JP2600076B2 - ビスマス系超電導セラミック厚膜の形成方法 - Google Patents
ビスマス系超電導セラミック厚膜の形成方法Info
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- 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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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、ビスマス系超電導セラミック厚膜の形成
方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は
気孔率が小さく、超電導特性に優れたビスマス系超電動
セラミック厚膜の形成方法に関するものである。
方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は
気孔率が小さく、超電導特性に優れたビスマス系超電動
セラミック厚膜の形成方法に関するものである。
（背景技術） 従来、超電導材料は、Nb,Nb3Ge,Nb−Ge合金などの金
属に限られていた。これらは、高密度でかつ延伸性に富
んでいるが、臨界温度が23K以下と低いのでその使用に
際しては冷却材として高価な液体ヘリウムを用いなくて
はならない。このため、これらを用いた超電導機械およ
びセンサーは大型かつ高価なものになり、経済性に問題
があった。
属に限られていた。これらは、高密度でかつ延伸性に富
んでいるが、臨界温度が23K以下と低いのでその使用に
際しては冷却材として高価な液体ヘリウムを用いなくて
はならない。このため、これらを用いた超電導機械およ
びセンサーは大型かつ高価なものになり、経済性に問題
があった。
近年、臨界温度が液体窒素以上のLa−Ba−Cu−Ｏ系、
Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系等の酸化物超電導セラミックが発見さ
れ、超電導応用技術の開発が活発化している。しかしな
がらこのような酸化物超電導セラミックは、その超電導
特性が酸素含有量に大きく影響されるので、所定の超電
導特性を再現性よく得ることが難しく、また、希土類元
素を必須の構成成分とするので性質が安定せず、しかも
高価なものになるという問題があった。
Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系等の酸化物超電導セラミックが発見さ
れ、超電導応用技術の開発が活発化している。しかしな
がらこのような酸化物超電導セラミックは、その超電導
特性が酸素含有量に大きく影響されるので、所定の超電
導特性を再現性よく得ることが難しく、また、希土類元
素を必須の構成成分とするので性質が安定せず、しかも
高価なものになるという問題があった。
これに対して、希土類元素を含有せず、比較的安価に
製造でき、しかも臨界温度が液体窒素以上の超電導材料
として、最近、ビスマス系超電導セラミックが発見され
た。そこで、このビスマス系超電導セラミックを用いた
超電導応用技術の広範囲な分野における開発、たとえば
電力貯蔵用コイル、磁器浮上用コイル等の強電分野、あ
るいは磁器センサー、電磁波検出器、超高速コンピュー
タ素子等の弱電分野への応用技術の開発が期待されてい
る。
製造でき、しかも臨界温度が液体窒素以上の超電導材料
として、最近、ビスマス系超電導セラミックが発見され
た。そこで、このビスマス系超電導セラミックを用いた
超電導応用技術の広範囲な分野における開発、たとえば
電力貯蔵用コイル、磁器浮上用コイル等の強電分野、あ
るいは磁器センサー、電磁波検出器、超高速コンピュー
タ素子等の弱電分野への応用技術の開発が期待されてい
る。
しかしながら、このビスマス系超電導セラミックの場
合にもセラミック材料であるが故に金属系超電導材料に
比べて加工が困難であり、蒸着、塗布等により基板上に
形成する以外には所定の厚さの膜を形成することができ
ないという問題がある。また、固相反応で合成する場合
には気孔率が大きくなりやすいので臨界電流密度を高く
することが困難となる。
合にもセラミック材料であるが故に金属系超電導材料に
比べて加工が困難であり、蒸着、塗布等により基板上に
形成する以外には所定の厚さの膜を形成することができ
ないという問題がある。また、固相反応で合成する場合
には気孔率が大きくなりやすいので臨界電流密度を高く
することが困難となる。
このため、ビスマス系超電導セラミックを、気孔率を
小さくし、かつ基板を使用することなく均一に厚膜化す
る方法の開発が望まれていた。
小さくし、かつ基板を使用することなく均一に厚膜化す
る方法の開発が望まれていた。
（発明の目的） この発明は以上の通りの事情を踏まえて成されたもの
であり、小さい気孔率で臨界電流密度が高く、また、基
板を使用することなく均一にビスマスク系超電導セラミ
マックスの厚膜を形成することのできる方法を提供する
ことを目的としている。
であり、小さい気孔率で臨界電流密度が高く、また、基
板を使用することなく均一にビスマスク系超電導セラミ
マックスの厚膜を形成することのできる方法を提供する
ことを目的としている。
（発明の開示） この発明は、上記の目的を実現するために、ビスマス
系超電導性セラミックを加熱溶融し、その隔液を基板も
