JP2603688B2 - Superconducting material reforming method - Google Patents

Superconducting material reforming method

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JP2603688B2
JP2603688B2 JP63120837A JP12083788A JP2603688B2 JP 2603688 B2 JP2603688 B2 JP 2603688B2 JP 63120837 A JP63120837 A JP 63120837A JP 12083788 A JP12083788 A JP 12083788A JP 2603688 B2 JP2603688 B2 JP 2603688B2
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秀夫 糸▲崎▼
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高い超電導臨界温度を有し且つ優れた超電導
特性を持つ超電導材料の製造方法に関するものであり、
より詳細には超電導材料の改質方法に関するものであ
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a superconducting material having a high superconducting critical temperature and excellent superconducting properties.
More specifically, the present invention relates to a method for modifying a superconducting material.

従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、特定の
条件下で導体の電気抵抗が零の状態となり、完全な反磁
性を示す現象である。即ち、超電導下では、超電導体に
電流を流しても電力損失が全く無く、密度の高い電流が
永久に流れ続ける。従って、超電導技術を電力送電に応
用すれば、現在送電に伴って生じているといわれる約7
%の送電損失を大幅に減少できる。また、高磁場発生用
電磁石としての応用は、例えば、発電技術の分野ではMH
D発電、電導機等と共に、開発に発電量以上の電力を消
費するともいわれる核融合反応の実現を有利に促進する
技術として期待されている。また磁気浮上列車、電磁気
推進船舶等の動力として、更に、計測・医療の分野でも
NMR、π中間子治療、高エネルギー物理実験装置などへ
の利用が期待されている。
2. Description of the Related Art The superconductivity phenomenon, which is said to be a phase transition of electrons, is a phenomenon in which the electrical resistance of a conductor becomes zero under a specific condition and shows complete diamagnetism. That is, under the superconductivity, even if a current flows through the superconductor, there is no power loss, and a high-density current continues to flow forever. Therefore, if superconductivity technology is applied to power transmission, about 7
% Transmission loss can be greatly reduced. Further, the application as an electromagnet for generating a high magnetic field, for example, in the field of power generation technology, MH
It is expected to be a technology that advantageously promotes the realization of nuclear fusion reactions, which are said to consume more power than the amount of power generated for development, together with D power generation and electric conductors. In addition, as power for magnetic levitation trains, electromagnetic propulsion ships, etc.
It is expected to be used for NMR, pion therapy, high energy physics experiment equipment, etc.

ところで、様々な努力にもかかわらず超電導材料の超
電導臨界温度Tcは長期間に亘ってNb3Geの23Kを越えるこ
とができなかったが、1986年にベドノーツおよびミュー
ラー達によって高いTcをもつ複合酸化物系の超電導材料
が発見されるにいたって、高温超電導の可能性が大きく
開けてきた(Bednorz,Muller,“Z.Phys.B64(1986)18
9")。
By the way, despite various efforts, the superconducting critical temperature Tc of the superconducting material could not exceed 23K of Nb 3 Ge for a long time, but in 1986 Vednauts and Mueller et al. With the discovery of superconducting materials based on materials, the possibility of high-temperature superconductivity has been greatly expanded (Bednorz, Muller, “Z. Phys. B64 (1986) 18)
9 ").

これまでにも複合酸化物系のセラミック材料が超電導
特性を示すということ自体は公知であり、例えば、米国
特許第3,932,315号には、Ba−Pb−Bi系の複合酸化物が
超電導特性を示すということが記載されており、また、
特開昭60−173,885号公報にはBa−Bi系の複合酸化物が
超電導特性を示すということが記載されている。しかし
ながら、従来知られていた複合酸化物のTcは全て10K以
下であり、超電導現象を得るには液体ヘリウム(沸点4.
2K)の使用が不可避であった。
It is known that composite oxide-based ceramic materials exhibit superconducting properties so far.For example, U.S. Pat.No. 3,932,315 states that Ba-Pb-Bi-based composite oxides exhibit superconducting properties. It is stated,
JP-A-60-173,885 describes that a Ba-Bi-based composite oxide exhibits superconducting properties. However, the conventionally known composite oxides have a Tc of 10 K or less, and liquid helium (boiling point of 4.
2K) was unavoidable.

これに対して、ベドノーツおよびミューラー等によっ
て発見された酸化物超電導体は、(La,Ba)2CuO4なる組
成を有し、K2NiF4型のペロブスカイト系の結晶構造を有
するものと考えられており、そのTcは従来の超電導材料
に比べて飛躍的に高い約30Kという値である。
In contrast, the oxide superconductor discovered by Bednotes and Mueller et al. Has a composition of (La, Ba) 2 CuO 4 and is considered to have a K 2 NiF 4 type perovskite crystal structure. The Tc is about 30K, which is dramatically higher than that of conventional superconducting materials.

