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[NRIMNews1987-06.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/9d964bdb-183f-4e1c-a141-16d1a3ae9976/download)

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木村 良

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[金材技研ニュース 1987 No.6](https://mdr.nims.go.jp/datasets/7dce0078-1ce2-42f7-adc4-f0532d33cf6d)

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金属技研ニュース　1987　No.6i〇一．ゼEoo一一〇＝蜆⊂○箏○コーooo－o〕匝あ○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］○工←■I金属材料技術研究所高温超電導体の研究開発現状と今後の展開　現在国の内外において，金属酸化物高温超電導体が注目を集めている。従来，超電導の研究は金属系が中心であつ，多くの研究者によって研究されてきたが，抵抗がゼロになる，いわゆる超電導状態になる温度（臨界温度Tc）は最高23K程度であった。しかしこのたび，高いTcを持つ金属酸化物が見いだされ超電導研究の事情が一変したように思われる。最近は，約90Kで抵抗がゼロになるイットリウム（Y）一バリウム（Ba）一鋼（Cu）一酸素（O）系酸化物超電導体に関する基礎研究と実用化研究がさかんになっている。もちろんこの酸化物よりもさらに高いTcを示す物質の探索も並行して行われているが，Tcが液体窒素温度（77K）を超えたものが見いだされた現時点では，その実用化が緊急の目標の一つとなっていることは当然ともいえよう。　表には，これまで新聞に報道された金属酸化物高温超電導体の研究開発の経緯を示している。事の始まりは，1986年の夏にIBMチューリッヒ研究所のBed皿orz博士とM齪1er博士がバりウム（Ba）一ランタン（La）一鍋（Cu）一酸素（O）系酸化物で30K以上の高温超電導体の可能性があるデータを発表したことである。高温超電導の世界的な開発競争が始まったのは，同年11月に東大工学部の田中昭二教授のグループが，Ba－La－Cu－0系酸化物でTcが30Kのものがあることを確認し，発表してからである。その開発競争がフィーバ化したのは，1987年2月16日にアラバマ大のWu博士，ヒューストン大のChu博士らによりTcが77K以上の酸化物超電導体発見のニュースが伝えら言1一，また2月26日に中国科学院でTcが1OOKのY－Ba－Cu－O系酸化物が発表されてからである。我が国においては当研究所が，3月1日77K以上で抵抗がゼロになるY－Ba－Cu－0系酸化物の合成に最初に成功し，翌日には同じ系で超電導現象が123Kから始まり，93Kで抵抗がゼロになる酸化物の合成に成功し，その組成を発表した。この系で組成を発表したのはこれが初めてであり，これは多くの研究機関の研究の手助けになったと思われる。最近の新超8導物質合成の動き（新”報道よリ）年月日 発　　見　　者 性能（To） 物質名61．　夏 IBM研究所　　（スイ剛 L且・B且一Cu－O酸化物61．1l． 東京大学 30K La－B且一C1］一0酸化物61．12． ヒューストン大学及ひ’ 高圧下で 未発表＾＾ATTベル研究所（米国） 52K61．12． 中国科学院物理研究所 48．6K Sr系化合物（中国〕61．12．23 東京大学 37K La－Sr・Cu－O酸化物62．