JP2651681B2 - 超電導体の製造方法 - Google Patents

超電導体の製造方法

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JP2651681B2 JP62265677A JP26567787A JP2651681B2 JP 2651681 B2 JP2651681 B2 JP 2651681B2 JP 62265677 A JP62265677 A JP 62265677A JP 26567787 A JP26567787 A JP 26567787A JP 2651681 B2 JP2651681 B2 JP 2651681B2
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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、超電導体の製造方法に関し、詳しくは、ア
ルカリ土類元素、イツトリウム及び/又はランタニド元
素、及び銅の酸化物からなる超電導体を低温での焼成に
よつて製造する方法に関する。
従来の技術 従来、超電導体の製造原料である粉末、例えば、Y1Ba
2Cu3O7−δ等を製造する方法として、酸化イツトリウ
ム、炭酸バリウム、酸化銅等の粉末をボールミルで混合
した後、通常、900℃を越える高温で焼成する固相反応
法が知られている。このほか、所要の金属のそれぞれの
アルコキシドのアルコール溶液を調製し、これらの所定
量を混合した後、加水分解して、それぞれの金属の水酸
化物を沈殿として得、これを超電導体製造の原料粉末と
するアルコキシド法も知られている。
発明が解決しようとする問題点 しかし、上記固相反応法によれば、高温度での焼成を
行なうために、得られた焼成物を粉砕することが容易で
ないのみならず、得られた原料粉末が組成において不均
一である。更に、このようにして得られた原料粉末を用
いて、特性にすぐれる超電導体を製造するには、原料粉
末の製造おいて採用した高温の焼成温度付近で焼成を行
なうことが必要であるので、多大の熱エネルギー費用を
必要とする。
他方、前記アルコキシド法によれば、均一な組成を有
する微粒子として原料粉末を得ることができ、従つて、
これを低温で焼成することによつて、超電導体を得るこ
とができるものの、粉末の焼結による寸法収縮が大きい
ために、製品としての超電導体が寸法安定性に欠ける。
更に、製造コストも高い。
本発明者らは、複数種類の成分を含む原料粉末の製造
について広範な研究を重ねた結果、従来の方法において
は、複数種類の成分を含む原料粉末を同時に高温処理す
る点に前述したような問題が発生する原因があることを
見出した。
そこで、本発明者らはかかる問題を解決するために鋭
意研究した結果、アルカリ土類元素とイツトリウム及び
/又はランタニド元素の酸化物又は炭酸塩を予め分散媒
中に分散させた後、シユウ酸銅をこの分散媒中でその場
で生成させ、このようにして得られる固形分若しくは共
沈殿を分散媒から分離し、これを焼成することによつ
て、均一な組成を有する原料粉末を得ることができ、し
かも、これを900℃以下の低温で焼成することによつ
て、特性がすぐれ、且つ、安定な超電導体を製造し得る
ことを見出して、本発明に至つたものである。
従つて、本発明は、アルカリ土類元素、イツトリウム
及び/又はランタニド元素、及び銅の酸化物からなる均
一な組成を有する特性にすぐれる超電導体を低温での焼
成によつて容易に製造する方法を提供することを目的と
する。
問題点を解決するための手段 本発明は、アルカリ土類元素、イツトリウム及び/又
はランタニド元素、及び銅の酸化物からなる超電導体を
製造する方法において、アルカリ土類元素とイツトリウ
ム及び/又はランタニド元素の酸化物又は炭酸塩を有機
溶剤からなる分散媒中に分散させた後、シユウ酸銅を上
記分散媒中で生成させ、次いで、固形分若しくは共沈殿
を分散媒より分離し、これを焼成することを特徴とす
る。
本発明においては、アルカリ土類元素とイツトリウム
及び/又はランタニド元素の酸化物又は炭酸塩の粉末を
含む有機溶媒からなる分散媒中でその場でシユウ酸銅を
生成させるには、予め、上記酸化物又は炭酸塩の粉末を