更に、1987年2月になって、チュー達によって90Kク
ラスの臨界温度を示すBa−Y系の複合酸化物が発見され
たことが新聞報道され、非低温超電導体実現の可能性が
俄かに高まっている。
Further, in February 1987, Chu and others reported that a Ba-Y-based composite oxide exhibiting a critical temperature of 90K class was discovered in newspapers, and the possibility of realizing a non-low-temperature superconductor was immediately seen. Is growing.

発明が解決しようとする課題 これらの酸化物超電導体を製造する方法としては、固
相焼結法、あるいはスパッタリング等の物理蒸着法が一
般的であり、いずれの場合も特性を向上するために、得
られた複合酸化物を更に熱処理することが一般的であ
る。
Problems to be Solved by the Invention As a method for producing these oxide superconductors, a solid phase sintering method, or a physical vapor deposition method such as sputtering is general, in order to improve the characteristics in any case, It is general to further heat-treat the obtained composite oxide.

しかしながら、これまでに得られた酸化物超電導材料
の超電導特性は非常に不安定なものであり、また、超電
導現象が始まる温度Tcと電気抵抗が完全に0となる温度
Tciとの差ΔTが非常に大きかった。
However, the superconducting properties of the oxide superconducting materials obtained so far are very unstable, and the temperature Tc at which the superconducting phenomenon starts and the temperature at which the electric resistance becomes completely zero are reached.
The difference ΔT from Tci was very large.

従って、本発明の目的は上記問題を解決し、高Tcを有
し、且つ安定した超電導特性を持つ優れた特性を発揮す
る効果のある複合酸化物系超電導材料の新規な改質方法
を提供するものである。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a novel method for modifying a composite oxide-based superconducting material having high Tc and exhibiting excellent properties with stable superconducting properties. Things.

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、複合酸化物系超電導材料を酸
素プラズマ中で500〜1000℃に加熱する処理を行い、こ
の複合酸化物系超電導材料の超電導特性を向上させるこ
とを特徴とする複合酸化物系超電導体の改質方法が提供
される。
Means for Solving the Problems That is, according to the present invention, a process of heating the composite oxide-based superconducting material to 500 to 1000 ° C. in oxygen plasma to improve the superconducting characteristics of the composite oxide-based superconducting material There is provided a method for modifying a composite oxide-based superconductor characterized by the following.

上記酸素プラズマ処理は常温でも実施することができ
るが、本発明の好ましい態様によれば、上記処理は500
℃から1000℃の範囲の温度において行われる。また、該
処理の後の冷却は引続き酸素プラズマ中で実施されるこ
とが好ましく、更に、該冷却は10℃/分以下の冷却速度
で徐冷によって行われることが有利である。
The oxygen plasma treatment can be performed at room temperature, but according to a preferred embodiment of the present invention, the treatment is performed at 500
It is carried out at a temperature in the range from 1000C to 1000C. Further, the cooling after the treatment is preferably carried out continuously in an oxygen plasma, and the cooling is advantageously carried out by slow cooling at a cooling rate of 10 ° C./min or less.

上記複合酸化物超電導材料は、基板上に物理蒸着によ
り形成された薄膜であり得、周期律表II a族元素から選
択された元素αと、周期律表III a族元素から選択され
た元素βと銅(Cu)とを含む複合酸化物が例示できる。
The composite oxide superconducting material can be a thin film formed by physical vapor deposition on a substrate, and an element α selected from Group IIa elements of the periodic table and an element β selected from Group IIIa elements of the Periodic Table III. And a composite oxide containing copper (Cu).

本発明方法を用いることによって、上記複合酸化物材
料から下記の一般式で表される複合酸化物超電導体を得
ることができる。
By using the method of the present invention, a composite oxide superconductor represented by the following general formula can be obtained from the composite oxide material.

一般式:(α1-xβ)CuyOz 〔但し、αおよびβは上記定義の元素であり、 xはα+βに対するβの原子比で、0.1≦x≦0.9であ
り、 yおよびzは(α1-xβ)を1とした場合に0.4≦y≦
3.0、 1≦z≦5となる原子比である〕 また、本発明方法を用いることによって、下記一般式
で表される複合酸化物超電導体を製造することもでき
る。
General formula: (α 1−x β x ) Cu y O z [where α and β are elements as defined above, x is an atomic ratio of β to α + β, and 0.1 ≦ x ≦ 0.9, and y and z Is 0.4 ≦ y ≦, where (α 1−x β x ) is 1.
3.0, 1 ≦ z ≦ 5 atomic ratio] Further, by using the method of the present invention, a composite oxide superconductor represented by the following general formula can also be produced.

