JP2583901B2

JP2583901B2 - 超電導電気回路

Info

Publication number: JP2583901B2
Application number: JP62194978A
Authority: JP
Inventors: 正受前嶋; 内裕小山; 光一猿渡; 宰河野; 三紀夫中川; 光幸中本; 謙一宇留賀
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1987-08-04
Filing date: 1987-08-04
Publication date: 1997-02-19
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JPS6438915A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、酸化物系超電導体からなる超電導回路を具
備してなり、ジョセフソン素子、超電導記憶素子等の超
電導デバイスや超電導マグネットコイルなどに使用され
る超電導電気回路に関する。

「従来の技術」近時、常電導状態から超電導状態へ遷移する臨界温度
（Tc）が液体窒素温度以上の高い値を示す酸化物系超電
導材料が種々発見されつつある。そして、従来、この種
の超電導材料からなる超電導体の中でもＹ−Ba−Cu−
Ｏ、Ａ−Ｂ−Cu−Ｏ−Ｘ（ただし、ＸはF,Cl等のハロゲ
ン元素を示す）La−Sr−Cu−Ｏ等のいわゆるＡ−Ｂ−Cu
−Ｏ系（ただし、ＡはY,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Eu,Gd,Tb,Sm,D
y,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Sc等の周期律表III a族金属元素を示
し、ＢはBa,Sr,Mg,Ca,Ra,Be等のアルカリ土類金属元素
を示す）、の超電導材料を製造するには、上記III a族
金属元素の化合物粉末と、上記アルカリ土類金属元素の
化合物粉末と、酸化銅粉末を混合して得た混合粉末を、
所定形状に成形し、更に熱処理して超電導材料を得てい
る。

また、このような酸化物系超電導材料をジョセフソン
素子や超電導マグネットなどの超電導利用機器に適用さ
せるために、金属製基板あるいはアルミナ等のセラミッ
クス製基板表面に、形成すべき回路パターンに沿って酸
化物系超電導材料からなる超電導回路を形成した超電導
電気回路の製造も試みられている。

「発明が解決しようとする問題点」しかし、このような超電導電気回路において、金属製
基板を用いたものでは、基板と酸化物系超電導体との接
着力が弱く、また各々の熱膨張率の差によって超電導回
路が基板から剥離し易い問題があった。

また、セラミックス基板を用いたものでは、使用する
セラミックスの純度が低いと熱処理中にセラミックス基
板中の不純物が超電導体層中に拡散して、超電導回路の
超電導特性が低下してしまう問題があった。また、不純
物含有量の少ない高純度セラミックスは高価であり、こ
のため製造される超電導電気回路のコスト増を招く。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、超電導
特性が良好に得られ、しかも機械的強度の高い超電導電
気回路の提供を目的としている。

「問題点を解決するための手段」この発明による超電導電気回路は、少なくとも表面部
分を、Ti,Zr,Hf等の周期律表IV a族金属元素あるいはV,
Nb,Ta等のV a族金属元素のうちから選択される単体金属
またはこれらの各金属を含有する合金で構成してなる基
板の表面に、該基板を酸化処理して得られた酸化皮膜が
形成され、この酸化皮膜の上に形成すべき回路パターン
に沿って形成された酸化物系超電導体からなる超電導回
路が形成された構成としたことを問題解決の手段とし
た。

「作用」この発明の超電導電気回路では、少なくとも表面部分
を、Ti,Zr,Hf等の周期律表IV a族金属元素あるいはV,N
b,Ta等のV a族金属元素のうちから選択される単体金属
またはこれらの各金属を含有する合金で構成してなる基
板の表面に、酸化皮膜が形成された基板を用いたので、
この基板の表面に形成される酸化皮膜は微細粗化し、そ
の酸化皮膜上に形成される酸化物系超電導回路との密着
性が良好に得られる。また、この酸化皮膜は化学的安定
性に優れ、超電導回路に不純物が拡散することがない。
また、この酸化皮膜は、絶縁性が良好で安定しており、
基板と超電導回路間に均一な絶縁性が得られる。

また、基板として用いる金属材料は高融点であり、超
電導回路を焼結させる熱処理時に高温で熱処理を施すこ
とができる。またこれらの金属材料は酸素含有雰囲気中
で高温加熱するなど簡単な操作により緻密な酸化皮膜を
形成することができる。

