MgB2超导线材及其制备方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种MgB

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MgB2超导线材及其制备方法
本专利技术涉及MgB2超导线材及其制备方法。
技术介绍
超导线材的优点为能够以零电阻流过电流。将能够以零电阻流过电流的电流密度的上限称作临界电流密度Jc，作为温度与磁场的函数而给出。超导体的Jc由磁通钉扎现象来确定。第二种超导体中，磁通经量子化侵入试料内，通电时磁通线受到洛伦兹力作用，磁通线试图发生运动。实际上，当磁通线发生运动时则回产生电阻损失，因此，在实用性的超导体中，在试料内导入用于钉扎磁通线的缺陷或不均质部。二硼化镁(以下记作MgB2)与现有广泛普及的铌系超导体(铌钛、铌三锡)相比具有高临界温度(Tc为大致40K)。另外，由于可以以低成本实现线材化，作为下一代的超导材料被寄以期待。已经提出在MgB2中结晶晶界作为磁通钉扎中心而发挥作用。为了提高由结晶晶界产生的磁通钉扎力，维持低结晶性与微细晶粒是重要的，为了实现这样的微细组织，认为在700℃以下的较低温度下合成MgB2是有效的。MgB2线材通常通过将粉末填充在金属管中并进行拉丝的方法(PowderinTube，PIT法)来制备。该方法进一步分为非原位法(exsitu法)和原位法(insitu法)。非原位法中，在金属管中填充MgB2粉末并进行线材化后通过热处理使MgB2粉末烧结。原位法中，在金属管内填充镁与硼的混合粉末，在线材化后进行热处理，由此合成MgB2。非原位法中存在如下课题，即：为了使得MgB2粒子之间良好地结合需要较高的烧结温度(800～900℃)，且磁通钉扎力弱。另一方面，原位法中，即使700℃以下的低温的热处理也能够生成MgB2，从磁通钉扎的观点来看是有利的。但是，由镁与硼生成MgB2的反应伴随着体积减小会产生大量的空隙，不能获得足够的超导电流路径。由此，作为MgB2线材的代表性的制备方法的非原位法与原位法都不能说是最佳方法。机械研磨法是用于解决如上的现有制备方法中的课题的有效方法之一(非专利文献1)。机械研磨法中，将镁粉末与硼粉末与球一起填充在釜中，进而将釜通过行星磨装置以高速进行自公转，由此使得粉末与球、釜内壁发生撞击。通过该过程可合成硼粒子分散在镁基体中得到的前驱体粒子。然而，由于该前驱体粒子硬，存在如下课题，即：在进行线材化时在金属外壳内不能充分变形，粒子之间不能产生充分密合。粒子之间的密合不充分的情况下，即使通过热处理使所述前驱体粒子变化为MgB2，也不能形成连续性良好的超导电流路径。对于这样的课题，在拉丝步骤的一部分中导入使加工夹具的与线材直接接触的部分不固定而是进行旋转的加工方法(例如盒式滚压加工(カセットロール加工))或高温加工(温間加工)是有效的(专利文献1)。另外，在前驱体粒子合成之际，在镁粉末与硼粉末中添加固体有机物也是有效的(专利文献2)。另一方面，在非专利文献2及专利文献3中，通过将镁粉末与硼粉末以更高能量进行行星磨混合，使得MgB2部分合金化(机械式合金化或机械合金化)。报道了通过使用这样的填充粉末能够获得高Jc。现有技术文献专利文献专利文献1:国际公开第2017/130672号专利文献2:国际公开第2017/179349号专利文献3:日本特许第4259806号公报非专利文献非专利文献1:Supercond.Sci.Technol.30(2017)044006非专利文献2:Supercond.Sci.Technol.26(2013)025005
技术实现思路
