JP2593917B2 - Superconducting material having high critical temperature and method for producing the same - Google Patents

Superconducting material having high critical temperature and method for producing the same

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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規な超電導材料とその製造方法に関するも
のであり、特に高い温度で超電導現象を示すチタンとフ
ッ素と含む新規な含フッ素複合酸化物超電導材料と、そ
の製造方法とに関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel superconducting material and a method for producing the same, and in particular, a novel fluorine-containing composite oxide superconducting material containing titanium and fluorine, which exhibits a superconducting phenomenon at a high temperature. And its manufacturing method.

従来の技術 超電導現象下で物質は完全な反磁性を示し、内部に有
限な定常電流が流れているにも関わらず電位差が現れな
くなる。この超電導現象の応用分野は、MHD発電、電力
送電、電力貯蔵等の電力分野、或いは、磁気浮上列車、
電磁気推進船舶等の動力分野、更に、磁場、高周波、放
射線等の超高感度センサとしてNMR、π中間子治療、高
エネルギー物理実験装置などの計測の分野等、極めて広
範な分野に渡っており、更に、ジョセフソン素子に代表
されるエレクトロニクスの分野でも、単に消費電力の低
減のみならず、動作の極めて高速な素子を実現し得る技
術として期待されている。
2. Description of the Related Art Under superconducting phenomena, a material shows perfect diamagnetism, and no potential difference appears even though a finite steady current flows inside. The application fields of this superconductivity phenomenon are MHD power generation, power transmission, power storage and other power fields, or maglev trains,
It covers a very wide range of fields, such as power fields such as electromagnetic propulsion ships, and fields of measurement such as NMR, pion therapy, and high energy physics experimental equipment as ultra-sensitive sensors for magnetic fields, high frequencies, and radiation. In the field of electronics typified by Josephson devices, it is expected to be a technology capable of realizing not only a reduction in power consumption but also an extremely high-speed device.

ところで、超電導は超低温下においてのみ観測される
現象であった。即ち、従来の超電導材料として最も高い
超電導臨界温度Tcを有するいわれていたNb3GEにおいて
も23.2Kという極めて低い温度が長期間に亘って超電導
臨界温度の限界とされていた。そのため、従来は超電導
現象を実現するために、沸点が4.2Kの液体ヘリウムを用
いて超電導材料をTc以下まで冷却していた。しかし、液
体ヘリウムの使用は、液化設備を含めて冷却設備による
技術的負担並びにコスト的負担が極めて大きく、超電導
技術の実用化への妨げとなっていた。
By the way, superconductivity was a phenomenon observed only at very low temperatures. That is, even in Nb 3 GE, which is said to have the highest superconducting critical temperature Tc as a conventional superconducting material, an extremely low temperature of 23.2 K has been the limit of the superconducting critical temperature for a long period of time. Therefore, conventionally, in order to realize the superconductivity phenomenon, the superconducting material has been cooled to Tc or less using liquid helium having a boiling point of 4.2K. However, the use of liquid helium imposes a very large technical and cost burden on the cooling equipment including the liquefaction equipment, which hinders the practical application of superconducting technology.

ところが、近年に到って複合酸化物焼結体が高い臨界
温度で超電導体となり得ることが報告され、非低温超電
導体による超電導技術の実用化が俄に促進されようとし
ている。既に報告されている例では、イットリウム−バ
リウム−銅系、ランタン−バリウム−銅系、ランタン−
ストロンチウム−銅系等のペロブスカイト型に類似した
結晶構造を有する複合酸化物が液体窒素温度以上の超電
導現象を示すものとして挙げられる。
However, recently, it has been reported that a composite oxide sintered body can become a superconductor at a high critical temperature, and practical application of superconducting technology using a non-low-temperature superconductor is being rapidly promoted. Examples already reported include yttrium-barium-copper, lanthanum-barium-copper, and lanthanum-copper.
A composite oxide having a crystal structure similar to a perovskite type, such as a strontium-copper system, may be mentioned as one exhibiting a superconducting phenomenon at liquid nitrogen temperature or higher.

超電導状態の安定性を考慮すると、超電導材料の臨界
温度は冷却媒体の温度よりも十分に高いことが要求され
る。従って、超電導技術を実用化するためには、超電導
材料の臨界温度がより高いことが好ましく、廉価な冷却
媒体として代表的な液体窒素の使用を考えると、複合酸
化物系超電導材料といえども更に臨界温度の実現が強く
望まれている。
Considering the stability of the superconducting state, the critical temperature of the superconducting material is required to be sufficiently higher than the temperature of the cooling medium. Therefore, in order to put the superconducting technology into practical use, it is preferable that the critical temperature of the superconducting material be higher. Considering the use of liquid nitrogen as a typical inexpensive cooling medium, even a composite oxide-based superconducting material can be used. Realization of a critical temperature is strongly desired.

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、冷却技術に起因する超電導技術利用
の制限を軽減し、安定に超電導現象の利用を可能にす
る、より高温で超電導特性を示す新規な超電導材料とそ
の製造方法とを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a novel superconducting material exhibiting superconducting properties at higher temperatures, which reduces the limitation on the use of superconducting technology caused by cooling technology and enables stable use of superconducting phenomena. And a method of manufacturing the same.

