JP2615079B2 - Superconducting film manufacturing method - Google Patents

Superconducting film manufacturing method

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JP2615079B2
JP2615079B2 JP62255378A JP25537887A JP2615079B2 JP 2615079 B2 JP2615079 B2 JP 2615079B2 JP 62255378 A JP62255378 A JP 62255378A JP 25537887 A JP25537887 A JP 25537887A JP 2615079 B2 JP2615079 B2 JP 2615079B2
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superconducting
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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] 本発明は超伝導膜の製造方法に関し、さらに詳しくは
造膜速度が大きく、任意の形状の表面たとえば各種成形
品の表面や線材の表面に大きな造膜速度で超伝導膜を形
成することができる工業的な超伝導膜の製造方法に関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a superconducting film, and more particularly, to a method for producing a superconducting film having a high film-forming speed and a surface having an arbitrary shape, for example, a surface of various molded products or a surface of a wire. The present invention relates to an industrial method for manufacturing a superconducting film capable of forming a superconducting film at a high film forming speed.

[従来の技術およびその問題点] 近年、超伝導物質はそのマイスナー効果、臨界温度に
達すると抵抗が0になること、およびジョセフソン効果
によって、注目され、その工業的生産方法およびその用
途の開発が行なわれている。
[Prior art and its problems] In recent years, superconducting materials have been attracting attention due to their Meissner effect, zero resistance when a critical temperature is reached, and the Josephson effect, and development of their industrial production methods and their applications. Is being done.

特に工業的用途に使用することができる超伝導物質と
して、臨界温度が高く、加工の容易な超伝導物質が探索
されていると共に、セラミックス系超伝導物質について
は、その加工法の容易な物質、あるいはその成形加工方
法の開発が日夜研究されている。
In particular, as a superconducting material that can be used for industrial applications, a supercritical material that has a high critical temperature and is easy to process is being searched for. Alternatively, the development of the molding method is being studied day and night.

現状においては、イットリウム系超伝導物質の成形法
として、イットリウム系超伝導物質を焼結してたとえば
円盤状に成形したり、薄膜化あるいは線材化の基礎的な
研究がなされているが、セラミックス系超伝導物質造膜
技術は未だ確立されていないと言っても過言ではない。
At present, as a method of forming a yttrium-based superconducting material, basic research has been conducted on sintering a yttrium-based superconducting material to form, for example, a disk, or forming a thin film or a wire rod. It is no exaggeration to say that superconducting material deposition technology has not yet been established.

たとえば、セラミックス系の超伝導物質の薄膜化技術
および線材化技術が開発されると、超伝導物質の用途は
飛躍的に拡大する。
For example, when a technique for forming a ceramic superconductor into a thin film and a wire is developed, the use of the superconductor is dramatically expanded.

一般的なセラミックスの薄膜化技術としては、プラズ
マCVD法、スパッタリング法、イオンビーム法等が知ら
れている。
As a general ceramic thinning technique, a plasma CVD method, a sputtering method, an ion beam method and the like are known.

しかしながら、プラズマCVD法では、原料セラミック
スを活性化して得られるプラズマを基板(母材)に接触
させてセラミックス薄膜を形成しているので、造膜速度
が例えば0.3μm/分程度であるから、工業的あるいは実
用的な造膜速度としてはかなり低いものである。しかも
プラズマCVD法では、減圧室内でホルダー上に載置され
た母材に、キャリヤーガスで同伴されたプラズマを接触
させるのであるから、母材の平坦な表面上に薄膜を形成
することができても、線材のような曲面全周に薄膜を形
成することが困難である。
However, in the plasma CVD method, a plasma obtained by activating a raw material ceramic is brought into contact with a substrate (base material) to form a ceramic thin film. Therefore, a film forming speed is, for example, about 0.3 μm / min. The target or practical film forming speed is considerably low. Moreover, in the plasma CVD method, the plasma entrained by the carrier gas is brought into contact with the base material placed on the holder in the decompression chamber, so that a thin film can be formed on the flat surface of the base material. However, it is difficult to form a thin film on the entire circumference of a curved surface such as a wire.

また、スパッタリング法やイオンビーム法において
も、前記プラズマCVD法と同様に造膜速度が小さいの
で、生産性が悪くて工業的ではない。
Also, in the sputtering method and the ion beam method, the film forming rate is low as in the case of the plasma CVD method.

