JP2588400B2 - 超電導セラミツクス - Google Patents
超電導セラミツクスInfo
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- JP2588400B2 JP2588400B2 JP62072487A JP7248787A JP2588400B2 JP 2588400 B2 JP2588400 B2 JP 2588400B2 JP 62072487 A JP62072487 A JP 62072487A JP 7248787 A JP7248787 A JP 7248787A JP 2588400 B2 JP2588400 B2 JP 2588400B2
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明は液体窒素温度（77K）またはそれ以上で超電
導性を有する酸化物セラミック系超電導材料に関する。
導性を有する酸化物セラミック系超電導材料に関する。
「従来の技術」 従来、超電導材料は、水銀、鉛等の元素、NbN,Nb3Ge,
Nb3Ga等の合金またはNb3（Al0.8Ge0.2）等の三元素化合
物よりなる金属材料が用いられている。しかしこれらの
Tc（超電導臨界温度）オンセットは25Kまでであった。
Nb3Ga等の合金またはNb3（Al0.8Ge0.2）等の三元素化合
物よりなる金属材料が用いられている。しかしこれらの
Tc（超電導臨界温度）オンセットは25Kまでであった。
他方、近年、セラミック系の超電導材料が注目されて
いる。この材料は最初IBMのチューリッヒ研究所よりBa
−La−Cu−Ｏ（バラクオ）系酸化物高温超電導体として
報告され、さらにLSCO（第二銅酸−ランタン−ストロン
チューム）として知られてきた。
いる。この材料は最初IBMのチューリッヒ研究所よりBa
−La−Cu−Ｏ（バラクオ）系酸化物高温超電導体として
報告され、さらにLSCO（第二銅酸−ランタン−ストロン
チューム）として知られてきた。
「従来の問題点」 しかし、これら酸化物セラミックスの超電導の可能性
はペロブスカイト型の構造を利用しているもので、その
Tcも30Kがその限界であった。
はペロブスカイト型の構造を利用しているもので、その
Tcも30Kがその限界であった。
このため、このTcoをさらに高くし、望むべくは液体
窒素温度（77K）またはそれ以上で動作せしめることが
強く求められていた。
窒素温度（77K）またはそれ以上で動作せしめることが
強く求められていた。
「問題を解決すべき手段」 本発明は、かかる高温で超電導を呈するべく、新しい
素材を探し求めた。その結果、Tcオンセットも50〜107K
にまで向上させ得ることが明らかになった。
素材を探し求めた。その結果、Tcオンセットも50〜107K
にまで向上させ得ることが明らかになった。
本発明の超電導性セラミックスは（A1-xBx）yCuzOw0
＜x1,y＝2.0〜4.0,好ましくは2.5〜3.5,z＝1.0〜4.0好
ましくは1.5〜3.5,w＝4.0〜10.0好ましくは６〜８で一
般的に示し得るものである。Ａはイットリューム族より
選ばれた元素を少なくとも２種類用いており、具体的に
は、Ｙ（イットリューム）,Gd（ガドリニューム）,Yb
（イッテルビューム）より選ばれた少なくとも２種類の
元素を用いる。また、ＢはBa（バリューム）を用いる。
＜x1,y＝2.0〜4.0,好ましくは2.5〜3.5,z＝1.0〜4.0好
ましくは1.5〜3.5,w＝4.0〜10.0好ましくは６〜８で一
般的に示し得るものである。Ａはイットリューム族より
選ばれた元素を少なくとも２種類用いており、具体的に
は、Ｙ（イットリューム）,Gd（ガドリニューム）,Yb
（イッテルビューム）より選ばれた少なくとも２種類の
元素を用いる。また、ＢはBa（バリューム）を用いる。
本発明の銅の酸化物を層構造とせしめ、これを１分子
内で１層またはそれを対称構造の２層構造とし、この層
の最外核電子の電子の軌道により超電導を呈せしめ得る
モデルを前提としている。
内で１層またはそれを対称構造の２層構造とし、この層
の最外核電子の電子の軌道により超電導を呈せしめ得る
モデルを前提としている。
従来から知られている（Ba,K）BiO3等の超電導体はAB
O3型ペロブスカイト構造をしており、１分子内に、６つ
の酸素がＢを囲んだ酸素８面体からなる１つの層を有す
る。
O3型ペロブスカイト構造をしており、１分子内に、６つ
の酸素がＢを囲んだ酸素８面体からなる１つの層を有す
る。
これに対し、本発明の超電導体はABO3型ペロブスカイ
ト型結晶の単位胞をｃ軸方向に３つ積層した構造を基本
とする。本発明の超電導材料の代表例はAB2Cu3O7で示す
ことができる。AB2Cu3O7の分子は完全なペロブスカイト
型結晶構造に比較して２つの酸素が欠落しているため、
１分子内の３つのCuは酸素８面体に囲まれる配位ではな
く、２つのCu（１）は５つの酸素に囲まれたピラミッド
状の［Cu（１）O5］配位をとり、１つのCu（２）は４つ
の酸素に囲まれた菱形状の［Cu（２）O4］配位をとる。
