專利名稱：用于超導(dǎo)磁體的磁屏蔽材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于超導(dǎo)磁體的磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料在例如77K以下的低溫，尤其是20K以下的深冷溫度下表現(xiàn)出優(yōu)異的電導(dǎo)率；并且更具體地涉及一種甚至當(dāng)在例如IT以上的強磁場中使用時也能展現(xiàn)出優(yōu)異的電導(dǎo)率的磁屏蔽材料。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)磁體已經(jīng)被用于多種領(lǐng)域，例如用于診斷的MRI (磁共振成像)、用于分析用途的NMR(核磁共振)或磁懸浮列車。用液氦冷卻至其沸點4. 2K(開爾文)的低溫超導(dǎo)線圈和用制冷器冷卻至約20K的高溫超導(dǎo)線圈已被作為超導(dǎo)磁體使用。
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為了抑制磁場外部的變化對超導(dǎo)磁體的影響，或者為了抑制由超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場對外部的不利影響，通常將磁屏蔽材料設(shè)置在超導(dǎo)磁體的周圍。因為隨著磁屏蔽材料的電阻率變低可以以更薄的狀態(tài)獲得磁屏蔽效應(yīng)，所以通常使用具有低電阻率的材料。例如，JP H05-144637A公開了因為其低電阻率，鋁、銅和它們的合金可以有效地將變化的磁場與外部屏蔽，從而降低超導(dǎo)線圈內(nèi)的AC(交流電)損失。作為磁屏蔽材料,廣泛地使用具有99. 99質(zhì)量％以上純度的無氧銅(在下文有時表示為“4N” (四個九)并且，在表示純度的質(zhì)量百分比符號中，有時將符號表達為“N”放置在從頭連續(xù)的“9”的數(shù)目之后，例如，99. 9999質(zhì)量％以上的純度有時類似地表示為“6N”(六個九))，在銅中，所述無氧銅具有低電阻。迄今，對于使用這種超導(dǎo)線圈的裝置的小型化和重量減輕存在強烈的需求。為了進行小型化和重量減輕，重要的是將磁屏蔽材料緊挨超導(dǎo)線圈設(shè)置。類似于設(shè)置在超導(dǎo)線圈周圍的外圍材料，將磁屏蔽材料緊挨超導(dǎo)線圈放置意味著磁屏蔽材料被冷卻至與超導(dǎo)線圈的工作溫度相同的深冷溫度如4. 2K或20K，或液氮的沸點77K以下。而且，這意味著將磁屏蔽材料在來自超導(dǎo)線圈的磁場中使用，即將其在施加了IT (特斯拉)以上的磁通量密度的強磁場的狀態(tài)中使用。僅在深冷溫度的條件下，通過使用例如上述具有4N等級純度的銅或鋁可以獲得所需的低電阻率。然而，存在這樣的問題在例如IT以上的強磁場中電導(dǎo)率由于磁電阻效應(yīng)而降低。眾所周知銅具有顯著的磁電阻效應(yīng)(即在磁場中電阻率顯著地增加)，并且同樣眾所周知，雖然比不上銅，鋁也展現(xiàn)巨大的磁電阻效應(yīng)。由磁電阻效應(yīng)引起的電導(dǎo)率降低(電阻率增加)導(dǎo)致由來自外部的磁場產(chǎn)生的渦電流的穿透深度增加。因此，需要增加磁屏蔽材料的厚度以獲得所需的磁屏蔽特性，結(jié)果妨礙了超導(dǎo)裝置的小型化和重量減輕。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一種磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料可以通過即使在例如77K以下的低溫，尤其是20K以下的深冷溫度在IT以上磁通量密度的強磁場中也具有優(yōu)異的電導(dǎo)率從而減小厚度。