JP2692614B2 - 新規な組織を有する酸化物超電導体 - Google Patents
新規な組織を有する酸化物超電導体Info
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- superconductor
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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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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な組織を有するイ
ットリウム系の酸化物超電導体に関する。
ットリウム系の酸化物超電導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y （Ｌｎは
Ｙ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群から選ばれた１種以
上、ｙは酸素欠陥量、以下１２３相という）の組成式で
表わされる超電導体（以下イットリウム系超電導体とも
いう）が知られている。イットリウム系超電導体の製造
方法としては、上記の組成を有する結晶粉末を合成した
後、これを成形し焼結させる方法がある。他にも、ゾル
ゲル法や溶融凝固法にて製造することが知られている。
Ｙ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群から選ばれた１種以
上、ｙは酸素欠陥量、以下１２３相という）の組成式で
表わされる超電導体（以下イットリウム系超電導体とも
いう）が知られている。イットリウム系超電導体の製造
方法としては、上記の組成を有する結晶粉末を合成した
後、これを成形し焼結させる方法がある。他にも、ゾル
ゲル法や溶融凝固法にて製造することが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの方法により製
造された超電導体は、図３のようにいずれも多結晶体で
あり、それぞれの結晶粒が無秩序な方向に配列し、かつ
粒界に、１２３相以外の粒界相を含んだ組織となってい
る。図３はＬｎがイットリウムの場合で、粒界相には、
１２３相以外の結晶相や非晶質相、また多くの場合気孔
が含まれている。ところが、イットリウム系超電導体
は、結晶粒内で電流が流れやすい方向が決っているた
め、向きが異なる結晶粒子間の粒界では電流が流れにく
いという欠点を有している。
造された超電導体は、図３のようにいずれも多結晶体で
あり、それぞれの結晶粒が無秩序な方向に配列し、かつ
粒界に、１２３相以外の粒界相を含んだ組織となってい
る。図３はＬｎがイットリウムの場合で、粒界相には、
１２３相以外の結晶相や非晶質相、また多くの場合気孔
が含まれている。ところが、イットリウム系超電導体
は、結晶粒内で電流が流れやすい方向が決っているた
め、向きが異なる結晶粒子間の粒界では電流が流れにく
いという欠点を有している。
【０００４】さらには、粒界相は超電導体ではないの
で、それが絶縁層として作用する。そのため、従来の多
結晶のイットリウム系超電導体では、高い臨界電流密度
を示すものが得られていない。
で、それが絶縁層として作用する。そのため、従来の多
結晶のイットリウム系超電導体では、高い臨界電流密度
を示すものが得られていない。
【０００５】このような粒界部を起因とする臨界電流密
度の低下は、磁場中においてより顕著に見られる現象で
あることが知られている。超電導体の応用分野として
は、線材またはテープ材料をコイル状に加工し、強力な
磁場を作る電磁石としての利用が中心に考えられてい
る。そこで、イットリウム系超電導体の実用化には、粒
界を抑制した組織を作ることにより、強磁場中で高い臨
界電流密度を有する材料を作製することが必要と考えら
れている。
度の低下は、磁場中においてより顕著に見られる現象で
あることが知られている。超電導体の応用分野として
は、線材またはテープ材料をコイル状に加工し、強力な
磁場を作る電磁石としての利用が中心に考えられてい
る。そこで、イットリウム系超電導体の実用化には、粒
界を抑制した組織を作ることにより、強磁場中で高い臨
界電流密度を有する材料を作製することが必要と考えら
れている。
【０００６】イットリウム系超電導体は、約１０００℃
以上の温度で分解溶融し、Ｌｎ2 ＢａＣｕＯ5 結晶（以
下２１１相という）と液相に分離する。したがって１２