課題を解決するための手段 本発明は、下記一般式: MwBax(Cu1-yTiy)(O1-qFq)z 〔ここで、 Mは周期律表IIIa族元素を表し、 q、w、x、yおよびzは、(Cu1-yTiy)を1とした場
合に 0.3≦w≦1.95、 0.05≦x≦1.8、 2.0≦z≦5.0、 0.01≦y≦0.6、 0.01≦q≦0.5 の範囲をそれぞれ満たす数を表す〕 で表される含フッ素複合酸化物であることを特徴とする
高臨界温度を有する超電導材料を提供する。
Means for Solving the Problems The present invention provides the following general formula: Mw Ba x (Cu 1-y Ti y ) (O 1-q F q ) z [where M represents a group IIIa element in the periodic table. , Q, w, x, y, and z are 0.3 ≦ w ≦ 1.95, 0.05 ≦ x ≦ 1.8, 2.0 ≦ z ≦ 5.0, 0.01 ≦ y ≦ 0.6, where (Cu 1-y Ti y ) is 1, A superconducting material having a high critical temperature, characterized by being a fluorine-containing composite oxide represented by the following formula: 0.01 ≦ q ≦ 0.5.

この超電導材料は新規である。この超電導材料は、ペ
ロブスカイト型あるいはこれに類似した結晶構造を有す
るものと考えられる。
This superconducting material is new. This superconducting material is considered to have a perovskite type or a similar crystal structure.

実施の形態 元素Mとしては、Y、La、Sc、Er、Yb、Eu、Ho、Dy等
を例示することができるが、これに限定されない。
Embodiment Examples of the element M include, but are not limited to, Y, La, Sc, Er, Yb, Eu, Ho, and Dy.

本発明の超電導材料は、M(但し、Mは周期律表IIIa
族元素)、Ba、CuおよびTiの各々の酸化物、炭酸塩、硫
酸塩、硝酸塩および蓚酸塩から選択された化合物粉末
と、該元素M、Ba、CuおよびTiの各フッ化物から選択さ
れたフッ化物粉末とからなる群から、前記元素M、Ba、
CuおよびTiを全て含むように調製された粉末混合物、ま
たは、該粉末混合物を焼結して得た焼結体の粉末を原料
粉末として上記一般式: MwBax(Cu1-yTiy)(O1-qFq)z 〔ここで、M、q、w、x、yおよびzは上記の定義の
ものを表す〕で表される含フッ素複合酸化物焼結体とし
て作製することができる。
The superconducting material of the present invention has M (where M is the periodic table IIIa).
Group element), a compound powder selected from oxides, carbonates, sulfates, nitrates and oxalates of each of Ba, Cu and Ti, and a fluoride selected from each of the elements M, Ba, Cu and Ti From the group consisting of fluoride powder, the elements M, Ba,
A powder mixture prepared so as to contain all of Cu and Ti, or a powder of a sintered body obtained by sintering the powder mixture is used as a raw material powder to have the above general formula: M w Ba x (Cu 1-y Ti y ) (O 1-q F q ) z (where M, q, w, x, y and z represent the above definitions) Can be.

また、本発明の超電導材料は、M(但し、Mは周期律
表IIIa族元素)、Ba、CuおよびTiの各々の酸化物、炭酸
塩、硫酸塩、硝酸塩および蓚酸塩から選択された化合物
粉末と、該元素M、Ba、CuおよびTiの各フッ化物から選
択されたフッ化物粉末とからなる群から、前記元素M、
Ba、CuおよびTiを全て含むように調製された粉末混合物
または該粉末混合物を焼結して得た焼結体を蒸発源とし
て、物理蒸着により、上記一般式: MwBax(Cu1-yTiy)(O1-qFq)z 〔ここで、M、q、w、x、yおよびzは上記の定義の
ものを表す〕で表される含フッ素複合酸化物の薄膜とし
て基板上に形成することができる。
Further, the superconducting material of the present invention comprises a compound powder selected from M (where M is an element of Group IIIa of the periodic table), oxides, carbonates, sulfates, nitrates and oxalates of Ba, Cu and Ti. And a fluoride powder selected from the fluorides of the elements M, Ba, Cu and Ti.
Using a powder mixture prepared so as to contain all of Ba, Cu and Ti or a sintered body obtained by sintering the powder mixture as an evaporation source, the above general formula: M w Ba x (Cu 1− y Ti y ) (O 1-q F q ) z [where M, q, w, x, y and z represent the above definitions] Can be formed on.

本発明の好ましい実施例では、上記方法で使用する各
化合物粉末として各元素の酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝
酸塩または蓚酸塩の粉末を使用することができ、それぞ
れ粒径が0.1〜10μmの粉末であるのが有利である。
In a preferred embodiment of the present invention, as the compound powder used in the above method, an oxide, carbonate, sulfate, nitrate or oxalate powder of each element can be used, each having a particle size of 0.1 to 10 μm. Advantageously, it is a powder.

本発明の別の実施例では、焼結処理に先立って原料粉
末を予備焼成するのが好ましい。この焼成処理は700℃
以上かつ1000℃以下の温度範囲で行うことが好ましい。
また、予備焼成後に焼成体を粉砕して粒径が0.1〜10μ
mの焼成体粉末にしてから焼結するのが有利である。
In another embodiment of the present invention, it is preferable to pre-fire the raw material powder before the sintering process. 700 ° C
It is preferable to carry out in a temperature range of not less than 1000 ° C.
After the preliminary firing, the fired body is pulverized to a particle size of 0.1 to 10 μm.
It is advantageous to sinter the powder after firing into a fired body powder of m.