一方、母材表面の耐熱、耐腐食性を付与するためのセ
ラミックコーティング技術として、溶射法がある。この
溶射法は、超伝導物質の薄膜化技術としては、未だ実用
化されていない。
On the other hand, there is a thermal spraying method as a ceramic coating technique for imparting heat resistance and corrosion resistance to the base material surface. This thermal spraying method has not yet been put to practical use as a technique for thinning a superconducting material.

本発明者等が検討したところ、この溶射法を例えば超
伝導物質である酸化物系セラミックスの薄膜化技術とし
て単に転用しても、超伝導物質の薄膜は得らなかった。
As a result of investigations by the present inventors, a thin film of a superconducting material was not obtained even if this thermal spraying method was simply diverted as a technique for thinning an oxide ceramic as a superconducting material.

と言うのは、酸化物系セラミックスを溶射する際に、
酸化物系セラミックスが超伝導性を示すのに必要な酸素
含有量が低下してしまい、薄膜が形成されても、その薄
膜はもはや超伝導性を示さなかったと推定される。
This is because when spraying oxide ceramics,
It is presumed that the oxygen content required for the oxide-based ceramic to exhibit superconductivity was reduced, and even if a thin film was formed, the thin film no longer exhibited superconductivity.

本発明は前記事情に基いてなされたものである。 The present invention has been made based on the above circumstances.

本発明の目的は、溶射法により、大きな造膜速度で超
伝導物質の造膜を実現する、簡便な超伝導膜の製造方法
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a simple method for manufacturing a superconducting film, which realizes film formation of a superconducting material at a high film forming speed by a thermal spraying method.

本発明の他の目的は、任意の形状の表面たとえば平坦
な表面および線材の周側面のような曲面のいずれにも超
伝導膜を形成することができる超伝導膜の製造方法を提
供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a superconducting film capable of forming a superconducting film on any surface such as a flat surface and a curved surface such as a peripheral surface of a wire. is there.

[前記目的を達成するための手段] 前記目的を達成するためにこの発明者が研究したとこ
ろ、超伝導膜の造膜方法として従来適用することのでき
なかった溶射法を、特定のセラミックスに適用し、しか
もその特定のセラミックスの溶射後に特定の処理を施す
と、任意形状の表面たとえば平面や線材の周側面に超伝
導を示す薄膜を形成することができることを見出してこ
の発明に到達した。
[Means for Achieving the Object] The inventors of the present invention studied to achieve the object, and applied a thermal spraying method, which could not be conventionally applied as a method for forming a superconducting film, to a specific ceramic. Further, the inventors have found that, when a specific treatment is performed after the specific ceramic is sprayed, a thin film exhibiting superconductivity can be formed on a surface having an arbitrary shape, for example, a flat surface or a peripheral side surface of a wire.

すなわち、本発明の構成は、(1)原料酸化物に前処
理として加熱処理をすることにより得られ、超伝導能を
有する物質の微粒子を基材に溶射した後、基材表面上の
膜を800〜950℃に8〜10時間維持する高温熱処理をし、
次いで300〜550℃に10〜20時間維持する低温熱処理をす
ることを特徴とする超伝導膜の製造方法であり、(2)
前記(1)に記載の基材が、超伝導能を有する物質の微
粒子が溶射される前に、予熱される前記(1)に記載の
超伝導膜の製造方法である。
That is, the constitution of the present invention is obtained by (1) subjecting a raw material oxide to heat treatment as a pretreatment, spraying fine particles of a substance having superconductivity onto a substrate, and then forming a film on the substrate surface. High temperature heat treatment maintained at 800-950 ° C for 8-10 hours,
Then, a method for producing a superconducting film is characterized by performing a low-temperature heat treatment at 300 to 550 ° C. for 10 to 20 hours, (2)
The method according to (1), wherein the base material according to (1) is preheated before fine particles of a substance having superconductivity are sprayed.

本発明の方法では、先ず、原料酸化物に前処理として
加熱処理をすることにより得られ、超伝導能を有する物
質の微粒子(以下において、原料微粒子と称することが
ある。)を基材表面に溶射する。
In the method of the present invention, first, fine particles of a substance having superconductivity (hereinafter, sometimes referred to as raw material fine particles) obtained by subjecting a raw material oxide to a heat treatment as a pretreatment are formed on the surface of a substrate. Spray.