３相と同じ組成の融液を冷却すると、まず２１１相が析
出するので、通常の方法では１２３相の単結晶や配向性
多結晶体は得られない。
以上の温度で分解溶融し、Ｌｎ2 ＢａＣｕＯ5 結晶（以
下２１１相という）と液相に分離する。したがって１２
３相と同じ組成の融液を冷却すると、まず２１１相が析
出するので、通常の方法では１２３相の単結晶や配向性
多結晶体は得られない。
【０００７】これに対してＪｉｎらは、ＹＢａ2 Ｃｕ3
Ｏ7-y 結晶を加熱溶融して、Ｙ2 ＢａＣｕＯ5 相とＹ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の液相が共存している部分溶融状態と
した後、若干の温度勾配下で凝固させる方法を報告して
いる（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，Ｖｏｌ．
３７，７８５０（１９８８））。
Ｏ7-y 結晶を加熱溶融して、Ｙ2 ＢａＣｕＯ5 相とＹ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の液相が共存している部分溶融状態と
した後、若干の温度勾配下で凝固させる方法を報告して
いる（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，Ｖｏｌ．
３７，７８５０（１９８８））。
【０００８】しかしながら得られた凝固物は図２に示し
たように、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 相以外に、Ｙ2 ＢａＣ
ｕＯ5 相およびその他の粒界相（ＣｕＯ，ＢａＣｕＯ
2 ，非晶質相）を含むものである。ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-y 相は、ある程度配向しているものの、依然として結
晶粒子相がある角度をもって接しているものであった。
たように、ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 相以外に、Ｙ2 ＢａＣ
ｕＯ5 相およびその他の粒界相（ＣｕＯ，ＢａＣｕＯ
2 ，非晶質相）を含むものである。ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-y 相は、ある程度配向しているものの、依然として結
晶粒子相がある角度をもって接しているものであった。
【０００９】本発明は、臨界電流密度が高く、かつ磁場
の印加によっても臨界電流密度の低下の少ないイットリ
ウム系超電導体を得ることを目的とする。
の印加によっても臨界電流密度の低下の少ないイットリ
ウム系超電導体を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＬｎＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏ7-y （ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群か
ら選ばれた１種以上、ｙは酸素欠陥量）の組成式で表わ
される板状の結晶が、ｃ軸の向きをそろえ、かつ、相互
に粒界部で粒界相の介在なしに接触して層状に重なり合
ってなるマトリックス中に、Ｌｎ2 ＢａＣｕＯ5 の組成
式で表わされる粒状の結晶が島状に分散している組織を
有する酸化物超電導体を提供するものである。
ｕ3 Ｏ7-y （ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群か
ら選ばれた１種以上、ｙは酸素欠陥量）の組成式で表わ
される板状の結晶が、ｃ軸の向きをそろえ、かつ、相互
に粒界部で粒界相の介在なしに接触して層状に重なり合
ってなるマトリックス中に、Ｌｎ2 ＢａＣｕＯ5 の組成
式で表わされる粒状の結晶が島状に分散している組織を
有する酸化物超電導体を提供するものである。
【００１１】本発明の超電導体の組織は、１２３相をマ
トリックスとするものである。この１２３相は、ｃ軸と
垂直な方向に板状に成長した結晶であり、全体として多
結晶ではあるが、この板状結晶がそれぞれのｃ軸の向き
をそろえて層状に重なっている。ｃ軸と垂直な方向にも
結晶は単結晶的に完全に連続ではないが、ここの粒界に
おいても、ｃ軸の面がそろっているので、この粒界部は
磁界の印加に対しても超電導状態がこわれにくい。
トリックスとするものである。この１２３相は、ｃ軸と
垂直な方向に板状に成長した結晶であり、全体として多
結晶ではあるが、この板状結晶がそれぞれのｃ軸の向き