一般式:LnBa2Cu3O7-i(但し,0<i<1) 〔但し、LnはY、La、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、N
d、Sm、Euの中から選択される少なくとも一つの元素を
表す〕 本発明の好ましい態様によれば、上記複合酸化物超電
導体はペロブスカイト型または擬似ペロブスカイト型酸
化物であり、上記複合酸化物超電導材料は; (1) その構成元素の酸化物および/または炭酸塩の
粉末混合物を220から1260℃の温度で仮焼結した後、さ
らに650から1580℃の範囲の温度で本焼結したもの、 (2) その構成元素の酸化物および/または炭酸塩の
粉末混合物を220から1260℃の温度で仮焼結したものを
蒸着源として基板上に物理蒸着したもの、 (3) その構成元素の酸化物および/または炭酸塩の
粉末混合物を220から1260℃の温度で仮焼結した後、さ
らに650から1580℃の範囲の温度で本焼結したものを蒸
着源として基板上に物理蒸着したもの、 の何れかであり得る。
General formula: LnBa 2 Cu 3 O 7-i (however, 0 <i <1) [However, Ln is Y, La, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, N
d, Sm, represents at least one element selected from Eu) According to a preferred embodiment of the present invention, the composite oxide superconductor is a perovskite-type or pseudo perovskite-type oxide, the composite oxide superconductor (1) a powder mixture of oxides and / or carbonates of the constituent elements, which is pre-sintered at a temperature of 220 to 1260 ° C., and further main-sintered at a temperature of 650 to 1580 ° C .; (2) Physically vapor-deposited a powder mixture of the oxides and / or carbonates of the constituent elements at a temperature of 220 to 1260 ° C. on a substrate as a deposition source, and (3) Oxidation of the constituent elements The product and / or a powder mixture of carbonates are pre-sintered at a temperature of 220 to 1260 ° C., and further subjected to physical vapor deposition on a substrate as a deposition source by further sintering at a temperature in a range of 650 to 1580 ° C. May be any of

作用 本発明の方法は、複合酸化物系超電導材料を酸素プラ
ズマ中で処理することを特徴としている。
Function The method of the present invention is characterized in that a composite oxide-based superconducting material is treated in oxygen plasma.

この酸素プラズマ処理に用いられる酸素プラズマは、
酸素をプラズマ化する任意の手段、例えば高周波プラズ
マ発生機を用いて発生させることができる。
The oxygen plasma used for this oxygen plasma processing is
Oxygen can be generated by any means for converting oxygen into a plasma, for example, a high-frequency plasma generator.

本発明者等の知見によれば、焼結または物理蒸着で作
製し、その後、酸素含有雰囲気で熱処理して得た従来の
酸化物超電導体は、結晶中の酸素が不足するため、結晶
構造、酸素欠損等に問題があり、Tcが低く超電導特性も
不安定となる。従って、超電導特性を向上させるために
は、何らかの方法で酸素を補う必要がある。従って、本
発明では、酸素プラズマを用いて酸素を補う。
According to the findings of the present inventors, a conventional oxide superconductor produced by sintering or physical vapor deposition and then heat-treated in an oxygen-containing atmosphere has a lack of oxygen in the crystal, and thus has a crystal structure, There is a problem with oxygen deficiency and the like, and the Tc is low, and the superconducting properties become unstable. Therefore, in order to improve the superconductivity, it is necessary to supplement oxygen by some method. Therefore, in the present invention, oxygen is supplemented by using oxygen plasma.

上記の酸素プラズマ処理の際には、一般に酸化物を高
温に加熱するのが好ましい。この加熱処理によって、上
記酸素プラズマ処理によって取り込まれた酸素が拡散
し、酸化物の均一性が向上するとともに、酸素欠損が適
正化される。すなわち、熱処理を単なる酸素含有雰囲気
ではなく、酸素プラズマ中で行うと、極めて高い励起状
態にある酸素プラズマが結晶中に取り込まれ易くなり、
従って、従来の製法よりも優れた超電導特性を持つ酸化
物超電導体を作製することが可能になる。この際、加熱
温度は500℃〜1000℃が好ましい。
In the above oxygen plasma treatment, it is generally preferable to heat the oxide to a high temperature. By this heat treatment, the oxygen taken in by the oxygen plasma treatment is diffused, the uniformity of the oxide is improved, and the oxygen deficiency is optimized. That is, if the heat treatment is performed in an oxygen plasma instead of a mere oxygen-containing atmosphere, oxygen plasma in an extremely high excited state is easily taken into the crystal,
Therefore, it becomes possible to produce an oxide superconductor having superconducting properties superior to those of the conventional production method. At this time, the heating temperature is preferably from 500C to 1000C.