所定のモル比にて分散媒中に分散させてスラリーとし、
このスラリーに、用いる銅に対して当量以上のシユウ酸
を加え、更に、これに所定量の銅塩を加えて、分散媒中
でシユウ酸と銅塩とを反応させればよい。
また、別の方法として、アルカリ土類元素とイツトリ
ウム及び/又はランタニド元素の酸化物又は炭酸塩の粉
末とシユウ酸とを所定のモル比にて分散媒に加えてスラ
リーとし、このスラリーに所定量の銅塩を加えて、分散
媒中でシユウ酸と銅塩とを反応させてもよい。
銅塩としては、通常、硝酸銅が好ましく用いられる。
硝酸銅は、シユウ酸銅が生成される分散媒と同じ有機溶
剤に溶解させ、溶液として、分散媒に加えられる。
本発明の方法においては、前記分散媒としてはアルカ
リ土類元素とイツトリウム及び/又はランタニド元素の
酸化物又は炭酸塩を溶解させないが、シユウ酸を溶解さ
せ、更に、シユウ酸銅を溶解させず、且つ、分解させな
い有機溶剤であれば、特に限定されるものではないが、
通常、メタノール、エタノール、プロパノール等のアル
コール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン
類、カルビトールアセテート等のエステル類が好ましく
用いられる。しかし、分散媒は、上記例示した有機溶剤
に何ら限定されるものではない。
本発明の方法においては、アルカリ土類元素として
は、例えば、バリウムやストロンチウムが好ましく用い
られ、また、ランタニド元素としては、得に、限定され
るものではないが、例えば、ユーロピウムやセリウムが
好ましく用いられる。
尚、本発明の方法においては、超電導性に有害な影響
を与えない限りは、原料粉末は、前記した以外の成分を
含んでいてもよい。更に、アルカリ土類元素や、イツト
リウム及び/又はランタニド元素の一部をシユウ酸塩の
形態で用い、他方、銅の一部をシユウ酸以外の形態、例
えば、酸化銅として用いることもできる。
第1図に、原料粉末の製造までの本発明の方法の代表
的は一例のフロー・シートを示す。
このようにして、分散媒中で形成されたシユウ酸銅
は、アルカリ土類元素とイツトリウム及び/又はランタ
ニド元素の酸化物又は炭酸塩の粒子に対して、その表面
に付着し、或いは微粉末状態で共存するので、これらを
固形分若しくは共沈殿として分散媒から分離する。
本発明によれば、このような固形分若しくは共沈殿
は、これを分散媒から分離し、乾燥した後、好ましくは
更に800℃以下の温度で焼成し、微粉砕することによつ
て、ペロブスカイト構造を有すると共に、均一な化学組
成を有し、更に、900℃以下の温度にて超電導体に焼結
し得る原料粉末を得ることができる。しかしながら、本
発明によれば、前記固形分若しくは共沈殿を分散媒から
分離し、乾燥して得られる混合粉末も、超電導体製造の
原料とすることができる。即ち、これを直ちに成形し、
焼成することによつても、超電導体を製造することがで
きる。
以上のようにして得られる原料粉末は、均一な成分組
成を有するのみならず、後述するように低温で、しか
も、短時間、焼成することによつて、特性にすぐれる超
電導体を与える。更に、かかる原料粉末を用いるとき
は、超電導体への焼成を行なう雰囲気も、低酸素分圧の
雰囲気、代表的には空気でよい。しかし、酸素雰囲気中
で焼成することは、何ら差支えない。
本発明の方法において、原料粉末の焼結超電導体への
焼成温度は、通常、720〜850℃の範囲であり、好ましく
は、750〜850℃の範囲である。また、焼成時間は、15分
間以上、好ましくは30分以上である。焼成時間はどのよ
うに長くとも、得られる超電導体の特性には有害な影響
は与えないが、15時間を越えても、特に利益がなく、む
しろ熱エネルギー経済的に不利であるので、通常、15時
間以内で十分である。
発明の効果 以上のように、本発明の方法によれば、アルカリ土類
元素とイツトリウム及び/又はランタニド元素の酸化物
又は炭酸塩を予め分散媒中に分散させた後、シユウ酸銅
を分散媒中で生成させるので、このシユウ酸銅は、上記
酸化物又は炭酸塩の粒子に対して、その表面に付着し、
或いは微粉末状態で共存する。
本発明によれば、このような固形分若しくは共沈殿を
分散媒から分離し、乾燥し、好ましくは、この後に更に
焼成し、微粉砕して、原料粉末とし、これを超電導体製