在方面1，本發(fā)明提供一種在77K以下的低溫(優(yōu)選20K以下的深冷溫度)在IT以上的磁通量密度的磁場中使用的磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料包含具有99. 999質(zhì)量％以上純度的鋁。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，通過將純度控制在99. 999質(zhì)量％以上，對于鋁(Al)甚至也可以顯著地抑制磁電阻效應(yīng)。由這種鋁制成的磁屏蔽材料甚至在例如77K以下的低溫(尤其是20K以下的深冷溫度)在IT以上的磁通量密度的磁場中使用時也能獲得優(yōu)異的電導(dǎo)率。如下面將詳細的描述的，通過以這樣的方式獲得優(yōu)異的導(dǎo)電性(低電阻率)，使得降低由來自外部的磁場產(chǎn)生的渦電流的穿透深度成為可能。因此，根據(jù)本發(fā)明的磁屏蔽材料可以減小厚度。從而，實現(xiàn)使用超導(dǎo)裝置的多種設(shè)備的小型化成為可能。在方面2，本發(fā)明提供根據(jù)方面I所述的磁屏蔽材料，其中所述鋁具有以質(zhì)量計Ippm以下的鐵含量。 通過將鐵含量控制在以質(zhì)量計Ippm以下，可以更確定地保證強磁場中的電導(dǎo)率，并且從而可以減小渦電流的穿透深度。在方面3，本發(fā)明提供了根據(jù)方面I或2所述的磁屏蔽材料，其中所述鋁具有99. 9999質(zhì)量％以上的純度。在方面4，本發(fā)明提供了根據(jù)方面I或2所述的磁屏蔽材料，其中所述鋁具有99. 99998質(zhì)量％以上的純度。在方面5，本發(fā)明提供根據(jù)方面I至4中的任一項所述的磁屏蔽材料，其中所述鋁包含金屬間化合物Al3Fe15根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料可以通過即使在例如77K以下的低溫，尤其是20K以下的深冷溫度在IT以上磁通量密度的強磁場中也具有優(yōu)異的電導(dǎo)率從而減小厚度。


圖I是顯示電導(dǎo)率指數(shù)與所施加的磁場(磁通量密度)之間的關(guān)系的圖。圖2是顯示渦電流穿透深度與所施加的磁場(磁通量密度)之間的關(guān)系的圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的磁屏蔽材料包含具有99. 999質(zhì)量％以上的純度的鋁，以便在甚至IT以上的磁通量密度的磁場中使用。首先，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，具有純度99. 999質(zhì)量％以上的鋁，即使當(dāng)在IT以上的磁通量密度的磁場中使用時，也不會顯著地表現(xiàn)出磁電阻效應(yīng)，并且因此電導(dǎo)率不會降低。從而完成了本發(fā)明。如在例如JP2009-242865A和JP2009-242866A中公開的內(nèi)容，已知在深冷溫度例如液氦溫度，電阻率隨著鋁純度如5N(99. 999質(zhì)量％以上的純度)和6N(99. 9999質(zhì)量％以上的純度)的增加而降低。如在例如JP2010-106329A中公開的內(nèi)容，具有99. 999質(zhì)量％以上的純度并且還具有以質(zhì)量計Ippm以下的鐵含量的鋁也是已知的。已知雖然當(dāng)在沒有施加磁場的狀態(tài)時通過將純度增加至約4N，能改善鋁在制冷溫度的電導(dǎo)率增加，但當(dāng)在施加IT以上磁通量密度的磁場時會出現(xiàn)顯著的磁電阻效應(yīng)，并且從而引起電導(dǎo)率的降低?？紤]到與4N純度的鋁類似，5N和6N純度的高純度鋁在強磁場中也不能獲得高電導(dǎo)率。因此，據(jù)認(rèn)為具有99. 999質(zhì)量％以上純度的鋁不能在IT以上的磁通量密度的磁場中使用的磁屏蔽材料中使用。