焼結処理は850℃以上1050℃以下の温度範囲で行うの
が好ましく、また、焼結後は100℃/分以下の冷却速度
で徐冷するのが好ましい。また、焼成および/または焼
結処理は10-3〜103Torrの範囲の酸素含有雰囲気下、例
えば大気中で行うのが好ましく、フッ素ガス含有雰囲気
下で処理するのが好ましい。
The sintering treatment is preferably performed in a temperature range of 850 ° C. or more and 1050 ° C. or less, and after sintering, it is preferable to gradually cool at a cooling rate of 100 ° C./min or less. Further, the calcination and / or sintering treatment is preferably performed in an oxygen-containing atmosphere in the range of 10 −3 to 10 3 Torr, for example, in the air, and more preferably in a fluorine gas-containing atmosphere.

物理蒸着によって超電導材料の薄膜を作製する場合、
基板としてサファイア、チタン酸ストロンチウムまたは
酸化マグネシウムの基板を使用するのが好ましい。
When producing a thin film of a superconducting material by physical vapor deposition,
It is preferable to use a sapphire, strontium titanate or magnesium oxide substrate as the substrate.

本発明の1つの実施例では、上記のように焼結体また
は薄膜として作製した複合酸化物超電導材料を300〜900
℃の温度範囲に再加熱し、1〜50時間保持し、その後に
100℃/分以下の冷却速度で冷却する熱処理を実施する
のが有利である。尚、この熱処理も10-3〜103Torrの範
囲の酸素含有雰囲気下、例えば大気中で行うのが好まし
く、フッ素ガス含有雰囲気下で処理することが好まし
い。
In one embodiment of the present invention, the composite oxide superconducting material prepared as a sintered body or a thin film as described above is used in a range of 300 to 900.
Reheat to a temperature range of ° C., hold for 1-50 hours, then
It is advantageous to carry out a heat treatment at a cooling rate of 100 ° C./min or less. Note that this heat treatment is also preferably performed in an oxygen-containing atmosphere in the range of 10 −3 to 10 3 Torr, for example, in the air, and more preferably in a fluorine gas-containing atmosphere.

作用 本発明に従う超電導材料は、Y-Ba-Cu系等の層上のペ
ロブスカイト構造を有することが知られている複合酸化
物に特定の元素を添加することによって、その超電導特
性をより安定化したことを特徴としている。
The superconducting material according to the present invention has a more stabilized superconducting property by adding a specific element to a composite oxide known to have a perovskite structure on a layer of Y-Ba-Cu or the like. It is characterized by:

即ち、本発明が提供する複合酸化物系超電導材料の基
礎となった材料は従来のペロブスカイト型複合酸化物に
Tiを添加したものであり、下記一般式で表すことができ
る。
That is, the material on which the composite oxide-based superconducting material provided by the present invention is based is a conventional perovskite-type composite oxide.
Ti is added, and can be represented by the following general formula.

Ba2MpCuqTirOx 〔ここで、 Mは周期律表IIIa族元素を表し、 p、q、rおよびxはそれぞれ下記の範囲の数であ
る。
Ba 2 M p Cu q Ti r O x [where M represents an element of Group IIIa of the periodic table, and p, q, r and x are numbers in the following ranges, respectively.

0.1≦p≦1.2、 2.0≦q≦3.0、 0.1≦r≦0.8、 6.0≦x≦7.0〕。0.1 ≦ p ≦ 1.2, 2.0 ≦ q ≦ 3.0, 0.1 ≦ r ≦ 0.8, 6.0 ≦ x ≦ 7.0].

本発明者達は、この複合酸化物は実際にはペロブスカ
イト型の結晶構造を有するBa-Y-Cu系の複合酸化物超電
導材料のCuの一部がTiに置換されたものであると考え、
その組成を下記で表し: 式:MwBax(Cu1-yTiy)Oz 〔ここで、 Mは前記定義のものを表し、 w、x、yおよびzは、(Cu1-yTiy)を1とした場合
に、それぞれ下記範囲の数を表す: 0.3≦w≦1.8、 0.5≦x≦1.8、 2.0≦z≦5.0、 0.01≦y≦0.6〕 この複合酸化物は、超電導材料を形成する各元素の化
合物粉末の混合物を焼結することによって焼結体として
製造することができる。また、各元素の化合物粉末また
はその混合物、焼成体、焼成体粉末、焼結体または焼結
体粉末からなる蒸着源を用いて物理蒸着で薄膜の形に形
成することもできる。各元素の化合物としては各元素の
酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩または蓚酸塩の粉末等
を用いることができる。
The present inventors consider that this composite oxide is actually a Ba-Y-Cu-based composite oxide superconducting material having a perovskite-type crystal structure, in which a part of Cu is replaced by Ti,
Its composition is represented as follows: Formula: M w Ba x (Cu 1-y Ti y ) O z [where M represents the above definition, w, x, y and z are (Cu 1-y When Ti y ) is 1, each represents a number in the following range: 0.3 ≦ w ≦ 1.8, 0.5 ≦ x ≦ 1.8, 2.0 ≦ z ≦ 5.0, 0.01 ≦ y ≦ 0.6] This composite oxide is a superconducting material. Can be manufactured as a sintered body by sintering a mixture of compound powders of the respective elements that form the above. Further, it can be formed into a thin film by physical vapor deposition using an evaporation source comprising a compound powder of each element or a mixture thereof, a fired body, a fired body powder, a sintered body or a sintered body powder. As the compound of each element, powder of an oxide, carbonate, sulfate, nitrate or oxalate of each element can be used.

