(57)【要約】  ＭｇＢ２超電導線材は、ＭｇＢ２を含むコアと、前記コアを囲む金属シースとから構成される。前記コアが、中心側に位置する第１のＭｇＢ２コアと、前記第１のＭｇＢ２コアの外側に位置する第２のＭｇＢ２コアとを少なくとも備え、前記第２のＭｇＢ２コアの密度は、前記第１のＭｇＢ２コアの密度より小さい。
2015087387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＢ２を含むコアと、前記コアを囲む金属シースとから構成されるＭｇＢ２超電導線材であって、
前記コアが、中心側に位置する第１のＭｇＢ２コアと、前記第１のＭｇＢ２コアの外側に位置する第２のＭｇＢ２コアとを少なくとも備え、前記第２のＭｇＢ２コアの密度は、前記第１のＭｇＢ２コアの密度より小さいことを特徴とするＭｇＢ２超電導線材。
【請求項２】
請求項１に記載のＭｇＢ２超電導線材において、
前記第１のＭｇＢ２コアの密度が、ＭｇＢ２の真密度（２．６２ｇ／ｃｍ）の７０％以上であることを特徴とするＭｇＢ２超電導線材。
【請求項３】
請求項１に記載のＭｇＢ２超電導線材において、
前記第１のＭｇＢ２コアの断面積が、前記コアの全体の断面積の５０％以上であることを特徴とするＭｇＢ２超電導線材。
【請求項４】
請求項１に記載のＭｇＢ２超電導線材において、
前記第１のＭｇＢ２コアの中に、当該ＭｇＢ２超電導線材の長手方向に延びる空隙があることを特徴とするＭｇＢ２超電導線材。
【請求項５】
請求項４に記載のＭｇＢ２超電導線材において、
前記第１のＭｇＢ２コア内の前記空隙は、前記第２のＭｇＢ２コア内に存在する空隙と同様の形状であり、前記第１のＭｇＢ２コア内の前記空隙の占める割合は、前記第２のＭｇＢ２コア内の前記空隙の占める割合より小さいことを特徴とするＭｇＢ２超電導線材。
【請求項６】
請求項４に記載のＭｇＢ２超電導線材において、
前記第１のＭｇＢ２コア内の前記空隙の占める割合は、２０％以下であることを特徴とするＭｇＢ２超電導線材。
【請求項７】
請求項１に記載のＭｇＢ２超電導線材を用いた超電導ケーブルまたは超電導磁石。
【請求項８】
ＭｇＢ２超電導線材の製造方法であって、
ＭｇとＢの粉末成形体を作製する工程と、
前記ＭｇとＢの粉末成形体を金属管に充填する工程と、
前記金属管を伸線加工する工程と、
前記金属管を熱処理する工程と、
を含み、
前記ＭｇとＢの粉末成形体を作製する工程は、
ＭｇとＢの混合粉の円柱状の第１の成形体を作製する工程と、
ＭｇとＢの混合粉の円筒状の第２の成形体であって、前記第１の成形体よりも密度が小さい第２の成形体を作製する工程と、
を含むことを特徴とするＭｇＢ２超電導線材の製造方法。
【請求項９】
請求項８のＭｇＢ２超電導線材の製造方法において、
前記第１の成形体を作製する工程は、Ｍｇ粉とＢ粉をメカニカルミリングして第１の混合粉を準備することを含むことを特徴とするＭｇＢ２超電導線材の製造方法。
【請求項１０】
請求項９のＭｇＢ２超電導線材の製造方法において、
前記第１の成形体を作製する工程は、前記第１の混合粉を円柱状の金型に入れて加圧することを更に含むことを特徴とするＭｇＢ２超電導線材の製造方法。
【請求項１１】
請求項８のＭｇＢ２超電導線材の製造方法において、
前記第１の成形体を作製する工程は、ＭｇＢ２粉末を円柱状の金型に入れて加圧することを含むことを特徴とするＭｇＢ２超電導線材の製造方法。
【請求項１２】
請求項９のＭｇＢ２超電導線材の製造方法において、
前記第１の成形体を作製する工程は、
Ｍｇ粉とＢ粉を、ボールミル装置、Ｖミキサー、または乳鉢のいずれかによって軽く混合して第２の混合粉を準備する工程と、
前記第１の混合粉と前記第２の混合粉とを混合して、前記第１の成形体用の混合粉を準備する工程と、
