JP2636057B2 - 酸化物超電導体の製造方法 - Google Patents

酸化物超電導体の製造方法

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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、酸化物超電導体の製造方法に関し、特に、
超電導転移温度(以下、Tcと略す)が液体窒素温度(絶
対温度77K)を越える酸化物超電導体の製造方法に関す
るものである。
〔従来の技術〕
液体窒素の沸点を越える超電導転移温度(Tc=80K)
をもつ酸化物超電導体として2重のCuO鎖を有する3層
ペロブスカイト型の結晶構造のRBa2Cu4O8(R=Y、N
d、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm)が知られている[Phy
s.Rev.B.,38,7347(1989)]。この超電導体の結晶構造
は第1図のように決定されている。さらにYの一部をCa
で置換することにより90KまでTcを上昇させることが可
能であることも知られている[Nature,341,41(198
9)]。また、最近、本発明者はBaの一部をSrで置換す
ることにより、超電導特性を変化させずに、有害なBaの
含有量を低減することができることを見いだした。
このYの一部をCaで置換した(Y,Ca)Ba2Cu4O8は、各
々の元素の原料粉末を所定の元素比になるように配合
後、仮焼し、更に2000気圧の酸素ガス(20%)とアルゴ
ンガス(80%)の混合雰囲気中で10時間程度、熱間静水
圧プレス処理することにより合成していた。この条件
は、Baの一部をSrで置換してもほとんど変わらなかっ
た。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら前記製造方法においては、長時間の熱間
静水圧プレス処理を必要とするために、大量生産に不利
であり、そのことがこの系の酸化物超電導体のコスト高
につながるという問題があった。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するために、本発明の酸化物超電導体
の製造方法は、化学組成式が(R1-xCax)(Ba1-ySry2
Cu4O8で表わされる酸化物超電導体(但し、RはY、N
d、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Ybのうちから選ばれ
た1種または2種以上の希土類元素であり、xが0.001
≦x≦0.25の範囲にあり、yが0≦y≦0.5の範囲にあ
る)の製造方法において、前記(R1-xCax)(Ba1-yS
ry2Cu3O7-z(但し、zが0≦z≦1の範囲にある)及
びCu原料を反応させることを最も重要な特徴とする。
また、前記Cu原料は、CuOであることを特徴とする。
〔作用〕
前述した手段によれば、長時間の熱間静水圧プレス処
理を必要としないので、化学組成式が(R1-xCax)(Ba
1-ySry2Cu4O8で表わされる酸化物超電導体を安価に製
造することができる。
また、得られた酸化物超電導体もRがY、xが0.1、
yが0の試料は、超電導転移温度が約90Kであり、従来
の製造方法と差がなく、さらに熱重量分析の結果、本発
明の酸化物超電導体は900℃付近まで酸素の出入りがな
く安定に存在することが確認できた。
従って、本発明の酸化物超電導体を銀シース線材化す
る場合、最終工程である焼結熱処理過程で、超電導特性
を損なうことがないので、超電導特性が安定で、しかも
高密度に焼結した超電導線材を作製することができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて、具体的に説明
する。
まず、本発明による酸化物超電導体の主成分であるRB
a2Cu4O8の基本構造を第1図に示す。第1図において、
1は希土類元素R、2はBa、3はCu、4は線分の交差点
に配置されているOである。この二重のCuO鎖を有する
構造において、少なくともYの一部をCaで置換した化合
物が本発明で取り上げた(R1-xCax)Ba2Cu4O8系酸化物
超電導体である。また、更に、Baの一部をSrで置換した
化合物が(R1-xCax)(Ba1-ySry2Cu4O8である。
[実施例1] 純度99.9%のY2O3、BaCO3、CuO、CaCO3粉末を化学組
成式(Y1-xCax)Ba2Cu3O7-zにおいて、x=0.01、0.0
5、0.1、0.15、0.2、0.25となるように混合し、酸素
中、900℃と920℃で各々10時間仮焼を行った。仮焼後、
試料を粉砕し粉末V線回折を行ったところ、ほぼ単一相
の(Y1-xCax)Ba2Cu3O7-zが得られていることを確認し
た。但し、zは、0≦z≦1である。この仮焼粉の酸素
量をヨードメトリー法を用いて決定後、(Y1-xCax)Ba2