この場合、超伝導能を有するとは、第1図に示すよう
に、対象となる物質の粉末から形成した芯材をコイル中
に挿入したときのインダクタンスLを示す第1式におい
て、 L=K(μπa2)N/l (1) (ただし、前記第1式において、Kは定数であり、μは
透磁率であり、aはコイルの半径であり、Nはコイルの
巻き数であり、lはコイルの長さである。) aが4mmであり、Nが50であり、lが10mmであるとき
のインダクタンスLの低下(芯材を挿入しないときに比
較して)が1μH以上となるような性質を言う。
In this case, having the superconductivity means that, as shown in FIG. 1, in a first equation showing an inductance L when a core material formed of powder of a target substance is inserted into a coil, L = K (Μπa 2 ) N / l (1) (where K is a constant, μ is the magnetic permeability, a is the radius of the coil, N is the number of turns of the coil, l is Is the length of the coil.) When a is 4 mm, N is 50, and l is 10 mm, the decrease in the inductance L (compared to when no core material is inserted) is 1 μH or more. Say the nature.

本発明においては、前記第1式において前記条件でL
が2μH未満の物質を溶射しても、基材表面に超伝導膜
を形成するのが困難である。
In the present invention, in the first formula, L
Is difficult to form a superconducting film on the surface of the base material even when spraying a substance having a value of less than 2 μH.

本発明における、原料酸化物に前処理として加熱処理
をすることにより得られ、超伝導能を有する物質として
は、前記定義に従う限り特に制限がなく、種々の酸化物
が含まれる。具体的には、イットリウム系酸化物、スト
ロンチウム系酸化物、ユーロピウム系酸化物、ランタン
系酸化物、などが挙げられる。
In the present invention, the material having superconductivity obtained by subjecting a raw material oxide to heat treatment as a pretreatment is not particularly limited as long as it complies with the above definition, and includes various oxides. Specific examples include an yttrium-based oxide, a strontium-based oxide, a europium-based oxide, and a lanthanum-based oxide.

一例として、イットリウム系酸化物は、通常、YBa2Cu
3O7-Xとして表わされる(ただし、Xは7−Xが6.5〜6.
8の範囲となるような数である。)のであるが、前記式
中においてBaの全部または一部がストロンチウムなどの
原子で置換されていても良い。
As an example, yttrium-based oxides are usually YBa 2 Cu
3 O 7-X (where X is 7-X from 6.5 to 6.
The number is in the range of 8. In the above formula, all or part of Ba may be substituted with an atom such as strontium.

条件によっては、銅の欠損を考慮して、たとえばY−
Ba−Cu−O系において、Y;1、Ba;2に対してCu;3以上の
組成比となるように過剰量の酸化銅などの銅成分原料を
用いることが良いこともある。
Depending on conditions, for example, Y-
In the Ba-Cu-O system, it may be good to use an excess amount of a copper component raw material such as copper oxide so as to have a composition ratio of Cu; 3 or more with respect to Y; 1 and Ba; 2.

いずれの酸化物がこの発明に好適であるかは実験によ
り適宜に決定することができるのであるが、イットリウ
ム系酸化物が好適な酸化物の一つである。
Which oxide is suitable for the present invention can be appropriately determined by experiment, but an yttrium-based oxide is one of the preferable oxides.

イットリウム系酸化物を製造する場合(他の酸化物を
製造する場合もほぼ同様なのであるが)、原料酸化物の
平均粒径を0.7〜1μm以下に分級しておくのが好まし
い。
In the case of producing an yttrium-based oxide (although the same applies to the case of producing other oxides), it is preferable to classify the average particle size of the raw material oxide to 0.7 to 1 μm or less.

いずれにしても、原料酸化物に前処理として加熱処理
をすることにより得られ、超伝導能を有する物質は、原
料酸化物を適切な前処理をすることにより超伝導性を付
与することができる。
In any case, a substance having superconductivity obtained by performing a heat treatment as a pretreatment on the raw material oxide can impart superconductivity by performing an appropriate pretreatment on the raw material oxide. .