を含むことを特徴とするＭｇＢ２超電導線材の製造方法。
【請求項１３】
請求項８のＭｇＢ２超電導線材の製造方法において、
前記第１の成形体を作製する工程は、
Ｍｇ粉とＢ粉を、ボールミル装置、Ｖミキサー、または乳鉢のいずれかによって軽く混合して混合粉を準備する工程と、
ＭｇＢ２粉末と前記混合粉とを混合して、前記第１の成形体用の混合粉を準備する工程と、
を含むことを特徴とするＭｇＢ２超電導線材の製造方法。
【請求項１４】
請求項８のＭｇＢ２超電導線材の製造方法において、
前記第２の成形体を作製する工程は、Ｍｇ粉とＢ粉を、ボールミル装置、Ｖミキサー、または乳鉢のいずれかによって軽く混合して前記第２の成形体用の混合粉を準備することを含むことを特徴とするＭｇＢ２超電導線材の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４のＭｇＢ２超電導線材の製造方法において、
前記第２の成形体を作製する工程は、前記混合粉を円筒状の金型に入れて加圧することを更に含むことを特徴とするＭｇＢ２超電導線材の製造方法。
【請求項１６】
請求項８のＭｇＢ２超電導線材の製造方法において、
前記ＭｇとＢの粉末成形体を金属管に充填する工程は、
円柱状の前記第１の成形体を円筒状の前記第２の成形体に挿入して、その後、前記第１の成形体及び前記第２の成形体からなる成形体を前記金属管に充填する工程、あるいは、
前記金属管に前記第２の成形体を充填し、その後、前記金属管に前記第１の成形体を充填する工程
のいずれかを含むことを特徴とするＭｇＢ２超電導線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭｇＢ２超電導線材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ２）の臨界温度（転移温度）は３９Ｋであり、従来の金属超電導体（例えばニオブチタン（ＮｂＴｉ）やニオブ３スズ（Ｎｂ３Ｓｎ）等）の臨界温度よりも高い。そのため、ＭｇＢ２を用いた超電導磁石は、高価で希少な液体ヘリウム（沸点：４．２Ｋ）を使用しない運転が可能となる。また、酸化物系の超電導体に対して、ＭｇＢ２を用いた超電導磁石は、永久電流モードで運転したとき、磁場安定度が高いという特長を有する。【０００３】
ＭｇＢ２超電導磁石を構成するためには、ＭｇＢ２を線材にしてコイル状に巻線する必要がある。線材への要求仕様としては、高磁場中でも高い電流密度で通電可能であること、および、長尺にわたって（例えば１ｋｍ以上の長さ）、臨界電流（Ｉｃ）が均一であること、の二つが重要である。ＭｇＢ２超電導線材は一般に、マグネシウム（Ｍｇ）とホウ素（Ｂ）の混合粉またはＭｇＢ２粉、更にはそれらに第三元素（炭素等）を添加した粉末を金属管に充填し、伸線加工する方法（パウダーインチューブ法、以下ＰＩＴ法と略す）で作製される。ＭｇとＢの混合粉を充填した場合（ｉｎ−ｓｉｔｕ法）は伸線加工した線材を熱処理することにより、ＭｇＢ２が生成される。また、ＭｇＢ２粉を充填した場合（ｅｘ-ｓｉｔｕ法）も、通常は粒同士の結合性を向上させるために熱処理を行う。【０００４】
図１Ａおよび図１Ｂは、ＰＩＴ法で作製した従来のＭｇＢ２超電導線材の断面模式図の一例である。ＭｇＢ２超電導線材１１は、内側のＭｇＢ２コア１２と、コア１２の外側に位置する金属シース１３とから構成される。金属シース１３は、コア１２側に位置するバリア層１４と、バリア層１４の外側に位置する安定化層１５とから構成される。バリア層１４は、熱処理プロセスにおいて安定化層と充填粉末の反応を防ぐための層であり、鉄（Ｆｅ）、ニオブ（Ｎｂ）などの層である。安定化層１５は、高い電気伝導・熱伝導を有する層であり、銅（Ｃｕ）などの層である。【０００５】
