JP3767841B2 - 臨界電流密度の高い酸化物超電導体 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、液体窒素温度において高い臨界電流密度を示すRE−Ba−Cu−O系酸化物超電導体(但しREはLa,Nd,Sm,Eu及び Gd の少なくとも2種以上を組み合わせたもの)に関するものである。
【0002】
【従来技術とその課題】
近年、RE−Ba−Cu−O系結晶体(REは希土類元素)を製造するためのバルクプロセス技術は著しい進展をみせているが、これにより、最近では臨界電流密度が高く結晶方位が配向した大型RE−Ba−Cu−O酸化物バルク超電導体の製造が可能となっている。
このようなバルク超電導体は、外部磁場との相互作用で大きな電磁力を非接触で発揮することが可能であり、磁気ベアリングや非接触ポンプへの応用や、低損失磁気ベアリングを利用した超電導フライホィ−ル型電力貯蔵装置など広範囲な応用が検討されている。
【0003】
一方、上述のバルク超電導体はピン止め効果が大きく現れがちであるため大きな磁場を捕捉することが可能で、今日では液体窒素温度(77K)で1T程度、更に低い温度の45Kにおいて10Tという高い値を示すバルク超電導体の製造例も報告されている。このように、RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体は大きな磁場を捕捉できるのことから永久磁石と同様の形状寸法で永久磁石よりも遙に高い磁場を発生することも可能であり、そのため新機能材料としても大きな注目を集めている。
そして、バルク超電導体の応用範囲を拡大すべく、比較的高い温度で優れた臨界電流特性を示すものの難加工性であるRE−Ba−Cu−O系超電導体を線材やテ−プ状に形成するための試みも活発化している。
【0004】
しかし、バルク超電導体の応用範囲を拡大する上で最も望まれるのは、高温,高磁場での臨界電流密度をより一層大きくすることである。例えば、実用運行が進められている磁気浮上列車用のマグネットとして利用するためには5T以上の磁場が必要である。
更に、応用範囲の拡大には経済性面からの視点も重要で、経済性という観点からは出来るだけ高い磁場を高温(可能であれば液体窒素温度)で達成することが望ましい。
【0005】
前述したようにRE−Ba−Cu−Oバルク超電導体はピン止め効果が大きく現れがちであり、そのため、このバルク超電導体において臨界電流密度を高めるためにはピン止めセンタ−として作用する“常電導析出物”等を均一かつ微細に分散させることが有効である。
【0006】
従来、高性能が期待される大型のRE−Ba−Cu−Oバルク超電導体は一般的には「溶融法」により製造されている。この手法は、RE−Ba−Cu−O超電導体組成物(出発組成物)を半溶融状態まで加熱した後、適当な種結晶を植付けてゆっくり冷却することによって結晶方位の配向したバルク体を合成するというものである。なお、凝固過程において超電導体に温度勾配を与える手立ても一般的には適用される。
この「溶融法」は元々は空気中において実施される技術として産み出され、現在もY,HoあるいはDy系の超電導体(即ちRE−Ba−Cu−OのREがY,HoあるいはDyである超電導体)を製造する場合には空気中において出発組成物の溶融凝固を行うのが一般的であるが、La,Nd,Sm,EuあるいはGd系の超電導体(RE−Ba−Cu−OのREがLa,Nd,Sm,EuあるいはGdである超電導体)では、低酸素分圧中で出発組成物の溶融凝固を行わせる手法が主流となっている。これは、低酸素分圧下でRE1+X Ba2-X Cu3 Oy 型の固溶組成を有するRE−Ba−Cu−O超電導体(REはLa,Nd,Sm,EuあるいはGd)を溶融成長させると、母相内に“母相よりもRE濃度の僅かに高い臨界温度の低いクラスタ−”が自然に微細分散し、臨界電流密度が大きく向上することが発見されたからである。
【0007】
最近、「溶融法」では、RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体(REはLa,Nd,Sm,Eu,Gd,Y,Ho,Dy)を製造するに当って、出発組成物を溶融凝固させる際に予めRE2 BaCuO5 相(即ちRE211相と呼称される相)が多い側(但しREがLa又はNdの場合にはRE422相と呼称されるRE4 Ba2Cu2O10相が多い側)に初期組成を設定することによって、超電導相であるREBa2Cu3Oy (RE123)相内にRE211(あるいはRE422)相が微細分散した組織を得ることが可能であることが見出され、この組織制御の手法を適用することで液体窒素温度においても比較的大きな臨界電流密度が達成される超電導体を製造することも可能になっている。