この加熱処理の後には10℃/分以下の冷却速度で徐冷
するのが好ましい。
After this heat treatment, it is preferable to gradually cool at a cooling rate of 10 ° C./min or less.

さらに、場合によって100℃/分以上の冷却速度で急
冷する過程が含まれることが好ましい。
Further, it is preferable that a step of rapidly cooling at a cooling rate of 100 ° C./min or more is included in some cases.

また、本発明の好ましい態様では、冷却を酸素プラズ
マ中で行う。こうすることにより、冷却中に遊離する酸
素を結晶中に固定することができ、酸素リッチな好まし
い結晶を得ることができる。
In a preferred embodiment of the present invention, the cooling is performed in oxygen plasma. By doing so, oxygen released during cooling can be fixed in the crystal, and a preferable oxygen-rich crystal can be obtained.

さらに、本発明の方法による酸素プラズマ処理を用い
ることによって、焼結または蒸着時の条件が悪いために
結晶中の酸素が不足すなわち酸素欠損が過剰となって超
電導性を示さなかった酸化物に酸素を補って、超電導体
に変態させることも可能である。
Further, by using the oxygen plasma treatment according to the method of the present invention, oxygen in the crystal is insufficient due to poor conditions at the time of sintering or vapor deposition, that is, oxygen deficiency becomes excessive, and the oxide which does not exhibit superconductivity is reduced to oxygen. Can be transformed into a superconductor.

この発明が適用可能な複合酸化物材料としては、たと
えば、Y−Ba−Cu−O系、La−Ba−Cu−O系およびLa−
Sr−Cu−O系等の酸化物セラミックスが挙げられる。
Examples of the composite oxide material to which the present invention can be applied include Y-Ba-Cu-O-based, La-Ba-Cu-O-based, and La-
Oxide ceramics such as Sr-Cu-O type are exemplified.

より一般的には、周期律表II a族元素から選択された
1種の元素αと、周期律表III a族元素から選択された
1種の元素βと、銅(Cu)とを含有する複合酸化物であ
る。また、これらの構成元素の一部がAl、Fe、Co、Ni、
Zd、Ag、Tiによって構成される群から選択される少なく
とも1種の他の元素で置換されたものであってもよい。
More generally, it contains one element α selected from Group IIa elements of the periodic table, one element β selected from Group IIIa elements of the periodic table, and copper (Cu). It is a composite oxide. Some of these constituent elements are Al, Fe, Co, Ni,
It may be replaced with at least one other element selected from the group consisting of Zd, Ag, and Ti.

上記周期律表II a族元素αとしてはba、Srが好まし
い。また上記周期律表III a族元素βとしてはY、La、G
d、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Nd、Sm、Eu等のランタノ
イド元素が好ましく、更に、これらの群から複数の元素
を組み合わせて用いることもできる。
Ba and Sr are preferable as the group α element of the Periodic Table II group a. In addition, Y, La, G
Lanthanoid elements such as d, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Nd, Sm, and Eu are preferable, and a plurality of elements from these groups can be used in combination.

本発明方法によって、上記複合酸化物材料から作られ
る超電導体は、一般式: (α1-xβ)CuyOz (但し、αおよびβは、上記定義の元素であり、xはα
+βに対するβの原子比で、0.1≦x≦0.9であり、yお
よびzは(α1-xβ)を1とした場合に0.4≦y≦3.
0、1≦z≦5となる原子比である) で表される組成の複合酸化物であることができる。
According to the method of the present invention, a superconductor made from the above composite oxide material has a general formula: (α 1−x β x ) Cu y O z (where α and β are elements as defined above, and x is α
The atomic ratio of β to + β is 0.1 ≦ x ≦ 0.9, and y and z are 0.4 ≦ y ≦ 3 when (α 1−x β x ) is 1.
0, and the atomic ratio satisfies 1 ≦ z ≦ 5).

上記のαとβの原子比は、上記αおよびβの種類に応
じて適宜選択できる。すなわち、Ba−Y、Ba−La、Sr−
La系の場合にはそれぞれ以下の比を満足するのが好まし
い。
The atomic ratio between α and β can be appropriately selected according to the types of α and β. That is, Ba-Y, Ba-La, Sr-
In the case of La system, it is preferable to satisfy the following ratios.