造の原料粉末として用いることによつて、従来の方法に
比べて、50〜100℃も低い焼成温度での焼成によつて容
易に特性が安定な超電導体を得ることができ、更に、焼
成雰囲気及び温度についても、厳密な管理制御を必要と
せず、低酸素分圧雰囲気下で、100℃以上もの広い温度
範囲を採用することができる。かくして、本発明の方法
によれば、従来の方法にくらべて、大幅に製造費用を低
減しながら、特性にすぐれる超電導体を製造することが
できる。
実施例 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は
これら実施例により何ら限定されるものではない。
実施例1 平均粒径1.0μm、純度99.5%の炭酸バリウムと平均
粒径1.2μm、純度99.9%の酸化イツトリウムとをBa/Y
モル比が2/1となるように秤量混合し、ボールミルにて1
0時間湿式混合した後、乾燥して、混合粉末を得た。
次いで、上記混合粉末にBa/Y/シユウ酸モル比が2/1/3
となるようにシユウ酸を加え、スリーワンモーターにて
撹拌混合して、スラリーを調製した。
別に、純度99.3%の硝酸銅1モルをエタノール1000ml
に加え、溶液とした。
前記スラリーにBa/Y/シユウ酸/Cuモル比が2/1/3/3と
なるように、上記硝酸銅のエタノール溶液を毎分150ml
の割合にて滴下して、沈殿を生成させた。
沈殿を熟成するために約12時間、放置した後、過剰の
エタノールにて固形分を洗浄し、次いで、ジルコニア・
ボールを用いて、3時間粉砕混合して、平均粒径1.0μ
mのバリウム、イツトリウム及びシユウ酸銅を含む混合
粉末を得た。この混合粉末にアクリル樹脂系バインダー
を3重量%加え、混合した後、乾燥し、顆粒に造粒し
た。
次いで、上記顆粒を室温にて圧力1000kg/cm2にて直径
10mm、厚み1.5mmの円板に成形し、これを100℃/時の速
度で加熱し、720〜850℃の範囲の所定の温度で15分間か
ら15時間の範囲の種々の時間、焼成した後、100℃/時
の速度で冷却して、円板状の超電導体磁器を得た。但
し、超電導体の原料粉末の特性は、前記反応後、固形分
を分散媒から分離し、乾燥した後、500〜900℃の温度で
15分間から15時間の範囲で焼成し、X線回折によつて評
価した。また、超電導体としての特性は、得られた超電
導体の室温から液体窒素温度までの抵抗率の温度変化を
四端子法にて測定して、評価した。
第2図及び第3図に、それぞれ前記のようにして得ら
れた原料粉末の焼成温度及び焼成時間による構造変化の
典型例を示す。
図示しないが、Ba2Y1O7−δなる組成をもつ結晶構造
の単一相は、750℃以上での3時間の焼成によつて得る
ことができる。また、表面の電子顕微鏡写真による観察
及びEDX(エネルギー分散型X線マイクロ分析)によれ
ば、得られた超電導体は、緻密な組織を有すると共に、
バリウム、イツトリウム及び銅の比率は、組織中にわた
つて一定であることが確認された。
第4図及び第5図は、超電導体における電気抵抗率ρ
の温度(絶対温度T(゜K))特性を示す。超電導体へ
の焼成を810℃で3時間行なつた場合、第5図に示すよ
うに、抵抗率が零になる遷移温度は88Kであり、他方、
焼成を780℃で3時間行なつたときは、第4図に示すよ
うに、遷移温度は104Kである。
従来、バリウム、イツトリウム及び銅をそれぞれ含む
原料粉末から製造された超電導体は、その特性の経時変
化が大きいとされているが、本発明による超電導体は、
空気中、室温で湿度60%の雰囲気中に90日間放置して
も、超電導体状態となる遷移温度は、焼成温度810℃の
場合は変化がなく、780℃の場合は104Kから95Kに変化し
たのみであつて、超電導体特性が極めて安定であること
が理解される。このように、本発明による超電導体がそ
の特性における安定であるのは、組織が均一であつて、
経時変化が少ないためである。
第6図は、本発明による前記原料粉末の焼成温度と得
られた超電導体の密度との関係を示し、第7図は、焼成
温度と得られた超電導体における遷移温度との関係を示
す。また、第8図は、本発明に従つて分散媒としてエタ
ノールを用いて得た原料粉末を830℃で6時間焼成した
ときのX線回折図(A)と、比較のために、分散媒とし