【0008】
この場合、REがLa,Nd,Sm,Eu又はGdであるRE−Ba−Cu−Oバルク超電導体が製造対象であると、これら系では母相内にRE濃度の高いクラスタ−とRE211相が共存するようになり、それぞれがピン止めセンタ−としての作用を発揮して臨界電流密度を向上させることから一層好ましい結果が期待されている。
【0009】
しかし、実際には、RE211相のサイズ(粒径)は精々2〜10μm程度と大きく、そのため液体窒素温度における臨界電流密度の磁場依存性も意外と大きくなり、低磁場側では有効なピン止めセンタ−として働いて臨界電流密度は改善できるものの、高磁場側では臨界電流密度の改善効果はそれ程顕著ではなくなって、特に磁場を結晶のc軸に平行に印加した場合には磁場が3Tを超えると臨界電流密度が大きく低下してしまう。
このため、高磁場側では臨界電流密度の改善に前記クラスタ−の寄与が支配的となるが、このクラスタ−が臨界電流密度の改善に寄与したとしても、磁気浮上列車用マグネット等として利用することが可能な申し分のない高い磁場を比較的高い温度で達成できる“大型のRE−Ba−Cu−Oバルク超電導体”を提供する技術としては十分に満足できるものではなかった。
【0010】
このようなことから、本発明の目的は、磁気浮上列車用マグネット等の性能向上に資する“十分に高い臨界電流密度を比較的高い温度で達成できるRE−Ba−Cu−Oバルク超電導体”を安定提供する手段を確立することに置かれた。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成すべく数多くの実験を繰り返しながら鋭意研究を重ねた結果、「La,Nd,Sm,EuあるいはGdをRE(希土類元素)サイトとするRE−Ba−Cu−Oバルク超電導体において、このREサイトを“2種以上の希土類元素の組み合わせ”とすると共に、それらの希土類元素の少なくとも1種をEu又はGdとすると、例えば溶融法等によるこのバルク超電導体の製造時にRE123超電導母相内にRE′211(但しRE′は La , Nd , Sm , Eu 及び Gd の1種以上)の非常に微細な分散相が生成するようになり、この微細分散相が極めて有効なピン止めセンタ−として働いて、臨界温度を低下させることなく高磁場中においても非常に高い臨界電流密度を示すようになる」という新規知見を得ることができた。
【0012】
そして、上記RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体のプロセスを最適化することにより、RE123超電導母相内に“サイズ(粒径)が0.01〜 0.5μmのRE′211相”を再現性良く微細分散させることができ、このRE−Ba−Cu−Oバルク超電導体は高温・高磁場中で、しかも超電導結晶のc軸に平行に磁場を印加した場合でも高い臨界電流密度をより安定して達成することも確認した。
【0013】
また、上述のようなRE−Ba−Cu−Oバルク超電導体に微量のPt添加を実施すると、添加されたPtはRE123超電導母相内のRE′211分散相の微細化に大きく寄与するため、微細分散相の生成が一層安定してピン止めセンタ−としての作用も安定化し、高臨界電流密度の達成に有利となる。
【0014】
本発明は、上記知見事項等に基づいて完成されたものであり、次に示す酸化物超電導体を提供するものである。
(1)RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体(但しREはLa,Nd,Sm,Eu及びGdの2種以上の組み合わせで、かつそのうちの少なくとも1種はLa,Nd及びSmであり、残りが少なくともEu又はGdの何れか1種を含む)であって、母相がRE1+x Ba2-x Cu3 Oy (但し−0.1 <x<0.2 で 6.7<y<7.1 )結晶からなると共に、粒径0.01〜 0.5μmの微細RE′ 2 BaCuO5 分散相(但しRE′は La , Nd , Sm , Eu 及び Gd の1種以上)が体積率で5〜50%含有されていることを特徴とする、臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
