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[NRIMNews1988-05.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/1cfc9e62-a7ac-41d1-ac48-1f6f127f73d9/download)

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木村 良

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[金材技研ニュース 1988 No.5](https://mdr.nims.go.jp/datasets/1c263e7d-f05c-4031-bf3d-f1190f56c4aa)

## Fulltext

金属技研ニュース　1988　No.5七〇一．出Eoo一一〇⊂ω⊂o．oo］一〇〇〇．o0＝あ○蜆oo．］o－Eo－ooo］10’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－o○餉］o〕f←■1金属材料技術研究所マルチコア特集 新たな超電導材料を求めて超電導材料研究マルチコアプ□ジェクトがスタート　酸化物系超電導材料は，臨界温度が液体窒素温度（一196℃）以上であるため，これが実用化された場合のインパクトは極めて大きい。またこれらは，常温超電導材料発見の可能性すら示唆するものとして，高い関心を集めている。このため国の内外を間わず，活発に研究が行われている。　科学技術庁は，関係諸機関に蓄積された従来の研究実績を結集して，産学官の共同研究を促進するため，今年度よりマルチコアプロジェクトを発足させた。このプロジェクトにおけるコアの役割は，それぞれの専門分野で，民問や大学などの外部の研究機関と共同研究を推進することであって，妻夢爵共同研究戸㌔戸これをプロジェクト全体として総合的に行うことで，我が国の新超電導材料研究の基礎を固め，いっそうの発展を促そうとするものである。　当研究所は，二十数年にわたり超電導材料の研究を統けてきており，多くの研究実績と高いポテンシャルを持っている。そこで，当研究所は全部で15あるコアのうち，次ぺ一ジ以下に紹介するように，理論，データベース，原料制御，薄膜化，複合加工，超電導性能評価の6コアを担当して，このプロジェクトに’協力することにしている。これら6三アを通じて，当研究所においては既に20以上の民問企業，大学と共同研究を開始している。データペース　　　データ　　　コア　　新物雌　　　探恭コア　　　コア榊11巽化コア　　　　合成一　　　宇甫　　　　　　環壇利用　　　離造制御　　　　コア単結晶化コア　　　　　　　裡合加工　　微荊11加エ　　コア　　　コア｝輪悔　　輪推進委員会共伺研究コア　　　超確蝋　　　コア　　　　　　　　　茅　　　　　　耕品概造　　蟄　　　　　　解析］ア　　　　　　剖　　　　　　　　　　　鴻　　解析・評価　　　　　　　　　藻　　　　　　　　　　　溺分析支撞　　　　　　　　　商感度。ア　　　　　紐成分析　　　放射艘　　］ア　　　順射・解析　　　コア超電導材料研究マルチコアプロジェクトの組織と運営　　　（太線丸枠は当研究所が芋1・1当するコア）◇理　論　コ　ア◇野の研究闘発の効果的な指針となることが期待される。　新趨電導材料の早期実用化のためには，まずその基盤となる幾つかの基礎的研究が必要である。特に趨電導現象発現の機構解［胴に関する研究は，超電導特性の改良や新たな趨電導材料の探索のための璽要な錐を握っている。これに応えるために当コアにおいては，①新趨電導材料の特異性を探るための電子構造　　の詳糸出な解析，②超篭導機構に闘する理論モデルの構築と趨電　　導特性の導出，の2テーマを］／］心に矧二究を進める。したがって，高速大型コンピュータを駆使した大規模数値計算と，理論の有効性の検着正に必要な基礎物性実験が璽要な意陳をもつことになる。