７に示す充填率は、以下のように求めたものである。
【００６２】
原料粉末がホウ素粉末である場合、ホウ素バルク体４のかさ密度をｘｇ／ｃｍ３とすると、ホウ素バルク体４の質量は、１ｃｍ３あたりｘｇである。Ｍｇ＋２Ｂ→ＭｇＢ２より、１ｃｍ３あたりのホウ素バルク体４から生成するＭｇＢ２バルク体の質量は２．１２５ｘｇとなる。
【００６３】
充填率は、下記式（１）で定義される。充填率＝実際に存在するＭｇＢ２の質量（ｇ）／全空間がＭｇＢ２で満たされているときのＭｇＢ２の質量（ｇ）×１００（％）  ・・・  （１）
【００６４】
したがって、ＭｇＢ２の密度が２．６２ｇ／ｃｍ３であることを考慮すると、ＭｇＢ２の単位質量あたりの充填率は、（２．１２５ｘ／２．６２）×１００（％）と計算できる。以上により、図７に示す充填率を求めることができる。
【００６５】
以上により、ホウ素バルク体４のかさ密度を上記の範囲とすることにより、ＭｇＢ２バルク体１０の充填率を高くすることができる。
【００６６】
原料粉末は、ホウ素粉末であってもよい。原料粉末は、ホウ素粉末およびホウ化マグネシウム粉末を含んでいてもよい。すなわち、成型工程では、ホウ素粉末と、ホウ化マグネシウム粉末と、の混合物からホウ素バルク体４を成型してもよい。ホウ素粉末は、ホウ素の粉末であり、ホウ化マグネシウム粉末は、ホウ素およびマグネシウムからなる化合物の粉末である。ホウ化マグネシウム粉末は、例えば、ＭｇＢ２粉末、ＭｇＢ４粉末、または、これらの混合物などである。原料粉末は、さらに、Ｂ４Ｃ粉末などのホウ素化合物の粉末を含んでいてもよい。
【００６７】
原料粉末がホウ素粉末およびホウ化マグネシウム粉末を含む場合、ホウ素粉末に対するホウ化マグネシウム粉末の割合は、例えば、２０ｍｏｌ％（モルパーセント）以上４０ｍｏｌ％以下である。上記割合を２０ｍｏｌ％以上とすることにより、反応工程において、ＭｇＢ２バルク体１０にクラックが生じることを抑制することができる。さらに、上記割合を４０ｍｏｌ％以下とすることにより、気体のマグネシウムと固体のホウ素をと反応させてＭｇＢ２を生成する割合が小さくなることを抑制することができる。
【００６８】
原料粉末中のホウ素に対する固体のマグネシウム２の組成比（Ｍｇ／Ｂ比（原子数の比））は、例えば、０．５より大きく１以下である。（Ｍｇ／Ｂ比）を１以下とすることにより、マグネシウムの無駄を抑制することができる。
【００６９】
（２）次に、図２に示すように、マグネシウム配置領域４０，４２に固体（固相）のマグネシウム２を配置し、さらにホウ素配置領域４４にホウ素バルク体４を配置し、容器２０を密閉する（ステップＳ２、配置工程）。配置工程は、空気中で行われてもよい。固体のマグネシウム２は、例えば、マグネシウム粉末である。
【００７０】
（３）次に、固体のマグネシウム２を気化させ、これによって生じる気体のマグネシウムと、ホウ素バルク体４と、を反応させる（ステップＳ３、反応工程）。反応工程により、ＭｇＢ２バルク体１０が製造される（Ｍｇ＋２Ｂ→ＭｇＢ２）。反応工程は、密閉された空間（図示の例では容器２０内）で行われる。
【００７１】
反応工程は、例えば、５００℃以上９５０℃以下の温度で行われる。５００℃以上の温度に熱処理することにより、固体のマグネシウム２を十分に蒸発させることができ、反応
時間を短縮することができる。さらに、９５０℃以下の温度に熱処理することにより、容器２０の寿命を長くすることができる。熱処理（焼成）は、例えば、容器２０を図示せぬ電気炉内に配置して行われる。
【００７２】
酸化マグネシウムの沸点は、非常に高いため、反応工程における熱処理では、蒸発しない。したがって、反応工程における熱処理では、固体のマグネシウム２のみを蒸発させてホウ素バルク体４と接触させることができ、酸化マグネシウムとホウ素バルク体４とが接触することを抑制することができる。
【００７３】
なお、マグネシウムの融点は、６５０℃であり、マグネシウムの沸点は、１１００℃である。酸化マグネシウムの融点は、２８００℃であり、酸化マグネシウムの沸点は、３６００℃である。
【００７４】
反応工程における熱処理時間は、例えば、２４時間以上１００時間以下である。熱処理時間を２４時間以上とすることにより、気体のマグネシウムをホウ素バルク体４に均一性よく拡散させることができる。熱処理時間を１００時間以下とすることにより、工程の短縮化を図ることができる。
【００７５】
以上の工程により、ＭｇＢ２バルク体１０を製造することができる。ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法は、上記のように、気体（気相）のマグネシウムを輸送し、ホウ素バルク体４中に拡散させてホウ素バルク体４と反応させるマグネシウム気相輸送（ＭＶＴ：Ｍｇ
Ｖａｐｏｒ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ）法を用いている。
【００７６】
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００７７】
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、元素としてのホウ素を含む原料粉末からホウ素バルク体４を成型する成型工程と、気体のマグネシウムと、ホウ素バルク体４と、を反応させる反応工程と、を含む。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、ホウ素粉末と、マグネシウム粉末と、を混合して得た原料粉末を金属管に詰めた後、金属管の両端を閉じて熱処理を行い、ＭｇＢ２を製造する方法（ＰＩＣＴ（ｐｏｗｄｅｒ−ｉｎ−ｃｌｏｓｅｄ−ｔｕｂｅ）法）に比べて、充填率が高いＭｇＢ２バルク体１０を製造することができる（詳細は、後述する「４．  実験例」参照）。
【００７８】