Y/(Y+Ba):0.06〜0.94、好ましくは0.1〜0.4 Ba/(La+Ba):0.04〜0.96、好ましくは0.08〜0.45 Sr/(La+Sr):0.03〜0.95、好ましくは0.05〜0.1 酸化物の原子比が上記の範囲からはずれた場合にはい
ずれも酸素イオン照射後も酸化物の結晶構造、酸素欠損
等が所望のものと異なるためTcが低くなる。
Y / (Y + Ba): 0.06 to 0.94, preferably 0.1 to 0.4 Ba / (La + Ba): 0.04 to 0.96, preferably 0.08 to 0.45 Sr / (La + Sr): 0.03 to 0.95, preferably 0.05 to 0.1 Atomic ratio of oxide Is out of the above range, the oxide crystal structure, oxygen deficiency, etc. are different from desired ones even after the irradiation with oxygen ions, so that Tc becomes low.

さらに、上記複合酸化物材料から作られる超電導体
は、例えば、 一般式:LnBa2Cu3O7-i(但し,0<i<1) 〔但し、LnはY、La、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、N
d、Sm、Euの中から選択される少なくとも一つの元素を
表す〕 で表される複合酸化物である。
Further, a superconductor made of the above-described composite oxide material may be, for example, a general formula: LnBa 2 Cu 3 O 7-i (where 0 <i <1) [where Ln is Y, La, Gd, Dy, Ho , Er, Tm, Yb, Lu, N
and represents at least one element selected from d, Sm, and Eu].

具体的には、 Y1Ba2Cu3O7-x、Ho1Ba2Cu3O7-x、 Lu1Ba2Cu3O7-x、Sm1Ba2Cu3O7-x、 Nd1Ba2Cu3O7-x、Gd1Ba2Cu3O7-x、 Eu1Ba2Cu3O7-x、Er1Ba2Cu3O7-x、 Dy1Ba2Cu3O7-x、Tm1Ba2Cu3O7-x Yb1Ba2Cu3O7-x、La1Ba2Cu3O7-x、 (La,Sr)2CuO4-x、(La,Ba)2CuO4-x 〔但し、xは0<x<1を満たす数〕 で表わされる複合酸化物超電導体を例示することができ
る。
Specifically, Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x , Ho 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x , Lu 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x , Sm 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x , Nd 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x , Gd 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x , Eu 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x , Er 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x , Dy 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x, Tm 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x Yb 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x, La 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x, (La, Sr) 2 CuO 4-x, (La, Ba) 2 CuO 4-x [where x is a number satisfying 0 <x <1].

上記酸化物はペロブスカイト型酸化物または擬似ペロ
ブスカイト型酸化物であることが好ましい。擬似ペロブ
スカイトとはペロブスカイトに類似した構造をいい、例
えば酸素欠損ペロブスカイト型、オルソロンビック型等
を含むものである。
The oxide is preferably a perovskite oxide or a pseudo perovskite oxide. The pseudo perovskite has a structure similar to the perovskite, and includes, for example, an oxygen-deficient perovskite type, an orthorombic type, and the like.

塊(バルク)形状の複合酸化物材料は、一般にその構
成元素の酸化物および/または炭酸塩の混合粉末を仮焼
結処理を介してまたはは介さずに焼結することによって
製造することができる。さらには、これらの混合粉末を
バインダーに混ぜたペーストを焼結して作ることもでき
る。
The composite oxide material in the form of a bulk can generally be produced by sintering a mixed powder of oxides and / or carbonates of the constituent elements with or without a preliminary sintering treatment. . Furthermore, a paste obtained by mixing these mixed powders with a binder can be produced by sintering.

上記の仮焼結および本焼結温度は各系に応じて以下の
範囲の中から適宜選択することができる。
The above preliminary sintering and main sintering temperatures can be appropriately selected from the following ranges according to each system.

仮焼結温度 本焼結温度 Ba−Y系 250〜1200℃ 700〜1500℃ Ba−La系 220〜1230 650〜1580 Sr−La系 234〜1260 680〜1530 次に本発明の方法を実施するために用いられる装置に
ついて説明する。
Temporary sintering temperature Main sintering temperature Ba-Y system 250-1200 ° C 700-1500 ° C Ba-La system 220-1230 650-1580 Sr-La system 234-1260 680-1530 Next, to carry out the method of the present invention. An apparatus used for the following will be described.

第1図に示す装置は、チャンバ1と、チャンバ1に取
りつけられた高周波コイル2と、原料酸化物3と、ヒー
タ4とから主に構成されている。チャンバ1は排気孔7
を介して真空ポンプ(不図示)に接続され、内部に真空
にすることができる。チャンバ1にはさらに、雰囲気ガ
スの導入孔6が取りつけられている。
The apparatus shown in FIG. 1 mainly includes a chamber 1, a high-frequency coil 2 attached to the chamber 1, a raw material oxide 3, and a heater 4. The chamber 1 has an exhaust hole 7
To a vacuum pump (not shown) through which a vacuum can be created. The chamber 1 is further provided with an atmosphere gas introduction hole 6.