このために，些コアでは純理論研究者と数値解析研究者，基礎物性研究者等の協力による共同研究を・遂行する。また，超電導機構に関する一鍛新の研究成果を総介し，議論・検討するための猟究会を定期的にf1≡養したり、超電導発現機構に関する国際的ワークショップの開催も計魎している。◇原料制御コア◇　当コアは，原料の高純度化から焼結体製造に至る原料の研究を担当する。商純度化については，これまでの各種の新発想に基づく拙出精製，並びにTi等の揮発分解芽商製に闘する研究実繊と経験を基に、酸化物趨篭導材料の原料であるBa，Srの精密高奥空精製，レアアースの梱互分離糀製，並びに含金系趨電導材料の原料であるNb，Zrの樺発締製等について検討を行う。　また，当研究所はこれまで趨微粉作製に関する独白の技術を闘発し，均一に分散した滉含趨微粉イ乍製に実絞を有しているが，これを4、皇として酸化物趨電導材料用複含超微粉の作製法を検討する。更に，原料粉末の粒、度，形態，級成の制御や混含披術，焼結技術の高度化など、高性能の酸化牛勿趨電導材料を棚製するための原料製造披術の研究を行う。◇データベースコア◇7ラスマ鋭　新超電導材料については，現花のところ休系化された理諭に基づく研究開発の指針が確立していない。しかし，新材料探索の努力は各機闘で順広く行われており，蓄積されたデータもかなりの鐙に達している。当コアでは，これらのデータを広く収集・整理してデータベースを作ることにより，現実の材榊粥発に役立てようとしている。このため，縞晶構造や化学的性質などの基礎物性と線材化や漱膜化などの材料化技術とのr1丘晒からみて，データベースに含まれるべき特健値を選定し，参加機関の脇力を得て中核となるデータの整備を行う予定である。　更にこれと並行．して，このコアでは原子力などのエネルギー披術の分野や字宙利用などの未来披術の分里予について，趨電導関連技術の釧自］を調盗分析することにしている。この成媒は，データベースの適切な矛1」用技術の開発と梱まって，この分　　　　　　　　　　jヒーム　　　　　　　　　　　　　　　上1n－S1tu連統禽純崖化装蟹（左）と混含超微粉作製装置（右）◇薄膜化コア◇　鍛近梱次いで発兇された液体窒素胤度以．1二で趨電媒を示す駿化物趨電導材料は、いずれも層状の構遺を持一っているが，この物質を薄膜化することには，2つの意義がある。…つは，基板と平行に層状構造がそろうように膜を成長させることにより、趨電導電流が流れると考えられている嘱が拠板と平行につながり、塊状の多緒脇体に比校して数桁以上大きな電流を流すことが可能になることである。もう一一つは，MBE（分二戸線エピタキシ）やスパッタなどの蒸着技術を駆使して，上に述べたような層を思うがままに人工的に合成できる可能性があることである。もちろんこのようなことを可能にするためには，高臨界温度を実現している結晶構．造上の要因の解明が不可欠である。当研究所は，昭和59年度より科学技術振興調整費研究「積層化による超電導材料に関する研究」におい■■㊧■■　■C皿　■B｛　②Y　O　Oヨ（占有率100％〕　⑧Oi≡（高占有率〕　θOiii（低占有率〕　Y8a2Cu30。の結畠構造（無機材研泉主任研究官による）て，積層膜のエピタキシ成長や人工格子金属多層膜の合成に関する多くの経験を積んできた。これらの経験は，当コアの研究に発展的に引き継がれている。　当コアにおいては上述した観点から，①エピタキシ成長による単結晶膜の成長，②人工格子超電導材料膜の作製，の2つが大きな研究目標になる。この2つの研究目標を支えるものとして，③酸素含有量の制御，および④酸化物薄膜の耐久性（機械的，化学的）の向上，が大きな課題である。また，関連コアとの協力による高分解能電子顕微鏡を駆使しての積層状態の原子レベルでの解明，あるいは電気抵抗の測定，およびSQUID（超電導量子干渉装置）を用いたマイスナー効果の測定等も，重要な研究項目である。　