しくは支持体上に展開することなく急冷して厚膜を形成
し、次いで熱処理をすることを特徴とするビスマス系超
電導セラミック厚膜の形成方法を提供するものである。
系超電導性セラミックを加熱溶融し、その隔液を基板も
しくは支持体上に展開することなく急冷して厚膜を形成
し、次いで熱処理をすることを特徴とするビスマス系超
電導セラミック厚膜の形成方法を提供するものである。
この発明の形成方法において加熱溶融するビスマス系
超電導セラミックとしては、一般にビスマス系超電導セ
ラミックといわれるものを広く用いることができ、Bi−
Sr−Ca−Cu−Ｏ系ビスマス系超電導セラミック、あるい
はこれにAl等の他の元素を適宜に添加したものを用いる
ことができる。
超電導セラミックとしては、一般にビスマス系超電導セ
ラミックといわれるものを広く用いることができ、Bi−
Sr−Ca−Cu−Ｏ系ビスマス系超電導セラミック、あるい
はこれにAl等の他の元素を適宜に添加したものを用いる
ことができる。
またこれらビスマス系超電導セラミックとしては、そ
の超電導セラミックの原料の仮焼物を用いることができ
る。たとえば、Bi、Sr、CaあるいはCu等ビスマス系超電
導セラミックの構成元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩、
硝酸塩あるいは蓚酸塩を所定の割合い混合粉砕し、700
〜850℃で３〜12時間加熱し、水分、炭酸根、硝酸根あ
るいは蓚酸根等を揮発消失させて得られる仮焼物を用い
ることができる。
の超電導セラミックの原料の仮焼物を用いることができ
る。たとえば、Bi、Sr、CaあるいはCu等ビスマス系超電
導セラミックの構成元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩、
硝酸塩あるいは蓚酸塩を所定の割合い混合粉砕し、700
〜850℃で３〜12時間加熱し、水分、炭酸根、硝酸根あ
るいは蓚酸根等を揮発消失させて得られる仮焼物を用い
ることができる。
この発明の方法においては、このようなビスマス系超
伝導セラミックをまず加熱溶融して隔液とする。加熱溶
融は、ビスマス系超電導セラミックの融点以上の温度、
たとえば温度1000〜1200℃で30〜３分間溶融状態におく
ようにする。この場合の加熱方法には、特に制限はな
く、電気路、高周波炉、赤外線集光炉、レーザ光等を使
用することができる。
伝導セラミックをまず加熱溶融して隔液とする。加熱溶
融は、ビスマス系超電導セラミックの融点以上の温度、
たとえば温度1000〜1200℃で30〜３分間溶融状態におく
ようにする。この場合の加熱方法には、特に制限はな
く、電気路、高周波炉、赤外線集光炉、レーザ光等を使
用することができる。
こうして隔液としたビスマス系超電導セラミックは、
次に基板もしくは支持体上に展開することなく急冷し、
厚膜に形成する。その場合の好適な方法としては、たと
えば、その隔液を圧搾急冷装置に噴射する方法がある。
圧搾急冷装置としては、双ロール融体超急冷装置、双ソ
フトロール融体超急冷装置、片ロール式隔体超急冷装
置、ピストン−アンピル装置等を使用することができ
る。また、このような圧搾急冷装置に上記のビスマス系
超電導セラミックの溶融を噴射するに際しては、空気、
窒素ガス等所定の気体の圧力によりその隔液が圧搾急冷
装置内に噴射するようにしてもよい。これにより、長さ
５〜50mm、幅５〜15mm、厚さ10〜1000μｍの厚膜を基板
を使用することなく容易に形成することができる。
次に基板もしくは支持体上に展開することなく急冷し、
厚膜に形成する。その場合の好適な方法としては、たと
えば、その隔液を圧搾急冷装置に噴射する方法がある。
圧搾急冷装置としては、双ロール融体超急冷装置、双ソ
フトロール融体超急冷装置、片ロール式隔体超急冷装
置、ピストン−アンピル装置等を使用することができ
る。また、このような圧搾急冷装置に上記のビスマス系
超電導セラミックの溶融を噴射するに際しては、空気、
窒素ガス等所定の気体の圧力によりその隔液が圧搾急冷
装置内に噴射するようにしてもよい。これにより、長さ
５〜50mm、幅５〜15mm、厚さ10〜1000μｍの厚膜を基板
を使用することなく容易に形成することができる。
このようにして形成した厚膜の相状態は、アモルファ
ス相であり、それ自体優れた超電導特性を発揮するもの
ではない。そこでこの発明においては、次に、このよう
なアモルファス相の厚膜に熱処理を施して超電導相とす
る。
ス相であり、それ自体優れた超電導特性を発揮するもの
ではない。そこでこの発明においては、次に、このよう
なアモルファス相の厚膜に熱処理を施して超電導相とす
る。
熱処理は空気中あるいは所定の雰囲気ガス中で、温度
800〜900℃に１〜15時間保持することにより行うことが
できる。
800〜900℃に１〜15時間保持することにより行うことが
できる。
形成したビスマス系超電導セラミックの厚膜は、溶融
状態を経て形成するようにしているので、構成元素を原
子レベルで十分に混合することができ、気孔率が小さ
く、高い臨界電流密度を有するものとなる。膜厚を比較
的厚く形成したものは、電力貯蔵あるいは磁気浮上技術
に用いるコイルに特に有用であり、また100〜300μｍ程
度の比較的薄い膜に形成したものは高感度センサーへの
利用に好適である。
状態を経て形成するようにしているので、構成元素を原
子レベルで十分に混合することができ、気孔率が小さ
く、高い臨界電流密度を有するものとなる。膜厚を比較