本発明の提供する超電導材料は、上記のTiを含む複合
酸化物が更にフッ素を含む含フッ素複合酸化物である。
本発明の含フッ素複合酸化物は層上のペロブスカイト構
造を有する従来の複合酸化物の金属の一部がTiに置換さ
れ且つ酸素原子の一部がフッ素原子に置換されたものと
考えられる。従って、この含フッ素複合酸化物は下記一
般式で表すことができる: MwBax(Cu1-yTiy)(O1-qFq)z 〔ここで、 Mは周期律表IIIa族元素を表し、 q、w、x、yおよびzは、(Cu1-yTiy)を1とした
場合に 0.3≦w≦1.95、 0.05≦x≦1.8、 2.0≦z≦5.0、 0.01≦y≦0.6、 0.01≦q≦0.5 の範囲をそれぞれ満たす数を表す〕 この含フッ素複合酸化物はそれを形成する各元素の化
合物粉末の混合物を焼結することで焼結体として製造す
ることができる。
The superconducting material provided by the present invention is a fluorine-containing composite oxide in which the above-mentioned composite oxide containing Ti further contains fluorine.
It is considered that the fluorine-containing composite oxide of the present invention has a structure in which a part of the metal of the conventional complex oxide having a perovskite structure on the layer is replaced with Ti and a part of the oxygen atom is replaced with a fluorine atom. Therefore, this fluorine-containing composite oxide can be represented by the following general formula: Mw Ba x (Cu 1-y Ti y ) (O 1-q F q ) z [where M is group IIIa of the periodic table Represents an element, and q, w, x, y, and z are: 0.3 ≦ w ≦ 1.95, 0.05 ≦ x ≦ 1.8, 2.0 ≦ z ≦ 5.0, 0.01 ≦ y when (Cu 1-y Ti y ) is 1 ≦ 0.6, 0.01 ≦ q ≦ 0.5.] This fluorine-containing composite oxide can be produced as a sintered body by sintering a mixture of compound powders of the respective elements forming the same. .

フッ素の添加は、各元素のフッ化物を原料粉末に添加
することによって容易に実現できる。一般に金属元素の
フッ化物は対応する金属元素の水酸化物、酸化物、炭酸
塩等をフッ化水素酸と反応させて得ることができる。
尚、分解し易いフッ化物粉末を焼結する場合は、被焼結
体を密封した状態で行うか、フッ素含有雰囲気で行うの
が好ましい。
The addition of fluorine can be easily realized by adding a fluoride of each element to the raw material powder. Generally, a fluoride of a metal element can be obtained by reacting a hydroxide, oxide, carbonate, or the like of the corresponding metal element with hydrofluoric acid.
In the case of sintering fluoride powder which is easily decomposed, it is preferable that the sintering be performed in a sealed state or in a fluorine-containing atmosphere.

また、本発明の超電導材料は、各元素の化合物粉末ま
たはその混合物、焼成体、焼成体粉末、焼結体または焼
結体粉末からなる蒸着源を用いて物理蒸着で薄膜に形成
することができる。
The superconducting material of the present invention can be formed into a thin film by physical vapor deposition using a compound powder of each element or a mixture thereof, a fired body, a fired body powder, a sintered body, or an evaporation source composed of a sintered body powder. .

各元素の化合物は各元素のフッ化物、酸化物、炭酸
塩、硫酸塩、硝酸塩および蓚酸塩からなる群の中から選
択するのが好ましい。特に、元素M、Ba、CuおよびTiの
酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩および蓚酸塩よりなる
群の中から選択される少なくとも一種の金属化合物の粉
末と、M、Ba、CuおよびTiのフッ化物よりなる群の中か
ら選択される少なくとも一種の金属フッ化物とを、各構
成金属が超電導複合酸フッ化物の組成範囲内となるよう
に混合して用いるのが好ましい。このように、構成金属
の組成比は原料として用いる上記化合物の混合比で調整
し、酸素とフッ素の比率は、上記化合物の混合比、焼成
条件および焼結条件を変化させて制御することができ
る。
The compound of each element is preferably selected from the group consisting of fluoride, oxide, carbonate, sulfate, nitrate and oxalate of each element. In particular, powders of at least one metal compound selected from the group consisting of oxides, carbonates, sulfates, nitrates and oxalates of the elements M, Ba, Cu and Ti, and powders of M, Ba, Cu and Ti It is preferable to use a mixture of at least one metal fluoride selected from the group consisting of fluorides such that each constituent metal is within the composition range of the superconducting complex oxyfluoride. Thus, the composition ratio of the constituent metals is adjusted by the mixing ratio of the compound used as a raw material, and the ratio of oxygen and fluorine can be controlled by changing the mixing ratio of the compound, firing conditions and sintering conditions. .