線材に通電可能な電流密度（臨界電流密度、Ｊｃ）を向上させるためには、ＭｇＢ２の粒同士の電気的結合度が高い、すなわち粒間の空隙・異相（未反応物、酸化物など）が少ないことが必要である。前述のｉｎ−ｓｉｔｕ法では、伸線加工後にＭｇＢ２を生成させるため、ＭｇＢ２粒同士は結合しやすい。しかし、Ｍｇ＋２Ｂ→ＭｇＢ２の反応において体積収縮が起こるため、伸線加工後の充填率が約９０％と高くても、熱処理後には６７％に低下する。【０００６】
ｉｎ−ｓｉｔｕ法において、初期充填率を改善する方法として、原料粉末のメカニカルミリングが有効である。金属容器に、ＭｇとＢの粉末、金属ボールを入れて、遊星ボールミル装置を用いて高速で回転させることにより、硬いＢ粉が軟らかいＭｇ粉にめり込んだ状態となる。その混合粉を金属管へ充填し、伸線加工すると、粉末粒子間の空隙がほとんどない状態となるため、初期充填率は１００％に近い値となる。それにより、熱処理後の充填率も７４％まで向上する。【０００７】
一方、ｅｘ−ｓｉｔｕ法では、ｉｎ−ｓｉｔｕ法のような体積収縮がないため、伸線加工後の高い充填率（約８０％）が維持されるが、生成済みのＭｇＢ２粒同士は焼結し難いという難点がある。ｅｘ−ｓｉｔｕ法の焼結性を改善するために、ＭｇＢ２粉にＭｇとＢの混合粉を添加する中間的な方法（Ｐｒｅｍｉｘ法）もある。以上の技術に関連して、特許文献１および特許文献２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許４６６７６３８号公報
【特許文献２】特開２００３−０３１０５７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
線材のＪｃ向上を目的として、メカニカルミリングした混合粉末によるｉｎ−ｓｉｔｕ法、ｅｘ−ｓｉｔｕ法、Ｐｒｅｍｉｘ法を採用した場合、確かに短尺試料のＪｃは向上する。ただし、線材を実用化するためには、長尺線材を製造可能であること、および、その通電特性が全長にわたって均一であることが重要であり、高いＪｃ化と長尺均一性の両立が課題である。【００１０】
線材の通電特性の長尺均一性とは、線材断面におけるＭｇＢ２コア形状の均一性である。すなわち、長手方向にわたってＭｇＢ２コアの形状に乱れがないこと（例えば円断面の単芯線の場合は、コア形状が真円に近いこと）、またコアの断面積が均一であることが要求される。【００１１】
ＭｇとＢの粉末を軽く混合したｉｎ−ｓｉｔｕ法では、軟らかいＭｇ粉末が伸線加工中に長手方向に伸びるため加工性が良く、周囲の金属シースへの負荷が小さい。そのため、コアの形状が乱れることなく、長尺均一性を確保しやすい。しかし、メカニカルミリングしたＭｇとＢの混合粉末およびＭｇＢ２粉末は、Ｍｇ粉末と比べて硬いため、伸線加工中に金属シースを塑性変形させる。図１Ａおよび図１Ｂにそのときの線材の横断面、縦断面をそれぞれ示す。伸線加工中にバリア層１４が変形することで、ＭｇＢ２コア断面の形状が長手方向に不均一となり、臨界電流（Ｉｃ）が不均一となる。さらに変形が進み、バリア層１４が破れてしまうと、コア１２に含まれるＭｇが熱処理中に安定化層１５と反応してしまい、Ｉｃは急激に低下する。また、最悪の場合には、バリア層１４のクラックが起点となり、伸線加工中の断線につながる。それを防ぐためにはバリア層１４を厚くする必要があるが、それにより電流密度が低下する。【００１２】
