(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
展延性を有する金属を内蔵するＭｇＢ2系超伝導体であって、超伝導体とする工程の後または工程の途中に１００℃〜９００℃（６００℃〜９００℃は除く）で熱処理してなることを特徴とする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であって、
超伝導体とする工程の後または工程の途中に１００℃〜９００℃（６００℃〜９００℃は除く）で熱処理してなることを特徴とする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6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、得られる超伝導体断面の面積比で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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
常伝導状態から超伝導状態に遷移する臨界温度（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組成の硼化物粉末を金属管に充填し、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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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、酸化物系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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、
（１）展延性を有する金属を内蔵するＭｇＢ2系超伝導体であって、超伝導体とする工程の後または工程の途中に１００℃〜９００℃（６００℃〜９００℃は除く）で熱処理してなることを特徴とする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であって、
超伝導体とする工程の後または工程の途中に１００℃〜９００℃（６００℃〜９００℃は除く）で熱処理してなることを特徴とする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、得られる超伝導体断面の面積比で２〜５０％の範囲になるように添加されることを特徴とする（６）〜（１０）のいずれかに記載のＭｇＢ2系超伝導体の製造方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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な常伝導金属は、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相を析出させた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な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結晶の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、超伝導特性が劣化する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】
（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、巾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、柔らかく加工性に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。
【００３２】
【発明の効果】
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、電力送電等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、超伝導応用の飛躍的発展に寄与する。
【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。