专利技术所要解决的课题通常，超导线材要与铜、铝等高纯度金属复合化。这些高纯度金属具有低电阻率与高热导率。因此，足够量的高纯度金属，当发生淬火并产生正常传导转变时，起到降低线材的电阻率、使热有效扩散以及热浴的效果。因此，要防止由于过度的温度上升导致的线材的烧损。另一方面，为了提高其热稳定性而与其复合化的高纯度金属，一般具有柔软性。本专利技术人通过后述的研究发现，在外壳材料(外层材料)使用柔性材质(实施生成MgB2的热处理后的维氏硬度(试验力：25gf)不足150HV)的情况下，尤其是在将柔性材料配置在MgB2细丝的外侧的情况下，即使使用例如专利文献1及2的方法，也不能产生充分的前驱体粒子的变形从而使得临界电流密度较低。因此，机械研磨法中，与为了提高热稳定性的高纯度金属的复合化非常困难，或者对其复合化方法产生显著制约。此处，本专利技术的目的在于提供一种MgB2超导线材的制备方法，在机械研磨法中即使使用柔性的高纯度金属作为外层材料，也能使得前驱体粒子充分变形，获得热稳定性与临界电流特性都优异的MgB2超导线材。另外，本专利技术的目的还在于提供一种具有优异的热稳定性与高临界电流密度的MgB2超导线材。解决课题的方法为了解决上述课题，本专利技术的MgB2超导线材的制备方法，所述MgB2超导线材中MgB2细丝由外层材料包覆，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：前驱体粒子合成步骤，对镁粉末及硼粉末以不明确产生MgB2的强度进行冲击，生成在镁母材的内部分散有硼粒子的前驱体粒子；填充步骤，将所述前驱体粒子填充于金属管内；拉丝步骤，将填充有前驱体粒子的所述金属管加工成线材；热处理步骤，对所述线材进行热处理来合成MgB2；其中，所述拉丝步骤的一部分包含模压加工(スエージ加工)。另外，根据本专利技术的MgB2超导线材，所述MgB2超导线材中MgB2细丝由外层材料包覆，其特征在于，所述MgB2超导线材的纵向截面的所述MgB2细丝部分中，周长大于50μm的空隙的周长密度不足10mm-1，空隙的圆当量直径的个数基准分布的中值直径不足100nm。本说明书，通过援引引入其优先权基础的日本国专利申请号2018-015323号的公开内容。专利技术效果根据本专利技术，前驱体粒子产生充分的变形且相互密合，通过此后的热处理步骤形成连续性优异的MgB2细丝，能够获得高临界电流密度。该效果，特别在作为线材的外层材料使用铜等高纯度金属的情况下尤其显著。因此，能够制备具有高热稳定性的线材。由这样的线材制备的超导机器，能够以高电流密度稳定地通电，因此能缩短线材的长度，紧凑设计成为可能。需要说明的是，除了上述之外的课题、结构以及效果，通过下述实施方式的说明可以明确。附图说明[图1]是显示多芯线材的截面结构的一例的图。[图2]是显示前驱体粒子的X射线衍射谱的图。[图3]是显示3种单芯线材的临界电流密度Jc对外部磁场B的依赖性的曲线。[图4]是外层材料不同的单芯线材的纵向截面的电子显微镜图像。[图5]是加工法不同的铜铁外壳单芯线材((a)MM-CuFe、(b)MM-CuFe-S)的纵向截面的电子显微镜图像。[图6]是各种制备方法制得的线材的纵向截面的电子显微镜图像。具体实施方式以下，通过具体实施方式对本专利技术进行详细说明。根据本实施方式的MgB2超导线材的制备方法包括：前驱体粒子合成步骤，对镁粉末及硼粉末以不明确产生MgB2的强度进行冲击，生成在镁母材的内部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MgB

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180131 JP 2018-0153231.一种MgB2超导线材的制备方法，所述MgB2超导线材中MgB2细丝由外层材料包覆，所述制备方法包括如下步骤：
前驱体粒子合成步骤，对镁粉末及硼粉末以不明确产生MgB2的强度进行冲击，生成在镁母材的内部分散有硼粒子的前驱体粒子，
填充步骤，将所述前驱体粒子填充于金属管内，
拉丝步骤，将填充有前驱体粒子的所述金属管加工成线材，
热处理步骤，对所述线材进行热处理来合成MgB2；
其中，所述拉丝步骤的一部分包含模压加工。


2.根据权利要求1所述的MgB2超导线材的制备方法，其中，以所述MgB2超导线材的最终线径为d，所述模压加工在线径为2d以下的范围内实施。


3.根据权利要求1所述的MgB2超导线材的制备方法，其中，所述外层材料包含多种材料。


4.根据权利要求3所述的Mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：儿玉一宗，田中秀树，铃木孝明，小泷博司，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP