JP3312380B2 - セラミックス超伝導体の製造方法 - Google Patents

セラミックス超伝導体の製造方法

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JP3312380B2 JP09571691A JP9571691A JP3312380B2 JP 3312380 B2 JP3312380 B2 JP 3312380B2 JP 09571691 A JP09571691 A JP 09571691A JP 9571691 A JP9571691 A JP 9571691A JP 3312380 B2 JP3312380 B2 JP 3312380B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導軸受け、超伝導
非接触搬送機、送電線、アンテナ、超伝導マグネットな
どに用いるセラミックス超伝導体の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】最近もっとも注目されている技術にセラ
ミックス超伝導体がある。その代表例としてはYBa2
Cu3x系(以下では「Y系」と呼称する)、Bi2
2Sr2Cu3x系(以下では「Bi系」と呼称す
る)、Tl2Ca2Ba2Cu2x系(以下では「Tl
系」と呼称する)等が挙げられる。これらセラミックス
超伝導体のバルク・線材の製造方法は大別して焼結法と
溶融法に分けられる。焼結法は公開特許公報平1ー14
0520に述べられているように原料粉末を成形した後
焼結する方法であり、溶融法は公開特許公報平2ー15
3803に述べられているように原料粉末を溶融した後
成形、結晶成長をおこなう方法である。共に一長一短の
特性を持つが、溶融法の方が緻密であり比較的高い臨界
電流密度と機械的強度が得られるため主に研究開発が進
められている。
【0003】溶融法の反応をY系で説明すると、超伝導
相であるYBa2Cu3x(123相)は非超伝導相で
あるY2BaCuO5(211相)と液相との包晶反応に
よって生成し、211相はY23と液相との包晶反応に
より生成する。そのため超伝導相123相を連続的に成
長させるにはY23を均一に分散させる必要がある。
また、セラミックス超伝導材料は周知の如く結晶構造に
起因して異方性が強いため結晶方向を制御する必要があ
る。溶融法の場合、結晶方向の制御は主に溶融または半
溶融状態からの冷却過程で試料に温度勾配を付けること
によりおこなっていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の溶
融法の場合、溶融時に結晶成長の核、たとえばY系では
23が凝集して不均一な分散となるため123相が連
続的に成長せず超伝導電流を阻害する粒界弱結合や非超
伝導相が多く発生し臨界電流密度を低下させるという問
題を有していた。さらに、溶融時に発生したガスが一部
に集まり大きなボイドをつくる場合もあった。大きなボ
イドは臨界電流密度だけでなく機械的強度面においても
致命的な問題となる。
【0005】また、従来の溶融法の場合、セラミックス
の超伝導相成長核となる粒子または相、たとえばY系で
はY23粒子、Y2BaCuO5(211相)が対流によ
り剥離または移動するため結晶の方向制御はたいへん不
安定なものであった。そのため結晶配向性が悪く臨界電
流密度が低いものになっていた。
【0006】本発明はかかる問題を解決するものであ
り、より高い臨界電流と機械的強度を容易に得んとする
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
超伝導体の原料組成物を加熱して溶融し、溶融状態の前
記原料組成物を冷却して固相と液相とが存在する半溶融
状態にし、半溶融状態の前記原料組成物を室温まで徐冷
する工程を有するセラミックス超伝導体の製造方法にお
いて、前記原料組成物が溶融状態であるとき、大きさと
方向とが時間的に変化する変動磁界を前記原料組成物に
所定時間印加し、半溶融状態の前記原料組成物を室温ま
で徐冷するとき、一定方向の固定磁界を前記原料組成物
に所定時間印加することを特徴とする。また、半溶融状
態の前記原料組成物を室温まで徐冷するとき、前記原料
組成物に温度勾配をつけて徐冷することを特徴とする。
さらに、前記固定磁界の印加方向は、前記温度勾配の方
向に対して平行又は垂直であることを特徴とする。
【0008】
【実施例】以下、実施例に従って、本発明を詳細に説明
する。
【0009】(実施例1)まず、原料組成物Y23、B
aCO3、およびCuOを均一に混合分散した後900
℃酸素雰囲気中で12時間仮焼する。このときの組成は