実際に上記装置を用いて本発明の方法を実現する場合
にはまず、原料酸化物3を収容したチャンバ1を排気
し、真空にする。次いで、チャンバ1内にO2ガスを導入
し、高周波コイル2に高周波電力をかけ、酸素プラズマ
を発生させて原料酸化物3を酸素プラズマ熱処理する。
この際、ヒータ4に通電するのが好ましい。
When actually realizing the method of the present invention using the above-described apparatus, first, the chamber 1 containing the raw material oxide 3 is evacuated and evacuated. Next, O 2 gas is introduced into the chamber 1, high-frequency power is applied to the high-frequency coil 2 to generate oxygen plasma, and the raw material oxide 3 is subjected to oxygen plasma heat treatment.
At this time, it is preferable to energize the heater 4.

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明の技
術的範囲はこれらの実施例に何等制限されるものではな
いことは勿論である。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but it is needless to say that the technical scope of the present invention is not limited to these examples.

なお、以下の各実施例では第1図に示したRF型プラズ
マ炉を用いて超電導材料を製造した。また、作製条件は
第1表にまとめて示してある。
In each of the following examples, a superconducting material was manufactured using the RF type plasma furnace shown in FIG. The manufacturing conditions are summarized in Table 1.

実施例1 原料酸化物として、Y2O3、BaCO3をY:Baの原子比が1:2
となるように混合し、CuOをY:Ba:Cuの原子比が1:2:3と
なる量よりも10重量%過剰に混合した後、880℃で仮焼
結し、次いで:940℃焼結してY Ba2Cu3O7焼結体ブロック
を得た。得られた焼結ブロックの大きさは20×30×3mm
である。
Example 1 As raw material oxides, Y 2 O 3 and BaCO 3 were mixed at an atomic ratio of Y: Ba of 1: 2.
After mixing CuO in an amount of 10% by weight in excess of that in which the atomic ratio of Y: Ba: Cu is 1: 2: 3, pre-sintering is performed at 880 ° C., and then baked at: 940 ° C. By tying, a Y Ba 2 Cu 3 O 7 sintered block was obtained. The size of the obtained sintered block is 20 × 30 × 3mm
It is.

チャンバ内に、上記酸化物焼結体ブロックを装着し、
チャンバ内を1×10-6Torr以下の真空に排気してから、
0.1TorrのO2ガスを導入した。高周波コイルに150Wの高
周波電力を加え、加熱速度15℃/分で常温から900℃ま
で加熱し、3時間その温度を保った後、8℃/分の冷却
速度で冷却した〔試料(a)〕。
In the chamber, the oxide sintered body block is mounted,
After evacuating the chamber to a vacuum of 1 × 10 -6 Torr or less,
0.1 Torr of O 2 gas was introduced. High-frequency power of 150 W was applied to the high-frequency coil, heated from room temperature to 900 ° C. at a heating rate of 15 ° C./min, kept at that temperature for 3 hours, and then cooled at a cooling rate of 8 ° C./min [Sample (a)] .

比較のため、760Torrの酸素雰囲気中で熱処理した以
外は上記と全く同じ処理を行った焼結体ブロックを作成
した〔試料(b)〕。
For comparison, a sintered body block was prepared which was completely the same as above except that the heat treatment was performed in an oxygen atmosphere of 760 Torr [sample (b)].

得られた各々の酸化物の抵抗を測定するために作製し
た酸化物焼結体ブロックの両端部分に真空蒸着で一対の
電極を形成し、この電極にリード線を付けた。
A pair of electrodes was formed by vacuum evaporation on both end portions of the oxide sintered body block prepared for measuring the resistance of each of the obtained oxides, and a lead wire was attached to this electrode.

熱処理条件と得られたTc、Tci(電気抵抗が完全に0
になる温度)の計測結果を第1表に示す。
Heat treatment conditions and obtained Tc and Tci (electrical resistance is completely 0
Table 1 shows the measurement results of the temperature.

実施例2 原料酸化物として、La2O3、BaCO3をLa:Baの原子比が9
5:5となるように混合し、CuOをLa:Ba:Cuの原子比が95:
5:200となるように混合し、870℃で仮焼結し、955℃焼
結して得た(La,Ba)Cu2O3焼結体ブロックを用いた。
Example 2 La 2 O 3 and BaCO 3 were used as raw material oxides when the La: Ba atomic ratio was 9
Mix so that 5: 5, CuO La: Ba: Cu atomic ratio of 95:
A (La, Ba) Cu 2 O 3 sintered block obtained by mixing at 5: 200, pre-sintering at 870 ° C., and sintering at 955 ° C. was used.

酸素プラズマ処理の手順は実施例1と同じにした。 The procedure of the oxygen plasma treatment was the same as in Example 1.