をそろえて層状に重なっている。ｃ軸と垂直な方向にも
結晶は単結晶的に完全に連続ではないが、ここの粒界に
おいても、ｃ軸の面がそろっているので、この粒界部は
磁界の印加に対しても超電導状態がこわれにくい。
【００１２】本発明の超電導体では、上記の１２３相の
間に、粒状の２１１相が島状に分散している。２１１相
は配向しておらず、また各々の結晶が連続していない。
したがってこの２１１相は、超電導の経路を妨げるもの
ではない。
間に、粒状の２１１相が島状に分散している。２１１相
は配向しておらず、また各々の結晶が連続していない。
したがってこの２１１相は、超電導の経路を妨げるもの
ではない。
【００１３】本発明の超電導体は、１２３相および２１
１相以外の結晶相または非晶質相が実質的に存在しな
い。超電導特性を劣化させるものではない限り、ごく部
分的にこのような相が含まれていることは差し支えな
い。
１相以外の結晶相または非晶質相が実質的に存在しな
い。超電導特性を劣化させるものではない限り、ごく部
分的にこのような相が含まれていることは差し支えな
い。
【００１４】本発明においては、上記一般式において、
ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群から選ばれた１
種以上である。
ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群から選ばれた１
種以上である。
【００１５】本発明のイットリウム系超電導体を製造す
るには、例えば次のような方法が採用できる。前述のよ
うに、イットリウム系超電導体は約１０００℃以上の温
度で分解溶融し、２１１相の固相とＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−
Ｏ系の液相が共存している部分溶融状態となる。この状
態から温度勾配をつけて、好ましくは、温度勾配１００
℃／ｃｍ以上、結晶化速度２ｍｍ／ｈ以下の条件のもと
で一方向に凝固結晶化させることにより、本発明の組織
を有する超電導体が得られる。結晶化速度が１ｍｍ／ｈ
以下である場合はさらに好ましい。
るには、例えば次のような方法が採用できる。前述のよ
うに、イットリウム系超電導体は約１０００℃以上の温
度で分解溶融し、２１１相の固相とＬｎ−Ｂａ−Ｃｕ−
Ｏ系の液相が共存している部分溶融状態となる。この状
態から温度勾配をつけて、好ましくは、温度勾配１００
℃／ｃｍ以上、結晶化速度２ｍｍ／ｈ以下の条件のもと
で一方向に凝固結晶化させることにより、本発明の組織
を有する超電導体が得られる。結晶化速度が１ｍｍ／ｈ
以下である場合はさらに好ましい。
【００１６】このとき、結晶化は次のようにして進行す
る。部分溶融状態では、配向していない２１１相と、Ｌ
ｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の融液が共存している。ここか
ら、温度勾配下で冷却を行うと、分解溶融温度で２１１
相と融液とから１２３相が析出する。１２３相は上記の
条件のもとでは、結晶のｃ軸が温度勾配に対して垂直
で、かつ多結晶体ではあるけれど相互にｃ軸が平行な板
状結晶が層状に重なった組織となる。そしてこの時２１
１相は完全には１２３相に変化せず、一部は未反応のま
ま１２３相の層状組織中に取り残され、粒状の結晶が島
状に分散した組織となる。
る。部分溶融状態では、配向していない２１１相と、Ｌ
ｎ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の融液が共存している。ここか
ら、温度勾配下で冷却を行うと、分解溶融温度で２１１
相と融液とから１２３相が析出する。１２３相は上記の
条件のもとでは、結晶のｃ軸が温度勾配に対して垂直
で、かつ多結晶体ではあるけれど相互にｃ軸が平行な板
状結晶が層状に重なった組織となる。そしてこの時２１
１相は完全には１２３相に変化せず、一部は未反応のま
ま１２３相の層状組織中に取り残され、粒状の結晶が島
状に分散した組織となる。
【００１７】２１１相は超電導性を示さないが、それぞ
れの粒子が独立しており、電流の経路を妨げることがな
く、超電導特性にさして悪い影響を与えない。融液はす
べて１２３相の形成に消費され、凝固物に１２３相、２
１１相以外の結晶相あるいは非晶質相は現われない。
れの粒子が独立しており、電流の経路を妨げることがな
く、超電導特性にさして悪い影響を与えない。融液はす
べて１２３相の形成に消費され、凝固物に１２３相、２
１１相以外の結晶相あるいは非晶質相は現われない。