1．工3 東北大学金属材料研究所 43K L副・Sr－Cu－0及び問崎国立共同研究機構 酸化物62．ユ． 東京大学物一性研究所 高圧下で’ 未発表51K62．1．17 電子技術総合研究所 46K L且一Sr－Cu－O酸化物62．2．16 ヒューストン大学及ぴア 98K 未発表ラバマ大学　　　（米国〕62．2．24 東京大学 85K 未発表62．2．26 中国科学院物理研究所 100K Y－B邊一Cu－0（中国〕 酸化物62．3．2 金属材料技術研究所 100K Y・B＾・Cu・O酸化物62．3．3 金属材料・技術研究所 123K Y－B皿一Cu－0酸化物・超電導開始温度　廿新1封幟適の時．点で未公開トBa－Cu－O系酸化物超電導体　現在，Y－Ba－Cu－O系酸化物趨電導体の’最も良いと思われている組成は，当研究所の猟究によればYBa2Cu306．7である。その一般的な製造方法は，秤鍛したY203，BaC03，CuOの粉末をよく混ぜ、大気中および酸素申において900一工00ぴCで焼成した後ペレット状にプレスし，博び空気咋1において約90ぴCで焼結する方法である。駿素の鐙は熱処理条件により変化する。金属元素の組成比は圃じであっても酸葉の量が異なれば趨電導特性は著しく異なる。当研究所では，熱処理巾の重勘員1j定から，酸化物中の酸素最の変化を調べた。その結梁，酸化物中のj峻素は600岨Cから増加し始め、900℃を過ぎると逆に滅少する。950℃での駿素鐙は加熱前よりも減少しており，こ二れを急冷して得られる酸化物／正方馴は、炉冷して得られるもの（斜方晶）に比べて酸素が少ない。このようにして得られた酸化物の祇抗の淋度変化を図に示す。炉冷して得られた酸化物は趨電導をホしてお‘），その組成はYBa2Cu306．7であったが，急冷したものは半導体的であり，その組成はYBa2Cu306であった。2C　これらを含め，各国で行われてきたこれまでの基礎研究で結晶構造，酸素最，欠損となる酸素の位置，その他の物性などがかなり明らかとなってきたので，近い将来駿化物趨電導体の超電導の発現機構が明らかにされ，さらに高猟のTCを示す超電導体が設計できるようになるであろう。現時一成において詳しいことは明らかにされてはいないが，Y－Ba－Cu－O系駿化物中の酸素原子をフッ素原予で置換するとかなり高いTcを示したということが報遼され蕎訴魑になっている。いずれにしても研究者達は90KのTcではもはや満足していない。冒冨○王O無＃o88亀亀舳忌忌oo＿ムームム　＾ム　△＾48　ノ’ム！＾　　　△／　。ム／斜カ．｝，1、κ〆1．5　昌1．O　o　会　毛　撫0，5山lOO宇1一一1．　疫（K〕2G0　　　　　　　300図　　斜ノゴ；詰，I（狩＝葺冷）とj］三フテー芋…1（籍、冷）のY－Ba一・Cu－O系　　酸化物の淵、度一一…一一祇抗11』影j三酸化物超電導体の実用化研究の現状　酸化物趨篭導体の実用化僻究としては，その線材化，テープ化および灘膜化が試みられている。各国の研究機闘におけるそれらの併究の巡捗状況が連臼のように新聞で報遭されており，恐ろしい速度で実期化へr凸1けての概究が推巡されているのカ｛わかる。　当研究所においては，従来から礫くて脆い金属閥化含物趨篭導体の線材化およびテープ化のための披術闘発を進めてきておリ，多くの成果をあげてきているが，その技術を生かしてすでに酸化物趨電導体についても線材化およびテーブ化に成功している。写翼1および写真2には，当棚：究所が作成した，Y－Ba－Cu－O系酸化物線材とLa－Sr－Cu－O系酸化物のテープを示している。これらは，あらかじめ反応生成させた上記酸化物粉末を，Cu－Ni合金パイプ中に封入してから加工することによつ得られた。これらの線材は高い臨界磁界（Hc）を示す。例えば，Y－Ba－Cu－0系酸化物のHcは77Kにおいて15テスラ以上である。