いずれにしても，当コアにおいては長期的観点に立って，基礎的な研究を充実しつつ薄膜化の問題点を明らかにし，薄膜の低温合成とデバイスヘの応用を最終研究目標として努力する。◇複合加エコァ◇　当研究所では，Nb3Sn，V3Ga，Nb3Al，V2（Hf，Zr）等の多くの金属問化合物超電導材料の線材化技術を世界に先駆けて開発し，高性能超電導線材の実用化を行ってきた。その実績と技術ポテンシャルを背景に，Y－Ba－Cu－O系や最近発見されたBi－Sr－Ca－Cu－0系等の新高温酸化物超電導材料について，線材化あるいはテープ化する基礎技術を開発し，その実用化の研究を進めている。　しかしながら，これら酸化物の超電導特性は，組成，酸素含有量，結晶配向性，結晶粒界等の要因に強く依存するため，製造条件に著しく影響される。しかも，他のセラミックスと同じように極めて脆く，・線材やテープに直接加工することは全く不可能である。したがって，その線材化には従来技術に加え，新しい技術の開発が不可欠となる。　このような観点から，当コアでは気相法，液相法，固相法，化学反応法等を利用した種々の製造技術に取り組んでいる。まず，結晶配向性の高い優れた特性をもつテーブの製造に成功しているスパッタ法を発展させるとともに，実用化に適した真空蒸着法，化学蒸着法等の製造技術について基礎的研究を進める。また，線材化，テープ化に成功しているAgシースを用いた金属被覆法，有機結合材を用いたドクターブレード法，表面拡散法等を更に発展させ，高電流密度（Jc）化を図るとともに，融体急冷法，方向凝固法等の融液からの凝固反応を利用した液相合成法を開発する。更に，ゾル・ゲル法等の化学反応を利用して分子レベルで均一な組成制御を行い，レーザービーム照射等の新技術による熱処理を組み合せて線材化を図る。一方，密着1生，徴密性の高い酸化物被覆に重要な役割を果してきたプラズマ溶射法を発展させて高Jc化を図ると同時に，超高圧の利用やAg中に酸化物を分散させる内部酸化法等の特殊技術についても基礎的研究を行う。これらの研究開発を総合して高性能線材の開発を図っていく。Agシース法によるYBa2Cu巳O｝超電導線材◇超電導性能評価コア◇　基礎的，応用的研究を間わず超電導の研究は磁界と深い闘係にあり，強磁界を必要とする。特に，酸化物趨電導材料では超電導状態が破れる磁界Hc2は100～200T（テスラ）の極めて高い値が予想されている。このような新趨電導材料の研究では，理想的には200丁級の大O径，高精密，定常趨強磁界マグネットの使用が望ましい。しかし，今の技術ではこのような強磁界は発生不可能である。　当コアは，現在の技術水準で可能な隈り高性能で種々の特長をもつ各種マグネットを整備し，一体として運営する。これによって趨電導材料の性能評個を行い，多魎的に酸化物超電導材料の本質をl1喝らかにして，実用化への足掛りを得ることを目的としている。整備するマグネットとしては，以下の4種類を計函している。　801’級回ングパルスマグネット：強磁界発生能力は，l1舜闘的に強磁界を発生するパルスマグネットが最も優れている。高HC2新趨電導才オ料の探索　選別には，できる隈りの高磁界を発生できるパルスマグネットが必要である。更に，掘1淀結果の信鮫性の点からは，磁界変化速度の遅いロングパルスマグネットの使用が望まれる。繰千）返し使用できるロングパルスマグネットでの最強発生磁界は現在70丁稚度であるが，最先端技術を理想的に組み含せた設言十を行い，80丁級のロングパルスマグネットを開発・運営する。　　　　　　　　　　　　　現在のマグネット技術の最禽水準と趨電導牲能評価コアで言十函中のマグネットの比較　40丁級ハイブリッドマ丁級のハイブリッドマグネットを開発・運営する。　20↑級犬P径超電導マグネット：趨電導才オ料の研究には，大きな磁界空閥が必要な研究があるが，マグネットの口径が大きくなると強い磁界を出すことは更に困難になる。この種のマグネットとしては現在I6丁程度のものが作られているが，最先端の技術を用いて，20丁級の大｝蚤趨電導マグネット（有効内径150㎜）を開発・運営する。　