如上所述本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，首先，通常認(rèn)為在強磁場中電阻率的增加不會在具有5N以上等級的聞純度招中出現(xiàn)。雖然將在下述實施例中詳細描述，關(guān)于通常用作磁屏蔽材料的銅，即使在5N或6N或更高純度的高純度材料的情況下，也發(fā)現(xiàn)其電導(dǎo)率在強磁場中急劇下降。因此，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過獲得5N以上的高純度甚至在強磁場中也保持高傳導(dǎo)性的現(xiàn)象為鋁所特有。在根據(jù)本發(fā)明的磁屏蔽材料中，優(yōu)選將鋁中含有鐵的量控制在以質(zhì)量計Ippm以下。如以下將詳細描述的，據(jù)認(rèn)為其理由如下通過控制作為鐵磁性元素的鐵的量能更加確定地抑制磁電阻效應(yīng)，并且從而使得能夠確保抑制在強磁場中電導(dǎo)率的下降(由強磁場的施加引起)。通過在77K(_196°C )以下的低溫，更優(yōu)選20K (_253°C )以下的深冷溫度并且以IT以上的磁通量密度施加磁場狀態(tài)中使用，根據(jù)本發(fā)明的磁屏蔽材料顯著地展現(xiàn)出作用。在詳細描述根據(jù)本發(fā)明的磁屏蔽材料之前，對為什么使用具有優(yōu)異電導(dǎo)率的材料的磁屏蔽材料可以減小厚度進行說明。當(dāng)將可變磁場從外部施加至導(dǎo)體(電阻)如磁屏蔽材料時,導(dǎo)體中產(chǎn)生的渦電流的穿透深度與以下等式(I)中所示的d成正比例d = V (P /f) (I)其中P是導(dǎo)體的電阻率，并且f是可變磁場的頻率。盡管存在動態(tài)干擾因子如歸因于超導(dǎo)磁體的頻繁勵磁/消磁的磁場變化和振蕩，以及其他干擾因子，頻率f通常在50Hz至500Hz的范圍內(nèi)。因此，當(dāng)施加以上范圍內(nèi)的頻率的可變磁場時，對于磁屏蔽材料需要的是具有大于渦電流的穿透深度的厚度。如從等式⑴顯而易見的，d與P 1/2成正比例。即，所發(fā)現(xiàn)的是，當(dāng)其它因子是常數(shù)時，隨著電阻率降低(即隨著操作環(huán)境下電導(dǎo)率的增加)，磁屏蔽材料的厚度可以減小。下面將描述根據(jù)本發(fā)明的磁屏蔽材料的細節(jié)。(I)雜質(zhì)的水平如上所述，根據(jù)本發(fā)明的磁屏蔽材料的特征在于由具有99. 999質(zhì)量％以上的純度的鋁組成。由于以下原因，純度優(yōu)選是99. 9999質(zhì)量％以上，更優(yōu)選99. 99998質(zhì)量％以上(下文有時表示為“6N8”)。換言之，純度越高，強磁場中電導(dǎo)率的降低越少。此外，在99. 9999質(zhì)量％以上的純度的情況下，與不施加磁場的情況比較，在IT以上的強磁場中電阻率有時可能下降。招中鐵的含量優(yōu)選是以質(zhì)量計Ippm以下,并且更優(yōu)選以質(zhì)量計O. Ippm以下。
如上所述，原因是在強磁場中能更確定地地抑制電導(dǎo)率的降低。通過將鐵含量控制至以質(zhì)量計Ippm以下可以抑制電導(dǎo)率減少的機制方面仍有許多不清楚的地方。然而，目前認(rèn)為推測的機制如下。即，因為是鐵磁性元素，鐵很可能受到強磁場的影響，因此，當(dāng)鐵以超過以質(zhì)量計Ippm的含量存在時，施加于電導(dǎo)率上的影響增加，并且因此在強磁場下的電導(dǎo)率可能降低。當(dāng)鐵的含量是O. Ippm時，幾乎可以完全地排除歸因于鐵磁性材料的影響。然而，這些推測的機制不限制本發(fā)明的技術(shù)范圍。已知Ni和Co是除鐵之外的鐵磁性元素。