JP3237952B2 - 酸化物超電導材料の製造方法 - Google Patents
酸化物超電導材料の製造方法Info
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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
Description
って任意の方位関係を有する粒界が導入されたREBa
2 Cu3 Ox 系超電導バルク材料の製造方法を提供し、
REBa2 Cu3 Ox 系超電導薄膜の基板や粒界弱結合
を利用した素子に利用される。
合を利用したデバイス応用が研究されている。現在の製
造方法はチタン酸ストロンチウム単結晶を任意の結晶方
位で切り出しこれを張り合わせて作製された基板上にR
EBa2 Cu3 Ox 系超電導体を成膜させるものであ
る。したがって、得られる双結晶は薄膜に限られてい
た。
公報)で代表される溶融法は、結晶粒の大きなREBa
2 Cu3 Ox バルクを作製することを可能とする方法
で、このプロセスの研究開発が行われている。図2はR
EBa2 Cu3 Ox の擬2元系状態図である。この物質
は高温ではRE2 BaCuO5 相とBa,Cu,Oを主
体とする液相に分解し、この半溶融状態から冷却をする
と、包晶反応によりREBa2 Cu3 Ox が生成する。
この包晶温度近傍で徐冷することにより、大きな結晶粒
を作製する方法が溶融法である。
変えると包晶温度が変化することを利用して、包晶温度
の高いREBa2 Cu3 Ox を種結晶として、核生成を
制御する技術を開発している(特願平3−16236
0、特願平4−55203)。この技術(以下シーディ
ング法)によって、制御された結晶方位を有し臨界電流
密度を低下させるような大傾角粒界のない数10cm3
の大型バルク材の製造が可能になっている。
方位関係を有する結晶粒界が導入されたREBa2 Cu
3 Ox バルク材料を製造する方法を開発することを課題
とする。
するものであって、溶融・結晶成長を利用したREBa
2 Cu3 Ox 系(REはY,La,Nd,Sm,Eu,
Gd,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luからなる群
から選ばれた1種以上の元素)バルク超電導材料の製造
方法において、結晶成長を行わせるREBa2 Cu3 O
x (以下RE1という)の原料酸化物の混合・成形体を
RE1の包晶温度より高い温度に加熱せしめ、RE1よ
りも高い包晶温度を有する配向した複数のREBa2 C
u3 Ox(以下RE2という)結晶の一結晶面を、RE
1とRE2の包晶温度の間の温度においてRE1の原料
酸化物の混合・成形体上の複数の箇所に各々任意の結晶
方位関係を有するように接触させた後、前記RE2結晶
を複数の箇所に接触させたRE1の原料酸化物の混合・
成形体の全体をRE1の包晶温度近傍で徐冷することに
よって、前記複数の箇所から等方的に結晶成長を行わせ
ることを特徴とする任意の方位関係を有する粒界が導入
された酸化物超電導材料の製造方法である。
することにより、結晶成長を行わせるREBa2 Cu3
Ox (RE1)の原料酸化物の混合・成形体をRE1の
包晶温度より高い温度に加熱せしめ、結晶方位が既知
で、これよりも高い包晶温度を有する配向した複数のR
EBa2 Cu3 Ox (RE2)種結晶の一結晶面を、R
E1とRE2の包晶温度の間の温度でRE1の原料酸化
物の混合・成形体上に、各々任意の結晶方位関係を有す
るように複数箇所に接触させる。これをRE1の包晶温
度近傍で徐冷することによって、RE2種結晶を起点と
して複数の箇所から結晶方位の制御された結晶核を生成
させ、さらにこの原料酸化物の混合・成形体の全体を徐
冷させることによって結晶成長させる手段を設けたもの
である。
2 Cu3 Ox の形になっている必要はないし、組成も結
晶成長が可能であれば化学量論的組成になっている必要
はなく、不純物が入っていてもよい。また、種結晶は配
向してなければならないが、化学量論的組成になってい
る必要はなく、不純物が入っていてもよい。
炉の温度勾配などにもよるが、この物質が半溶融状態で
結晶方位を保ちながら成長する速度が最大で2mm/h
程度であり、冷却速度も成長速度がこれよりも大きくな
らないように設定しなければならない。
の一面を、RE2よりも包晶温度の低いREBa2 Cu
3 Ox の原料酸化物の混合・成形体2に接触させて結晶
成長させた場合の模式図である。図のように、RE1は
種結晶RE2の結晶方位を引き継いで種結晶を起点とし
て全方向に、すなわち等方的に結晶成長し、2つの結晶
3A,3Bの成長面は接触・接合される。したがって、
接触させる種結晶の結晶方位を制御することによって、
任意の結晶方位関係の粒界4を有するREBa2 Cu3
Ox 系超電導バルクを作製することができる。
a2 Cu3 Ox の製造を実施した。種結晶として使用す
るSmBa2 Cu3 Ox 結晶は、Sm2 O3 粉末、Ba
O2 粉末とCuO粉末をSm,Ba,Cuの元素比が
1.2:1.8:2.6になるように秤量し、重量比で
0.5%のPt粉末を加えた後混練し、酸素気流中で9
00℃、10時間の仮焼を行い、再び粉砕してプレス成
形機により直径28mmの金型を用いて厚さ10mmに
成形し、さらに2t/cm2 の圧力で静水圧成形を行っ
たものを原料とした。これを1150℃に加熱し、この
温度で1時間保持し、1070℃まで1時間で冷却した
のち、1030℃まで1℃/hで徐冷してバルク体を作
製した。なお上記Pt粉末は臨界電流密度を上昇させる
微細分散相の析出を促進させるためのものである。
を切り出すのに十分な大きさで、これから直径5mm、
厚さ1mmの種結晶を劈開面(ab面)を利用して、円
盤の厚さ方向がc軸方向になるように複数枚を切り出し
た。この組織を偏光顕微鏡で観察したところ、内部にS
m2 BaCu3 O5 相が分散しているが、マトリックス
は方位の揃ったSmBa2 Cu3 Ox であることがわか
った。またa軸・b軸は観察される双晶模様の方向から
判断した。
あるが、微視的には双晶構造を有し、a軸とb軸が互い
に90度ずれて混在し、巨視的にはa軸とb軸は区別さ