超精密磁界マグネット：趨電導材料の物性を精度よく測定するのには，空閥自勺・時問的に磁界の変動が小さい精密強磁界マグネットが必要となる。線径の細い極細多芯線を使った精密強磁界超電導マグネットでは現在I4丁稚度のものが作られているが，最先端のマグネット技術を駆使して，15～16丁穫度の超糟密磁界趨電導マグネットを開発・運営する。　上述した喬種マグネットの開発を推逃するため，当コアではこれらのシステムに使用される超電導材料および高強度導電材料のi粥発を行い，次いでシステム全体の設計，製作，運営，改良等を順次行っていく。このような強磁界設備は趨電導の研究のみならず、喬種の物性研究，生化学反応研究，バイオ関連研究等にも有益である。当システムは，現在の技術水準をかなり趨えた野心的な設備である。世界自勺にみても類似設備が存在しないので，国内の研究者のみならず全世界の併究者に開放された共同枡究設備とすることを喬十魎したい。グネット：臨界電流密度測定や精密なHC2洩11定には，定常強磁界が必要である。定常強磁界を発生できるマグネットは，超電導マグネットと水冷鋼マグネットを組み含せたハイブリッドマグネットである。現布最強のものは3ITであるが，鍛先端技術を理想的に級み含せた設計・製造を行い，40スポットニュ’ス　　NiとTiCが微細に混じり合った　　複合皮膜を開発　当研究所は，10～30nm（1．mは1mmの100万分のユ〕のNi結晶粒と5nmのTiC結晶粒とが均一に混じり合った，極めて微細な組織を持つ複合皮膜を作ることに成功した。この複合皮膜は，炭素に対するNiとTiの反応性の差を利用した独自なイオンプレーティング法で作られ，TiCを25％しか含まないものでもビッカース硬さで1500程度の高い硬度を有している。また，TiC単独の皮膜とは異なって下地金属（SUS304）との密着性がよく，写真に示したように急熱・急冷試験後でも割れが認められない。したがって，この複合被膜は密音1生の優れた耐摩耗性皮膜として利用できる。また，その特有な組織からセラミックと金属の中問的な性質を持っと考えられるので，セラミック皮膜と下地金属の密着1生を向上させるための中問層としての利用も期待できる。　　　　　　　　　　　　　　　1ユ　TiC単独皮膜　　　　　　Ni－TiC複合皮膜急熱・急冷試験（室温㌻900℃）後の皮膜表面　　　　安定化したCu超微粉の　　　　挙動を追求　金属の超微粉は，大気にさらすと急激に酸化して自然発火するので，通常は人為的にゆっくり表面を酸化させて安定化させる。当研究所では，新用途開拓を目的に超微粉のキャラクタリゼーションを行っているが，その」環として安定化処理が超微粉の性質に及ぼす影響を，熱分析，表面分析，電導度測定などで調べている。　図は結果の一例で，安定化していないCu超微粉と安定化したCu超微粉でペレットを作り，真空加熱したときの寸法変化を示したものである。未処理試料は単純に収縮するが，安定化試料はわずかな発熱を伴いながらいったん膨張した後収縮する。この違いは，安定化処理のときに表面に1吸着した酸素や水蒸気が，真空加熱に際して完全には脱離せずにCuと反応し，　竺酸化物出Cu20を生成して膨張するた　　．躬めである。Cu超微粉ペレットの寸法変化　　防食電流の分布を最適化する　　図表を完成　断面が円形の貯槽の内壁に電気防食を施す場合，不溶性の線状陽極を槽の中心軸上に設置すると，槽内壁の防食電流の分布は均一になる。槽内の媒体が海水の場合にはあまり問題はないが，淡水のように電気抵抗が高くしかも槽の直径が大きい場合には，必要な防食電流を得るためには槽に加える電圧を，安全上問題になるほど高くしなければならない。槽内壁の近くに複数個の線状陽極を設置すれば電圧は低くできるが，防食電流の分布は不均一になる。　近年，淡水をはじめ土壌やコンクリートなど，電気抵抗が高い媒体中での電気防食の必要性が高まっている。このため，当研究所では高抵抗媒体中における電圧・電流分布の評価と電極配置の最適化の研究を行っている。