「実施例」第１図および第２図は、この発明の一実施例を示す図
であって、符号１は超電導電気回路である。この超電導
電気回路１は、Ti,Zr,Hf等の周期律表IV a族金属元素あ
るいはV,Nb,Ta等のV a族金属元素のうちから選択される
単体金属を材料とする基板２の表面に、該基板２を酸化
処理して得られた酸化皮膜３が形成され、この酸化皮膜
３の上に、形成すべき回路パターンに沿って形成された
酸化物系超電導体からなる超電導回路４が形成されて構
成されている。

この基板２として使用されるTi,Zr,Hf等の周期律表IV
a族金属元素あるいはV,Nb,Ta等のV a族金属元素に共通
する性質としては、高融点であり、酸化されて生じた酸
化皮膜が微細化し易く、また、生成された酸化皮膜の化
学的な安定性が優れており、絶縁性も良好である等の点
である。

また、上記酸化物系超電導体としては、Ｙ−Ba−Cu−
ＯなどのＡ−Ｂ−Cu−Ｏ系（ただし、ＡはY,La,Ce,Pr,N
d,Pm,Eu,Gd,Tb,Sm,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Sc等の周期律表I
II a族金属元素を示し、ＢはBa,Sr,Mg,Ca,Ra,Be等のア
ルカリ土類金属元素を示す）、Ａ−Ｂ−Cu−Ｏ−Ｘ系
（ただし、ＸはF,Cl等のハロゲン元素を示す）などの酸
化物系超電導体が使用される。

この超電導電気回路１は次のように作成される。ま
ず、上述の材料で作られた基板２に化成酸化処理や陽極
酸化処理などの酸化処理を施して、基板２表面に酸化皮
膜３を形成する。この基板２を、例えば化成酸化処理に
より表面酸化するには、酸素ガスと、アルゴンガスなど
の不活性ガスとの混合ガスなどの酸素含有雰囲気中で60
0℃以上の温度に加熱することにより行なわれる。この
基板２表面の酸化皮膜３の厚さは、0.1μｍ〜50μｍに
設定するのが望ましい。

次に、この酸化皮膜３の上に、酸化物系超電導材料あ
るいはその原料からなる回路材を、形成すべき回路パタ
ーンに沿って塗布する。この回路材は、上述のＡ−Ｂ−
Cu−Ｏ系超電導材料の粉末中に、ポリエチレングリコー
ル、ポリエチレンキサイド、アクリルオリゴマーなどの
水溶液あるいは有機溶媒溶解液などや、松樹油にブチル
メタクリレートポリマー等を混合したバインダーを一定
量混合してペースト状に混練したものが好適に使用され
る。なお、上記超電導材料の粉末の代わりに、超電導材
料の各原料粉末を混合した混合粉末や、この混合粉末を
圧粉成形し、次いで仮焼成を施して粉砕した焼成粉末な
どを用いても良い。

このような回路材を、酸化皮膜３上に回路パターンに
沿って塗布する方法としては、スクリーン印刷機などの
印刷機を用いて所定回路パターンに上記ペースト状の回
路材を印刷塗布する方法が好適に使用される。

次に、基板２に熱処理を施して、酸化皮膜３上に回路
材を焼結させる。この熱処理条件は、使用する酸化物系
超電導体の種類によって適宜設定されるが、例えば、超
電導体としてＹ−Ba−Cu−Ｏ系超電導体を使用する場合
には、800〜1100℃で１〜数時間程度の熱処理を施すの
が好ましい。また、この熱処理時の雰囲気は、酸素気流
中などの酸化性雰囲気中で加熱することが望ましい。こ
の熱処理によって、回路材は基板２表面の酸化皮膜３に
焼結して超電導回路４となる。以上の操作によって第１
図および第２図に示すような超電導電気回路１が作成さ
れる。

なお、酸化皮膜３は、回路材の焼結時に同時に生成さ
せるようにしても良い。すなわち、基板２の表面に、直
接回路材を、形成すべき回路パターンに沿って印刷塗布
し、この後熱処理を施すことにより、基板２は表面酸化
さて酸化皮膜３が生成するとともに、生成した酸化皮膜
３に回路材が焼結し、超電導回路４が形成される。

この例による超電導電気回路１は、Ti,Zr,Hf等の周期
律表IV a族金属元素あるいはV,Nb,Ta等のV a族金属元素
のうちから選択される単体金属またはこれらの各金属を
含有する合金を材料とする基板２を用いたので、この基
板２の表面に形成される酸化皮膜３は微細化し、その酸
化皮膜３上に形成される超電導回路４との密着性が良好
に得られ、超電導回路４の剥離を生じ難くすることがで
きる。