Cu4O8になるように所定量のCuOを混合した。遊星ボール
ミルを用いて(直径1mmのジルコニア製のボールを使
用)十分に粉砕、混合後、その混合粉末を矩形に成形し
た。この成形体を1気圧の酸素ガス雰囲気中、850℃で5
0時間焼結して所定の試料を得た。
この様にして得られた(Y1-xCax)Ba2Cu4O8の焼結体
の生成相を粉末X線回折を用いて確認した。得られた試
料の主成分はいずれもYB2Cu4O8型の結晶構造を有するこ
とを確認した。x=0.10の試料の粉末X線回折図形を第
2図に示した。この試料は、YBa2Cu4O8型の超電導相の
単一相であった。
これらの試料の超電導特性を抵抗測定により調べた。
その結果を第3図及び第1表に示した。第3図には、x
=0.01、0.05、0.10の試料の抵抗−温度特性を示した。
第1表のTcは、抵抗−温度特性から求めた抵抗率が0に
なるときの温度である。本実施例1の製造方法で製造し
た化学組成式が(Y1-xCax)Ba2Cu4O8の酸化物超電導体
試料は、第3図及び第1表からわかるように、いずれも
90K級の超電導転移温度を示す。この超電導転移温度
は、液体窒素の沸点(77K)よりも高い温度である。
また、x=0.1の試料の熱重量分析(TG)及び示差分
析(DAT)の結果を第4図(図中、TG(%)は熱重量分
析、DAT(μV)は示差熱分析である)に示す。いずれ
も加熱しながら測定した。第4図に示すように、この試
料は、常温から900℃付近まで重量変化を示さず、900℃
で重量の減少を示すことから、900℃という高温に至る
まで酸素の出入りもなく、超電導特性が安定な状態で存
在することが確認できた。
このように、本実施例1の製造方法で作製した化学組
成式が(Y1-xCax)Ba2Cu4O8で表わされる酸化物超電導
体は、従来の長時間の熱間静水圧プレス処理を行った試
料と変わらない特性を有していた。
[実施例2] 本発明の実施例2の酸化物超電導体の製造方法におい
ては、(Y1-xCax)Ba2Cu4O8のYのところをNd、Sm、E
u、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Ybにし、x=0.1に固定して前
記実施例1と同様のプロセスで試料を作製した。また、
前記実施例1と同様の評価を行い、その結果を第2表に
示した。この表を見ると、希土類元素Rを、YからNd、
Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Ybのうちのどれにかえて
も、前記実施例1と同様の結果が得られることがわかっ
た。
[実施例3] 本発明の実施例3の酸化物超電導体の製造方法におい
ては、(Y1-xCax)(Ba1-ySry2Cu4O8のxをx=0.1に
固定し、yを0.1、0.2、0.3、0.4、0.5と変化させて前
記実施例1と同様のプロセスで試料を作製した。また、
前記実施例1と同様の評価を行い、その結果を第3表に
示した。この表を見ると、yが0.5以下の範囲でBaを一
部Srで置換しても、前記実施例1と同様の結果が得られ
ることがわかった。
[実施例4] 本発明の実施例4の酸化物超電導体の製造方法におい
ては、(Y1-xCax)Ba2Cu4O8のxをx=0.1に固定し、Cu
原料をCu2O、Cu金属粉末と変化させて前記実施例1と同
様のプロセスで試料を作製した。また、前記実施例1と
同様の評価を行い、その結果を第4表に示した。この表
を見ると、Cu原料をCu2OやCu金属粉末にかえても、前記
実施例1と同様の結果が得られることがわかった。
[実施例5] 本発明の実施例5の酸化物超電導体の製造方法におい
ては、(R1-xCax)Ba2Cu4O8のxをx=0.1に固定し、R
をYとHoの50mol%づつの混合物にして前記実施例1と
同様のプロセスで試料を作製した。また、前記実施例1
と同様の評価を行った。粉末X線回折から、試料は、YB
a2Cu4O8型の単一相であることが分った。また、Tcも90K
であった。これからRに2種の希土類元素を組み合わせ
ても、前記実施例1と同様の結果が得られることがわか
った。
また、比較のための試料を、以下に述べる製造方法で
製成した。
純度99.9%のY2O3、BaCO3、CuO、CaCO3粉末を、化学
組成式(Y1-xCax)Ba2Cu4O8において、x=0.1となるよ
うに混合し、酸素中、850℃で20時間仮焼を行った。仮
焼中、粉砕、成形して、1気圧の酸素ガス雰囲気中、85
0℃で50時間焼結して所定の試料を得た。
この様にして得られた、化学組成式が(Y0.9Ca0.1
Ba2Cu4O8で表わされる焼結体の生成相を粉末X線回折を
用いて確認したところ、目的とするYB2Cu4O8型の結晶構
造を有する相が全然生成していないことが分った。
以上の説明から分かるように、本実施例1乃至5の酸
化物超電導体の製造方法によれば、熱間静水プレス処理
を必要としないので、大量生産に有利であり、コストの
