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[NRIMNews1993-07.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/48b5a15f-1fef-4bac-9d98-a28b6efa3067/download)

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松岡 浩

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[金材技研ニュース 1993 No.７](https://mdr.nims.go.jp/datasets/97c39870-d7fa-4cc0-aa0e-63d95603b3b9)

## Fulltext

金属技研ニュース　1993　No.７七〇一．＝ピEΦo一｝o⊂蜆E0一箏O］一〇〇〇一〇〕o＝あoωoo一］o一⊂o－ooo］’oo－0E呵f0呵o〕蜆o〇一一〇〇一〇一蜆○蜆ωEo〕．ゼ≧里三…oo…Z－oo〕蜆］0f←強磁界発生の更新／超徴■多元素の同時定■■宇宙実験材料の中間報告強磁界発生の更新を目指して高磁界用超電導コイルの試作・開発　従来の超電導マグネットで発生できる磁界の強さは約20T（テスラ）が限界である。これはマグネットの発生磁界が強くなると，その磁界でマグネット自身の超電導状態が破れ，超電導電流が流れなくなるためである。当研究所で発兄したビスマス系酸化物超電導体でコイルを作製し，これを超電導マグネット内の，磁界が最も強い中心部で使用すれば，さらに強い磁界を発生させることが可能となる。超電導コイルの作製には，まず超電導体の線材化あるいはテープ化が達成されなけれぱならない。当研究所ではすでにドクターブレード法（金材技研ニュース1990年N・．9），さらにはこれを改良した，簡便で長尺テープの作製に適する連統ディップコート法（金材技研ニュース1991年N・．7）を開発し，20丁以上の強磁界中でも105A／㎝2以上の極めて高い臨界電流密度Jcを有する超電導テープを試作している。その後，連統ディップコート法によるテープを用いて強磁界用超電導コイルの開発を進め，今回，旭硝子㈱およぴ日立電線㈱との協力の下に，高磁界超電導コイルのプロトタイプを作製した（写真）。　連続ディップコート法は，ビスマス系酸化物超電導体の粉末を含む懸濁液に，銀基板のテープを連続的に浸して引き上げ，テープの両面に懸濁液をコーティングする。一H帥川．㍗．；、．．㌃、呼il．㍗．、＝■≡い写真　2段重ねパンケーキコイルこれを十分に乾燥させた後，1～2㎜の隙問を保つようにしてパンケーキ状のコイルに巻き，熱処理を行う。コイルの超電導特性はこの熱処理条件に大きく左右され，Jcを最大にするには，885℃におけるビスマス系酸化物の部分溶融状態から835℃まで徐冷しながら凝固させることが重要である。これによって，析出したビスマス系酸化物超電導体の結晶粒の方位がそろい，このため結晶粒同士が強く結合して大きなJcが得られるようになる。その際に熱処理条件を注意深く制御することが必要であるが，熱処理中の雰囲気の制御，すなわち，部分溶融状態での雰囲気中のBi濃度や冷却時の酸素濃度などを制御することによつ，適正な熱処理の温度範囲をかなり広げることができて，それだけ熱処理が容易になるとともに長尺テープの超電導特性のバラツキを低く抑えることができる。　熱処理後はマイラテープなどの有機物をコイルの隙間に挿入してテープ問の絶縁を確保し，コイルを巻き締めてステンレス製の枠に入れ，最後にエポキシ樹脂等を流し込んで固定する。これまでに試作したパンケーキ状ココルの形状は，外径40～45㎜，内径14㎜，高さ20㎜，巻数約70である。写真はこのコイルを2段重ねしたものを示す。この2段コイルの通電ならびに磁界発生試験を行った結果，温度4．2K，ゼロ磁界中では1．6丁以上の磁界を，また23Tの強磁界中ではO．54Tの磁界を発生できた。これらの発生磁界の値は，酸化物超電導体コイルとしては世界最高レベルにあり，またコイルの巻数が少ないことを考慮すると十分に高い値であって，強磁界発生へのビスマス系酸化物超電導体の応用に明るい兄通しを与える。