(2)前記(1)項記載の超電導体において、微細RE′ 2 BaCuO5 分散相が Gd2BaCuO5 又は Eu2BaCuO5 あるいは(Eu,Gd)2 BaCuO5 の微細結晶からなっていることを特徴とする、臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
(3)前記(1)項又は(2)項記載の超電導体において、RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体のREサイトがLa,Nd,Sm,Eu及びGdのうちの3種以上の組み合わせであることを特徴とする、臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
(4)前記(3)項に記載の超電導体において、REサイトのEu及びGdのうちの1種以上の構成比率が体積率の合計で40%以下であることを特徴とする、臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
(5)前記(1)項乃至(4)項の何れかに記載の超電導体において、更にPtを重量比で 0.1〜2%含有していることを特徴とする、臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
(6)液体窒素温度における臨界電流密度が、結晶のc軸に3Tの磁場を平行に印加した状態で10000A/cm2 以上である、前記(1)項乃至(5)項の何れかに記載の臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
【0015】
【作用】
上述のように、本発明は、「La,Nd,Sm,Eu及びGdをREサイトとするRE−Ba−Cu−Oバルク超電導体において、このREサイトを“2種以上の希土類元素(RE)の組み合わせ”とすると共に、それらの希土類元素の少なくとも1種をLa,Nd及びSmとし、残りを少なくともEu又はGdの何れか1種とすることにより、母相がRE1+x Ba2-x Cu3 Oy (但し−0.1 <x<0.2 で 6.7<y<7.1 )結晶からなると共に、粒径0.01〜 0.5μmの微細RE′ 2 BaCuO5 分散相が体積率で5〜50%含有された酸化物超電導体とし、高温・高磁場中で高い臨界電流密度を達成できるようにした」ことを骨子とするものであるが、RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体のREサイトを“2種以上の希土類元素(RE)の組み合わせ”とすると共に、それらの希土類元素の少なくとも1種をEu又はGdとすることによりRE123母相内にRE′211相が微細分散する理由は次のように考えられる。
【0016】
即ち、RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体のREサイトを“2種以上の希土類元素(RE)の組み合わせ”とすると共に、それらの希土類元素の少なくとも1種をEu又はGdとすると、RE123相及びRE′211相の包晶分解温度がREの種類に依存する上、溶解法等でバルク超電導体を製造する際における半溶融状態の液相中での希土類元素(RE)濃度が異なるため、包晶分解温度が低く、かつ液相中での溶解度の低いGd211やEu211相が液相中に極めて微細に均一分散してそのまま凝固する。つまり、REサイトを複数の希土類元素を混合させた系においては、比較的分解温度の低いRE′211相が微細に均一分散した状態で全体が結晶化するため、微細分散したRE′211相がピン止めセンタ−とし有効に作用して高い臨界電流密度が達成される訳である。
この場合、REサイトとしては、好ましくは希土類元素(RE)の3種以上を組み合わせるのが良い。このように図ることで、均一微細分散RE′211相の安定確保性が一層改善され、高性能酸化物超電導体の製造性がより安定化する。
【0017】
そして、本発明に係るRE−Ba−Cu−Oバルク超電導体では、これらRE′211相の微細分散化により、液体窒素温度において磁場をc軸に平行に印加した条件で、例えば3Tにおいて60000A/cm2 という高い臨界電流密度を達成できることも確認された。