最終的に1:2:3になるように後の溶融における蒸発
分等を補正したものである。次に、粉砕した仮焼粉を1
400℃まで急加熱して15分間溶融する。この溶融状
態において、電磁石を用いて時間的に大きさと方向が変
化する変動磁界を印加する。電磁石には正弦波交流を流
して周期的な変動磁界をつくりだす。その後、211相
が析出して半溶融状態となる温度である1100℃近傍
まで冷却して変動磁界印加を止める。変動磁界印加は1
5分間の加熱溶融時だけでも良いが、その場合半溶融状
態の温度にするまでの冷却時間を極力短くする必要があ
る。その後、所定の方向に温度勾配を付けて半溶融状態
から室温まで徐冷する。その徐冷の間、一定方向の固定
磁界を印加する。固定磁界の印加方向は温度勾配の付く
方向に平行あるいは垂直とする。以上のプロセスによっ
てセラミックス超伝導体を得た。
【0010】このプロセスにおけるポイントを変動磁界
と固定磁界の作用を中心に述べると次のとおりである。
1400℃の溶融状態は高融点のY23(融点2410
℃)粒子と液相の混合状態である。この状態で変動磁界
を印加すると液相中のイオンが攪拌され、それに追従し
てY23粒子も攪拌されて均一に分散することになる。
結晶成長の核となるY23が均一に分散すると包晶反応
は連続的におこなわれるため超伝導相である123相も
連続的に成長する。なお、攪拌され均一に分散した状態
になっても変動磁界印加をせずに溶融状態が続くとY2
3は凝集を始めるため固相析出温度近傍までの冷却時
間にも変動磁界を印加することが望ましい。一方、溶融
時に発生するガスもイオン攪拌に追従して微細かつ均一
に攪拌されるのでボイドの発生も抑制されることにな
る。また、微細かつ均一に分散されたガスによりできた
空孔はピン止め中心導入効果をもたらす。さて、110
0℃の半溶融状態ではY23粒子は変動磁界による攪拌
作用のおかげで試料中に均一に分散しているので、Y2
3を核として生成する非超伝導相である211相も均
一に分散する。つづいて、1100℃から徐冷すると超
伝導相である123相は211相と液相との包晶反応に
よって生成するが、このとき固定磁界を印加すると結晶
配向度が向上する。特に固定磁界の印加方向を徐冷の温
度勾配の付く方向に平行あるいは垂直にとると結晶配向
度の向上は顕著である。実際、本実施例により得られた
試料と徐冷時において固定磁界を印加しないこと以外は
本実施例と同様のプロセスで作製した比較用試料につい
てX線回折により分析したところ、本実施例の試料のほ
うが結晶配向度が高いことが確認された。また、固定磁
界の印加方向については、温度勾配の付く方向に平行あ
るいは垂直に印加した本実施例の試料の他に実験的にそ
れらの中間方向に印加した試料も作製してX線回折によ
って分析比較してみたが、本実施例の試料の結晶配向度
がもっとも高いことが確認された。この改善効果は次の
機構によるものと考えられる。対流等による超伝導相の
成長核である211相等の剥離または移動を他のイオン
状態にある物質を磁界により固定することにより間接的
に固定あるいは抑制する。そのため結晶成長を一定方向
に連続的におこなうことができる。
【0011】本実施例の試料の臨界電流密度を77Kの
ヘリウムガス雰囲気中で測定したところ、4.5×10
4A/cm2 という値を得た。この値は、徐冷時におい
て固定磁界を印加しないこと以外は本実施例と同様のプ
ロセスで作製した比較用試料の臨界電流密度3.9×1
4A/cm2 および加熱溶融時において変動磁界を
印加しないこと以外は本実施例と同様のプロセスで作製
したもうひとつの比較用試料の臨界電流密度5.8×1
3A/cm2 のどちらよりも高い値であり、変 動磁
界と固定磁界の相乗効果が顕著にあらわれている。
【0012】さらに、本実施例の試料と実験あるいは比
較のために作製した試料を用いて結晶配向度と臨界電流
密度の相関を調査したところ、加熱溶融時に変動磁界を
印加しなかった試料を別にすると結晶配向度が高い試料
ほど臨界電流密度も高いという結果を得た。加熱溶融時
に変動磁界を印加しなかった試料については、その結晶
配向度が比較的高かったにもかかわらず、その臨界電流
密度は調査した試料のなかで下位グループに属してい
た。また、その機械的強度も下位グループであった。そ
の理由としては、臨界電流密度についてはY23が均一
に分散しなかったために超伝導相が連続的に成長しなか
ったこととピン止め中心が均一に分散しなかったことが
考えられ、また機械的強度については溶融時に発生した
ガスによりボイドが発生したことが考えられる。
【0013】(実施例2)まず、原料組成物Y23、B
aCO3、およびCuOを均一に混合分散した後900
℃酸素雰囲気中で12時間仮焼する。このときの組成は