本発明超電導材料の製造において、焼成または焼結処
理前の粉末の平均粒径が大きくなると焼結反応において
均一な組成の酸化物が得られない。従って、結晶粒径の
微細化を図るためには原料粉末の粒径は0.1μm以上か
つ10μm以下であるのが好ましい。尚、0.1μm以上と
したのは、これ以下では原料の場合には取扱が難しくな
り、焼成体の場合には0.1μm未満に粉砕するには時間
がかかり過ぎて困難であると共に、材料の汚染、歩留り
の低下等の点で工業的に不利なためである。
In the production of the superconducting material of the present invention, if the average particle diameter of the powder before the sintering or sintering treatment is large, an oxide having a uniform composition cannot be obtained in the sintering reaction. Therefore, in order to reduce the crystal grain size, the particle size of the raw material powder is preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less. The reason why the thickness is set to 0.1 μm or more is that if it is less than 0.1 μm, it becomes difficult to handle the raw material, and if it is a fired body, it takes too much time to pulverize it to less than 0.1 μm. This is industrially disadvantageous in that the yield is reduced.

なお、〔焼成→粉砕〕工程を複数回繰り返すことによ
って、焼結体の均質化を図ることも有利である。
It is also advantageous to repeat the [firing-to-pulverization] process a plurality of times to homogenize the sintered body.

焼結温度は十分に焼成反応せしめると同時に固溶相の
出現を防止する温度範囲にするのが好ましく、700℃〜1
050℃、特に850℃以上かつ1000℃以下の温度範囲で行う
のが有利である。即ち、焼結温度が上記温度範囲に達し
ない場合は、焼結反応が十分に行われず、得られた焼結
体の組成が均一にならない。また、焼結温度が上記範囲
を越える場合は、原料粉末に固溶相が生じて、目的とす
る超電導特性を有する結晶構造が形成される確率が低下
すると共に、容器との反応等によって焼結体が汚染され
る場合がある。また、反応が原料粉末全体に行きわたる
ようにするためには焼成時間は1時間以上にするのが好
ましい。
The sintering temperature is preferably set to a temperature range in which the sintering reaction is sufficiently performed and at the same time, the appearance of a solid solution phase is prevented.
It is advantageous to carry out at a temperature in the range of 050 ° C., especially 850 ° C. and 1000 ° C. That is, when the sintering temperature does not reach the above temperature range, the sintering reaction is not sufficiently performed, and the composition of the obtained sintered body is not uniform. If the sintering temperature exceeds the above range, a solid solution phase is formed in the raw material powder, and the probability of forming a crystal structure having the desired superconducting properties is reduced. The body may be contaminated. Further, in order to allow the reaction to spread over the entire raw material powder, the firing time is preferably set to 1 hour or more.

本発明に従う超電導材料の超電導特性に大きく影響す
ると見られる重要な管理事項としては、焼成あるいは焼
結処理直後の冷却が挙げられる。即ち、超電導物質を好
ましく形成するには焼結後の冷却速度を管理する必要が
あり、本発明者等の知見によれば、焼成温度あるいは焼
結温度から室温までの冷却は100℃/分以下の冷却速度
で実施するのが好ましい。
An important management item that is expected to greatly affect the superconducting properties of the superconducting material according to the present invention is cooling immediately after firing or sintering. That is, it is necessary to control the cooling rate after sintering in order to preferably form the superconducting material. According to the knowledge of the present inventors, the cooling from the sintering temperature or the sintering temperature to room temperature is 100 ° C./min or less. It is preferably carried out at a cooling rate of

本発明超電導材料は上記原料の混合物、焼成体、焼成
体粉末または焼結体を蒸発源として用いたスパッタリン
グ法、イオンプレーティング法等の各種物理蒸着法で薄
膜に形にすることができる。本発明超電導材料の薄膜を
形成する場合には、超電導材料を構成する各元素または
その化合物の混合物を蒸着源として用いることができ
る。この場合、薄膜を成長させる基板としてはサファイ
ヤ、チタン酸ストロンチウム、酸化マグネシウム等のペ
ロブスカイト系結晶構造を表面に備えた基板を用いるの
が有利である。
The superconducting material of the present invention can be formed into a thin film by various physical vapor deposition methods such as a sputtering method and an ion plating method using a mixture of the above raw materials, a fired body, a fired body powder or a sintered body as an evaporation source. When a thin film of the superconducting material of the present invention is formed, a mixture of each element constituting the superconducting material or a compound thereof can be used as an evaporation source. In this case, it is advantageous to use a substrate having a perovskite crystal structure such as sapphire, strontium titanate, or magnesium oxide on the surface as a substrate on which a thin film is grown.

こうして得られたバルブ状または薄膜状の超電導材料
は300〜900℃の範囲に再加熱し、1時間〜50時間保持し
た後に100℃/分以下の冷却速度で冷却することによっ
て超電導物質の均質化と安定化を実現することができ、
超電導材料の長命化が実現される。
The bulb-shaped or thin-film superconducting material thus obtained is reheated to a temperature in the range of 300 to 900 ° C., held for 1 hour to 50 hours, and then cooled at a cooling rate of 100 ° C./min or less to homogenize the superconducting material. And stabilization can be realized,
A longer life of the superconducting material is realized.