この値は，現在実用線材として最も多く使われているニオブ（Nb）一チタン（Ti）合金の液体ヘリウム温度（4．2K）における値を上回っている。しかしながら，なお解決しなければならない大きな問題がある。それは，現在得られている線材の臨界電流（Jc）が，Y－Ba－Cu－O系酸化物線材でも77Kで100Aを若干超える程度でしかないため，実用にはこれを2桁以上あげなければならないということである。その可能性は，組織制御した酸化物薄膜超電導体を用いたIBMにより示されている。IBMの研究者は酸化物超電導体単結晶薄膜の作成に成功し，その77KにおけるJcは100000A／㎝2であったと発表している。一方，我が国でもY－Ba－Cu－O系酸化物多結晶薄膜において，基盤上に結晶軸をそろえて成長させることにより，77KにおけるJcとして32000A／㎝2のものが得られたという報告がある。このように現在高温超電導体の実用化研究においては，77KにおけるJcを大きくすることに努力が払われている。　高いJcを持った高泪、超電導体の線材および薄膜が容易に作成できるようになれば，その科学技術の発展に与えるインパクトは言十つ知れないほど大きい。それらは強力で経済的な電磁石，送電線，蓄電設備，超電導量子干渉装置（SQUID），ジョセフソン素子などにすぐさま応用されるであろう。いずれにしても，超電導状態になるまで冷却するのに高価な液体ヘリウムに代わって安価な液体窒素が使えることの利益は実用面にとって計つ知れないほど大きい。　この大きな可能性を秘めた酸化物高温超電導体については，産・学・官の研究者あるいはいろいろな分野の専門家がそれぞれの特徴を生かし，かつ協力しながらその研究開発に挑むことが不可欠と考えられる。当研究所はこの新物質を人類共通の財産とするため，基礎・応用開発の両面から研究を推進するとともに，材料研究の中枢機関としての役割りを果たすべく，あらゆる努力を傾けている。このような立場から，当研究所ではすでに所内に超電導材料研究のあり方を論ずる委貝会を設置し，当研究所における研究について議論を進めている。具体的には昭和62年度より酸化物高温・超電導体に関する総合研究を開始し，さらにこれを拡大強化していくことを目指すほか，産・学の関係機関と理論から応用に至る広い範囲でお互いの技術レベル，特徴を生かした総合的な共同研究を推進する計画で，すでに数機関と研究内容の検討に入っている。’然、雫　．’　　一　　’　　■　■　　■　，写真1　言式作したY一官a－Cu－O酸化物超電導線材 写真2　La－Sr－Cu－O酸化物超電導テープスポットニュ’ス　　　　テーパー付き素形材の　　　　連続鋳造法　無鋳型引き上げ連統鋳造法を応用して，テーパー付きアルミニウム棒を作ることに成功した。無鋳型引き上げ連続鋳造法では，溶湯温度，引き上げ速度，冷却速度を制御して目的の形状をもつ素形材を製造するわけであるが，写真は，溶湯温度と冷却速度を一定とし，引き上げ速度を変化させてアルミニウム棒のテーパーを制御した例である。　連続鋳造法は工程の省喀，歩留りの向上，エネルギーの節約などを目指したものであるが，表面状態および材料組織の制御などの品質向上の問題も含めてこの方法が完成すれば，さらに製品形状に近いものを直接製造することができるという大きな利点がある。写真　製造したテーパー付き　　アルミニウム丸棒　　　　結晶成長方向11mm／min　　　1　25mm／minフフステーパー（先太）1マイナステーパー（先細）　　　チタンの耐酸化性が著しく　　　向上　チタン合金は軽く，強くまた耐食性に優れているため，今まで航空宇宙材料を中心に開発されてきた。しかし，高温での耐酸化性が著しく劣り，使用最高温度は60rC程度である。そこで，チタン合金の耐用温度を上昇させ，使用環境を広げる目的で，アルミニウムの拡散浸透処理を試みた。　