SUPERCONDUCTIVITY COMMUNICATIONS, Vol.12, No.1, Feb. 2003

6.Cuシースを用いたMgB2線材の開発に成功
＿超電導工学研究所、東京ワイヤー製作所＿

　国際超電導産業技術研究センター超電導工学研究所と東京ワイヤー製作所は科学技術振興事業団の支援を受けて、in-situ PIT(Powder-In-Tube)法によりCuシースを用いた10m長級のMgB2線材を開発し、安定化材料としてCuを用いることに成功したと発表した(ISS 2002)。これまでMgB2超伝導体の線材化には主にFeをベースにした金属(ステンレス、炭素鋼など)が用いられてきたが、今回の成功により、超伝導がクエンチした場合の安定化材料として最も望ましいCuをシースとすることが可能になった。同グループではCuシース線材を用いた線径0.5mmφの丸線を約3.5m用いて図1に示すようなボア径27mm、50ターンの超伝導コイルを試作し、4.2 K、ゼロ磁場において200Aの電流までクエンチせずに約0.4テスラの磁場発生を確認した。その際の電流密度は44万A/cm2(シースまで含めた電流密度は約10万A/cm2)であった。

　これまでCuを安定化材料として用いる場合の問題は2つあった。1つはMgB2との反応の問題、もう1つはCuが柔らかいために線引き工程で十分に圧力を加えらずにMgB2の密度が低くなるという問題である。超電導工学研究所第1研究部の町研究員によれば、｢in-situ法でMgB2が形成された場合に原料のMgとB粉末の総体積は約半分になってしまうので、MgB2の密度が低くCuとの電気的接触も悪くなることが判明した。そこで何回も熱処理と線引き加工をくり返すことによって密度を高めことに成功し(図2参照)、その結果臨界電流密度(Jc)を向上できた。またCuとの反応については、シースとの界面にCu2Mgを形成するだけでJcに深刻なダメージを与えないことも分かった。｣と述べた。なぜin-situ法にこだわるのかという問いに対しては、｢我々のグループでは、焼結体試料の実験によってTiなどの第2元素添加がMgB2の粒径を10 nmオーダまで減少させ、臨界電流密度や上可逆磁界が向上できることをすでに発見していた(Zhao et al., APL 80(2002)1640.)ため、粒径の大きな市販のMgB2を使いたくなかった。｣と答えた。

　CuシースMgB2線材の作製方法は、Cuチューブに1：2の組成比で混合したMgとB粉末を圧粉挿入して端末を封じ、スウェージングおよびダイス加工により線径を0.5mmφまで減少させていくという方法である。線引き加工のいくつかの段階で700˚Cの熱処理が加えられており、これが図2の概念図に示した密度向上のプロセスに相当する。

　今回の成果により、①MgB2線材の安定化材料として理想的なCuを用いることができる、②in-situ法なので、あらかじめMgB2粉末を作製する必要がない、③丸線であるので、コイルの設計が容易である、等のことが可能となったが、焼結体ではJcが向上するTi添加効果が見られないことも合わせて報告されていた。この問題に関しては、今後プロセスや原料粉末の混合比を再検討して臨界電流密度と上可逆磁界を高めていくということであった。


図1 CuシースMgB2線材を用いて試作した超伝導コイル


図2　MgB2の密度向上の概念図

　　　　　　　　　　

(Macintosh Lover)