本発明の含フッ素複合酸化物超電導材料は、依然とし
てペロブスカイト型または擬似ペロブスカイト型の結晶
構造を含んでいるものと考えられるが、他の結晶構造を
有する物質も含まれているようである。
It is considered that the fluorine-containing composite oxide superconducting material of the present invention still contains a perovskite-type or pseudo-perovskite-type crystal structure, but it seems that a substance having another crystal structure is also included.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明が下記実
施例に限定されるものではない。
Hereinafter, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following examples.

実施例1 表1に示すIIIa族元素Mの酸化物M2O3粉末と、BaCO3
粉末と、CuO粉末と、TiO2粉末とを(それぞれ粒径は10
μm以下で、純度99.9%以上)を用意した。
Example 1 An oxide M 2 O 3 powder of a group IIIa element M shown in Table 1 and BaCO 3
Powder, CuO powder, and TiO 2 powder (each having a particle size of 10
μm or less and a purity of 99.9% or more).

先ず、原子比でM:Ba:(Cu1-yTiy)をw:x:1と表したと
きに、w、xおよびyが表1に示す値となるような割合
に各粉末を秤量し、混合して酸化物原料粉末(A)を調
製した。
First, when M: Ba: (Cu 1-y Ti y ) is expressed as w: x: 1 in atomic ratio, each powder is weighed so that w, x and y have the values shown in Table 1. Then, they were mixed to prepare an oxide raw material powder (A).

次に、BaCO3粉末の代わりに、BaF2粉末を用いて上記
の複合酸化物原料粉末(A)の調製法と同じ操作で、酸
フッ化物原料粉末(B)を調製した。
Next, an oxyfluoride raw material powder (B) was prepared by the same operation as the above-described method for preparing the composite oxide raw material powder (A) using BaF 2 powder instead of BaCO 3 powder.

次いで、O:Fの原子比(1−q):qが表1に示す値と
なるように、複合酸化物原料粉末(A)と複合酸フッ化
物原料粉末(B)とを混合して混合原料粉末を調製し
た。
Next, the composite oxide raw material powder (A) and the composite oxyfluoride raw material powder (B) are mixed and mixed so that the O: F atomic ratio (1-q): q becomes the value shown in Table 1. Raw material powder was prepared.

各混合原料粉末をそれぞれ金型に充填し、成形体の直
径10mm当たり100kgの荷重で直径約10mmの円板状に予備
成形した。
Each mixed raw material powder was filled in a mold and preformed into a disk having a diameter of about 10 mm at a load of 100 kg per 10 mm in diameter of the formed body.

この予備成形体を、大気中で電気炉によって900℃に
加熱し、その温度に6時間保持することによって焼成処
理した。また、焼成処理の終了後は空冷した。
The preform was heated to 900 ° C. by an electric furnace in the atmosphere and kept at that temperature for 6 hours to perform a firing treatment. After the completion of the baking treatment, the mixture was air-cooled.

こうして得られた各焼成体を乳鉢で粉砕し、粒径10μ
m以下とした後に再び金型に充填し、成形体の直径7mm
当たり50kgの圧力で直径約7mmの円板状に成形した。
Each fired body thus obtained is ground in a mortar, and the particle size is 10 μm.
m and then filled in the mold again, the diameter of the molded body 7mm
It was formed into a disk having a diameter of about 7 mm at a pressure of 50 kg per unit.

得られた成形体を、やはり大気中で電気炉によって95
0℃に加熱し、この温度を6時間保持した後、12時間か
けて室温まで冷却した。
The obtained molded body is again heated in an atmosphere by an electric furnace.
After heating to 0 ° C. and maintaining this temperature for 6 hours, it was cooled to room temperature over 12 hours.

以上のようにして作製した円板状の試料に定法に従っ
て電極を付け、直流4端子法によって温度に対する抵抗
値の変化を測定した。
An electrode was attached to the disc-shaped sample prepared as described above according to a standard method, and a change in resistance value with respect to temperature was measured by a DC four-terminal method.

測定結果は、試料の電気抵抗が完全に零(10-6Ω以
下)となった温度をTcとして示した。
In the measurement results, the temperature at which the electrical resistance of the sample was completely zero (10 −6 Ω or less) was indicated as Tc.

実施例2 粒径が10μm以下で、純度が99.9%以上の市販のY2O3
粉末、BaCO3粉末、CuO粉末、TiO2粉末を用意した。
Example 2 Commercially available Y 2 O 3 having a particle size of 10 μm or less and a purity of 99.9% or more
Powder, BaCO 3 powder, CuO powder, and TiO 2 powder were prepared.

目的とする酸弗化物の組成を、 YBa2(Cu1-xTix)3(O1-yFy)z と表した場合に、xおよびzの値が表2に示す値となる
ような割合に各粉末を秤量し、混合して酸化物原料粉末
(A)を調製した。
When the target oxyfluoride composition is expressed as YBa 2 (Cu 1-x Ti x ) 3 (O 1-y F y ) z , the values of x and z are as shown in Table 2. The powders were weighed at appropriate ratios and mixed to prepare an oxide raw material powder (A).