【0018】
なお、上記RE′211分散相(RE′ 2 BaCuO5 分散相)としては Gd2BaCuO5 相, Eu2BaCuO5 相あるいは(Eu,Gd)2 BaCuO5 相が好ましい。なぜなら、上述したようにこれらの相は包晶分解温度が低い上に液相中での溶解度も低く、そのためRE123母相(RE1+x Ba2-x Cu3 Oy 母相)へ微細分散しやすく、高性能が達成できるからである。
【0019】
ただ、上記RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体のREサイトにおけるEu又はGd、あるいはEu及びGdの構成比率が体積率の合計で40%を超えないように留意するのが良い。これは、REサイトにおけるEu又はGd、あるいはEu及びGdの構成比率が体積率の合計で40%を超えると、RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体のRE′211分散相が微細化されずに所望する粒径とならず、臨界電流密度が低下するという理由のためである。
【0020】
ところで、本発明において、RE1+x Ba2-x Cu3 Oy (即ちRE123)母相中のRE′ 2 BaCuO5 (即ちRE′211)分散相の粒径を0.01〜 0.5μmと限定したのは、この系のバルク超電導体では分散相の粒径が前記範囲を外れるとピン止めセンタ−としての作用が劣るようになり、所望する特性が得られないからである。
また、粒径0.01〜 0.5μmのRE′ 2 BaCuO5 分散相の含有割合が体積率で5〜50%の範囲を外れた場合にも臨界電流密度の改善効果が低下して所望する特性が得られないことから、粒径0.01〜 0.5μmのRE′ 2 BaCuO5 分散相の含有割合を体積率で5〜50%と定めた。
【0021】
なお、RE1+x Ba2-x Cu3 Oy 母相中に分散するRE′ 2 BaCuO5 相の粒径やその含有割合を上記範囲に調整する手段としては、REサイトを構成する希土類元素の組み合わせを調整したり、RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体の凝固成長条件を調整したりする等の手立てを採用することができる。
【0022】
更に、前述したように、上記RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体に微量のPtを添加した場合にはRE′211分散相の微細化効果が安定し、この微細分散相によるピン止めセンタ−としての作用を通じて高臨界電流密度の確保が容易となる。この場合、バルク超電導体中のPt含有量が重量比で 0.1%未満であるとRE′211分散相の微細化効果が十分でなく、一方、Pt含有量が重量比で2%を超えると逆にバルク超電導体の特性(臨界電流密度)悪化を招く。
【0023】
以下、本発明を実施例によって説明する。
【実施例】
〔実施例1〕
まず、 Nd2O3 , Eu2O3 , Gd2O3 ,BaCO3 ,CuOの原料粉を(Nd+Eu+Gd):Ba:Cu= 1.8: 2.4: 3.4で、Nd:Eu:Gd=1:1:1の比となるように秤量して混合し、更に 0.4重量%のPtを添加した後、950℃にて8時間、1%酸素雰囲気中で仮焼した。
そして、その後、この仮焼体を再び粉砕混合してから、同様の仮焼を3度繰り返し、直径3cm、高さ2cmのペレットを成型した。
次いで、成型したペレットの中央にMgO単結晶を載せ、1%酸素雰囲気中にて1090℃まで2時間加熱して20分間保持した後、5℃/hの冷却速度で1020℃まで冷却し、その後900℃まで 0.5℃/hの速度速度で徐冷して超電導相を凝固成長させた。
【0024】
続いて、同ペレットを純酸素気流中で600℃から300℃まで300時間かけて徐冷する酸素処理を行った。
酸素処理後、ペレットから2mm×2mm×1mmの角形小サンプルを切り出し、超電導量子干渉型磁束計で測定したところ、臨界温度が94.5Kで、液体窒素温度において3Tの磁場をc軸に平行に印加した条件での臨界電流密度は72000A/cm2であった。
【0025】
次に、試料(角形小サンプル)の表面を研磨した後、走査型電子顕微鏡で観察してRE211相の平均粒径を測定したところ、0.11μmという値が得られた。これは、従来から製造されてきたY−Ba−Cu−O系バルク超電導体に比しても1桁以上小さい値である。