本発明の目的は、ＭｇＢ２超電導線材の高Ｊｃ化と長尺均一性の両立に関する上記の課題を解決し、全長にわたって均一に、高い電流密度で通電可能な線材、および、その線材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは前記課題を解決するべく検討した結果、線材断面構成の改善により前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。上記課題を解決する為に、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、ＭｇＢ２を含むコアと、前記コアを囲む金属シースとから構成されるＭｇＢ２超電導線材であって、前記コアが、中心側に位置する第１のＭｇＢ２コアと、前記第１のＭｇＢ２コアの外側に位置する第２のＭｇＢ２コアとを少なくとも備え、前記第２のＭｇＢ２コアの密度は、前記第１のＭｇＢ２コアの密度より小さいＭｇＢ２超電導線材が提供される。【００１４】
また、その他の例によれば、上記課題を解決するＭｇＢ２超電導線材の製造方法が提供される。当該ＭｇＢ２超電導線材の製造方法は、ＭｇとＢの粉末成形体を作製する工程と、前記ＭｇとＢの粉末成形体を金属管に充填する工程と、前記金属管を伸線加工する工程と、前記金属管を熱処理する工程と、を含み、前記ＭｇとＢの粉末成形体を作製する工程は、ＭｇとＢの混合粉の円柱状の第１の成形体を作製する工程と、ＭｇとＢの混合粉の円筒状の第２の成形体であって、前記第１の成形体よりも密度が小さい第２の成形体を作製する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、全長にわたって均一に、高い通電特性を有する超電導線材を提供することができる。
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】ＰＩＴ法で作製した従来のＭｇＢ２超電導線材の長手方向（線材の延伸方向）に対して垂直な断面の模式図の一例である。
【図１Ｂ】ＰＩＴ法で作製した従来のＭｇＢ２超電導線材の長手方向に沿った断面の模式図の一例である。
【図２Ａ】本発明の第１実施例におけるＭｇＢ２超電導線材の長手方向に対して垂直な断面の模式図の一例である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施例におけるＭｇＢ２超電導線材の長手方向に沿った断面の模式図の一例である。
【図３Ａ】本発明の第２実施例におけるＭｇＢ２超電導線材の長手方向に対して垂直な断面の模式図の一例である。
【図３Ｂ】本発明の第２実施例におけるＭｇＢ２超電導線材の長手方向に沿った断面の模式図の一例である。
【図４】本発明のＭｇＢ２超電導線材における粉末充填方法を示す図である。
【図５】第１実施例のＭｇＢ２超電導線材を製造する工程を示す図である。
【図６】第２実施例のＭｇＢ２超電導線材を製造する工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
【００１８】
［第１実施例］
図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の第１実施例におけるＭｇＢ２超電導線材の断面模式図の一例である。
本実施例のＭｇＢ２超電導線材１は、ＭｇＢ２コア２と、ＭｇＢ２コア２を囲む金属シース５とを備える。金属シース５は、コア２側に位置するバリア層６と、バリア層６の外側に位置する安定化層７とから構成される。
【００１９】
本実施例の特徴として、ＭｇＢ２コア２は、中心に位置する高密度ＭｇＢ２コア３と、高密度ＭｇＢ２コア３よりも密度が小さく、かつ高密度ＭｇＢ２コア３の外側に位置する低密度ＭｇＢ２コア４とから構成されている。したがって、低密度ＭｇＢ２コア４が、金属シース５のバリア層６と隣接して配置されることになる。低密度ＭｇＢ２コア４は、高密度ＭｇＢ２コア３よりも密度が小さくなっているが、以下では、これらのコア３、４の詳細について説明する。
【００２０】