次に、上記BaCO3粉末の代わりにBaF2粉末を用いて、
同様な操作で酸フッ化物原料粉末(B)を調製した。
Next, using BaF 2 powder instead of the above BaCO 3 powder,
An oxyfluoride raw material powder (B) was prepared by the same operation.

次いで、O:Fの原子比(1−y):yを決定するyの値
を表2に示す値となるように複合酸化物原料粉末(A)
と複合酸フッ化物原料粉末(B)とを混合して混合原料
粉末を調製した。
Next, the composite oxide raw material powder (A) is adjusted so that the value of y that determines the atomic ratio (1-y): y of O: F becomes the value shown in Table 2.
And the composite oxyfluoride raw material powder (B) were mixed to prepare a mixed raw material powder.

各混合原料粉末をそれぞれ金型に充填し、成形体の直
径10mm当たり100kgの荷重で直径約10mmの円板状に予備
成形した。
Each mixed raw material powder was filled in a mold and preformed into a disk having a diameter of about 10 mm at a load of 100 kg per 10 mm in diameter of the formed body.

この予備成形体を、大気中で電気炉によって900℃に
加熱し、この温度を6時間保持することによって焼成処
理した。また、焼成処理の終了後は空冷した。
This preformed body was heated to 900 ° C. in an air atmosphere in an electric furnace, and calcined by maintaining this temperature for 6 hours. After the completion of the baking treatment, the mixture was air-cooled.

こうして得られた各焼成体を乳鉢で粉砕し、粒径10μ
m以下にした後に再び金型に充填し、成形体の直径7mm
当たり50kgの圧力で直径約7mmの円板状に成形した。
Each fired body thus obtained is ground in a mortar, and the particle size is 10 μm.
m or less, and then re-filled in the mold, and the molded body diameter 7mm
It was formed into a disk having a diameter of about 7 mm at a pressure of 50 kg per unit.

得られた成形体を、やはり大気中で電気炉で950℃に
加熱し、この温度を6時間保持した後、12時間かけて室
温まで冷却した。
The obtained molded body was also heated to 950 ° C. in an electric furnace in the air, maintained at this temperature for 6 hours, and then cooled to room temperature over 12 hours.

以上のようにして作製した円板状の試料に定法に従っ
て電極を付け、直流4端子法によって温度に対する抵抗
値の変化を測定した。
An electrode was attached to the disc-shaped sample prepared as described above according to a standard method, and a change in resistance value with respect to temperature was measured by a DC four-terminal method.

表2では試料の電気抵抗が完全に零(10-6Ω以下)と
なった温度をTcとして示している。
In Table 2, the temperature at which the electrical resistance of the sample is completely zero (10 −6 Ω or less) is shown as Tc.

発明の効果 以上の通り、本発明の複合酸化物超電導材料は、従来
の超電導材料よりも安定して高い臨界温度を示す新規な
超電導材料である。本発明の超電導材料を用いることに
よって安価で経済的に超電導現象を利用することができ
るようになる。
Effect of the Invention As described above, the composite oxide superconducting material of the present invention is a novel superconducting material that exhibits a higher and higher critical temperature than conventional superconducting materials. By using the superconducting material of the present invention, the superconducting phenomenon can be used economically and economically.

本発明超電導材料は薄板材、細線材あるいは小部品と
して直接使用可能できるだけでなく、スパッタリング等
によって薄膜の形る作製できるので各種の電子技術の分
野で応用することができる。
The superconducting material of the present invention can be directly used as a thin plate, a thin wire, or a small part, and can be formed into a thin film by sputtering or the like, so that it can be applied to various electronic technologies.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 39/12 ZAA H01L 39/12 ZAAC (72)発明者 大松 一也 大阪府大阪市此花区島屋1丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 澤田 和夫 大阪府大阪市此花区島屋1丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 一柳 肇 大阪府大阪市此花区島屋1丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 中井 由弘 大阪府大阪市此花区島屋1丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−236748(JP,A) 特開 昭63−291855(JP,A) 特開 昭63−291817(JP,A) Physical Reuiew B Vol.35,P.8782〜8784 Japanese Jousoral of Appliad Phgsic s Vol.26,P.L337〜338──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location H01L 39/12 ZAA H01L 39/12 ZAAC (72) Inventor Kazuya Omatsu Shimaya Konohana-ku, Osaka-shi, Osaka 1-3-1, Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka Works (72) Inventor Kazuo Sawada 1-3-1, Shimaya, Konohana-ku, Osaka, Osaka Prefecture, Japan Sumitomo Electric Industries, Ltd. Osaka Works (72) Inventor: Hajime Ichiyanagi Osaka 1-3-3 Shimaya, Konohana-ku, Osaka-shi, Japan Sumitomo Electric Industries, Ltd. Osaka Works (72) Inventor Yoshihiro Nakai 1-3-1, Shimaya, Konohana-ku, Osaka-shi, Osaka Sumitomo Electric Industries, Ltd. References JP-A-63-236748 (JP, A) JP-A-63-291855 (JP, A) JP-A-63-291817 (JP, A) Physica l Reuiew B Vol. 35, p. 8782-8784 Japaneous Journal of Applied Phgsics Vol. 26, p. L337-338