れない。以下、巨視的に区別されないa軸とb軸をa・
b軸と表記する。
末、BaO2 粉末とCuO粉末をY,Ba,Cuの元素
比が1.3:1.7:2.4になるように秤量し、さら
に重量比で0.5%のPt粉末を加え混練後、酸素気流
中で800℃、10時間の仮焼を行い、再び粉砕してプ
レス成形機により直径28mmの金型を用いて厚さ10
mmに成形し、さらに2t/cm2 の圧力で静水圧成形
を行ったものを使用した。
時間保持した。その後、1030℃まで30分で冷却
し、この温度において、2つのSmBa2 Cu3 Ox 種
結晶ab面をa・b軸を相対的に20度ずらして、原料
の平面の中心から対称にそれぞれ約5mmの距離をおい
て接触させた。その後1005℃まで30分で冷却し、
更に960℃まで平均0.5℃/hで徐冷を行い、室温
まで炉冷した。更にその後、超電導性を与えるために、
酸素気流中で450℃、100時間のアニールを行っ
た。
式図を示すように、種結晶1A,1Bを起点として等方
的に、すなわち試料のほぼ全面に沿面成長しており(3
A,3B)、その中心部で2つの成長面が粒界4で接触
している様子が肉眼で観察された。この2つの結晶3
A,3Bの結晶方位を偏光顕微鏡観察によるクラックと
双晶模様から調べたところ、種結晶1A,1Bの結晶方
位と同じであることがわかった。すなわち2つの結晶の
接触面はc軸が揃っており、かつa・b軸が20度ずれ
た粒界になっていることになる。
図3の点線のように、接触部分を中心として長さ10m
m、断面積1mm2 の試料5を切り出し、接触面両側の
電圧端子をとって、直流4端子法により77KでのI−
V特性を測定した。電圧は電流が約30Aのところで鋭
い転移点を有し発生した。電流を反転しても全く同様な
挙動がみられた。
々な結晶面を出した種結晶を用いて双結晶の作製を試み
た。原料及び熱処理条件は全て上記実施例と同じであ
る。この結果、結晶方位のずれが大きくなると、得られ
る結晶粒界に偏析が若干見られるようになるが、全ての
場合において種結晶から種結晶と同じ結晶方位を有して
YBa2 Cu3 Ox が結晶成長し、任意の方位関係を有
する粒界が導入されたYBa2 Cu3 Ox 系超電導バル
ク材料が作製できた。
て複数箇所にシーディングすることにより、任意の方位
関係を有する粒界が導入されたREBa2 Cu3 Ox 系
超電導バルク材料が製造できる。この製造方法はREB
a2 Cu3 Ox 系超電導薄膜の基板や粒界弱結合を利用
した素子を量産することを可能にする。
グして、結晶成長させて作製したバルク超電導材料の断
面の模式図
位置、臨界電流密度を測定した試料を切り出した位置を
示した模式図
Claims (1)
- 【請求項1】 溶融・結晶成長を利用したREBa2 C
u3 Ox 系(RE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種以上の元素)バルク超電導材料の製造方
法において、結晶成長を行わせるREBa2 Cu3 Ox
(以下RE1という)の原料酸化物の混合・成形体をR
E1の包晶温度より高い温度に加熱せしめ、RE1より
も高い包晶温度を有する配向した複数のREBa2 Cu
3 Ox (以下RE2という)結晶の一結晶面を、RE1
とRE2の包晶温度の間の温度においてRE1の原料酸
化物の混合・成形体上の複数の箇所に各々任意の結晶方
位関係を有するように接触させた後、前記RE2結晶を
複数の箇所に接触させたRE1の原料酸化物の混合・成
形体の全体をRE1の包晶温度近傍で徐冷することによ
って、前記複数の箇所から等方的に結晶成長を行わせる
ことを特徴とする任意の方位関係を有する粒界が導入さ
れた酸化物超電導材料の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12305993A JP3237952B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 酸化物超電導材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12305993A JP3237952B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 酸化物超電導材料の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06316495A JPH06316495A (ja) | 1994-11-15 |
JP3237952B2 true JP3237952B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=14851186
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12305993A Expired - Lifetime JP3237952B2 (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | 酸化物超電導材料の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3237952B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6256521B1 (en) | 1997-09-16 | 2001-07-03 | Ut-Battelle, Llc | Preferentially oriented, High temperature superconductors by seeding and a method for their preparation |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP12305993A patent/JP3237952B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06316495A (ja) | 1994-11-15 |
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