前処理としては、前記原料酸化物を前記式における原
子比となるような比率で配合し、その後、たとえば900
〜970℃の範囲内の温度で1時間〜10時間かけて加熱処
理をし、この加熱処理を2〜4回繰り返すのが望まし
い。
As the pre-treatment, the raw material oxide is blended at a ratio such that the atomic ratio in the above formula is obtained.
It is desirable to perform the heat treatment at a temperature within the range of 970970 ° C. for 1 hour to 10 hours, and repeat this heat treatment 2 to 4 times.

加熱処理の際の温度が900℃未満であると、原料酸化
物に前処理として加熱処理をすることにより得られ、超
伝導能を有する物質を得ることができないことがあり、
また前記温度が970℃を超えると結晶構造が変化して原
料酸化物に前処理として加熱処理をすることにより得ら
れ、超伝導能を有する物質を得ることができないことが
ある。
If the temperature at the time of the heat treatment is less than 900 ℃, it is obtained by performing a heat treatment as a pre-treatment on the raw material oxide, it may not be possible to obtain a substance having superconductivity,
On the other hand, when the temperature exceeds 970 ° C., the crystal structure changes and the raw material oxide is obtained by performing a heat treatment as a pretreatment, and a substance having superconductivity may not be obtained in some cases.

本発明において、原料酸化物に前処理として加熱処理
をすることにより得られ、超伝導能を有する物質は、微
粒子として供給される。
In the present invention, a substance having superconductivity obtained by subjecting a raw material oxide to a heat treatment as a pretreatment is supplied as fine particles.

前記原料酸化物に前処理として加熱処理をすることに
より得られ、超伝導能を有する物質の平均粒径は、通
常、20〜120μmであり、好ましくは30〜60μmであ
る。粒径が30μmよりも小さいと後述の溶射の際のノズ
ルやフィーダーパイプなどでの詰まりを起すことがあ
り、粒径が120μmよりも大きいと緻密な超伝導膜を製
造することができないことがある。
The material having superconductivity, which is obtained by subjecting the raw material oxide to a heat treatment as a pretreatment, has an average particle diameter of usually 20 to 120 μm, preferably 30 to 60 μm. When the particle size is smaller than 30 μm, clogging may occur in a nozzle or a feeder pipe during the thermal spraying described below, and when the particle size is larger than 120 μm, a dense superconducting film may not be manufactured. .

原料酸化物に前処理として加熱処理をすることにより
得られ、超伝導能を有する物質を前記範囲内の粒径とす
るには、たとえば塊状固体を公知の方法に従って粉砕し
てから、篩などによって分級すれば良い。
To obtain a material having superconductivity, which is obtained by performing a heat treatment as a pretreatment on the raw material oxide and having a superconducting ability within the above range, for example, a lump solid is pulverized according to a known method, and then sieved or the like. You only need to classify it.

本発明では、原料微粒子を溶射して、プラズマを基材
表面に接触させる。
In the present invention, the raw material fine particles are sprayed to bring the plasma into contact with the surface of the base material.

溶射法としては、プラズマ溶射法およびフレームジェ
ット溶射法が好ましく、いずれもほぼ同等の効果を奏す
ることができる。
As the thermal spraying method, a plasma thermal spraying method and a flame jet thermal spraying method are preferable, and both can provide substantially the same effect.

具体的には、たとえば、直流アーク放電により陰極と
たとえば水冷ノズル陽極との間に直流アークを発生さ
せ、供給する作動ガスをこのアークによって加熱し、こ
れによって発生した超高温プラズマをプラズマジェット
としてノズルから噴出させると共に、キャリヤーガスに
より前記原料微粒子を前記直流アーク内に供給すること
によって、前記原料微粒子を溶融し、このプラズマジェ
ットの中に吹き込み、かつ加速してノズルから噴出させ
る所謂プラズマ溶射法により、原料微粒子を含むプラズ
マを基材に接触させることができる。
Specifically, for example, a DC arc is generated between the cathode and the anode of, for example, a water-cooled nozzle by DC arc discharge, the working gas to be supplied is heated by this arc, and the ultra-high temperature plasma generated by this is used as a plasma jet as a nozzle. By supplying the raw material fine particles into the direct current arc with a carrier gas, the raw material fine particles are melted, blown into this plasma jet, and accelerated and jetted from a nozzle by a so-called plasma spraying method. Alternatively, the plasma containing the raw material fine particles can be brought into contact with the substrate.