また、この酸化皮膜３は化学的安定性に優れ、超電導
回路４に不純物が拡散することがないので、優れた超電
導特性を有する超電導回路４を生成させることができ
る。

また、この酸化皮膜３は、絶縁性が良好で安定してお
り、基板２と超電導回路４間に均一な絶縁性を得ること
ができる。

また、基板２として用いる金属材料は高融点であり、
超電導回路４を焼結させる熱処理時に高温で熱処理を施
すことができる。またこれらの金属材料は酸素含有雰囲
気中で高温加熱するなど簡単な操作により緻密な酸化皮
膜３を形成することができる。

なお、本発明の超電導電気回路における回路パターン
は、第２図に示すものに限定されることなく、適宜に設
定することができる。例えば、第３図に示すように、酸
化皮膜３上に渦巻き状の超電導回路４を形成し、超電導
マグネット用シートコイル５としても良い。

〔実験例〕

Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系超電導体からなる超電導回路を具備
した本発明による超電導電気回路を以下のに示す条件で
作成し、それらの超電導特性を測定した。

（１）基板． Ti製…純度99.5％、１×50×20mm ． Zr製…純度99.8％、１×50×20mm ． Hf製…純度99.8％、0.5×50×20mm （２）回路材Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系（Y₂O₃−BaO−CuO）超電導材料の粉
末（粒径２〜３μｍ）に、次の２種類のバインダーを20
部加えて混練し、ベースト状の回路材とした。

．松樹油にブチルメタクリレートポリマーを10部添加
したもの（Ａとする。）．キシレン溶解アクリルオリゴマー（Ｂとする）（３）パターン形成方法上記各回路材をスクリーン印刷機にて所定の回路パタ
ーンの沿って上記基板の表面あるいは基板上に形成した
酸化皮膜上に印刷塗布した。この回路パターンは、焼結
後の厚さが40〜50μｍ、パターン幅700〜800μｍとなる
ように塗布した。

（４）酸化皮膜の形成条件．回路材の印刷塗布前に上記基板に熱処理を施す。
（Ｃとする。）この熱処理は上記各基板（Ti,Zr,Hfの各
基板）ともに、大気雰囲気中、850℃で30分とした。

．回路材の印刷塗布後、焼成時に回路材の焼結と同時
に基板表面に酸化皮膜を形成する。（Ｄとする。）この
熱処理は酸素気流中、950℃で１時間とした。

上記の各条件の組み合わせにより、以下の表に示す12
種類の超電導電気回路を作成した。次に、これらの超電
導電気回路の超電導回路に接点を取り付け、４端子法に
より各々の臨界温度（電気抵抗ゼロとなる温度）を測定
した。この結果を以下の表にまとめて示す。

「発明の効果」以上説明したように、この発明による超電導電気回路
は、少なくとも表面を、Ti,Zr,Hf等の周期律表IV a族金
属元素あるいはV,Nb,Ta等のV a族金属元素のうちから選
択される単体金属またはこれらの各金属を含有する合金
で構成してなる基板の表面に、該基板を酸化処理して得
られた酸化皮膜が形成されてなる基板を用いたので、基
板の表面に形成される酸化皮膜は微細化し、その酸化皮
膜上に形成される超電導回路との密着性が良好に得ら
れ、超電導回路の剥離を生じ難くすることができる。ま
た、この酸化皮膜は化学的安定性に優れ、超電導回路に
不純物が拡散することがないので、優れた超電導特性を
有する超電導回路を生成させることができる。

また、この酸化皮膜は、絶縁性が良好で安定してお
り、基板と超電導回路間に均一な絶縁性を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明方法の一実施例を示す図で
あって、第１図は超電導電気回路の側断面図、第２図は
同斜視図、第３図はこの発明による超電導電気回路の応
用例を示す図であって、超電導シートコイルを示す斜視
図である。１……超電導電気回路、２……基板、３……酸化皮膜、
４……超電導回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河野宰東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者中川三紀夫東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者中本光幸東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者宇留賀謙一東京都江東区木場１丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (56)参考文献特開昭64−57513（ＪＰ，Ａ) 特開平１−126205（ＪＰ，Ａ) 特開平１−144519（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−259924（ＪＰ，Ａ) 実開昭64−87763（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも表面部分を、Ti,Zr,Hf等の周期
律表IV a族金属元素あるいはV,Nb,Ta等のV a族金属元素
のうちから選択される単体金属またはこれらの各金属を
含有する合金で構成してなる基板の表面に、該基板を酸
化処理して得られた酸化皮膜が形成され、この酸化皮膜
の上に形成すべき回路パターンに沿って形成された酸化
物系超電導体からなる超電導回路が形成されてなること
を特徴とする超電導電気回路。