最終的に1:2:3になるように後の溶融における蒸発
分等を補正したものである。次に、粉砕した仮焼粉を1
400℃まで急加熱して15分間溶融する。この溶融状
態において、電磁石を用いて時間的に大きさと方向が変
化する変動磁界を印加する。電磁石には正弦波交流を流
して周期的な変動磁界をつくりだす。その後、室温まで
急冷すると同時に変動磁界の印加を止める。次に、もう
一度1100℃まで加熱して211相と液相が存在する
半溶融状態にしてから、所定の方向に温度勾配を付けて
室温まで徐冷する。その徐冷の間、一定方向の固定磁界
を印加する。固定磁界の印加方向は温度勾配の付く方向
に平行あるいは垂直とする。以上のプロセスによってセ
ラミックス超伝導体を得た。本実施例では加熱溶融後に
一旦室温まで急冷している点が実施例1と異なってい
る。
【0014】本実施例の試料の臨界電流密度を77Kの
ヘリウムガス雰囲気中で測定したところ、4.8×10
4A/cm2 という値を得た。この値は実施例1の値と
同程度かあるいはそれ以上であり、変動磁界と固定磁界
の相乗効果が顕著にあらわれている。
【0015】さらに、本実施例の試料の結晶配向度と機
械的強度を調査したところ、両者とも実施例1のそれら
と同程度であるという結果を得た。
【0016】なお、以上の実施例ではY系のセラミック
ス超伝導体の製造方法について述べたが、本発明はこれ
らに限られるものではなくBi系やTl系など他の材料
組成を用いたセラミックス超伝導体の製造方法にも応用
することができる。
【0017】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、セラミックス超伝導相の成長核、たとえばY系では
23を均一に分散できること、ガスの発生により生じ
る空孔を微細かつ均一に分散できること、および結晶方
向を所定の方向に制御できることによって高い臨界電流
密度と高い機械的強度を有するセラミックス超伝導体を
得ることができる。本発明は、加熱溶融時と徐冷時にそ
れぞれ変動磁界と固定磁界を印加するだけであって製造
プロセスはきわめて簡便であり、かつ顕著な改善効果が
認められるため工業上きわめて有用なものである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−285057(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 1/00 C04B 35/653

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス超伝導体の原料組成物を加
    熱して溶融し、溶融状態の前記原料組成物を冷却して固
    相と液相とが存在する半溶融状態にし、半溶融状態の前
    記原料組成物を室温まで徐冷する工程を有するセラミッ
    クス超伝導体の製造方法において、 前記原料組成物が溶融状態であるとき、大きさと方向と
    が時間的に変化する変動磁界を前記原料組成物に所定時
    間印加し、 半溶融状態の前記原料組成物を室温まで徐冷するとき、
    一定方向の固定磁界を前記原料組成物に所定時間印加す
    ることを特徴とするセラミックス超伝導体の製造方法。
  2. 【請求項2】 半溶融状態の前記原料組成物を室温まで
    徐冷するとき、前記原料組成物に温度勾配をつけて徐冷
    することを特徴とする請求項1に記載のセラミックス超
    伝導体の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記固定磁界の印加方向は、前記温度勾
    配の方向に対して平行又は垂直であることを特徴とする
    請求項2に記載のセラミックス超伝導体の製造方法。
JP09571691A 1991-04-25 1991-04-25 セラミックス超伝導体の製造方法 Expired - Fee Related JP3312380B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023027536A1 (ko) * 2021-08-25 2023-03-02 주식회사 퀀텀에너지연구소 상온, 상압 초전도 세라믹화합물 및 그 제조방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023027536A1 (ko) * 2021-08-25 2023-03-02 주식회사 퀀텀에너지연구소 상온, 상압 초전도 세라믹화합물 및 그 제조방법

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