その結果，円形槽における陽極の設置本数，設置位置，媒体の電気抵抗などをパラメータとして計算し，実用的な低い電圧で均一性のよい電流分布となる条件を，系統的に求められる図表を完成した。　ひきつづき，円形槽以外のものでも形状に応じて最適な電極配置が求められるような図表の作成を進めている。好評だった科学技術週間行事　当研究所では，科学技術週問行事の一環として，本所および筑波支所を一般公開（4月22日）し，科学技術庁主催の「第5回科学技術いろいろ展」（4月18日～21日，東京・晴海）に出展参加した。　一般公開では、本所約300名，筑波支所約700名の来訪があり，第一線研究者による研究内容の説明やデモンストレーションなどに，大勢の来訪者が深い興味を示していた。また，本所においては，来訪者からの専門的な質問に応じるために設けた技術相談コーナーにも，多数の相談が寄せられた。　科学技術いろいろ展は，本年は“TechnologyJapan’88展’’（日本工業新聞社主催）の会場内で開催されたこともあって，非常に多数の人が熱心に参観した。特に，超電導を中心に展示した当研究所のコーナーは，連日注目を集めた。　いずれの行事も，当研究所の最先端研究の成果を紹介したもので，非常に好評であった。【注目発明の選定】　　当研究所から下記発明が，科学技術庁第47回（昭和62年度）の注目発明に選定された。発　明　の　名　称 発　　明　　者 公　開　番　号磁気冷凍作業物質 前田　弘・佐藤充典・木村秀夫 特開昭61－97132銅基形状記憶合金の製造方法 笹里予久興・鈴木敏之・新井　等 特開昭61－204356銑鉄中の有価元素の分離回収法 中111龍一・吉松史朗・福沢　章 特開昭61－232221佐藤　彰・林　宗彩・周　茉章黄　　曄・姜　釣普 目中共同研究の成果で受けた初の注目発明選定証を中国側に伝遠◆短　信◆●受　賞　市村賞・貢献賞　第1研究グループ　熊倉浩明　「高エネルギービーム照射法による高性能超電導化合物の線材化」　目本金属学会研究技術功労賞　管理部技術課　鈴木一成　「多年に亘って卓越した技術により金属の研究に協力し，その進歩発展に大きく貢献した業績」　科学技術庁長官表彰　研究功続者　第1研究グループ　戸叶一正　「ニオブ3・アルミ基超電導材料の榊オ化に関する研究」創意工夫功労者管理部技術課　囲中正博「急冷凝固鋳塊製造用金型の改良」反応制御研究部　加賀屋豊「活性硫黄末による有害元素除去装置の改良」反応制御研究部　岩崎　智「連続選択酸化炉用底吹羽口の改良」第5研究グループ　住吉英志　「金属の疲労破面の画像解析方法の考案」●海外出張　熊倉浩明　第1研究グループ第2サブグループ主任研究官　「超電導材料に関する国際会議出席」等のため，2月27日から3月10日までスイス，西ドイツヘ出張　前田　弘　第1研究グループ総合研究官　「高温超電導材料に関する国際会議出席」等のため，2月28日から3月10日までスイス，フランス，西ドイツヘ出張　長井　寿　第1研究グループ第6サブグループ主任研究官　「VAMASに係る国際共同研究に関する研究打合せ」のため，2月29日から3月9日までイギリス，スイス，オーストリア，西ドイツヘ出張　松下明行　基礎物性研究部第2研究室研究員　「エイムス研究所との共同研究」等のため，3月10日から4月11日までアメリカヘ出張　伊藤喜久男　第1研究グループ第4サブグループ主任研究官　r高温酸化物趨電導材料の線材化技術に関する研究」のため，3月11日から4月9日まで西ドイツ，フランスヘ出張　斉藤鉄哉　損傷機構研究部第4研究室長　「非破壊材料評価法に関する研究開発の動向についての調査研究」のため，3月14日から4月22日まで西ドイツ，カナダヘ出張　　　　　　通巻　第353号編集兼発行人　　木村　良印　刷株式会社三興印刷発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　〒153東京都目黒区中目黒2丁目3番12号　　　　電話　　（03）719－2271　　（代表）