然而，因為對于高純度的鋁，這些元素很容易用已知方法除去，其含量的數(shù)值不是問題。然而，這些Ni和Co的含量也為優(yōu)選Ippm以下，并且更優(yōu)選O. Ippm以下。鋁的純度可以用一些方法確定。例如,其可以通過測量鋁的含量而確定。然而,優(yōu)選的是通過以下方式確定鋁的純度測量鋁中作為雜質(zhì)含有的以下33種元素的含量(質(zhì)量％ )并從100%減去這些含量的總和，以使得以相對簡單的方法以高精確度確定鋁的純·度。在本文中，作為雜質(zhì)含有的33種元素是鋰(Li)、鈹(Be)、硼(B)、鈉(Na)、鎂(Mg)、硅(Si)、鉀(K)、鈣(Ca)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、砷(As)、鋯(Zr)、鑰(Mo)、銀(Ag)、鎘(Cd)、銦(In)、錫(Sn)、銻(Sb)、鋇(Ba)、鑭(La)、鈰(Ce)、鉬(Pt)、汞(Hg)、鉛(Pb)和鉍(Bi)。這些元素的含量可以通過例如輝光放電質(zhì)譜法確定。(2)提純方法這種高純度鋁可以通過使用任何提純(精制)方法獲得。在下面舉例說明獲得根據(jù)本發(fā)明的高純度鋁的一些提純方法。然而，提純方法當(dāng)然不限于這些方法。三層電解法可以使用三層電解法作為獲得高純度鋁的一種方法，其中將可商購的具有相對低純度(例如具有如JIS-H2102中所指定的99. 9%純度的指定等級I)的鋁加入Al-Cu合金層中并且在熔融態(tài)下用作陽極，并在其上設(shè)置其中含有氟化鋁和氟化鋇的電解池，并且從而在陰極上產(chǎn)生高純度鋁。在所述三層電解法中，主要可以獲得具有99. 999質(zhì)量％以上純度的鋁?？梢员容^容易地將鋁中的鐵含量抑制在以質(zhì)量計Ippm以下。單向凝固法例如，可以使用單向凝固法以便進一步提高由三層電解法獲得的高純度鋁的純度。Fe含量和Ti、V、Cr和Zr的各自含量可以通過單向凝固法選擇性地降低。已知單向凝固法是這樣的方法例如，其中使用爐體移動型管式爐將鋁在爐管中熔化，并且之后通過將爐體從爐管中抽出的一端單向凝固，并且Ti、V、Cr和Zr各個元素的含量在凝固起始端的一側(cè)選擇性地增加，并且Fe的含量在凝固完成端一側(cè)(凝固起始端的相反側(cè))選擇性地增加。因此，通過切除所得錠坯的凝固起始端和凝固完成端兩側(cè)，可以確定地降低Fe，以及Ti、V、Cr和Zr每個元素的含量?？梢酝ㄟ^沿著凝固方向在合適的間隔分析元素的含量確定必須切除的由單向凝固法獲得的錠坯的特定部分，以使得僅保留其中Fe,以及Ti、V、Cr和Zr的總含量充分地減少的部分。
對于實施通過三層電解法提純和通過單向凝固法提純的順序沒有特別的限制。通常，通過三層電解法進行提純，并且之后通過單向凝固法進行提純。例如，通過三層電解法的提純和通過單向凝固法的提純可以交替地并反復(fù)地進行，或可以防護堤進行提純中任何一個或兩者。特別優(yōu)選的是通過單向凝固法反復(fù)地進行提純。在這種方法中，通過使用三層電解法與單向凝固法的組合可以獲得具有99. 9999質(zhì)量％以上的純度的鋁。還可以以較容易的方式將鋁中鐵的含量抑制在以質(zhì)量計Ippm以下，并且更優(yōu)選以質(zhì)量計O. Ippm以下。區(qū)域熔融法此外，可以使用區(qū)域熔融法以便獲得具有高純度的鋁，例如99. 99998質(zhì)量％以上的純度。當(dāng)適宜地使用區(qū)域熔融法時，可以更確定地將鋁中的鐵含量抑制在以質(zhì)量計Ippm以下，并且更優(yōu)選以質(zhì)量計O. Ippm以下。尤其，有效的是使用通過由本發(fā)明人發(fā)明的區(qū)域熔融法的鋁提純方法(描述在日 本專利申請?zhí)?010-064544中的方法)。