高密度ＭｇＢ２コア３は、遊星ボールミル装置を用いてＭｇとＢをメカニカルミリングした混合粉末（以下、強混合粉と呼ぶ）もしくはＭｇＢ２粉末を充填した部分である。高密度ＭｇＢ２コア３には、図２Ｂの拡大図に示すように、数μｍ以下の微小な空隙８のみ存在する。なお、通電特性などを考慮すると、高密度ＭｇＢ２コア３の密度は、ＭｇＢ２の真密度（２．６２ｇ／ｃｍ）の７０％以上であることが好ましい。
【００２１】
低密度ＭｇＢ２コア４は、ＭｇとＢの粉末を軽く混合した粉末（以下、弱混合粉と呼ぶ）を充填した部分である。伸線加工時には、低密度ＭｇＢ２コア４の部分に軟らかいＭｇ粉末が存在するため、低密度ＭｇＢ２コア４は、高密度ＭｇＢ２コア３の部分とバリア層６との間の緩衝材として働く。それにより、バリア層６の変形が抑制されるため、バリア層６の破れや断線を防ぐことができる。ただし熱処理後には、Ｍｇが存在していた部分が、ＭｇＢ２超電導線材の長手方向に延びる扁平な空隙９となる。空隙９は、数十μｍ程度の大きさである。
【００２２】
本実施例のＭｇＢ２超電導線材を作製するためには、金属管への原料粉末充填時に、そのような構成にする必要がある。図４は、ＭｇＢ２超電導線材における粉末充填方法を示す図である。図４の例では、バリア層６と安定化層７を有する金属管へ、高密度ＭｇＢ２コア３の原料粉末および低密度ＭｇＢ２コア４の原料粉末を充填する。その際に、設計通りの断面構成を実現するためには、それぞれの粉末を加圧成形体として充填することが望ましい。低密度ＭｇＢ２コア４用の円筒状の弱混合粉成形体４２の中に、高密度ＭｇＢ２コア３用の円柱状の強混合粉成形体４１を挿入する。成形体４１、４２からなる成形体を、所望の長さとなるように複数個金属管へ充填する。そのような成形体を充填することで、初期の粉末配置および粉末密度を制御することが可能となり、長尺均一性の向上につながる。
【００２３】
次に、本発明のＭｇＢ２超電導線材の製造方法について具体的に説明する。
【００２４】
＜金属管作製＞
金属管（金属シース５）は、バリア層６と安定化層７の二層構造とする。安定化層７は、短尺線材に試験的に通電するだけであれば無くても構わないが、コイルやケーブルとして使用する場合には必須である。本実施例では、バリア層６に鉄（Ｆｅ）、安定化層７に銅（Ｃｕ）を使用した。バリア層６には、熱処理中に充填したＭｇ、Ｂと反応しないこと、また、細い線径まで伸線加工することが必要であるため、加工性が良いことが要求される。そのような材料としては、Ｆｅの他にニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）またはそれらを含む合金が使用可能である。
【００２５】
安定化層７は、超電導体がクエンチ（常電導転移）したときに電流パスとなるように抵抗率が低いこと、また、特に冷媒フリーで伝導冷却する場合には、熱伝導率が高いことが要求される。そのような材料としては、Ｃｕの他にアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、またはそれらを含む合金が使用可能である。バリア層６と安定化層７は事前に一体化しておくことが望ましい。その手法としては、機械的に圧力をかけて一体化させる方法や、電気化学的に被覆（めっき）する方法がある。本実施例では、Ｆｅ管にＣｕをめっきしたパイプを用いた。
【００２６】
＜原料粉末＞
本実施例では、高密度ＭｇＢ２コア３の原料粉末として、ＭｇとＢをメカニカルミリングした混合粉（強混合粉）を使用し、この混合粉を金属管に充填した。具体的には、ＭｇとＢの粉末を化学量論組成になるよう秤量して、超硬合金であるタングステンカーバイド（ＷＣ）製の容器の中に、ＷＣ製のボールとともに入れ、遊星ボールミル装置によって４００ｒｐｍ×６ｈｒの処理を行った。Ｍｇ粒子中にＢ粒子がめり込んだ状態になっていれば、混合方法は上記の方法でなくても構わない。また、本実施例では、ＭｇとＢの強混合粉を使用したが、ＭｇＢ２粉末を充填することも高密度化には有効である。ただし粒同士の結合性を上げるためには、高温・長時間の熱処理が必要である。