さらに、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、ＰＩＣＴ法に比べて、酸化マグネシウムの割合が小さく、ＭｇＢ２の純度が高いＭｇＢ２バルク体１０を製造することができる（詳細は、後述する「４．  実験例」参照）。
【００７９】
さらに、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、気体のマグネシウムとホウ素バルク体４とを反応させるため、ホウ素バルク体４中にマグネシウムを均一性よく拡散させることができる。例えば、液体のマグネシウムとホウ素バルク体とを反応させる場合は、重力の影響を受け、ホウ素バルク体４中にマグネシウムを均一性よく拡散させることができない場合がある。
【００８０】
さらに、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、高圧合成法を用いずに、気体のマグネシウムとホウ素バルク体４とを反応させて、ＭｇＢ２バルク体１０を製造することができる。
【００８１】
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、原料粉末は、ホウ素粉末であってもよく、ホウ素バルク体４のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよく、好ましくは、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。そのた
め、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体１０の充填率を高くすることができる。
【００８２】
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、原料粉末の主成分は、ホウ素粉末であってもよく、ホウ素バルク体４のかさ密度は、０．９ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよく、好ましくは、１．０ｇ／ｃｍ３以上１．２３ｇ／ｃｍ３以下であってもよい。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、ＭｇＢ２バルク体１０の充填率を高くすることができる。
【００８３】
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、ホウ素バルク体４を成型するための原料粉末は、ホウ素粉末およびホウ化マグネシウム粉末を含んでもよい。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、原料粉末がホウ素粉末のみから構成されている場合に比べて、反応工程において、ＭｇＢ２バルク体１０にクラックが生じることを抑制することができる（詳細は、後述する「４．  実験例」参照）。
【００８４】
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、原料粉末中のホウ素に対する固体のマグネシウム２の組成比は、０．５より大きくてもよい。
【００８５】
ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、反応工程は、５００℃以上９５０℃以下の温度で行われてもよい。そのため、ＭｇＢ２バルク体１０の製造方法では、固体のマグネシウム２を十分に蒸発させて反応時間を短縮することができ、かつ、容器２０の寿命を長くすることができる。
【００８６】
なお、上記では、ホウ素バルク体４と反応する気体のマグネシウムが、固体のマグネシウムを気化させたものである例について説明したが、ホウ素バルク体４と反応する気体のマグネシウムは、液体のマグネシウムを気化させたものであってもよい。また、ホウ素バルク体４と反応する気体のマグネシウムは、固体から直接気化したものであってもよい。
【００８７】
４．  実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
【００８８】
４．１．  試料の作製
上述したようなＭＶＴ法により、ＭｇＢ２バルク体を作製（製造）した。具体的には、質量０．６０ｇのホウ素粉末をプレス成型し、円盤状のホウ素バルク体を形成した。ホウ素バルク体および固体のマグネシウムを、図２および図３に示したような製造装置の容器内に配置した。固体のマグネシウム（Ｍｇ）と、ホウ素粉末（Ｂ）と、の組成比が、Ｍｇ：Ｂ＝１．１：２の関係を満たすように、固体のマグネシウムを容器内に配置した。固体のマグネシウムは、図２に示すように、２箇所に分けて配置した。
【００８９】
ホウ素バルク体および固体のマグネシウムが収容された容器を、炉内に配置し、熱処理を行った。具体的には、室温から２時間かけて８００℃まで昇温させ、８００℃で７２時間熱処理し、その後、自然冷却した。
【００９０】
以上の工程により、質量１．２８ｇ、直径約２０ｍｍ、厚さ約２．０ｍｍの円盤状のＭｇＢ２バルク体を作製した。
【００９１】
比較例として、ＰＩＣＴ法により、マグネシウム粉末とホウ素粉末との混合粉末を、８００℃で熱処理を行うことにより、直径約２０ｍｍ、厚さ約２．０ｍｍの円盤状のＭｇＢ２バルク体を作製した。
【００９２】
４．２．  充填率の評価
ＭｇＢ２バルク体の充填率を測定した。具体的には、ＭｇＢ２バルク体の質量および体積を測定し、ＭｇＢ２の比重に基づいて、充填率を求めた。体積は、ＭｇＢ２バルク体を円盤状とし、直径２０ｍｍ、厚さ２．０ｍｍとして計算した。
【００９３】
ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体（実施例１に係るＭｇＢ２バルク体）の充填率は、７８％であった。一方、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体（比較例に係るＭｇＢ２バルク体）の充填率は、４８％であった。したがって、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体は、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体よりも、充填率が高いことがわかった。