當(dāng)通過區(qū)域熔融提純法移除鋁中的雜質(zhì)時，為了防止雜質(zhì)擴散至加熱過的鋁中，優(yōu)選的是在其中放置鋁的舟皿的表面上預(yù)先形成氧化鋁層，并且區(qū)域熔融提純也在3X KT5Pa以下的真空中進行，并且更優(yōu)選從3X KT6Pa至2X 10_5Pa，以便確保將雜質(zhì)從熔融招分尚。優(yōu)選的是進行預(yù)處理，其中在進行區(qū)域熔融提純之前預(yù)先將經(jīng)過區(qū)域熔融提純的鋁原材料的表面層溶解并除去。對預(yù)處理方法沒有特別的限制，并且可以使用在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中使用的多種處理，以便移除鋁原材料的表面層。預(yù)處理的實例包括酸處理、電解拋光處理等。在區(qū)域熔融提純法中使用的上述舟皿優(yōu)選是石墨舟，并且優(yōu)選的是在上述氧化鋁層形成之后在惰性氣體或真空中烘焙。在區(qū)域熔融提純的過程中，基于鋁原材料的截面尺寸wA1，優(yōu)選將熔化的鋁熔融段的寬度調(diào)節(jié)至WaiX I. 5以上并且wA1X6以下。在提純中使用的鋁原材料通過組合使用三層電解法和單向凝固法獲得，例如，優(yōu)選使用具有99. 9999質(zhì)量％以上純度的高純度鋁。在區(qū)域熔融法中，例如，通過移動用于高頻加熱的高頻線圈使熔融段從原料鋁的一端向另一端移動，并且從而可以對全部原料鋁進行區(qū)域熔融提純。在雜質(zhì)金屬元素的組分中，包晶組分(Ti、V、Cr、As、Se、Zr和Mo)傾向于富集至熔融起始段,并且共晶組分(從以上提及的33種雜質(zhì)元素中除去包晶的7種元素后余下的26種元素)傾向于富集至熔融完成段，并且從而在除去鋁原材料的兩端之后的區(qū)域可以獲得高純度鋁。在將熔融段在預(yù)定距離內(nèi)移動，如鋁原材料的縱向上從一端到另一端的距離之后，完成高頻加熱并使該熔融段凝固。在凝固之后，切斷鋁材(例如，將兩端切去)以獲得提純的聞純度招材。當(dāng)將多個鋁原材料縱向排列(在熔融段的移動方向)時，優(yōu)選的是這些鋁原材料在縱向彼此接觸并在縱向作為一個鋁原材料進行處理，然后熔融段從一端(即，在多個鋁原材料的末端中沿縱向不存在相鄰的鋁原材料的兩個末端中的其中一個)移動到另一端(即，在多個鋁原材料的末端中沿縱向不存在相鄰的鋁原材料的兩個末端中的另一個)。
原因是在區(qū)域熔融過程中彼此接觸的鋁原材料的末端連接，并且從而可以獲得長鋁材料。如上所述，在從鋁原材料的一端到另一端的區(qū)域熔融(區(qū)域熔融提純)之后，可以再次重復(fù)從一端至另一端的區(qū)域熔融。重復(fù)次數(shù)的數(shù)目(道次的數(shù)目)通常是I以上并且20以下。如果道次的數(shù)目超出以上范圍，提純效果的提高有限。為了有效地去除包晶的7種元素，道次的數(shù)目優(yōu)選是3次以上，并且更優(yōu)選5次以上。當(dāng)?shù)来蔚臄?shù)目低于以上范圍時，包晶的7種元素較不容易移動，并且從而不能獲得足夠的提純效果。理由如下。當(dāng)將多個鋁原材料在縱向彼此接觸排列時，當(dāng)?shù)来蔚臄?shù)目少于3次時，連接之后提純的鋁的形狀(尤其是高度尺寸)變得不均勻，并且因此在提純過程中熔融寬度有時會變化，并且較不容易獲得均勻的提純。(3)成型方法
將由上述提純方法獲得的高純度鋁的錠坯使用多種方法成形為所需的形狀。成型方法如下所示。然而，成型方法不限于此。輥軋當(dāng)所獲得的磁屏蔽材料是板或線時，輥軋是一種有效的成型方法。輥軋可以使用常規(guī)方法進行，例如，其中通過當(dāng)施加壓力時將錠坯插入這些輥之間的空間使其穿過一對輥的方法。在輥軋的情況下，對于具體技術(shù)和條件(材料和輥的溫度、處理次數(shù)、收縮率等)沒有特別的限制，并且可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定這些具體的技術(shù)和條件，條件是不損害本發(fā)明的效果。對于通過輥軋最終獲得的板材和線的尺寸沒有特別的限制。至于優(yōu)選的尺寸，在板的情況下，厚度為O. Imm至3mm,在線的情況下,直徑為O. Imm至3mm。當(dāng)厚度小于O. Imm時，因為橫截面減小，有時可能不容易獲得作為磁屏蔽材料所需的足夠的傳導(dǎo)特性。相反，當(dāng)厚度大于3mm時，有時難以利用柔韌性而變形。當(dāng)厚度為