【００２７】
低密度ＭｇＢ２コア４の原料粉末には、ＭｇとＢを軽く混合した粉末（弱混合粉）を使用した。具体的には、ＭｇとＢの粉末を化学量論組成になるよう秤量し、ＳＵＳ３０４製のボールと共にプラスチックの容器に入れ、ボールミル装置によって６ｈｒ混合した。この方法に限らず、Ｖミキサー、乳鉢による混合でも構わない。上記の粉末を扱う場合には、酸化を防ぐために、グローブボックス中で作業を行った。グローブボックス中の水分量と酸素量はいずれも１０ｐｐｍ以下に制御することが望ましい。高磁場中における通電特性を向上させる場合には、高密度ＭｇＢ２コア３の原料粉末および低密度ＭｇＢ２コア４の原料粉末に対して、炭素などの第３元素を添加することが有効である。
【００２８】
＜粉末成形・充填＞
上記のようにして得られた原料粉末を加圧して成形体を作製する。強混合粉を円柱状の金型に充填する。また、弱混合粉を円筒状の金型に充填する。そして、これらの金型をプレス機で加圧した。ここで作製された強混合粉の成形体および弱混合粉の成形体を金属管に充填した後、伸線加工によって密度が向上するため、ここでは大きな力で加圧する必要は無く、成形体が崩れずにハンドリングできる程度（数十ＭＰａ）で十分である。
【００２９】
円筒状の弱混合粉成形体４２（低密度ＭｇＢ２コア４用の成形体）に円柱状の強混合粉成形体４１（高密度ＭｇＢ２コア３用の成形体）を挿入し、それを金属管へ充填した。設計通りの線材断面構成を実現するためには、弱混合粉および強混合粉の両方を成形体として充填することが望ましいが、必須ではない。例えば、成形体作製の手間を削減するために、円筒状の弱混合粉成形体４２を金属管へ充填した後、中央の穴へ強混合粉をタッピングで充填することも可能である。
【００３０】
＜伸線加工＞
上記のように原料粉末を充填した金属管を、１パス当たりの減面率（断面積減少率）が８〜１２％の範囲内となるように、伸線装置を用いて加工を繰り返し、所望の直径（本実施例ではφ０．５ｍｍ）まで加工した。なお、伸線装置としては、静水圧押出機、ドローベンチ、伸線機、スエージャー、カセットローラーダイス、溝ロールなどを利用可能である。
【００３１】
＜熱処理＞
最後に、伸線加工した線材に対して、非酸化性雰囲気中、６００℃以上８５０℃以下の温度で数分から数１０時間保持する熱処理（焼結熱処理）を施す。これにより、ＭｇＢ２相を生成させてＭｇＢ２超電導線材とする。当該熱処理は、充填粉末の望まない酸化を防ぐために、非酸化性雰囲気で行うことが望ましい。具体的には、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）などの不活性ガス、または中真空以上の真空度を有する真空（総称して非酸化性雰囲気）が望ましく、いずれにおいても水分と酸素の含有量が共に１０ｐｐｍ以下であることが望ましい。
【００３２】
＜長尺均一性評価＞
以上のように作製したφ０．５ｍｍ×長さ３００ｍの線材を、長さ３０ｍごとに切断し、各端部のサンプリング（計１１本）、樹脂埋め、研磨を行い、光学顕微鏡による断面観察を実施した。それによりＭｇＢ２コア形状の長尺均一性を評価した。具体的には、各断面において、ＭｇＢ２コアの真円度（平均半径からのズレの最大値）およびＭｇＢ２コア面積のバラツキを評価した。比較のために、強混合粉末のみを充填した従来方法によって作製した線材についても同様の評価を行った。その結果、従来方法による線材では、ＭｇＢ２コアの平均半径からのズレの最大値は平均約１５％、ＭｇＢ２コア面積のバラツキは平均値±５％程度であった。それに対し、本実施例による線材では、ＭｇＢ２コアの平均半径からのズレの最大値は平均約５％であり、ＭｇＢ２コア面積のバラツキは平均値±１％であった。これより強混合粉と弱混合粉の二層充填による長尺均一性向上の効果が確認された。