比較のため、760Torrの酸素雰囲気中で、熱処理のみ
を行い、それぞれのサンプルについてTc、Tciの測定を
行った。
For comparison, only heat treatment was performed in an oxygen atmosphere of 760 Torr, and Tc and Tci of each sample were measured.

酸素プラズマ熱処理条件と得られたTc、Tciの計測結
果は併せて第1表に示してある。
Table 1 also shows the oxygen plasma heat treatment conditions and the obtained Tc and Tci measurement results.

実施例3 原料酸化物として、La2O3、SrCO3をLa:Srの原子比95:
5となるように混合し、CuOをLa:Sr:Cuの原子比が95:5:2
00なるようにに混合し、850℃で仮焼結した後935℃焼結
して得た(La,Sr)Cu2O3焼結体ブロックを用いた。
Example 3 La 2 O 3 and SrCO 3 were used as raw material oxides in an La: Sr atomic ratio of 95:
And mixing so that CuO has an atomic ratio of La: Sr: Cu of 95: 5: 2.
A (La, Sr) Cu 2 O 3 sintered body block obtained by mixing and sintering at 850 ° C. and then sintering at 935 ° C. was used.

酸素プラズマ熱処理の手順は実施例1と同じである。 The procedure of the oxygen plasma heat treatment is the same as in the first embodiment.

比較のため、760Torrの酸素雰囲気中で、同様に熱処
理のみを行い、それぞれのサンプルについてTc、Tciの
測定を行った。
For comparison, only heat treatment was similarly performed in an oxygen atmosphere of 760 Torr, and Tc and Tci of each sample were measured.

酸素プラズマ熱処理条件と得られたTc、Tciの計測結
果は併せて第1表に示してある。
Table 1 also shows the oxygen plasma heat treatment conditions and the obtained Tc and Tci measurement results.

実施例4 実施例1で使用した原料酸化物をターゲットとして、
スパッタリングによりSrTiO3基板上に酸化物薄膜を作製
した。
Example 4 Using the raw material oxide used in Example 1 as a target,
An oxide thin film was formed on a SrTiO 3 substrate by sputtering.

本発明の酸素プラズマ熱処理による方法と760Torrの
酸素雰囲気中で行う従来の方法で上記の酸化物薄膜を熱
処理した。
The above-mentioned oxide thin film was heat-treated by the method using the oxygen plasma heat treatment of the present invention and the conventional method performed in an oxygen atmosphere of 760 Torr.

熱処理条件と得られたTc、Tciの計測結果は併せて第
1表に示してある。
Table 1 shows the heat treatment conditions and the measurement results of the obtained Tc and Tci.

実施例5 原料酸化物として、実施例1と同じ材料を用いて、84
0℃で1回だけ焼結した酸化物超電導体の焼結体ブロッ
クを用いた。この原料酸化物は、超電導性を示さなかっ
たが、第1図の装置を用いて1×10-1TorrのO2ガスを導
入し、150Wの高周波電力をかけて発生したO2プラズマ中
で第1表に示す熱処理を行ったところ超電導体となっ
た。
Example 5 Using the same material as in Example 1 as the raw material oxide, 84
A sintered block of an oxide superconductor sintered only once at 0 ° C. was used. The raw material oxides, which did not show superconductivity, using the apparatus of Figure 1 introduces a 1 × 10 -1 Torr of O 2 gas, an O 2 plasma generated by applying a high frequency power 150W The heat treatment shown in Table 1 resulted in a superconductor.

熱処理条件と得られたTc、Tciの計測結果は併せて第
1表に示してある。
Table 1 shows the heat treatment conditions and the measurement results of the obtained Tc and Tci.

この結果、本発明の方法により酸化物の結晶構造、酸
素濃度を適正に制御し、優れた特性を持つ超電導酸化物
が作製できることがわかった。また、焼結条件が不適当
なために結晶中に酸素が不足して超電導性を示さなかっ
た酸化物を超電導体に変態させ得ることも立証された。
As a result, it was found that the method of the present invention can appropriately control the crystal structure and oxygen concentration of the oxide and produce a superconducting oxide having excellent characteristics. It has also been demonstrated that oxides that did not exhibit superconductivity due to lack of oxygen in the crystals due to inappropriate sintering conditions can be transformed into superconductors.

発明の効果 以上詳述のように、本発明の方法によって得られた超
電導材料は、従来の方法で作製されたものに較べ、高い
Tc並びにTciを示すと共に、安定な超電導特性を持って
いる。
Effect of the Invention As described in detail above, the superconducting material obtained by the method of the present invention is higher than that produced by the conventional method.
Shows Tc and Tci and has stable superconducting properties.

