スエージングを用いて線材加工したin-situ PIT MgB_2単芯線材の超伝導特性と組織

摘要

MgB_2超伝導体は2001年に発見され，金属系超伝導体では最高の39Kの転移温度(T_c)を有することから液体水素温度20K冷却での産業応用を目指し基礎から応用まで幅広く研究が行われている.MgB_2は機械的強度に優れ，軽量である.特に銅酸化物系超伝導体と比較した場合，弱結合の問題がほぼないためより簡便に超伝導線材を作製できるなどのメリットを有する.しかしMgB_2の磁場下における臨界電流密度(J_c)は，実用水準に達していない.つまり実用超伝導線材としてMgB_2を利用するためには，J_cの改善が必須である.MgB_2の作製方法は，原料粉末を金属管に充填,加工および熱処理を行うPowder In Tube (PIT)法が一般的に用いられる.PIT法には大きく分けて2種類の方法が存在する.一つ目の方法はIn-situ PIT法である.この方法では原料粉末としてMgとBの粉末を用いる.これらの混合粉末を金属管に充填後，加工および熱処理を行って線材を作製する方法である.MgB_2の粒間の結合性が良好であり，J_c-B特性が比較的高いが，MgB_2が生成する際の体積の収縮に伴うボイドの発生に起因して，線材としての充填率が低くなってしまうというデメリットが存在する.もう一つの方法は，Ex-situ PIT法と呼ばれる方法である.この方法では，原料粉としてMgB_2粉末を用いるため，充填率は高いが粒間の結合性が悪い.そのため加工後に再熱処理を高温で行い結合性を改善する試みが行われるが,J_c-B特性はIn-situ PIT線材よりも低いのが一般的である.