プラズマ溶射法の場合、前記作動ガスとして、アルゴ
ン、ヘリウム、窒素、水素あるいはこれらの混合ガスを
使用することができる。前記作動ガスの種類に応じてプ
ラズマジェットを還元性にしても良いのであるが、本発
明においては作動ガス中に酸素ガスを加えて酸化性のプ
ラズマジェットとするのが好ましい。
In the case of the plasma spraying method, argon, helium, nitrogen, hydrogen, or a mixed gas thereof can be used as the working gas. Although the plasma jet may be reduced depending on the type of the working gas, in the present invention, it is preferable to add an oxygen gas to the working gas to form an oxidizing plasma jet.

プラズマジェットを酸化性にすると、基材表面に形成
されるセラミック物質中の酸素含有量の低減を防止して
超伝導膜を有利に形成することができる。換言すると、
換元性のプラズマジェットでは、基材表面に超伝導膜が
形成されないことがある。
When the plasma jet is made oxidizable, a reduction in the oxygen content in the ceramic substance formed on the substrate surface can be prevented, and the superconducting film can be advantageously formed. In other words,
In the case of a reversible plasma jet, a superconducting film may not be formed on the substrate surface in some cases.

また、キャリヤーガスとしては、たとえばアルゴン、
酸素などを使用することができる。
In addition, as the carrier gas, for example, argon,
Oxygen or the like can be used.

溶射法により基材表面に超伝導膜を形成する場合、プ
ラズマを発するノズル先端と基材表面との距離には注意
すべきである。
When a superconducting film is formed on a substrate surface by thermal spraying, care must be taken in the distance between the tip of the nozzle that emits plasma and the substrate surface.

本発明では、ノズル先端と基材表面との距離を85mm以
上、好ましくは85〜140mmの距離に維持するのが望まし
い。
In the present invention, it is desirable that the distance between the tip of the nozzle and the surface of the substrate is maintained at 85 mm or more, preferably 85 to 140 mm.

85mmよりも距離が短いと、基材表面に超伝導膜の形成
されないことがある。この理由は未だ明確になってはい
ないが、ノズル先端と基材表面との距離が短か過ぎる
と、ノズルから噴出する原料微粒子に、超伝導を示すに
足る十分な量の酸素が取り込まれないからと推定され
る。また、ノズル先端と基材表面との距離が140mmを超
えると、基材表面に付着する超伝導膜の基材に対する密
着性が低下し、剥離し易い膜となる傾向を生じる。
If the distance is shorter than 85 mm, a superconducting film may not be formed on the substrate surface. Although the reason for this has not been clarified yet, if the distance between the nozzle tip and the substrate surface is too short, the raw material fine particles ejected from the nozzle do not incorporate enough oxygen to show superconductivity. It is estimated from. If the distance between the tip of the nozzle and the substrate surface exceeds 140 mm, the adhesion of the superconducting film adhered to the substrate surface to the substrate decreases, and the film tends to be easily peeled.

なお、溶射は、大気中で行なってもよいし、また密閉
された容器内で行なってもよいが、得られる基材表面に
形成される膜が良好な超伝導性を示すためには大気中で
溶射するのが好ましい。
The thermal spraying may be performed in the air or in a closed container. However, in order for the film formed on the obtained substrate surface to exhibit good superconductivity, the thermal spraying may be performed in the air. It is preferable to perform thermal spraying.

前記基材としては、高温のジェットに対して耐熱性を
有する部材であれば特に制限がなく、たとえば、鉄、コ
バルト、ニッケル、チタン、銅、亜鉛、アルミニウムな
どの金属およびこれら金属の合金たとえばステンレス、
あるいはケイ素などの半金属、ガラス、窒化ケイ素のよ
うな窒化物および炭化ケイ素のような炭化物などのセラ
ミックス、ならびに炭素繊維などを挙げることができ
る。また、場合により、基材として、耐熱性の合成樹脂
も使用することができる。
The base material is not particularly limited as long as it is a member having heat resistance to a high-temperature jet. For example, metals such as iron, cobalt, nickel, titanium, copper, zinc, and aluminum and alloys of these metals such as stainless steel ,
Alternatively, mention may be made of semimetals such as silicon, glass, ceramics such as nitrides such as silicon nitride and carbides such as silicon carbide, and carbon fibers. In some cases, a heat-resistant synthetic resin can be used as the base material.