今後はさらに長尺の銀基板テープを使ってコイルの大型化をはかり，超電導マグネット内部に組み込んで，より強い磁界の発生を目指す。1　一超微量多元素の同時定量技術の改善グロー放電質量分析法の検出感度が増大　近年，半導体など種々の新機能材料の開発は冒ざましく進み，性能や信頼性の向上を目指して材料の高純度化の研究・開発も盛んに行われている。それに伴い，種々の不純物元素をより迅連，精密に定量することの必要性が高まってきている。一例として，集積回路LSIの構．成材料中にウラン（U）やトリウム（Th）を0．5ppbまたはO、θ5ppb（5x玉O■9重最％）以上含有する場含に，それらから発生するα線が素子機能を破壊すると云われており，0．O玉ppbまで定量できる方法の確立が必要となる。　材料中の多種の超微最不純物を岡時に定最する方法として、誘導結含プラズマ・質量分析法（ICP－MS）およびグロー放電質量分析法（GDMS）がある。ICP－MSは検出限界の低い優れた方法であるが，分析試料を溶液の形にする必要があること，分析操作の手順が煩雑であることのほかに，定量に数日を要するなどの難点がある。これに対してGDMSの検出限界はIppbから0．1ppbのレベルであるが，固体試料を直接測定でき，多種の微量不純物元素を迅遼に剛時定最できるという利点をもつ。本研究ではこの利点を活かすため，GDMSの検出限界を大幅に下げることを試みて良好な結果を得た。　GDMS（図参照）は通常，低庄のアルゴン（Ar）など不活性ガス雰囲気中で試料に電圧をかけてグロー放電を起こさせ，生成する元素イオンを高糟度・高分解能の質最分析計に導いて試料表面の微量不純物を検出・定量する。検出限界を下げるにはグロー中に発生するイオンの数を増カ嗜させることが必要と判断し，それに最も遭した雰翻気ガスを決定する実験を璽ねた。その結果，Arに水素（H2）を0．2～O．5％添カ目した約工OOPa（O．75㎜mHg）の混含ガスを用いることによってイオンの数が大幅に増加した。次に，放電用セル内の，タンタル製の壁の内側を石英の筒で覆ったところ，イオンの数がさらに増加した。放電胴セルの内壁には通常，奥空洗浄が容易である等の理陸1からタンタルを用いるが，タンタル壁は水素分子を吸着し易いので，これを妨げるため石英の筒を用いた。イオンの数の増カ目は元索によって異なり，B，Al，Si，Mn，Fe，Co，M，Cu，Sn，Sb，Pb，W等の元素イオンでは，純Arを州いる従来の方法より1トエ5借多くなったが，それに比べてS，P，T1，Zr，Nb，V，Ag，U，Th等は3～IO倍であった。後者のイオン数の増カllが小さい理菌については検討申であるが，概してこれらの元素イオンは水素と灰応し易く，水素化合物分子の形成が理菌の一つと考えられる。　主な元索について本方法で得られた検舳限界を表に示した。従来の方法に比べて大幡に低くなっており，O．1ppb以下の趨微最元葉の同時定最が可能であることが分かる。また，一回の剛制則定に要する時間は10元素の場含でも20分以内であった。　GDMSはこれまで，正確な定最、を行うために標準試料を必要としてきたが，今回，Ar／H2混含ガスを用いたGDMSの実験を重ねている巾で，対象とする分析試料の種類によらず，また標準試料を必要としない絶対定最法の可能性が服てきた。その確立を目指して現在研究を進めている。　最後に，不活佳ガス中のイオンの発生ならぴにグロー放電の機構の詳細に関しては今なお不明な点が多く，いろいろ議論されているが，Ar／H2混含ガスlll1lでイオン強度が増加する現象は，これらの機構の解明に重要な示唆」を供するものと思われる。磁場 榊易 表　韮な元素の検舳殴界スーりツトf　　　スリット　　　／　ガス導　　　　　　　淋一［コ！（州　　　　夢竺／ル）11放篭セル　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　／1　　　　　　デイリー陰概　　　　　　　　　　　　　　　／　　．　　　ファラデーカップ　　　　　　　　　　　　試料ホルダー　　（陰概）　　　　　　　　　　　　　改良放遜セル　　　　　　　図　グロー放電質策分析計と放遜セルの概念［望1木　法　　　従来法／PPb）　　（PPb）BAlPTiVFeCuAgUThO．