【００３３】
＜通電特性評価＞
通電特性を向上させるためには、上記長尺均一性を確保できる範囲で、高密度ＭｇＢ２コア３の断面積（線材の長手方向に対して垂直な断面の面積、図２Ａの断面に相当）が広いことが望ましい。特に、高密度ＭｇＢ２コア３の断面積が、コア２の全体の断面積の５０％以上であることが好ましい。本実施例では、最終線径φ０．５ｍｍのときの各層の外径は、Ｃｕ：φ０．５ｍｍ、Ｆｅ：φ０．４ｍｍ、低密度ＭｇＢ２コア４（弱混合粉）：φ０．３ｍｍ、高密度ＭｇＢ２コア３（強混合粉）：φ０．２３ｍｍであり、低密度コア：高密度コアの断面積比は約４：６であった。また、この例における高密度ＭｇＢ２コア３の密度は、ＭｇＢ２の真密度（２．６２ｇ／ｃｍ）の７０％以上である。
【００３４】
ここで、本実施例との比較のため、弱混合粉のみを充填した線材（比較例）を作製した。本実施例の線材および比較例の弱混合粉充填の線材について、ＭｇＢ２コアの臨界電流密度（Ｊｃ）を磁化測定から評価し、その結果、２０Ｋ、０〜５Ｔでは、平均して約１５％のＪｃ向上が確認できた。高密度ＭｇＢ２コアの断面積比を大きくすれば、さらなるＪｃ向上が期待される。
【００３５】
図５は、第１実施例のＭｇＢ２超電導線材の製造方法を示す図である。まず、上記のように、バリア層６と安定化層７の二層構造の金属管を作製する（５１０）。次に、上記で示したいずれかの方法によって、Ｍｇ粉とＢ粉を軽く混合し、ＭｇとＢの弱混合粉とする（５２１）。その後、円筒状の金型を用いて弱混合粉の成形体を作製する（５２２）その後、円筒状の弱混合粉成形体を金属管に充填する（５２０）。
【００３６】
また、Ｍｇ粉とＢ粉をメカニカルミリングで混合し、ＭｇとＢの強混合粉とする（５３１）。なお、高密度ＭｇＢ２コア３の原料粉末として、ＭｇＢ２粉末を用いてもよい。次に、円柱状の金型を用いて強混合粉（あるいは、ＭｇＢ２粉末）の成形体を作製する（５３２）。その後、円柱状の強混合粉成形体を金属管に充填する（５３０）。なお、ここでは、弱混合粉成形体を金属管に充填し、その後、強混合粉成形体を金属管に充填する手順としたが、上述したように、弱混合粉成形体に強混合粉成形体を充填した後に、弱混合粉成形体および強混合粉成形体が一体となった成形体を金属管に充填する手順としてもよい。その後、上述した方法によって伸線加工し（５４０）、伸線加工した線材に対して熱処理を施す（５５０）。
【００３７】
［第２実施例］
次に、第２実施例について説明する。高密度ＭｇＢ２コア３は、充填率が高い割に、粒同士の結合性が悪いという難点がある。それを改善するために、高密度ＭｇＢ２コア３の原料粉末に、弱混合粉を添加することが有効である。弱混合粉を添加すると、硬い強混合粉もしくはＭｇＢ２粉の粒間に、小さなＢ粒子が入り込む。そこでＭｇＢ２が生成することによって、粒同士の接触面積が拡大し、焼結が促進される。
【００３８】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の第２実施例におけるＭｇＢ２超電導線材の断面模式図の一例である。高密度ＭｇＢ２コア３以外の構成は、第１実施例と同様であり、説明を省略する。本実施例では、高密度ＭｇＢ２コア３の原料粉末に弱混合粉を添加することにより、高密度ＭｇＢ２コア３が作製される。この場合、図３Ｂの拡大図に示すように、高密度ＭｇＢ２コア３にＭｇの拡散による空隙９が生じる。したがって、高密度ＭｇＢ２コア３では、数μｍ以下の微小な空隙８と数十μｍ程度の空隙９が混在する。空隙９が生じることにより、充填率は下がってしまうが、それよりも結合性改善の効果が大きいため、通電特性が改善される。