これは、本発明の特徴的な製造方法に従って、超電導
を担っていると考えられる、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持つ酸化物が生成する
条件を構成することによって得られたものである。
This is obtained by configuring conditions for generating an oxide having a perovskite-type or pseudo-perovskite-type crystal structure, which is considered to be responsible for superconductivity, according to the characteristic manufacturing method of the present invention. .

また、焼結条件等が不適当なために酸素が不足し、超
電導性を示さない材料も本発明の方法による熱処理によ
り、超電導性を持つようになる。このため、従来よりも
焼結、物理蒸着時の条件が緩和され、酸化物超電導材料
の量産性が向上する。
In addition, materials which do not have superconductivity due to lack of oxygen due to inappropriate sintering conditions and the like also have superconductivity by the heat treatment according to the method of the present invention. For this reason, the conditions at the time of sintering and physical vapor deposition are relaxed more than before, and the mass productivity of the oxide superconducting material is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明の超電導酸化物材料の作製に用いられ
るRF型プラズマ炉(リアクタ)の概略図である。 〔主な参照番号〕 1……チャンバ、2……コイル、 3……原料酸化物、4……ヒータ、 5……高周波電源、6……導入孔、 7……排気孔
FIG. 1 is a schematic view of an RF plasma furnace (reactor) used for producing a superconducting oxide material of the present invention. [Main Reference Numbers] 1... Chamber 2... Coil 3... Raw material oxide 4... Heater 5... High-frequency power supply 6.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢津 修示 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 上代 哲司 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平1−282145(JP,A) 特開 平1−282122(JP,A) 特開 平1−286208(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shuji Yazu 1-1-1, Koyokita, Itami City, Hyogo Prefecture, Japan Itami Works, Sumitomo Electric Industries, Ltd. Chome 1-1 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (56) References JP-A 1-282145 (JP, A) JP 1-282122 (JP, A) JP 1-286208 (JP, A A)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一般式:(α1-xβ)CuyOz 〔但し、αは周期律表II a族元素から選択された元素で
あり、βは周期律表III a族元素から選択された元素で
あり、 xはα+βに対するβの原子比で、0.1≦x≦0.9であ
り、 yおよびzは(α1-xβ)を1とした場合に0.4≦y≦
3.0、 1≦z≦5となる原子比である〕 で示される複合酸化物系超電導材料を酸素プラズマ中で
500〜1000℃に加熱する処理を行い、この複合酸化物系
超電導材料の超電導特性を向上させることを特徴とする
複合酸化物系超電導体の改質方法。
(1) A general formula: (α 1-x β x ) Cu y O z wherein α is an element selected from Group IIa elements of the periodic table, and β is an element selected from Group IIIa elements of the periodic table. X is the atomic ratio of β to α + β, 0.1 ≦ x ≦ 0.9, and y and z are 0.4 ≦ y ≦, where (α 1−x β x ) is 1.
3.0, where the atomic ratio satisfies 1 ≦ z ≦ 5].
A method for modifying a composite oxide-based superconductor, which comprises performing a heating treatment at 500 to 1000 ° C. to improve the superconductivity of the composite oxide-based superconducting material.
【請求項2】前記複合酸化物系超電導材料が、 一般式:LnBa2Cu3O7-i(0<i<1) 〔但し、Lnは、Y、La、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、
Nd、Sm、Euの中から選択される少なくとも一つの元素を
表す〕 で示される酸化物超電導材料であることを特徴とする請
求項1に記載の方法。
2. The composite oxide-based superconducting material has a general formula: LnBa 2 Cu 3 O 7-i (0 <i <1) [where Ln is Y, La, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu,
Represents at least one element selected from Nd, Sm, and Eu]. The method according to claim 1, wherein the oxide superconducting material is represented by the following formula:
【請求項3】前記酸素プラズマ中での加熱処理の後、複
合酸化物系超電導材料を酸素プラズマ中で冷却すること
を特徴とする請求項1または2に記載の方法。
3. The method according to claim 1, wherein after the heat treatment in the oxygen plasma, the composite oxide-based superconducting material is cooled in the oxygen plasma.
【請求項4】冷却速度が10℃/分以下であることを特徴
とする請求項3に記載の方法。
4. The method according to claim 3, wherein the cooling rate is 10 ° C./min or less.
【請求項5】前記複合酸化物系超電導材料が、焼結体で
あることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記
載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the composite oxide-based superconducting material is a sintered body.
【請求項6】前記複合酸化物系超電導材料が、物理的蒸
着法で形成された薄膜であることを特徴とする請求項1
〜4のいずれか1項に記載の方法。
6. The composite oxide superconducting material is a thin film formed by a physical vapor deposition method.
The method according to any one of claims 4 to 4.
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