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】下記一般式: MwBax(Cu1-yTiy)(O1-qFq)z 〔ここで、 Mは周期律表IIIa族元素を表し、 q、w、x、yおよびzは、(Cu1-yTiy)を1とした場
合に 0.3≦w≦1.95、 0.05≦x≦1.8、 2.0≦z≦5.0、 0.01≦y≦0.6、 0.01≦q≦0.5 の範囲をそれぞれ満たす数を表す〕 で表される含フッ素複合酸化物であることを特徴とする
高臨界温度を有する超電導材料。
1. The following general formula: M w Ba x (Cu 1 -y Ti y ) (O 1 -q F q ) z [where M represents an element of Group IIIa of the periodic table, q, w, x , Y and z are defined as 0.3 ≦ w ≦ 1.95, 0.05 ≦ x ≦ 1.8, 2.0 ≦ z ≦ 5.0, 0.01 ≦ y ≦ 0.6, 0.01 ≦ q ≦ 0.5 when (Cu 1-y Ti y ) is set to 1. A superconducting material having a high critical temperature, which is a fluorine-containing composite oxide represented by the following formula:
【請求項2】M(但し、Mは周期律表IIIa族元素)、B
a、CuおよびTiの各々の酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸
塩および蓚酸塩から選択された化合物粉末と、該元素
M、Ba、CuおよびTiの各フッ化物から選択されたフッ化
物粉末とからなる群から、前記元素M、Ba、CuおよびTi
を全て含むように調製された粉末混合物、または、該粉
末混合物を焼結して得た焼結体の粉末を原料粉末とし
て、下記一般式: MwBax(Cu1-yTiy)(O1-qFq)z 〔ここで、 Mは周期律表IIIa族元素を表し、 q、w、x、yおよびzは、(Cu1-yTiy)を1とした場
合に 0.3≦w≦1.95、 0.05≦x≦1.8、 2.0≦z≦5.0、 0.01≦y≦0.6、 0.01≦q≦0.5 の範囲をそれぞれ満たす数を表す〕 で表される含フッ素複合酸化物焼結体を作製することを
特徴とする高臨界温度を有する超電導材料の焼結体の製
造方法。
2. M (where M is an element of Group IIIa of the periodic table), B
a, each oxide of Cu and Ti, a carbonate powder, a sulfate powder, a compound powder selected from nitrate and oxalate, and the element M, Ba, a fluoride powder selected from each fluoride of Cu and Ti, From the group consisting of the elements M, Ba, Cu and Ti
Or a powder of a sintered body obtained by sintering the powder mixture as a raw material powder, the following general formula: M w Ba x (Cu 1-y Ti y ) ( O 1-q F q ) z [where, M represents an element of Group IIIa of the periodic table, and q, w, x, y, and z are 0.3 ≦ when (Cu 1-y Ti y ) is 1 w ≦ 1.95, 0.05 ≦ x ≦ 1.8, 2.0 ≦ z ≦ 5.0, 0.01 ≦ y ≦ 0.6, and 0.01 ≦ q ≦ 0.5, respectively.] A method for producing a sintered body of a superconducting material having a high critical temperature.
【請求項3】M(但し、Mは周期律表IIIa族元素)、B
a、CuおよびTiの各々の酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸
塩および蓚酸塩から選択された化合物粉末と、該元素
M、Ba、CuおよびTiの各フッ化物から選択されたフッ化
物粉末とからなる群から、前記元素M、Ba、CuおよびTi
を全て含むように調製された粉末混合物または該粉末混
合物を焼結して得た焼結体を蒸発源として、物理蒸着に
より、下記一般式: MwBax(Cu1-yTiy)(O1-qFq)z 〔ここで、 Mは周期律表IIIa族元素を表し、 q、w、x、yおよびzは、(Cu1-yTiy)を1とした場
合に 0.3≦w≦1.95、 0.05≦x≦1.8、 2.0≦z≦5.0、 0.01≦y≦0.6、 0.01≦q≦0.5 の範囲をそれぞれ満たす数を表す〕 で表される含フッ素複合酸化物の薄膜を基板上に形成す
ることを特徴とする高臨界温度を有する超電導材料の薄
膜の製造方法。
3. M (where M is an element of Group IIIa of the periodic table), B
a, each oxide of Cu and Ti, a carbonate powder, a sulfate powder, a compound powder selected from nitrate and oxalate, and the element M, Ba, a fluoride powder selected from each fluoride of Cu and Ti, From the group consisting of the elements M, Ba, Cu and Ti
And a sintered body obtained by sintering the powder mixture prepared so as to contain all of the following, by physical vapor deposition, using the following general formula: M w Ba x (Cu 1-y Ti y ) ( O 1-q F q ) z [where, M represents an element of Group IIIa of the periodic table, and q, w, x, y, and z are 0.3 ≦ when (Cu 1-y Ti y ) is 1 w ≦ 1.95, 0.05 ≦ x ≦ 1.8, 2.0 ≦ z ≦ 5.0, 0.01 ≦ y ≦ 0.6, and 0.01 ≦ q ≦ 0.5, respectively.] A thin film of a fluorine-containing composite oxide represented by A method for producing a thin film of a superconducting material having a high critical temperature, characterized by being formed on a substrate.
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JPS63291855A (en) * 1987-05-22 1988-11-29 Mitsubishi Petrochem Co Ltd Production of superconducting composition
JPS63291817A (en) * 1987-05-25 1988-11-29 Toshiba Corp Oxide superconductor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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