O.Imm至3_時，存在例如易加工的優(yōu)點，并且可以將該材料設(shè)置在利用柔韌性的曲線容器的側(cè)面。當(dāng)然，通過輥軋獲得的形狀不限于板材或線并且，例如管狀和H-狀可以通過輥軋獲得。輥軋可以是熱軋或溫軋，其中將錠坯預(yù)先加熱，并且之后在設(shè)定于高于室溫的狀態(tài)進行輥軋，或者可以是其中不將錠坯預(yù)先加熱的冷軋。備選地，可以將熱軋或溫軋與冷軋組合使用。在輥軋的情況下，可以將材料預(yù)先澆鑄或切割成所需的形狀。在澆鑄的情況下，例如可以采用常規(guī)方法，但不限于這樣的方法例如，其中將高純度鋁加熱并熔融以形成熔融金屬，并且將所獲得的高純度鋁熔融金屬通過在模具中冷卻凝固。并且，在澆鑄的情況下對于條件等也沒有特別的限制。加熱溫度通常為700至800°C，并且加熱和熔融通常在真空或惰性氣體(氮氣、氬氣等)氣氛下在由石墨制成的坩鍋中進行。不同于輥軋的成型方法作為不同于輥軋的成型方法可以進行拉絲或擠出。對于由拉伸或擠出獲得的形狀沒有限制。例如，拉伸或擠出適于獲得具有圓形截面的線材。在拉伸獲得輥軋線(輥軋線材)之前可以通過輥軋獲得所需的線形，并且之后拉伸該輥軋線。所獲得的線材的截面不局限于圓形，并且該線材可以具有非圓形的橫截面，例如橢圓形或方形截面。除拉伸或擠出之外，所需的形狀也可以通過裁剪錠坯獲得。(4)退火此外，可以任選地對由上述成型方法比如輥軋獲得的本發(fā)明的成型部件進行退火處理?？梢酝ㄟ^進行退火處理除去通常在由錠坯形成的材料的切斷或成型的情況下產(chǎn)生的應(yīng)變。對退火處理的條件沒有特別的限制，并且在400至600°C保持一個或多個小時的方法是優(yōu)選的。 當(dāng)溫度低于400°C時，因為以下原因錠坯中包含的應(yīng)變(錯位)不能充分地減少。因為應(yīng)變(錯位)充當(dāng)增大電阻率的因素，優(yōu)異的傳導(dǎo)特性有時不能表現(xiàn)出來。當(dāng)熱處理溫度高于600°C時，固體中雜質(zhì)的溶液，尤其是鐵的溶液進入至基體中。由于固溶質(zhì)鐵具有增強電阻率的較大影響，傳導(dǎo)特性有時會劣化。更優(yōu)選，由于以下的原因?qū)囟仍?30至550°C保持一個或多個小時。當(dāng)溫度在上述范圍之內(nèi)時，可以將應(yīng)變充分地消除，并且鐵作為與鋁的金屬間化合物存在而沒有作為固溶物進入至基體中。還可以例示以下原因。作為鐵與鋁的金屬間化合物，例如，已知很多種類，如Al6Fe、Al3Fe和AlmFeOii 4. 5)。據(jù)認(rèn)為在溫度范圍(430至550°C)內(nèi)退火之后獲得的高純度鋁材料中存在的鐵與鋁的金屬間化合物的大部分(例如，以體積計，50%以上，優(yōu)選70%以上)是Al3Fe?？梢酝ㄟ^以下方法確認(rèn)并測量Al3Fe的存在及其體積比通過使用化學(xué)溶劑溶解基體(基礎(chǔ)材料)，并且通過過濾收集，之后使用分析電子顯微鏡(分析TEM)觀察通過過濾收集的殘渣，并進一步分析。這種Al3Fe具有這樣的優(yōu)點即使在作為沉淀物存在的情況下，它也幾乎不會對電導(dǎo)率施加不利的影響。根據(jù)本發(fā)明的磁屏蔽材料可以僅由上述具有99. 999質(zhì)量％以上純度的高純度鋁組成，并且也可以含有不同于高純度鋁的部分，例如，防護涂層，以便賦予多種功能。