て水を用いて得られた原料粉末を830℃で6時間焼成し
て得た焼成物のX線回折図(B)を示す。
第8図に示すように、水を媒体としたときは、次式に
示すように、 Cu(NO3・3H2O+H2C2O4CuC2O4+HNO3 硝酸銅とシユウ酸とが反応して、硝酸を生成し、この
酸性下シュウに酸銅が分解し、その結果、原料粉末がそ
の組成においてずれを生じたために、組成がずれるため
に、単一相を得ることができない。
比較例1 平均粒径1.0μm、純度99.5%の炭酸バリウム、平均
粒径1.2μm、純度99.9%の酸化イツトリウム、及び平
均粒径0.6μmの酸化銅をBa/Y/Cuモル比が2/1/3となる
ように秤量混合し、ボールミルにて10時間湿式混合した
後、乾燥して、平均粒径0.9μmの混合粉末を得た。こ
の混合粉末にアクリル樹脂系バインダーを3重量%加
え、混合した後、乾燥し、顆粒に造粒した。
次いで、上記顆粒を室温にて圧力1000kg/cm2にて直径
10mm、厚み1.5mmの円板に成形し、これを910℃まで100
℃/時の速度で加熱し、910℃で13時間、空気中で焼成
した後、100℃/時の速度で冷却して、セラミツクス体
を得た。
第9図において、(A)は、このセラミツクス体のX
線回折図を示し、図中、破線(a)にて示すように、空
気中で焼成したセラミツクス体は2θが30近傍にBaOY3
が共存することを示している。
一方、酸素中で焼成したセラミツクス体は、第9図に
おいて、(A)に実線(b)にて示すように、Ba2Y1Cu3
O7−δの単相を得ることができた。
尚、第9図(B)は、本発明による原料粉末を空気
中、810℃で13時間焼成して得られた超電導体のX線回
折図を示し、Ba2Y1Cu3O7−δの単相を有することが示さ
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の方法の代表的な一例を示すフロー・
シート、第2図は、本発明の方法において、焼成温度に
よる原料粉末の構造変化の典型例を示すX線回折図、第
3図は、本発明の方法において、焼成時間による原料粉
末の構造変化の典型例を示すX線回折図、第4図及び第
5図は、本発明の方法によつて得られた超電導体の電気
抵抗率の温度特性の一例を示すグラフ、第6図は、本発
明の方法によつて得られた超電導体における焼成温度と
密度との関係を示すグラフ、第7図は、本発明の方法に
よつて超電導体を製造した場合の焼成温度と遷移温度と
の関係を示すグラフ、第8図は、分散媒としてエタノー
ル(A)及び水(B)をそれぞれ用いて得られた原料粉
末を焼成したときのX線回折図、第9図は、比較例とし
て得られた超電導体のX線回折図(A)と本発明の方法
によつて得られた超電導体のX線回折図(B)を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾野 幹也 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬7270 三菱 鉱業セメント株式会社セラミツクス研究 所内 (72)発明者 安倍 一允 大阪府堺市戎島町5丁1番地 堺化学工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−291856(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルカリ土類元素、イツトリウム及び/又
    はランタニド元素、及び銅の酸化物からなる超電導体を
    製造する方法において、アルカリ土類元素とイツトリウ
    ム及び/又はランタニド元素の酸化物又は炭酸塩を有機
    溶剤からなる分散媒中に分散させた後、シユウ酸銅を上
    記分散媒中で生成させ、次いで、固形分又は共沈殿を分
    散媒より分離し、これを焼成することを特徴とする超電
    導体の製造方法。
  2. 【請求項2】焼成を720〜850℃の範囲の温度で行なうこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超電導体の
    製造方法。
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