前記基材の形状には、超伝導膜付きの基材をどのよう
な用途に供するのかにより適宜に決定され、たとえば、
平板状態であっても良いし、また線状であってもよい。
The shape of the base material is appropriately determined depending on what kind of application the base material with a superconducting film is provided for, for example,
It may be flat or linear.

なお、溶射の際に、この基材を予熱しておくのが好ま
しいこともある。予熱によって、酸素の取り込みあるい
は超伝導膜の緻密化に効果のある場合がある。
In some cases, it is preferable to preheat the substrate during thermal spraying. Preheating may be effective in taking in oxygen or densifying the superconducting film.

溶射により基材の表面に形成する膜の厚みは、その膜
付き基材をどのような用途に供するかにより相違する。
The thickness of the film formed on the surface of the substrate by thermal spraying differs depending on the application of the substrate with the film.

本発明では、溶射により基材表面に、原料酸化物に前
処理として加熱処理をすることにより得られ、超伝導能
を有する物質の膜を形成した後、高温熱処理と低温熱処
理とを行うことが重要である。
In the present invention, a high-temperature heat treatment and a low-temperature heat treatment can be performed after forming a film of a substance having superconductivity obtained by performing a heat treatment as a pretreatment on a raw material oxide on a base material surface by thermal spraying. is important.

前記高温熱処理と低温熱処理とを欠くと、基材上の膜
は、超伝導性を示さないことが多く、また密着性の良好
な膜が形成されないからである。
If the high-temperature heat treatment and the low-temperature heat treatment are omitted, the film on the base material often does not show superconductivity, and a film with good adhesion is not formed.

高温熱処理における温度は、通常、800〜950℃であ
り、高温熱処理時間は、通常、8〜10時間である。
The temperature in the high-temperature heat treatment is usually 800 to 950 ° C., and the high-temperature heat treatment time is usually 8 to 10 hours.

前記高温熱処理時の温度が800℃よりも低いと、ある
いは処理時間が8時間よりも短いと膜の基材に対する密
着性に劣り、剥離し易くなることがある。950℃よりも
高いと、酸素欠陥となる傾向を示すことがあり、また処
理時間が10時間を超えると時間をかけるだけの効果が得
られない。
If the temperature at the time of the high-temperature heat treatment is lower than 800 ° C., or if the processing time is shorter than 8 hours, the adhesion of the film to the substrate may be poor and the film may be easily peeled off. If the temperature is higher than 950 ° C., there is a tendency that oxygen deficiency tends to occur, and if the processing time exceeds 10 hours, the effect of taking much time cannot be obtained.

高温熱処理は、通常、大気中で行なわれるが、不活性
気体中で行なっても良い。
The high-temperature heat treatment is usually performed in the air, but may be performed in an inert gas.

低温熱処理における温度は、通常、300〜550℃であ
り、低温熱処理時間は、通常、10〜20時間である。
The temperature in the low-temperature heat treatment is usually 300 to 550 ° C., and the low-temperature heat treatment time is usually 10 to 20 hours.

前記低温熱処理時の温度が300℃よりも低いと、ある
いは処理時間が10時間よりも短いと基材表面に形成され
た膜が超伝導を示さないことがあると共に、膜の基材に
対する密着性に劣り、剥離し易くなることがある。550
℃よりも高いと、変態を起こす傾向を示すことがあり、
また処理時間が20時間を超えると時間をかけるだけの効
果が得られない。
If the temperature during the low-temperature heat treatment is lower than 300 ° C., or if the processing time is shorter than 10 hours, the film formed on the substrate surface may not show superconductivity, and the adhesion of the film to the substrate And may be easily peeled off. 550
If the temperature is higher than ℃, there is a tendency to cause transformation,
If the processing time exceeds 20 hours, the effect of taking a long time cannot be obtained.

また、溶射法により基材の表面に膜を形成しただけで
はその膜は超伝導性を示さないが、前述の高温熱処理と
低温熱処理とを行うことによって、基材上の膜が超伝導
性を示すようになるのは極めて興味深いことである。
Further, the film does not show superconductivity only by forming a film on the surface of the substrate by thermal spraying, but the film on the substrate becomes superconductive by performing the above-described high-temperature heat treatment and low-temperature heat treatment. It is very interesting to show.