實施例如以下詳細給出的，制備了實施例1(99.999 質(zhì)量％以上的純度，5N-A1)、實施例2(99. 9999質(zhì)量％以上的純度，6N-A1)和實施例3 (99. 99998質(zhì)量％以上的純度，6N8-A1)作為實施例樣品，并且之后測量電阻率(比電阻率)。具有4N等級純度的鋁的比較例1(4N-A1)和具有3N等級純度的鋁的比較例2(3N-A1)在下面作為比較例給出。通過計算確定比較例I和2的電阻率。為了與銅比較，作為比較例3，制備具有5N等級純度的銅，并且之后測量電阻率。至于銅，使用文獻數(shù)據(jù)作為比較例。比較例4是具有4N等級純度的銅樣品，比較例5是具有5N等級純度的銅樣品，并且比較例6是具有6N等級純度的銅樣品。(I)高純度鋁的制備首先，用于制備實施例I至3中所使用的高純度鋁的方法如下所示。實施例I
將可商購的具有99. 92質(zhì)量％的純度的鋁用三層電解法提純，以獲得具有99. 999質(zhì)量％以上純度的高純度鋁。具體地說，將可商購的鋁(99. 92質(zhì)量％ )加料至Al-Cu合金層中，并將電解池的組成調(diào)節(jié)至41% A1F3_35% BaF2-H% CaF2-IO% NaF。在760°C供電，并且收集沉積在陰極側(cè)的高純度鋁。通過輝光放電質(zhì)譜法(使用由THERMO ELECTRON Co.，Ltd制造的“VG9000” )分析這種高純度鋁中每種元素的含量，以獲得表I中所示的結(jié)果。實施例2將通過上述的三層電解法獲得的高純度鋁通過單向凝固通常，以獲得具有99. 9999質(zhì)量％以上純度的高純度鋁。具體地說，將通過三層電解法獲得的2kg高純度鋁放置在坩鍋(內(nèi)部尺寸65mm 寬X400mm長X35mm高)中，并將該坩鍋放在爐體移動型的管式爐的爐管內(nèi)(由石英制造，IOOmm內(nèi)徑X 1，OOOmm長)。通過在I X KT2Pa的真空氣氛將爐體(坩鍋)控制至700°C將高純度鋁熔融，并且之后以30mm/小時的速度將爐體從爐管中抽出使高純度鋁單向凝固。將沿長度方向從凝固起始端50mm到從凝固起始端150mm的位置切出后，獲得測得為65mm寬X IOOmm長X 30mm厚的塊狀高純度鋁。以如上所示相同的方法通過輝光放電質(zhì)譜法分析該高純度鋁中各個元素的含量，以獲得表I中所示的結(jié)果。實施例3將從通過上述單向凝固法獲得的6N鋁錠切割成測得為約18mmX 18mmX IOOmm的四棱柱或相似的形狀，并且進一步通過用純水稀釋制備的20%鹽酸水溶液酸蝕3小時之后，獲得鋁原材料。使用該鋁原材料，通過以下方法進行區(qū)域熔融法。將石墨舟放置在區(qū)域熔融提純裝置的真空室(測得為外徑50mm，內(nèi)徑46mm，長度1，400mm的石英管)內(nèi)。將由住友化學(xué)株式會社制造的高純度氧化鋁粉末AKP系列(純度99. 99% )涂布至石墨舟放置所述原材料的部分，同時壓制以形成氧化鋁層。將該石墨舟在真空下通過高頻加熱烘焙。通過在10_5至10_7Pa的真空中使用用于區(qū)域熔融中的高頻加熱線圈(加熱線圈纏繞數(shù)3圈，內(nèi)徑70mm，約IOOkHz的頻率)加熱進行烘焙，并且將舟皿以IOOmm/小時的速度從一端移動至另一端，從而相繼地加熱整個石墨舟。將總重量約780g的上述9個鋁原材料排列在設(shè)置于石墨舟中放置原材料的部分(測得20 X 20 XI，000mm)。以四棱柱形式排列由9個原材料組成的鋁原材料(鋁原材料的截面尺寸 w = 18mm，長度 L = 900mm,即 L = wX 50)。在密封于室內(nèi)之后，通過渦輪式分子泵和油封的回轉(zhuǎn)泵進行抽真空，直到壓力達到1X10_5以下。之后，將鋁原材料縱向上的一端使用高頻加熱線圈(高頻線圈)加熱并熔融以形成熔融段。調(diào)節(jié)高頻電源的輸出(頻率100kHz，最大輸出5kW)以使熔融段的熔融寬度變成約70mm。