【0026】
更に、透過型電子顕微鏡でこの試料を観察し、エネルギ−分散型X線分析器によって分析したところ、図1に示すように、微細なRE211相は主としてGd211からなることが確認された。
なお、図1において、「NEG123」として示すのは「REサイトがNd,Eu及びGdからなる123相」であり、また「NEG211」として示すのは「REサイトがNd,Eu及びGdからなる211相」である。
【0027】
〔実施例2〕
まず、 Nd2O3 , Sm2O3 , Gd2O3 ,BaCO3 ,CuOの原料粉を(Nd+Sm+Gd) : Ba:Cu= 1.8: 2.4: 3.4で、Nd:Sm:Gd=1:1:1の比となるように秤量して混合し、更に 0.5重量%のPtを添加した後、900℃にて8時間、1%酸素雰囲気中で仮焼した。
そして、その後、この仮焼体を再び粉砕混合してから、同様の仮焼を3度繰り返し、直径3cm、高さ2cmのペレットを成型した。
次いで、成型したペレットの中央にMgO単結晶を載せ、1%酸素雰囲気中にて1100℃まで2時間加熱して20分間保持した後、5℃/hの冷却速度で1030℃まで冷却し、その後900℃まで 0.5℃/hの速度速度で徐冷して超電導相を凝固成長させた。
【0028】
続いて、同ペレットを純酸素気流中で600℃から300℃まで300時間かけて徐冷する酸素処理を行った。
酸素処理後、ペレットから2mm×2mm×1mmの角形小サンプルを切り出し、超電導量子干渉型磁束計で測定したところ、臨界温度が94Kで、液体窒素温度において3Tの磁場をc軸に平行に印加した条件での臨界電流密度は65000A/cm2であった。
【0029】
次に、試料(角形小サンプル)の表面を研磨した後、走査型電子顕微鏡で観察してRE211相の平均粒径を測定したところ、0.12μmという値が得られた。これは、従来から製造されてきたY−Ba−Cu−O系バルク超電導体に比しても1桁以上小さい値である。
【0030】
更に、透過型電子顕微鏡でこの試料を観察し、エネルギ−分散型X線分析器によって分析したところ、微細なRE211相は主としてGd211からなることが確認された。
【0031】
〔比較例1〕
Nd2 O3 ,BaCO3 ,CuOの原料粉をNd:Ba:Cu= 1.8: 2.4: 3.4の比となるように秤量して混合し、更に 0.5重量%のPtを添加した後、900℃にて8時間、1%酸素雰囲気中で仮焼した。
そして、その後、この仮焼体を再び粉砕・混合してから、同様の仮焼を3度繰り返し、直径3cm、高さ2cmのペレットを成型した。
次いで、成型したペレットの中央にMgO単結晶を載せ、1%酸素雰囲気中にて1100℃まで2時間加熱して20分間保持した後、5℃/hの冷却速度で1030℃まで冷却し、その後900℃まで 0.5℃/hの速度速度で徐冷して超電導相を凝固成長させた。
【0032】
続いて、純酸素気流中で600℃から300℃まで300時間かけて徐冷する酸素処理を行った。
酸素処理後、ペレットから2mm×2mm×1mmの角形小サンプルを切り出し、超電導量子干渉型磁束計で測定したところ、臨界温度が94.5Kで、液体窒素温度において3Tの磁場をc軸に平行に印加した条件での臨界電流密度は10000A/cm2であった。
次に、試料(角形小サンプル)の表面を研磨した後、走査型電子顕微鏡で観察してRE211相の平均粒径を測定したところ、5μmという値が得られた。
【0033】
〔比較例2〕
Sm2O3 ,BaCO3 ,CuOの原料粉をSm:Ba:Cu= 1.8: 2.4: 3.4の比となるように秤量して混合し、更に 0.5重量%のPtを添加した後、900℃にて8時間、1%酸素雰囲気中で仮焼した。
そして、その後、この仮焼体を再び粉砕・混合してから、同様の仮焼を3度繰り返し、直径3cm、高さ2cmのペレットを成型した。
次いで、成型したペレットの中央にMgO単結晶を載せ、1%酸素雰囲気中にて1080℃まで2時間加熱して20分間保持した後、5℃/hの冷却速度で1020℃まで冷却し、その後950℃まで 0.5℃/hの速度速度で徐冷して超電導相を凝固成長させた。
【0034】
続いて、純酸素気流中で600℃から300℃まで300時間かけて徐冷する酸素処理を行った。