なぜ超伝導性を示すようになるのか定かではないが、
高温熱処理と低温熱処理とを行うことによって、超伝導
を示すのに必要な酸素が膜中に取り込まれるからであろ
うと推定される。
I'm not sure why it shows superconductivity,
It is presumed that by performing the high-temperature heat treatment and the low-temperature heat treatment, oxygen necessary for exhibiting superconductivity is taken into the film.

それ故、この高温熱処理と低温熱処理とは、酸素含有
雰囲気下に行なうのが好ましい。
Therefore, the high-temperature heat treatment and the low-temperature heat treatment are preferably performed in an oxygen-containing atmosphere.

酸素含有雰囲気として、大気下であっても良いし、強
制的に酸素量を高めた雰囲気であっても良い。
The oxygen-containing atmosphere may be under air or an atmosphere in which the amount of oxygen is forcibly increased.

[実施例] 次に本発明の実施例および比較例を示して本発明をさ
らに具体的に説明する。
[Examples] Next, the present invention will be described more specifically by showing Examples and Comparative Examples of the present invention.

(実施例1) 平均粒径1μmの酸化第一銅、平均粒径0.7μmの酸
化イットリウムおよび平均粒径0.7μmの炭酸バリウム
とを重量比1:2:3となる割合で混合した。この混合物を9
50℃で8時間かけて加熱する高温熱処理を2回行なっ
た。
Example 1 Cuprous oxide having an average particle size of 1 μm, yttrium oxide having an average particle size of 0.7 μm, and barium carbonate having an average particle size of 0.7 μm were mixed at a weight ratio of 1: 2: 3. 9 of this mixture
High temperature heat treatment of heating at 50 ° C. for 8 hours was performed twice.

高温熱処理後の混合物を細長のガラス容器に詰めてこ
れを芯材とし、第1図に示すコイル装置により、芯材を
入れないときと入れたときとのインダクタンスの変化を
調べたところ、3.2μHのインダクタンス低下があっ
た。
The mixture after the high-temperature heat treatment was packed into an elongated glass container, which was used as a core. The coil device shown in FIG. 1 was used to examine the change in inductance between when the core was not inserted and when the core was inserted. There was a decrease in inductance.

すなわち、熱処理後のこの混合物は超伝導能を有す
る。
That is, this mixture after heat treatment has superconductivity.

次いで、この混合物を平均粒径が32〜52μmとなるよ
うに分級し、分級した混合物を、溶射装置プラズマトロ
ン[プラズマダイン社製]にて、ステンレス基板(縦横
5cm、厚み1.2mm)の表面にプラズマ溶射した。
Next, this mixture was classified so that the average particle diameter became 32 to 52 μm, and the classified mixture was subjected to a stainless steel substrate (length and width) using a thermal spraying apparatus Plasmatron [manufactured by Plasmadyne Corporation].
(5 cm, thickness 1.2 mm) was plasma sprayed.

溶射条件は以下の通りであった。 Thermal spraying conditions were as follows.

作動ガスの種類 アルゴン、ヘリウム キャリヤーガスの種類 酸素 溶射厚 100μm ノズル先端と基材との距離 140mm 溶射後、膜付き基材を、950℃に8時間加熱する高温
熱処理を行ない、一旦常温に戻してから、500℃に15時
間加熱する低温熱処理を行なった。
Working gas type Argon, helium Carrier gas type Oxygen spray thickness 100μm Distance between nozzle tip and substrate 140mm After thermal spraying, perform high temperature heat treatment to heat film coated substrate to 950 ° C for 8 hours, then return to normal temperature once Then, a low-temperature heat treatment of heating to 500 ° C. for 15 hours was performed.

この膜付き基材を77Kに冷却して磁石の上に置いたと
ころ、この膜付き基材は空中に浮上して、マイスナー効
果が確認された。
When the substrate with a film was cooled to 77K and placed on a magnet, the substrate with a film floated in the air, and the Meissner effect was confirmed.

また、この膜付き基材を短冊型に切断して、第1図に
示すコイル中に挿入することができるようにしてから、
短冊型の膜付き基材をコイル中に挿入してインダクタン
スの低下を調べたところ、第2図に示すように、超伝導
特有の曲線が得られ、90Kでインダクタンスが極小とな
った。
Also, after cutting the base material with a film into a strip shape so that it can be inserted into the coil shown in FIG. 1,
When a strip-shaped substrate with a film was inserted into the coil and the decrease in inductance was examined, a characteristic curve of superconductivity was obtained as shown in FIG. 2, and the inductance became extremely small at 90K.

