2019 Fiscal Year Annual Research Report
Research on the microstructures and mechanical properties of large superconducting bulk materials that can endure electro-magnetic force
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17K06825
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| Research Institution | Ichinoseki National College of Technology |
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Principal Investigator |
村上 明 一関工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (30361033)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超電導 / 単結晶バルク / 機械的特性 / 破壊強度 / 曲げ試験 / 引張試験 / フラクトグラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超電導バルク材料（以下，「バルク」．）を用いた応用機器の高性能化にとって，バルクの大型化が有効な手段とされる．また，応用においてバルクに生じる電磁力や熱応力は，大型化に伴い増大するため，バルクの機械的特性の改善も重要な課題に挙げられる．現在主流となっている希土類系のバルクは単結晶であり，直径60 mm程度が多結晶化せずに得られる大きさの限界であるが，本研究では種結晶から離れるに従い包晶分解温度が低くなるような組成勾配を有する原料成型体を結晶成長させて得た直径150 mmの超大型単結晶バルクを対象とした．そのような製法による超大型単結晶バルクにおいて，組成の境界が破壊を招くことはなく，大型バルクの製法として有望であることが示された．大気中での結晶成長により作製される一般的なバルクには機械的特性の低下を招く気孔が必然的に含まれるが，本研究では，気孔を含まない緻密質の単結晶バルクを対象とした．緻密質のバルクは，結晶成長の際の雰囲気を酸素中とすることや，インフィルトレーション・グロース法（以下，「IG法」．）と呼ばれる製法により得た．IG法は，組成の異なる複数の原料成型体を積み重ねて結晶成長させる製法である．バルクの破壊強度は，気孔率の低下に伴い指数関数的に向上した．気孔を含むバルクでは，大きな気孔が破壊の起点となっており，気孔を含まない場合では，例外的な気孔の他に，優れた超電導特性の発現に不可欠な第2相粒子の微細化を目的に微量添加された白金や，第2相粒子の偏在が破壊の起点となることが明らかとなった．超電導転移温度は希土類系と比較して低いが，単結晶化しなくとも焼結により優れた超電導特性を示し，希土類系と同様に応用において有望とされるニホウ化マグネシウムのバルクも対象とした．熱間等方加圧や放電プラズマ焼結により高充填率で優れた機械的特性を有するバルクが得られた．
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