O050．0540，100．0850．0530．0090．0800．0350．02ユO．O｝00，110，600，651．00，400、工01，OO、ヱ00、玉00．096一　2宇宙実験材料に関する中間報告実験5項目の各試料の解析進む　1992年9月2日にケープケネディ基地から発進し，帰還するまでの8日間にスペースシャトル・エンデバー号の中で行った，5項目に及ぶ当研究所提案の宇宙材料実験の模様は金材技研ニュース1992年N。．11に紹介した。今回の宇宙実験に関する国際集会が去る4月26日から3日間東京都内で開かれ，当研究所からも参加して5項目の材料実験に関する中間報告を行った。現在，各試料について解析を進めており，最終報告書の提出は1993年9月の予定である。ここでは中間報告を各項目ごとに要約して紹介する。　1）インジウム・アンチモン（InSb）単結晶作製：ハロゲンランプを熱源とするイメージ炉を用い，浮遊帯域法で20㎜φ×100㎜のInSb単結品を作製した。地上で作製した試料と比べて，双品の形成が非常に少ないことがX線回折および検鏡によってわかった。また極微小重力下では，材料の比重が大きい場合でも，浮遊帯域法による単結晶作製条件が充分に満たされていることを確認した。　　　　　　　　　　　　　　弧▲②ニゾボ川グ　　　　　　　　■’グニ＝＝’．・、一．．、、．　　　　　　　　写真1　InSb単紬■キ1，　2）新超電導合金の溶製：本実験では，偏晶合金としてAl－Pb－Bi系，共晶合金としてAg－Ln－Ba－Cu系合金を連続加熱型電気炉で溶解し，凝固させた。試料はAl－1at％Pb－1at％Bi，Al－2at％Pb－2at％Bi，A1－3at％Pb－3at％Bi，Ag－23at％（Y1Ba2Cu3），Ag－23at％（YblBa2Cu3），Ag－40at％C・の，合計6種である。試料を切断して組織観察を行った。例として，A1－2at％Pb－2at％Bi合金ではA1の母晶中に平均粒径20μmのPb－Bi合金球状粒子が一様に分散している。現在，Al－Pb－Bi系合金を線状に加工してPb－Bi極細繊維が分散した超電導線材を試作する一方，Ag－Ln－Ba－Cu系合金を酸化処理してLn1Ba2Cu304高温超電導体の作製を進めている。　3）複合脱酸した鋼塊中の脱酸生成物生成機構：酸素含有率が6ppm，．68ppm，1930ppmの鉄それぞれから約5㎜φの小円柱を数個作り，鋼の脱酸元素であるAl，Si，Mnを単独，または複合添加した鉄合金の薄片を円柱の間に挟んで重ね，アルミナの小るつぽに挿入した。これらに加えてFe－10．2wt％Ni合金試料を用意したが，これは二次デンドライトの模様から試料の冷却速度を推定するためである。合計12試科を高温加圧型電気炉で溶解，冷却した。微小重力下ではほぽ完全な静止浴中で脱酸反応が進行するため，脱酸生成物の生成機構を検討するのに好都合である。実際に，試料表面の観察から判断して，溶湯の流動などはほとんど生じなかったものと一曽、われる。I’川’←“’’甘写真2　Al－Pb－Bi合金（欠1三1」）とケースー一式←　写真3　脱酸剤を挟んで重ねた酸素含有鉄の1」」柱5個　4）粒子分散型合金の作製：ニッケル（Ni）に粒径1μmの炭化チタン（TiC）を20wt％混合した粉末合金を高温加圧型電気炉中で加熱して作製した。実験は全て予定通りに進んだことが試料断面の観察からわかった。地上実験の試料では肉眼で観察できる程の，NiとTiC粒子との大きな分離のほか，小さな分離やTiC粒子の成長が観察されたが，宇宙実験試料では粒子の分散が均一であった。（・）　｝　　　　　（b）　トオ写真4　Ni－TiC粒・了・分散合金。（・・）言式料・入りケースの外観，　　　　（b）ケースごとの断面。3つの糾い剖分が合金試料　5）金　銀溶融金属対の相互拡散およひ凝固組織　地」で金の丸棒と銀の丸棒の端面を突合せ，ホットプレスにより接合させたものを6本用意した。微小重力下での金と銀の相互拡散を調べるため，試料を高温加圧型電気炉により1100℃または1300℃で90分問加熱し，冷却した。