【００１８】上述のような部分溶融状態を作るには、１
２３相の焼結体を分解溶融温度以上、液相温度以下の温
度に加熱するのが好ましい。この状態から、一方向に凝
固させると１２３相と２１１相が共存する組織が形成さ
れる。この場合もとの組成からＢａおよびＣｕが減少し
ていることになる。これは、おもに融液部を通って結晶
成長方向前面へＢａおよびＣｕが排出されているためと
考えられる。また、一部は揮散しているものと考えられ
る。
２３相の焼結体を分解溶融温度以上、液相温度以下の温
度に加熱するのが好ましい。この状態から、一方向に凝
固させると１２３相と２１１相が共存する組織が形成さ
れる。この場合もとの組成からＢａおよびＣｕが減少し
ていることになる。これは、おもに融液部を通って結晶
成長方向前面へＢａおよびＣｕが排出されているためと
考えられる。また、一部は揮散しているものと考えられ
る。
【００１９】これは、この凝固物の結晶組織が、結晶成
長速度に大きく依存することとも関係があるものと思わ
れる。すなわち、結晶成長速度が２ｍｍ／ｈより大きい
場合においては、ＣｕおよびＢａ成分の拡散が間に合わ
ず、どうしても図２に示したように、ＣｕＯあるいはＢ
ａＣｕＯ相が１２３相の粒界に析出してしまい、本発明
の組織を有する超電導体は得られない。結晶成長速度が
１ｍｍ／ｈ以下であれば、この意味でもさらに好まし
い。
長速度に大きく依存することとも関係があるものと思わ
れる。すなわち、結晶成長速度が２ｍｍ／ｈより大きい
場合においては、ＣｕおよびＢａ成分の拡散が間に合わ
ず、どうしても図２に示したように、ＣｕＯあるいはＢ
ａＣｕＯ相が１２３相の粒界に析出してしまい、本発明
の組織を有する超電導体は得られない。結晶成長速度が
１ｍｍ／ｈ以下であれば、この意味でもさらに好まし
い。
【００２０】
【実施例】Ｙ：Ｂａ：Ｃｕの原子比が１：２：３となる
ような酸化物の仮焼粉末を作り、その粉末を金型プレス
により７０ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍに成形し、９３０℃
の酸素気流中で１０時間焼成を行ない、ＹＢａ2 Ｃｕ3
Ｏ7-y の焼結体を得た。この焼結体をダイヤモンドカッ
ターを用いて２ｍｍ幅に切り出し、底面が一辺約２ｍｍ
の正方形で高さが７０ｍｍ弱の角柱状の焼結体を得た。
ような酸化物の仮焼粉末を作り、その粉末を金型プレス
により７０ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍに成形し、９３０℃
の酸素気流中で１０時間焼成を行ない、ＹＢａ2 Ｃｕ3
Ｏ7-y の焼結体を得た。この焼結体をダイヤモンドカッ
ターを用いて２ｍｍ幅に切り出し、底面が一辺約２ｍｍ
の正方形で高さが７０ｍｍ弱の角柱状の焼結体を得た。
【００２１】次に、この角柱状焼結体の上部を把持し、
図４に示したような温度分布を有する縦型の管状抵抗加
熱炉内に吊して、炉内の最高温度１０９０℃に保ったま
ま、下から酸素ガスを流しつつ、０．７ｍｍ／ｈの速度
で下から上に移動させた。この時、部分溶融状態におい
ても、この試料は全体の形を崩さず、特別のささえは不
要であった。
図４に示したような温度分布を有する縦型の管状抵抗加
熱炉内に吊して、炉内の最高温度１０９０℃に保ったま
ま、下から酸素ガスを流しつつ、０．７ｍｍ／ｈの速度
で下から上に移動させた。この時、部分溶融状態におい
ても、この試料は全体の形を崩さず、特別のささえは不
要であった。
【００２２】この結果得られた凝固物をさらに酸素雰囲
気中で９００℃まで加熱を行ない、３０℃／ｈで徐冷
し、酸素を十分に吸い込ませた。
気中で９００℃まで加熱を行ない、３０℃／ｈで徐冷
し、酸素を十分に吸い込ませた。
【００２３】この凝固物を、光学顕微鏡、走査型電子顕
微鏡およびＸ線元素分析装置を用いて観察したところ、
図１に示したような板状のＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 結晶粒
子が層状に重なり合い、その中に粒状のＹ2 ＢａＣｕＯ
5 結晶が島状に独立して分散した組織を有していること
が確認された。また、この凝固物を０．９０ｍｍ×０．
１５ｍｍ×１０ｍｍの長さに切断し、直流四端子法によ
り超電導特性を測定した。零抵抗を示す臨界温度は８４
Ｋで、７７Ｋ、１Ｔの磁場中における臨界電流密度は４
０００Ａ／ｃｍ2 であった。
微鏡およびＸ線元素分析装置を用いて観察したところ、
図１に示したような板状のＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y 結晶粒