【００９４】
図８は、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体の断面のＳＥＭ像である。図９は、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体の断面のＳＥＭ像である。なお、図８および図９は、同じ倍率のＳＥＭ像である。
【００９５】
図９に示すように、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体には、クレーターのような窪みが観察された。この窪みは、マグネシウム粉末とホウ素粉末との混合粉末を熱処理することによって、マグネシウムが溶融して、生じたものである。すなわち、熱処理を行う前には、窪みの位置にマグネシウムが存在していたといえる。このような窪みが生じたため、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体は、充填率が４８％と低かったといえる。
【００９６】
一方、図８に示すように、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体では、図９に示すクレーターのような窪みは、観察されなかった。そのため、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体は、充填率が７８％と高かったといえる。クレーターのような窪みが観察されなかったのは、ＭＶＴ法では、気体のマグネシウムを、ホウ素バルク体に反応させたためである。
【００９７】
４．３．  純度の評価
粉末Ｘ線回折により、ＭｇＢ２バルク体のＭｇＢ２の純度を評価した。
【００９８】
図１０は、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体と、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体と、の粉末Ｘ線回折の結果である。図１０において、２θ＝６２°（図中「↓」で表示）のピークがＭｇＯに基づくピークであり、他のピークは、ＭｇＢ２に基づくピークである。
【００９９】
図１１は、図１０に示す粉末Ｘ線回折により得られたデータのリートベルト分析により求めたＭｇＢ２とＭｇＯとの割合を示す表である。
【０１００】
図１０および図１１に示すように、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体は、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体よりも、ＭｇＯの割合が７０％小さく、ＭｇＢ２の割合が大きかった。したがって、ＭＶＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体は、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体よりも、ＭｇＢ２の純度が高いことがわかった。ＭＶＴ法では、マグネシウムと酸素と反応して酸化マグネシウムが生成されても、酸化マグネシウムの蒸気圧は、マグネシウムの蒸気圧に比べて高いため、酸化マグネシウムは蒸発せず、ＭｇＢ２の純度が高いたＭｇＢ２バルク体を製造することができた。
【０１０１】
なお、ＥＤＸによる組成分析により、ＰＩＣＴ法により作製したＭｇＢ２バルク体では、クレーターのような窪みに沿って、ＭｇＯが生成していることが確認された。
【０１０２】
４．４．  ＭｇＢ２粉末を含むホウ素バルク体から作製されたＭｇＢ２バルク体の評価
ホウ素粉末とＭｇＢ２粉末とを混合してホウ素バルク体を成型すること以外は、上記の「４．１．  試料の作製」と同様にして、ＭＶＴ法によりＭｇＢ２バルク体（実施例２に係るＭｇＢ２バルク体）を作製した。ホウ素粉末に対するＭｇＢ２粉末の割合を、３０ｍｏｌ％とした。
【０１０３】
図１２は、実施例１に係るＭｇＢ２バルク体（ホウ素バルク体の原料がホウ素粉末）の光学顕微鏡像である。図１３は、実施例２に係るＭｇＢ２バルク体（ホウ素バルク体の原料がホウ素粉末およびＭｇＢ２粉末）の光学顕微鏡像である。
【０１０４】
図１２に示すように、実施例１に係るＭｇＢ２バルク体では、表面に六角形状のクラックが確認された。一方、図１３に示すように、実施例２に係るＭｇＢ２バルク体では、表面に六角形状のクラックは確認されなかった。これにより、ホウ素粉末と、ホウ化マグネシウム粉末と、の混合物からホウ素バルク体を成型することにより、ＭｇＢ２バルク体の表面にクラックが生じることを抑制できることがわかった。
【０１０５】
図１４は、実施例２に係るＭｇＢ２バルク体の断面のＳＥＭ像である。図１４に示すように、実施例２に係るＭｇＢ２バルク体では、クラックは観察されなかった。さらに、実施例２に係るＭｇＢ２バルク体では、図９に示すクレーターのような窪みは、観察されなかった。
【０１０６】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１０７】
２…固体のマグネシウム、４…ホウ素バルク体、１０…ＭｇＢ２バルク体、２０…容器、２２…第１円盤部、２４…第２円盤部、２６…筒部、２６ａ…第１部分、２６ｂ…第２部分、３０…第１壁部、３２…第２壁部、３４…第３壁部、３６…第４壁部、３８…貫通孔、４０…第１マグネシウム配置領域、４２…第２マグネシウム配置領域、４４…ホウ素配置領域、１００…製造装置
【図１】
2018193271.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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