図は，処理温度の異なった3種類の被覆試料と無被覆言式料の，900℃での高温酸化試験の結果である。無被覆チタンに対してアルミナイジング試料は，著しく質量増加が少な　、4く，耐酸化彗　　　　　　）3性の向上を　ミ　　　　　　膏示している。1r魂2　　　　　　鉢とくに高温で処理した試料が優れ　　　　　　　O　　1　　2　　3　　4　　5ていた。　　　　　　　繰返し回数　　　　　図　各’種書式料の900℃での高温酸化に　　　　　　おける質量増加。（　）内は処理温度盗被覆チタン　　　　　　　　　（8ヅー　　　　　　　　／　　　　　　　■　　　　／　　　■／　　1…，・・℃＝1・1・　■　．O　　1　　2　　3　　4　　5　　ボイドスエリングにおよぽす　　He注入モードの影響　核融合炉の第一壁材料は，高速中性子の照射によって空孔が形成されて体積膨張するボイドスエリングにより材料が変形する。耐スエリンク、1生に優れた合金を開発するためには，中性子照射実験に代わる加速実験としてイオン照射を行い，ボイド形成の機構を解析する方法が各国でとられているが，ボイドの形成は，中性子照射による核反応で多量に生成するHeの影響を考慮しなければならない。　そこで組成の異なる6種類の高純度Fe－Ni一Cr3元合金について，4MeVのNiイオン照射実験を行い，Heを（1）注入しない場合，（2）イオン照射と同時に注入する場合，（3）予備注入後イオン照射下で時効する場合のそれぞれについて，ボイドスエリングにおよぼすHeの影響を調べた。　その結果，Heの注入モードによってボイドスエリングに著しい差異を生じることが明らかになったので，イオン照射によるシミュレーション試験には，中性子照射の条件に近い（2）の同時注入の方法が必要であることがわかった。新長期計画質の高い知識の蓄積と研究ポテンシャノレの結集　当研究所は，我が国の材料科学技術の進展およびそれを取り巻く情勢の変化に対応して，新しい理念に基づいた長期計画を策定中（金材技研ニュース1986年Nσ10参照）で、そこに盛られた理念を実現するために，昭和63年度を起点とする具体策を検討している。そのおもな点を紹介すると次のとおりである。（1）機構の全面的改正　これまでの11研究部、2研究グループ，2試験部という組織を，10研究部と5研究グループに編成し直す。研究部は，材料科学技術の基盤を10に区分し，その中で高度に専門的な基礎的・先導的研究を行い，質の高い知識・技術の蓄積とその中からの革新的シーズの発掘を意図している。一方，研究グループではこのようにして育成された研究ポテンシャルを結集して，発掘されたシーズの育成，国家二一ズヘの対応などの研究を総合的に行うこととしている。これら研究グループで取り上げる総合研究の候補課題としては，新超電導材料，核融合炉等新型原子炉材料，遷移金属とAI，Siの金属問化合物，特殊な粉体とその結含体，基幹材料の寿命予測技術などが，現在考えられている。（2）筑波への全面移転　上記のような研究を新しい組織で進めていくためには、組織問の人の交流や研究テーマ問の緊密な連係がこれまで以上に必要になる。さらに，高度な施設設備の整備も必要となるので，長期計画の理念に従う新しい構想をもって，筑波への全面移転について調査を進めている。（3）開かれた研究所への施策　当研究所の超電導材料研究の実績の上に立って，超電導材料の研究を総合的に推進するため，共同利用施設設備の整備等について検討を進めている。好評だった当研究所の科学技術週間行事　当研究所では科学技術週問行事の一環として，4月16日（木）に一般公開（本所および筑波支所），4月18日（土）に「中学生のための金属教室」（本所）を開催した。　一般公開では本所220名，支所650名の来訪者があり，当研究所の代表的な研究内容について，パネルによる説明やテモンストレーションが行われ，来訪者が研究者の説明に興味深げに聞き入っている姿が各コーナーでみられた。