子が層状に重なり合い、その中に粒状のＹ2 ＢａＣｕＯ
5 結晶が島状に独立して分散した組織を有していること
が確認された。また、この凝固物を０．９０ｍｍ×０．
１５ｍｍ×１０ｍｍの長さに切断し、直流四端子法によ
り超電導特性を測定した。零抵抗を示す臨界温度は８４
Ｋで、７７Ｋ、１Ｔの磁場中における臨界電流密度は４
０００Ａ／ｃｍ2 であった。
【００２４】
【発明の効果】本発明の超電導体は、１２３相の配向性
が高く、それ以外の相として島状に分散した粒状の２１
１相のみを含むので、臨界電流密度が高く、かつ磁場を
印加した際にも、臨界電流密度の低下が少ない。
が高く、それ以外の相として島状に分散した粒状の２１
１相のみを含むので、臨界電流密度が高く、かつ磁場を
印加した際にも、臨界電流密度の低下が少ない。
【図１】本発明実施例の超電導体の組織を示す模式図。
【図２】従来の一方向凝固法によって得られたイットリ
ウム系超電導体の組織を示す模式図。
ウム系超電導体の組織を示す模式図。
【図３】焼結体のイットリウム系超電導体の組織を示す
模式図。
模式図。
【図４】本発明実施例において用いた電気炉の温度分布
を示す図。縦軸は温度、横軸は炉内の位置を最高温度を
示す部分からの距離で表わす。＋は最高温度部より上
方、−は下方を示す。
を示す図。縦軸は温度、横軸は炉内の位置を最高温度を
示す部分からの距離で表わす。＋は最高温度部より上
方、−は下方を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】ＬｎＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-y （ＬｎはＹ，Ｌ
ａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群から選ばれた１種以上、ｙは
酸素欠陥量）の組成式で表わされる板状の結晶が、ｃ軸
の向きをそろえ、かつ、相互に粒界部で粒界相の介在な
しに接触して層状に重なり合ってなるマトリックス中
に、Ｌｎ2 ＢａＣｕＯ5 の組成式で表わされる粒状の結
晶が島状に分散している組織を有する酸化物超電導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6286830A JP2692614B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 新規な組織を有する酸化物超電導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6286830A JP2692614B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 新規な組織を有する酸化物超電導体 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1019818A Division JPH0791056B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 新規な組織を有する酸化物超電導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07172829A JPH07172829A (ja) | 1995-07-11 |
| JP2692614B2 true JP2692614B2 (ja) | 1997-12-17 |
Family
ID=17709594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6286830A Expired - Fee Related JP2692614B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 新規な組織を有する酸化物超電導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2692614B2 (ja) |
-
1994
- 1994-11-21 JP JP6286830A patent/JP2692614B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07172829A (ja) | 1995-07-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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