ト型結晶の単位胞をｃ軸方向に３つ積層した構造を基本
とする。本発明の超電導材料の代表例はAB2Cu3O7で示す
ことができる。AB2Cu3O7の分子は完全なペロブスカイト
型結晶構造に比較して２つの酸素が欠落しているため、
１分子内の３つのCuは酸素８面体に囲まれる配位ではな
く、２つのCu（１）は５つの酸素に囲まれたピラミッド
状の［Cu（１）O5］配位をとり、１つのCu（２）は４つ
の酸素に囲まれた菱形状の［Cu（２）O4］配位をとる。
１分子内において、これらのCu−Ｏの配位体は［Cu
（２）O4］菱形を挟んで、これらの２つの［Cu（１）
O5］ピラミッド状の多面体が頂点をつきあわせたかたち
で、対称的に配列している。また、AB2Cu3O7の結晶構造
は１分子内の２つの［Cu（１）O5］ピラミッドの底面
が、それぞれ他の分子の［Cu（１）O5］ピラミッドの底
面と対峙するように積層した積層構造を有する。なお、
Cu（１）はこのピラミッドの底面のほぼ中央に位置して
いる。
（２）O4］菱形を挟んで、これらの２つの［Cu（１）
O5］ピラミッド状の多面体が頂点をつきあわせたかたち
で、対称的に配列している。また、AB2Cu3O7の結晶構造
は１分子内の２つの［Cu（１）O5］ピラミッドの底面
が、それぞれ他の分子の［Cu（１）O5］ピラミッドの底
面と対峙するように積層した積層構造を有する。なお、
Cu（１）はこのピラミッドの底面のほぼ中央に位置して
いる。
本発明の（A1-xBx）yCuzOwにおいては、上述した［Cu
（１）O5］ピラミッドの底面のように、銅とこれを取り
囲む酸素がつくる層の最外核電子の電子の軌道により超
電導を呈すると予測される。
（１）O5］ピラミッドの底面のように、銅とこれを取り
囲む酸素がつくる層の最外核電子の電子の軌道により超
電導を呈すると予測される。
このため、本発明では、より高いTcoを得るために、
銅とこれを取り囲む酸素がつくる平面を１分子内で１層
または、ab平面に対して対称構造の２層構造を前提とす
る。
銅とこれを取り囲む酸素がつくる平面を１分子内で１層
または、ab平面に対して対称構造の２層構造を前提とす
る。
かかる構造においては、銅と１のまわりの酸素の原子
をより層構造とせしめ、この層をキャリアが移動しやす
くするため、本発明構造における（A1-XBx）yCuzOwにお
けるA,Bの選ばれる元素が重要である。特にＡの元素を
イットリューム族の元素とし、それを少なくとも２種類
用いることにより、よりよい多結晶を呈する１つの結晶
粒を大きくでき、ひいてはその結晶粒界でのバリアをよ
り消失させ得る構成とせしめた。そしてその理想は単結
晶構造である。
をより層構造とせしめ、この層をキャリアが移動しやす
くするため、本発明構造における（A1-XBx）yCuzOwにお
けるA,Bの選ばれる元素が重要である。特にＡの元素を
イットリューム族の元素とし、それを少なくとも２種類
用いることにより、よりよい多結晶を呈する１つの結晶
粒を大きくでき、ひいてはその結晶粒界でのバリアをよ
り消失させ得る構成とせしめた。そしてその理想は単結
晶構造である。
本発明は出発材料の酸化物または炭酸塩を混合し、一
度加圧して、出発材料の酸化物または炭酸化物により超
電導性を有する分子を作り得る。
度加圧して、出発材料の酸化物または炭酸化物により超
電導性を有する分子を作り得る。
さらにこれを微粉末化し、再び加圧してタブレット化
し、本焼成をする工程を有せしめている。
し、本焼成をする工程を有せしめている。
「作用」 本発明のセラミック超電導素材はきわめて簡単に作る
ことができる。特にこれらはその出発原料として3Nまた
は4Nの純度の酸化物を用い、これをボールミル等を用い
微粉末に粉砕し、混合すれば化学量論的に（A1-xBx）yC
uzOwのx,y,zのそれぞれの値を任意に変更、制御するこ
とができる。
ことができる。特にこれらはその出発原料として3Nまた
は4Nの純度の酸化物を用い、これをボールミル等を用い
微粉末に粉砕し、混合すれば化学量論的に（A1-xBx）yC
uzOwのx,y,zのそれぞれの値を任意に変更、制御するこ
とができる。
本発明においては、かかる超電導材料を作るのに特に
高価な設備を用いなくともよいという他の特徴も有す
る。
高価な設備を用いなくともよいという他の特徴も有す
る。
以下に実施例に従い、本発明を記す。
「実施例１」 本発明の実施例としてＡとしてＹおよびYb、Ｂとして
Baを用いた。
Baを用いた。
出発材料はＹおよびYb化合物として酸化イットリュー
ム（Y2O3），酸化イッテルビューム（Yb2O3）,Ba化合物
としてBaCO3,銅化合物としてCuOを用いた。これらは高
純度化学工業株式会社より入手し純度は99.95％または
それ以上の微粉末を用い、ｘ＝0.6（A:B＝1:2）,y＝1,z
＝3,w＝６〜８となるべく選んだ。またＹとYbとの比を
1:1,1:2,1:5とした。
ム（Y2O3），酸化イッテルビューム（Yb2O3）,Ba化合物
としてBaCO3,銅化合物としてCuOを用いた。これらは高
純度化学工業株式会社より入手し純度は99.95％または
それ以上の微粉末を用い、ｘ＝0.6（A:B＝1:2）,y＝1,z