之后，將高頻線圈以每小時IOOmm的速度移動從而使該熔融段移動約900mm。此時，室內(nèi)的壓力是5X10_6至9X10_6Pa。通過輻射溫度計測量熔融段的溫度。結(jié)果為660°C至 800°C。之后，逐漸地減少高頻輸出從而使該熔融段凝固。在將室內(nèi)保持為真空的同時，將高頻線圈移動至熔融起始位置(該位置是首先形成熔融段的位置)，并且將鋁原材料加熱并在熔融起始位置再次熔融以形成熔融段。通過移動該熔融段重復(fù)區(qū)域熔融提純。當(dāng)將熔融段以約70mm的熔融寬度和IOOmm/小時的移動速度進行三次區(qū)域熔融提純(3道次)時，從熔融起始段到完成段的形狀變得基本上均勻，并且從那時起保持均勻的形狀(在下述提及的7道次的過程中)。之后，以熔融段約50mm的熔融寬度和60mm/小時的移動速度進行7道次的區(qū)域熔融提純?；谒峒兊匿X原材料的截面尺寸《，熔融寬度為wX 2. 8至wX 3. 9。在完成總共10道次之后，該室對大氣開放，并且之后將鋁移除以獲得提純的長度 約950mm的鋁。將所獲得的鋁材切出，并用以與如上所述相同的方法進行輝光放電質(zhì)譜成分分析。結(jié)果在表I中給出。表I單位ppm,以質(zhì)量計
比較例I 比較例2 實施例I 實施例I 實施例3
"Ti 0.016< 0.001 < 0.001 < 0.001
Be0.042< 0.001< 0.001< 0.001
~ ΓδTi0.0190.0070.001
Na Λ0.0120.0010.001
Mg5 2(Π048OK)0.001
~Si20025H0 340.003
~< 0.0010.0130.0080.008
CaO0.0020.0020.003
~fi290 70.0600.0270.031
~V53~20.0230.0270.023
Cr3 90.0250.0260.022
Mn0.0070.0040.006
Fe230120 600.0890.00權(quán)利要求
1.ー種在77K以下的低溫在IT以上的磁通量密度的磁場中使用的磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料包含具有99. 999質(zhì)量％以上純度的鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁屏蔽材料，其中所述鋁具有以質(zhì)量計Ippm以下的鐵含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磁屏蔽材料，其中所述鋁具有99.9999質(zhì)量％以上的純度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的磁屏蔽材料，其中所述鋁具有99.99998質(zhì)量％以上的純度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任一項所述的磁屏蔽材料，其中所述鋁包含金屬間化合物Al3Fe0
全文摘要
本發(fā)明提供用于超導(dǎo)磁體的磁屏蔽材料。本發(fā)明提供了一種磁屏蔽材料，所述磁屏蔽材料可以通過即使在例如77K以下的低溫在1T以上的磁通量密度的強磁場中也具有優(yōu)異的電導(dǎo)率從而減小厚度。在77K以下的低溫在1T以上的磁通量密度的磁場中使用的磁屏蔽材料包含具有99.999質(zhì)量％以上的純度的鋁。
文檔編號H01F7/00GK102758105SQ201210129180
公開日2012年10月31日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者佐佐木憲一, 星河浩介, 田淵宏, 都丸隆行 申請人:住友化學(xué)株式會社, 大學(xué)共同利用機關(guān)法人高能加速器研究機構(gòu)