酸素処理後、ペレットから2mm×2mm×1mmの角形小サンプルを切り出して超電導量子干渉型磁束計で測定したところ、臨界温度が94Kであり、液体窒素温度において3Tの磁場をc軸に平行に印加した条件での臨界電流密度は8000A/cm2であった。
次に、試料(角形小サンプル)の表面を研磨した後、走査型電子顕微鏡で観察してRE211相の平均粒径を測定したところ、3μmという値が得られた。
【0035】
〔実施例3〕
まず、 Nd2O3 , Eu2O3 , Gd2O3 ,BaCO3 ,CuOの原料粉を(Nd+Eu+Gd) : Ba:Cu= 1.8: 2.4: 3.4で、Nd:Eu:Gd=1:1:1の比となるように秤量して混合し、更に 0.5重量%のPtを添加した後、900℃にて8時間、1%酸素雰囲気中で仮焼した。
そして、その後、この仮焼体を再び粉砕混合してから、同様の仮焼を3度繰り返し、直径3cm、高さ2cmのペレットを成型した。
次いで、成型したペレットの中央にMgO単結晶を載せ、1%酸素雰囲気中にて1100℃まで2時間加熱して20分間保持した後、5℃/hの冷却速度で1030℃まで冷却し、その後900℃まで 0.5℃/hの速度速度で徐冷して超電導相を凝固成長させた。
【0036】
次いで、成型したペレットの中央にMgO単結晶を載せ、1%酸素雰囲気中にて1100℃まで2時間加熱して20分間保持した後、5℃/hの冷却速度で1030℃まで冷却し、その後900℃まで 0.5℃/hの速度速度で徐冷して超電導相を凝固成長させた。
【0037】
続いて、同ペレットを純酸素気流中で600℃から300℃まで300時間かけて徐冷する酸素処理を行った。
酸素処理後、ペレットから2mm×2mm×1mmの角形小サンプルを切り出し、超電導量子干渉型磁束計で測定したところ、臨界温度が95Kで、液体窒素温度において3Tの磁場をc軸に平行に印加した条件での臨界電流密度は80000A/cm2であった。
【0038】
次に、試料(角形小サンプル)の表面を研磨した後、走査型電子顕微鏡で観察してRE211相の平均粒径を測定したところ、0.08μmという値が得られた。これは、従来から製造されてきたY−Ba−Cu−O系バルク超電導体に比しても1桁以上小さい値である。
【0039】
更に、透過型電子顕微鏡でこの試料を観察し、エネルギ−分散型X線分析器によって分析したところ、微細なRE211相は主として“Gd211”と“(Gd,Eu)211からなることが確認された。
【0040】
〔実施例4〕
まず、 Nd2O3 , Sm2O3 , Gd2O3 ,BaCO3 ,CuOの原料粉を(Nd+Sm+Gd) : Ba:Cu= 1.8: 2.4: 3.4で、Nd:Sm:Gd=1:1:1の比となるように秤量して混合した後、900℃にて8時間、1%酸素雰囲気中で仮焼した。
そして、その後、この仮焼体を再び粉砕混合してから、同様の仮焼を3度繰り返し、直径3cm、高さ2cmのペレットを成型した。
次いで、成型したペレットの中央にMgO単結晶を載せ、1%酸素雰囲気中にて1100℃まで2時間加熱して20分間保持した後、5℃/hの冷却速度で1030℃まで冷却し、その後900℃まで 0.5℃/hの速度速度で徐冷して超電導相を凝固成長させた。
【0041】
続いて、同ペレットを純酸素気流中で600℃から300℃まで300時間かけて徐冷する酸素処理を行った。
酸素処理後、ペレットから2mm×2mm×1mmの角形小サンプルを切り出し、超電導量子干渉型磁束計で測定したところ、臨界温度が94Kで、液体窒素温度において3Tの磁場をc軸に平行に印加した条件での臨界電流密度は35000A/cm2であった。
【0042】
次に、試料(角形小サンプル)の表面を研磨した後、走査型電子顕微鏡で観察してRE211相の平均粒径を測定したところ、0.3 μmという値が得られた。これは、従来から製造されてきたY−Ba−Cu−O系バルク超電導体に比して小さい値ではあるが、Pt添加試料に比べると大きい値となっている。従って、RE211微細化にはPt添加も寄与していることが分かる。
【0043】
〔実施例5〕
まず、 Sm2O3 , Gd2O3 ,BaCO3 ,CuOの原料粉を(Sm+Gd) : Ba:Cu= 1.8: 2.4: 3.4で、Sm:Gd=1:1及びSm:Gd=2:1並びにSm:Gd=1:2の比となるように3種類の試料を秤量して混合し、更に 0.5重量%のPtを添加した後、900℃にて8時間、1%酸素雰囲気中で仮焼した。