試料断面の組織観察，およびEPMAによる金，銀の濃度分布の測定を行い，地上実験の試料との比較を行っている。写真5　Au－Agの金属対8月の研究発表（国内分）学・協会名 鯛催期間 発　　表　　・魑　　目 発表’者（所属）第3回1UMRS先進材料国際会 8．3ユ～9．4 ヱ．Quantitative　Study　on　the　Density　of　Nuclea一 大塚　秀幸（機能）ほカ’議（東京・池袋サンシャイン tion　Sites　of　Martensite　in　an　Fe－Pt　AIloy．シテイ）2．Hydrogen　Permeation　Character三stics　of　Vana一 西村　　睦（機能）ほカ’di口m－Molybdenum　A王1oys．3．High　Temperature　Dry　Reaction　of　Mn－or　Cr一 岡本三永予（機能）ほカ’Modified　TiAレBase　Intermeta1lic．4，Design　of　Anoy　Systems　Suitable重or　Recycling． 小野寺秀博（設蕎十）ほカ’5．Effect　of　Surface　Composition　on　Diffusion 大橋　　修（組織）Welding　in　Stain1ess　Steei．6，Melting　and　So王idification　Phenomena　in　Short 北口　　仁（第1）ほカ’Durational　Microgravity　by　U舳zing　Aircraft．7．Preparation　of　Bi2Sr2（Ca，Y）Cu208＋ホSingle 茂筑　高士（第1）ほカ’Crystal　by　TSFZ　Method．8．Non・Stoichiometry　and　Superconducting　Tran一 羽多野　毅（第1）ほカ’sition　Temperature　in　Artficial1y　LayeredBSCCO　F｛lms．◆特許速報◆●出　願発　酬　の　名　称 砒願日 出願番号 発　　旧月　者　　名酸化物超電導体の固定材およぴ固定構造 5．3．12 05－078899 戸叶一正、熊倉浩明，北1二1仁，前1王1弘，他5名（旭硝予株式会被・日立電線株式会社との共同出願）浮揚溶解装綴 5．3．17 05－056224 禰沢　章，桜谷和之，渡辺敏昭，岩崎　智，他4名（巾部電力株式金社・寓士電機株式会社との共同砒願）浮上溶解装濫 5．3．17 05－056225 福沢　章，桜谷利之，渡辺敏昭，巻崎　留，他4名（中部電力株式会社・寓士電機株式会社との共同㍑1願）減褒力可変型緩衝器 5．3．玉7 05－057522 1＝1＝1谷　功，高橋　務、他4名（株武会社共石製晶技術研究所・1ヨ産自動球株式会社との共同脇願）Nb3A1極細多芯趨電導線材の製造法 5．3．25 05－089547 井上廉、飯嶋安錫，竹内孝夫、小菅遜雄強度およぴ導電性に優れた鋼余金 5．3．25 05－090831 和1王1仁，他2名（三菱マテりアル株式金社との共1司出願）強度およぴ導電性に優れた金1司含金 5．3．25 05－090832 和田　仁，他2劣（三葵マテリアル株式会社との共剛担願）電　磁　石 5．3．3｝ 05－096967 戸叶一．正，熊倉渚棚，北1＝］　仁，削］ヨ　弘，他3名（旭硝予株式金社・日立電線株式会社との共同山願）酸イヒ物超電導ダブルパンケーキコイル 5．3．31 05－096968 剤｝ト正．，熊創榊司，北口　仁，前1ヨヨ弘、他5名（旭硝予株式会社・日立電線株式会社との共嗣出願）多琶　　毛予　　1＝言斤（本　　所）（缶モ…皮支戸斤〕科学技術庁金属材料技術研究所＝i＝：153⊥束）衣翻三匡3婁葦1望■1＝1■；㍑黒2－3－12TEL（03）3719－2271，FAX（03〕3792－3337†305茨城蝋つくぱ市千現王一2－1TEL（0298）51－63玉ユ、FAX（0298）5ヱー4556j遡巻　第415拷・編簸兼発行人1…11　　屈竈　　戸斥　　　　　　　　　j平万度5部三7月多竜イ予　　　　　　　　松　岡　　　浩株武金社三興印刷頂ζ苫ミ蕎I三菊〒守箭一Xi猶一苛，一乖橘H二12－1一王84　一