低減を図ることができる。
また、本実施例1乃至5により製造された酸化物超電
導体は、Tcが液体窒素の沸点以上であり、銀シース線材
化する場合に、最終工程の焼結熱処理工程で超電導特性
を損なうことがないので、比較的容器に超電導特性が安
定な超電導線材を作製することができる。
また、本実施例1乃至5の製造方法で製造した酸化物
超電導体は、高温成形を行う場合に、バインダーの使用
で高密度成形が可能である。すなわち、従来の化学組成
式がRBa2Cu3O7で表わされる酸化物付超電導体は、400℃
以上でバインダーを除去できないが、本実施例1乃至5
の製造方法で製造した酸化物超電導体の場合、900℃以
下でバインダーを除去することができるので、高密度成
形が可能となり、超電導電流密度を向上させることがで
きる。
以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、
本発明が前記実施例に限定させるものではなく、その主
旨を逸脱しない範囲において種々変化可能なことは言う
までもない。
例えば、本発明は、低温電子装置及びその配線、ある
いは磁気遮蔽等に用いることができるのは、もちろんで
ある。
〔発明の効果〕 以上、説明したように、本発明の製造方法によれば、
安価に、液体窒素の沸点よりも高い超電導転移温度を有
し、かつ、高温まで酸素の出入りがなく安定な、化学組
成式が(R1-xCax)(Ba1-ySry2Cu4O8で表わされる酸
化物超電導体(但し、RはY、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、H
o、Er、Tmのうちから選ばれた1種または2種以上の希
土類元素)を、提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、RBa2Cu4O8の結晶構造を説明するための図、 第2図は、本実施例1のR=Y、x=0.1の試料の粉末
X線回折図、 第3図は、本実施例1の(Y1-xCax)Ba2Cu4O8の抵抗−
温度特性図、 第4図は、本実施例1のR=Y、x=0.1の試料の熱重
量分析(TG)−示差熱分析(DTA)の結果を示す図であ
る。 図中、1……R、2……Ba、3……Cu、4……O。
───────────────────────────────────────────────────── 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 39/24 ZAA C04B 35/00 ZAAK (73)特許権者 999999999 東北電力株式会社 宮城県仙台市青葉区一番町3丁目7番1 号 (72)発明者 和田 隆博 東京都江東区東雲1丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (72)発明者 鈴木 信郎 東京都江東区東雲1丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (72)発明者 一瀬 中 東京都江東区東雲1丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (72)発明者 八重樫 裕司 東京都江東区東雲1丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (72)発明者 山内 尚雄 東京都江東区東雲1丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (72)発明者 田中 昭二 東京都江東区東雲1丁目14番3号 財団 法人国際超電導産業技術研究センター超 電導工学研究所内 (56)参考文献 特開 平3−80112(JP,A) 特開 平3−93664(JP,A) 特公 平8−32556(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化学組成式が(R1-xCax)(Ba1-ySry2Cu
    4O8で表わされる酸化物超電導体(但し、RはY、Nd、S
    m、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Ybのうちから選ばれた1
    種または2種以上の希土類元素であり、xが0.001≦x
    ≦0.25の範囲にあり、yが0≦y≦0.5の範囲にある)
    の製造方法において、(R1-xCax)(Ba1-ySry2Cu3O
    7-z(但し、zが0≦z≦1の範囲にある)及びCu原料
    を反応させることを特徴とする(R1-xCax)(Ba1-yS
    ry2Cu4O8系酸化物超電導体の製造方法。
  2. 【請求項2】前記Cu原料がCuOであることを特徴とする
    前記請求項1に記載の酸化物超電導体の製造方法。
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