そして、その後、この仮焼体を再び粉砕混合してから、同様の仮焼を3度繰り返し、直径3cm、高さ2cmのペレットを成型した。
次いで、成型したペレットの中央にMgO単結晶を載せ、1%酸素雰囲気中にて1080℃まで2時間加熱して20分間保持した後、5℃/hの冷却速度で1020℃まで冷却し、その後900℃まで 0.5℃/hの速度速度で徐冷して超電導相を凝固成長させた。
【0044】
続いて、同ペレットを純酸素気流中で600℃から300℃まで300時間かけて徐冷する酸素処理を行った。
酸素処理後、ペレットから2mm×2mm×1mmの角形小サンプルを切り出し、超電導量子干渉型磁束計で測定したところ、臨界温度は3種類の試料(角形小サンプル)とも94Kであったが、液体窒素温度において3Tの磁場をc軸に平行に印加した条件での臨界電流密度は、「Sm:Gdの比」が“2:1",“1:1",“1:2”のそれぞれで40000A/cm2,32000A/cm2,15000A/cm2であった。
【0045】
次に、試料(角形小サンプル)の表面を研磨した後、走査型電子顕微鏡で観察してRE211相の平均粒径を測定したところ、それぞれ 0.2μm,0.35μm,0.5 μmという値となっていることを確認した。
これは、Gd濃度が高まると、微細化効果が弱まることに対応している。
【0046】
【効果の総括】
以上に説明した如く、この発明によれば、RE123超電導母相中に 0.5μm以下の微細なRE211相が分散していて、液体窒素温度においてc軸に磁場に平行に印加した条件下で、3Tという高い磁場でも極めて高い臨界電流を示すRE−Ba−Cu−O酸化物超電導体を提供することができ、将来の磁気浮上列車への適用も含めてRE−Ba−Cu−O酸化物超電導体の広範囲な応用分野を切り開くことが可能となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られたRE−Ba−Cu−Oバルク超電導体の透過型電子顕微鏡写真図である。
Claims (6)
- RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体(但しREはLa,Nd,Sm,Eu及びGdの2種以上の組み合わせで、かつそのうちの少なくとも1種はLa,Nd及びSmであり、残りが少なくともEu又はGdの何れか1種を含む)であって、母相がRE1+x Ba2-x Cu3 Oy (但し−0.1 <x<0.2 で 6.7<y<7.1 )結晶からなると共に、粒径0.01〜0.5 μmの微細RE′ 2 BaCuO5 分散相(但しRE′は La , Nd , Sm , Eu 及び Gd の1種以上)が体積率で5〜50%含有されていることを特徴とする、臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
- 請求項1に記載の超電導体において、微細RE′ 2 BaCuO5 分散相が Gd2BaCuO5 又は Eu2BaCuO5 あるいは(Eu,Gd)2BaCuO5 の微細結晶からなっていることを特徴とする、臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
- 請求項1又は2に記載の超電導体において、RE−Ba−Cu−Oバルク超電導体のREサイトがLa,Nd,Sm,Eu及びGdのうちの3種以上の組み合わせであることを特徴とする、臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
- 請求項3に記載の超電導体において、REサイトのEu及びGdのうちの1種以上の構成比率が体積率の合計で40%以下であることを特徴とする、臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
- 請求項1乃至4の何れかに記載の超電導体において、更にPtを重量比で 0.1〜2%含有していることを特徴とする、臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
- 液体窒素温度における臨界電流密度が、結晶のc軸に3Tの磁場を平行に印加した状態で10000A/cm2以上である、請求項1乃至5の何れかに記載の臨界電流密度の高い酸化物超電導体。
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