この結果、この基材の表面に形成された膜は超伝導膜
であることが確認された。
As a result, it was confirmed that the film formed on the surface of the substrate was a superconductive film.

(比較例1) 溶射後の熱処理を行なわれなかった外は前記実施例1
と同様にして、基材の表面を膜に形成した。
(Comparative Example 1) Example 1 except that the heat treatment after thermal spraying was not performed.
In the same manner as described above, the surface of the substrate was formed into a film.

得られた膜付き基材につき、前記実施例1と同様にし
て超伝導性を評価したところ、77Kでこの膜付き基材は
磁石の上に浮上するようなマイスナー効果を示さず、ま
た前記温度でのインダクタンスを殆ど変化しなかった。
したがって、この基材上の膜は超伝導膜ではなかった。
When the superconductivity of the obtained base material with a film was evaluated in the same manner as in Example 1 above, the base material with a film did not show a Meissner effect such as floating above a magnet at 77 K, and the temperature was lower. Did not change the inductance at the time.
Therefore, the film on this substrate was not a superconducting film.

[発明の効果] 本発明によると、 (1)特定のセラミック材料を用いて、溶射法と熱処理
との特別の組合せにより、溶射法では到底実現すること
ができなかった超伝導膜を形成することができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, (1) using a specific ceramic material to form a superconducting film that cannot be realized by the thermal spraying method by a special combination of the thermal spraying method and the heat treatment. Can be.

(2)また、本発明の方法は、CVD法、スパッタリング
法等に比較して造膜速度が大きいので、工業的造膜方法
である。
(2) The method of the present invention is an industrial film-forming method because the film-forming speed is higher than that of a CVD method, a sputtering method or the like.

(3)CVD法などでは線材の表面に造膜することができ
なかったのに対し、本発明の方法では、任意の形状の表
面たとえば線材表面にも造膜することができるので、本
発明方法は、超伝導物質の線材化の道を開くものであ
る。
(3) The film of the present invention cannot be formed on the surface of the wire by the CVD method or the like, whereas the film of the present invention can be formed on the surface of an arbitrary shape, for example, the surface of the wire. Opens the way for superconducting materials to be made into wires.

などの優れた技術的効果を有する。It has excellent technical effects such as.

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

第1図はインダクタンスを測定するコイル装置の説明
図、第2図は実施例で得られた薄膜の臨界温度でのイン
ダクタンスの低下を示すグラフである。
FIG. 1 is an explanatory view of a coil device for measuring an inductance, and FIG. 2 is a graph showing a decrease in inductance at a critical temperature of a thin film obtained in an example.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河原畑 二郎 東京都渋谷区恵比寿3丁目43番2号 日 機装株式会社内 (72)発明者 野田 俊彬 東京都渋谷区恵比寿3丁目43番2号 日 機装株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−93007(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Jiro Kawarahata 3-43-2 Ebisu, Shibuya-ku, Tokyo Inside Jikiso Co., Ltd. (72) Inventor Toshiaki Noda 3-4-2-3 Ebisu, Shibuya-ku, Tokyo No. Jikso Co., Ltd. (56) References JP-A-1-93007 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】原料酸化物に前処理として加熱処理をする
ことにより得られ、超伝導能を有する物質の微粒子を基
材に溶射した後、基材表面上の膜を800〜950℃に8〜10
時間維持する高温熱処理をし、次いで300〜550℃に10〜
20時間維持する低温熱処理をすることを特徴とする超伝
導膜の製造方法。
(1) After spraying fine particles of a substance having superconductivity onto a substrate obtained by subjecting a material oxide to heat treatment as a pretreatment, a film on the substrate surface is heated to 800 to 950 ° C. ~Ten
Perform high-temperature heat treatment to maintain the time, then
A method for producing a superconducting film, comprising performing low-temperature heat treatment for 20 hours.
【請求項2】前記特許請求の範囲第1項に記載の基材
が、超伝導能を有する物質の微粒子が溶射される前に、
予熱される前記特許請求の範囲第1項に記載の超伝導膜
の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the base material is sprayed with fine particles of a substance having superconductivity.
The method for producing a superconducting film according to claim 1, wherein the superconducting film is preheated.
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