＝3,w＝６〜８となるべく選んだ。またＹとYbとの比を
1:1,1:2,1:5とした。
これらを十分乳鉢で混合しカプセルに封入し、3Kg/cm
2の荷重を加えてタブレット化（大きさ10mmφ×3mm）し
た。さらに酸化性雰囲気、例えば大気中で500〜1000
℃、例えば700℃で８時間加熱酸化をした。この工程を
仮焼成とした。
2の荷重を加えてタブレット化（大きさ10mmφ×3mm）し
た。さらに酸化性雰囲気、例えば大気中で500〜1000
℃、例えば700℃で８時間加熱酸化をした。この工程を
仮焼成とした。
次にこれを粉砕し、乳鉢で混合した。そしてその粉末
の平均粒半径が10μｍ以下の大きさとなるようにした。
の平均粒半径が10μｍ以下の大きさとなるようにした。
さらにこれをカプセルに封入し50Kg/cm2の圧力でタブ
レットに加圧して成型した。
レットに加圧して成型した。
この加圧と同時に300〜500℃例えば400℃に加熱する
ことは空穴等を減少させるために有効である。
ことは空穴等を減少させるために有効である。
次に500〜1000℃、例えば900℃の酸化物雰囲気、例え
ば大気中で酸化して、本焼成を10〜50時間、例えば15時
間行った。
ば大気中で酸化して、本焼成を10〜50時間、例えば15時
間行った。
この試料を用いて固有抵抗と温度との関係を調べた。
するとTcオンセット（超電導の始まる温度）として105
K,Tco（電気抵抗の零または実質的に零となる温度）と
して89Kを観察することができた。
するとTcオンセット（超電導の始まる温度）として105
K,Tco（電気抵抗の零または実質的に零となる温度）と
して89Kを観察することができた。
「実施例２」 この実施例としてＡとしてGdおよびＹを1:1でその酸
化物を混合した。ＢとしてBaを用いた。出発材料は酸化
ガドリュームおよび酸化イットリュームを、BaとしてBa
CO3、また銅化合物としてCuOを用いた。その他は実施例
１と同様である。
化物を混合した。ＢとしてBaを用いた。出発材料は酸化
ガドリュームおよび酸化イットリュームを、BaとしてBa
CO3、また銅化合物としてCuOを用いた。その他は実施例
１と同様である。
Tcオンセットとして95K、Tcoとして88Kを得ることが
できた。
できた。
「効果」 本発明により、これまでまったく不可能とされていた
セラミック超電導体を作ることができるようになった。
セラミック超電導体を作ることができるようになった。
本発明において仮焼成をした後に微粉末化する工程に
より、初期状態でのそれぞれの出発材料の化合物を到達
材料、即ち（A1-xBx）yCuzOwで示される材料を含む化合
物とするものである。
より、初期状態でのそれぞれの出発材料の化合物を到達
材料、即ち（A1-xBx）yCuzOwで示される材料を含む化合
物とするものである。
さらにこの到達材料の化合物を再び微粉末化すること
により、一度形成された到達材料を含む化合物中に混入
した。出発材料の化合物をより完全に除去する効果を有
し、加えて最終完成化合物中に、ボイド等の空穴の存在
をより除去することができるものと推定される。
により、一度形成された到達材料を含む化合物中に混入
した。出発材料の化合物をより完全に除去する効果を有
し、加えて最終完成化合物中に、ボイド等の空穴の存在
をより除去することができるものと推定される。
また本発明の分子式で示される超電導セラミックスは
その超電導の推定メカニズムとして、銅の酸化物が構造
において層構造を有し、その層構造も一分子内で一層ま
たは２層構成を有し、その層内のキャリアが超電導をし
ているものと推定される。
その超電導の推定メカニズムとして、銅の酸化物が構造
において層構造を有し、その層構造も一分子内で一層ま
たは２層構成を有し、その層内のキャリアが超電導をし
ているものと推定される。
本発明の実施例は、タブレットにしたものである。し
かしタブレットにするのではなく、仮焼成または本焼成
の後の粉末を溶媒にとかし、基板等にその溶液をコーテ
ィングをし、これを酸化性雰囲気で焼成し、さらにその
後還元性雰囲気で本焼成をすることによって、薄膜の超
電導セラミックスとすることも可能である。
かしタブレットにするのではなく、仮焼成または本焼成
の後の粉末を溶媒にとかし、基板等にその溶液をコーテ
ィングをし、これを酸化性雰囲気で焼成し、さらにその
後還元性雰囲気で本焼成をすることによって、薄膜の超
電導セラミックスとすることも可能である。
本発明により超電導体を容易に低価格で作ることがで
きるようになった。
きるようになった。
Claims (1)
- 【請求項１】（A1-xBx）yCuzOw0＜ｘ＜1,y＝2.0〜4.0,
好ましくは2.5〜3.5,Z＝1.0〜4.0好ましくは1.5〜3.5,w
＝4.0〜10.0好ましくは６〜８を有し、ＡはＹ（イット
リューム）,Gd（ガドリニューム）,Yb（イッテルビュー
ム）より選ばれた少なくとも２種類の元素よりなり、Ｂ
はBa（バリューム）元素よりなる超電導性を有するセラ
ミックス材料であり、液体窒素温度（77K）またはそれ
以上の温度で超電導性を有することを特徴とする超電導