【００３９】
空隙９は、ＭｇＢ２超電導線材の長手方向に延びる扁平な形状であり、低密度ＭｇＢ２コア４内に存在する空隙９と同様の形状である。高密度ＭｇＢ２コア３用の強混合粉に弱混合粉を添加するため、高密度ＭｇＢ２コア３内の空隙９の占める割合は、低密度ＭｇＢ２コア４内の空隙９の占める割合より小さい。なお、通電特性などを考慮して、高密度ＭｇＢ２コア３内の空隙９の占める割合は、２０％以下であることが好ましい。
【００４０】
図６は、第２実施例のＭｇＢ２超電導線材の製造方法を示す図である。第１実施例で説明した内容と同じ工程については図５と同じ番号を付して、説明を省略する。以下では、高密度ＭｇＢ２コア３用の混合粉の成形体を作製する工程のみを説明する。
【００４１】
まず、Ｍｇ粉とＢ粉をメカニカルミリングで混合し、ＭｇとＢの強混合粉（第１の混合粉）を準備する（５３３）。なお、これの代替として、ＭｇＢ２粉末を用いてもよい。また、弱混合粉用として上記で示したボールミル装置、Ｖミキサー、または乳鉢のいずれかによってＭｇ粉とＢ粉を軽く混合し、ＭとＢの弱混合粉（第２の混合粉）を準備する（５３４）。その後、ＭｇとＢの強混合粉とＭｇとＢの弱混合粉とを軽く混合して、高密度ＭｇＢ２コア３用の混合粉する（５３５）。その後、円柱状の金型を用いて、工程５３５で作製された混合粉の成形体を作製する（５３６）。
【００４２】
＜通電特性評価＞
第２実施例についても評価を行った。第２実施例として、第１実施例に記載の強混合粉（高密度ＭｇＢ２コア３用の強混合粉）に１０質量％の弱混合粉を加え、その他は第１実施例と同様に線材を作製した。第１実施例と同様にＭｇＢ２コアのＪｃを評価した結果、第１実施例の線材と比較して、さらに約１５％のＪｃ向上が確認できた。
【００４３】
以上の実施例によれば、全長にわたって均一に、高い通電特性を有する超電導線材を提供することができる。また、以上の実施例のＭｇＢ２超電導線材を用いることで、従来よりも高性能な超電導ケーブル、または超電導磁石（ＭＲＩ、ＮＭＲ等へ適用）の実現が可能である。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることがあり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００４５】
以上の実施例では、ＭｇＢ２コア２を２つのコアで作製したが、３個以上のコアで作製してもよい。この場合、中心から外側に行くに従って、コアの密度が小さくなるように構成してもよい。
【００４６】
以上の実施例では、断面形状が円の丸線および単一のＭｇＢ２コアを有する単芯線を対象に説明したが、断面形状が四角の角線もしくはテープ線および複数のＭｇＢ２コアを有する多芯線についても、本発明によって同様の効果が期待できる。
【符号の説明】
【００４７】
１        ：ＭｇＢ２超電導線材
２        ：ＭｇＢ２コア
３        ：高密度ＭｇＢ２コア（第１のＭｇＢ２コア）
４        ：低密度ＭｇＢ２コア（第２のＭｇＢ２コア）
５        ：金属シース
６        ：バリア層
７        ：安定化層
８        ：空隙
９        ：空隙
４１      ：強混合粉成形体
４２      ：弱混合粉成形体
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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