的厚く形成したものは、電力貯蔵あるいは磁気浮上技術
に用いるコイルに特に有用であり、また100〜300μｍ程
度の比較的薄い膜に形成したものは高感度センサーへの
利用に好適である。
また、この発明により形成したビスマス系超電導セラ
ミックの厚膜は基板に密着させて使用することもでき
る。たとえば、厚膜の多数片をセラミック基板または金
属基板上に、タイル状に並べ、加熱により基板に密着さ
せて大面積の超電導膜を形成し、電力貯蔵用線輪を作製
することができる。また、形成した超電導膜を積層し加
熱密着させることにより、大容量の電流を流すことので
きる超電導体を形成し、磁気浮上技術に利用することが
できる。
ミックの厚膜は基板に密着させて使用することもでき
る。たとえば、厚膜の多数片をセラミック基板または金
属基板上に、タイル状に並べ、加熱により基板に密着さ
せて大面積の超電導膜を形成し、電力貯蔵用線輪を作製
することができる。また、形成した超電導膜を積層し加
熱密着させることにより、大容量の電流を流すことので
きる超電導体を形成し、磁気浮上技術に利用することが
できる。
以下、この発明を実施例に基づいて具体的に説明す
る。
る。
（実施例） 第１図は、この発明の方法を実施するのに好適な装置
の一例を示したものである。加熱溶融するビスマス系超
電導セラミック（１）は白金ノズル（２）に装入し、そ
の周囲には電気炉（３）を、またその下方には双ロール
融体急冷装置（７）を設けている。この白金ノズル
（２）の上端にはバルブ（４）を設けている。溶融状態
のビスマス系超電導セラミック（１）は穴（６）から双
ロール融体超急冷装置（７）に噴出させる。この際に、
使用する気体（５）の圧力によってその噴出状態を調整
する。
の一例を示したものである。加熱溶融するビスマス系超
電導セラミック（１）は白金ノズル（２）に装入し、そ
の周囲には電気炉（３）を、またその下方には双ロール
融体急冷装置（７）を設けている。この白金ノズル
（２）の上端にはバルブ（４）を設けている。溶融状態
のビスマス系超電導セラミック（１）は穴（６）から双
ロール融体超急冷装置（７）に噴出させる。この際に、
使用する気体（５）の圧力によってその噴出状態を調整
する。
この装置を使用し、まず試薬特級のBiO3、SrO3、CaCO
3およびCuOをBiSrCaCu2Oxの組成となるようにそれらの
所定量を合計5gの秤量、めのう乳鉢で30分間粉砕混合し
た。次いで、この混合粉末を850℃で６時間仮焼した。
3およびCuOをBiSrCaCu2Oxの組成となるようにそれらの
所定量を合計5gの秤量、めのう乳鉢で30分間粉砕混合し
た。次いで、この混合粉末を850℃で６時間仮焼した。
この仮焼物を白金ノズル（２）に入れ、シリコンーカ
ーバイトの電気炉（３）中で、1000℃で１分間加熱して
溶融させた。
ーバイトの電気炉（３）中で、1000℃で１分間加熱して
溶融させた。
溶融後、白金ノズル（２）の上部より、バルブ（４）
を介して気体（窒素ガス）（５）を圧力1kg/cm2で導入
し、上記仮焼物の溶融液であるビスマス系超電導セラミ
ック（１）の融液を、穴（６）から200rpm〜1000rpmで
回転している双ロール融体超急冷装置（７）の双ロール
間に噴出落下さた。ただちに幅10mm、長さ20mm,厚さ80
μｍの厚膜を得た。
を介して気体（窒素ガス）（５）を圧力1kg/cm2で導入
し、上記仮焼物の溶融液であるビスマス系超電導セラミ
ック（１）の融液を、穴（６）から200rpm〜1000rpmで
回転している双ロール融体超急冷装置（７）の双ロール
間に噴出落下さた。ただちに幅10mm、長さ20mm,厚さ80
μｍの厚膜を得た。
その後、この厚膜を空気中にて850℃で15時間加熱
し、ビスマス系超電導セラミックの厚膜を得た。
し、ビスマス系超電導セラミックの厚膜を得た。
この厚膜の電気抵抗の温度依存性を四端子法により測
定し、第２図に示す結果を得た。第２図により、約80K
で電気抵抗の急激な減少が見られることがわかる。
定し、第２図に示す結果を得た。第２図により、約80K
で電気抵抗の急激な減少が見られることがわかる。
また、交流磁化率の温度依存性も測定した。結果を第
３図に示す。第３図により、この厚膜の反磁性が認めら
れ、超電導状態が達成されることが確認できる。
３図に示す。第３図により、この厚膜の反磁性が認めら
れ、超電導状態が達成されることが確認できる。
（発明の効果） この発明によれば、ビスマス系超電導セラミック厚膜
を形成するにあたり、ビスマス系超電導セラミックを加
熱溶融することにより、その構成元素をレベルで混合す
ることができるので、気孔率が小さく、高い臨界電流密
度を有し、優れた超電導特性を発揮する厚膜を形成する
ことができる。
を形成するにあたり、ビスマス系超電導セラミックを加
熱溶融することにより、その構成元素をレベルで混合す
ることができるので、気孔率が小さく、高い臨界電流密
度を有し、優れた超電導特性を発揮する厚膜を形成する
ことができる。
また、この発明によれば、ビスマス系超電導セラミッ
クの溶液を圧搾急冷装置等に噴射するなどして、基板も
しくは支持体上に展開することなく急冷して厚膜を形成
するので、基板を使用すること無く容易に均一な厚膜を
形成することができる。
クの溶液を圧搾急冷装置等に噴射するなどして、基板も
しくは支持体上に展開することなく急冷して厚膜を形成
するので、基板を使用すること無く容易に均一な厚膜を
形成することができる。