セラミックス。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62072487A JP2588400B2 (ja) | 1987-03-25 | 1987-03-25 | 超電導セラミツクス |
| EP87309081A EP0283620A1 (en) | 1987-03-25 | 1987-10-14 | Superconducting ceramics |
| CN90101336A CN1020518C (zh) | 1987-03-25 | 1987-12-12 | 铜氧化物超导陶瓷的制法 |
| CN87101149A CN1027329C (zh) | 1987-03-25 | 1987-12-12 | 超导陶瓷 |
| KR1019870014637A KR910001345B1 (ko) | 1987-03-25 | 1987-12-21 | 초전도 세라믹스 |
| AU13569/88A AU598118B2 (en) | 1987-03-25 | 1988-03-24 | Superconducting ceramics |
| AU51192/90A AU5119290A (en) | 1987-03-25 | 1990-03-08 | Superconducting ceramics |
| AU51193/90A AU632312B2 (en) | 1987-03-25 | 1990-03-08 | Superconducting ceramics |
| KR1019900017569A KR910001343B1 (ko) | 1987-03-25 | 1990-10-31 | 초전도 세라믹스의 제조방법 |
| KR1019900017568A KR910001346B1 (ko) | 1987-03-25 | 1990-10-31 | 초전도 세라믹스 |
| US08/065,757 US7112556B1 (en) | 1987-03-25 | 1993-05-24 | Superconducting ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62072487A JP2588400B2 (ja) | 1987-03-25 | 1987-03-25 | 超電導セラミツクス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63236752A JPS63236752A (ja) | 1988-10-03 |
| JP2588400B2 true JP2588400B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=13490727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62072487A Expired - Fee Related JP2588400B2 (ja) | 1987-03-25 | 1987-03-25 | 超電導セラミツクス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2588400B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS643016A (en) * | 1987-03-28 | 1989-01-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Superconducting material and production thereof |
| JPS6445765A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-20 | Sumitomo Electric Industries | Superconducting material and production thereof |
| JPS6445766A (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-20 | Sumitomo Electric Industries | Superconducting material and production thereof |
-
1987
- 1987-03-25 JP JP62072487A patent/JP2588400B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．５８ Ｎｏ．９ Ｐ．９０８〜９１２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63236752A (ja) | 1988-10-03 |
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Legal Events
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