また，本所においては，技術相談コーナーか設けられ来訪者からの専門的な質問に応じた。　「中学生のための金属教室」（写真）には目黒区，品川区などから中学生90名が参加した。　「金属と色」，「金属を溶かしたり，伸ばしたり」，「金属の体重別強さコンテスト」の3テーマについての実験および研究内容の紹介や科学技術映画の上映が行われ，例年にも増して好評であった。〔特許出願速報〕搬願日 崩願番号 発　明　の　名　称 出畷日 帥質番号 発　1塘　の　名　称6王、三0．6 61－237523 磁気記録媒体 62，2．13 62－029819 鋳理董を佼帽しない弓〕二げ連鋳法（日立金属㈱およぴ新披術醤目発 およぴその装概寮薬圃との共岡出願） 62．2．13 62－029820 モリブデンまたはその含金とジ61．9．24 61－2237I0 セラミックス2i蜥上への被覆体 ルコニアの複含成脩多休およびそおよびその製造法 の鍵造法6王．i0．30 6玉一256941 S1を添加した金属間化含物？洲 62．3．2 62－O垂5工30 趨蛾！倍韮…金段j豊用i耐葬牝Ni2、峯4苧金およ基耐熱含金 ぴその製造方淡61．11．6 61－262634 Ni娃尊緒［霊｛i耐熱含金 62．3．2 62－047090 化含物の鍍造方法61．11，6 61－262635 イットりヤ粒子分散製〆棚析趾1 （；セ立繁妻業二嫌、料・｛燃；とのまζ圃｛妃原薗）強化ニッケル姥耐熱含金 62．3．6 62－05G342 アルミニウムまたはアルミナセラ62．1．8 62－001102 金属醐化物の趨微粉の製遺法 ミックスの拡敬接含法アルミニウムまたはアルミナセラ◆短　信◆●受　　焚　腐食防食協会進歩焚　疲れ言式験部　升田　博之　ヂ引かき電極法による鋼の腐食疲労き裂伝ぱ特　科学技術庁表彰（繁繍表彰）　構造制御研究都　小川　恵一　非最質化および積鰯化披術による高特健超電導物質の創製を行い、我が国の趨電導材料闘発に新たな分野を開拓し、その発展に賀献した。　製錬研究部　中村博昭　センサー用園体電解質の商純度物質の精製・含成技術を確立し，硫黄酸化物用新型高性能センサーの開発を行い，高機能材料製造技術の発展に賀献した。　機能材料研究部　中谷　　功　金属超微粒子化技術による金属磁性流体の製造方法を開発し，さらに物質における磁気機構の解蠣等材料物性研究の発展に貫献した邊　金属加工研究都　曹　　広雄　遠心噴霧技術により，融一改特性等に影響を受けない粒度性状の優れた金属粒子の製造法を開発し，材料の商度化に買献した竈●外国人研究貫の招へい○所　属　西ドイツ　カールスルー工原子核研究　　　　　　　　　　センター物理技術研究所　氏名Ren6LouisF畑kiger　テーマ　第3世代趨電導材料に関する研究　期　閥　昭和62年5月17日～昭和62年6削51養●海外出張　小川　恵一　構造制御研究普1帳　日米セミナーに参加し趨電導被層灘燦に闘する論文発表のため5月4日から5月工O日までアメリカヘ出張した。　青木　愛子　製錬研究部主任研究官　1987年度研究集会に参加し駿化溶解過稚におけるパイライト粒子の熱電導率変化の論文発表のため5月9日から5月23日までオーストラリアヘ出張した。　新屠　穐嘉　科学研究富　ベルサイユ・サミットに姥づく科学技術協力「新材料と標準」（VAMAS）第7固運営委負会出席のため5別工臼から5別7日までイタりアヘ出張した。　　　　　　通巻　第342号綴集兼発行人　　　木村　良印　棚株式金社三興印刷　　　　　　東京都新宿藪僑濃町12　　　　　　電謡焚京（03）359－38垂1（代表）発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　東京都竃黒区巾目黒2丁目3番至2号　　　　　　　　　東京（q3）719－2271／代表）　　　　　　郵　便　番　号　　153