第１図はこの発明の形成方法を実施するのに好適な装置
例を示した断面図である。 第２図はこの発明により形成した厚膜の電気抵抗の温度
依存性を示した相関図である。 第３図はこの発明により形成した厚膜の交流磁化率の温
度依存性を示した相関図である。 １……ビスマス系超電導セラミック ２……白金ノズル ３……電気炉 ４……バルブ ５……気体 ６……穴 ７……双ロール融体超急冷装置
例を示した断面図である。 第２図はこの発明により形成した厚膜の電気抵抗の温度
依存性を示した相関図である。 第３図はこの発明により形成した厚膜の交流磁化率の温
度依存性を示した相関図である。 １……ビスマス系超電導セラミック ２……白金ノズル ３……電気炉 ４……バルブ ５……気体 ６……穴 ７……双ロール融体超急冷装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−101448（ＪＰ，Ａ) Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．27 Ｎｏ．２ Ｐ．Ｌ209〜 Ｌ210 Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．26 Ｎｏ．７ Ｐ．Ｌ1148〜 Ｌ1149
Claims (3)
- 【請求項１】ビスマス系超電導セラミックを加熱溶融
し、その溶融を基板もしくは支持体上に展開することな
く急冷して厚膜を形成し、次いで熱処理することを特徴
とするビスマス系超電導セラミック厚膜の形成方法。 - 【請求項２】ビスマス系超電導セラミックの隔液を圧搾
急冷装置に噴射して厚膜を形成することを特徴とするビ
スマス系超電導セラミック厚膜の形成方法。 - 【請求項３】加熱溶融するビスマス系超電導セラミック
が、ビスマス系超電導セラミック材料の仮焼物である請
求項（１）記載のビスマス系超電導セラミック厚膜の形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63068856A JP2600076B2 (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | ビスマス系超電導セラミック厚膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63068856A JP2600076B2 (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | ビスマス系超電導セラミック厚膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0238356A JPH0238356A (ja) | 1990-02-07 |
| JP2600076B2 true JP2600076B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=13385731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63068856A Expired - Lifetime JP2600076B2 (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | ビスマス系超電導セラミック厚膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2600076B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2655797B2 (ja) * | 1993-03-25 | 1997-09-24 | 科学技術庁無機材質研究所長 | ビスマス系超電導セラミックス配向厚膜の形成方法 |
| DE102006032431B4 (de) * | 2006-06-22 | 2011-12-01 | Siltronic Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von mechanischen Defekten in einem aus Halbleitermaterial bestehenden Stabstück |
| DE102009047147A1 (de) | 2008-12-03 | 2010-09-02 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.), Kobe | Elektromagnetrohrexpandierinduktor und Verfahren zum Herstellen desselben |
-
1988
- 1988-03-23 JP JP63068856A patent/JP2600076B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．７ Ｐ．Ｌ１１４８〜Ｌ１１４９ |
| Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．２ Ｐ．Ｌ２０９〜Ｌ２１０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0238356A (ja) | 1990-02-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |