JP3912890B2 - 酸化物超電導体積層体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、磁気軸受け、磁気シールド、バルクマグネット等に用いられる電磁気特性、機械強度及び耐環境性に優れた酸化物超電導体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気軸受け、磁気シールド、バルクマグネット等に用いられる高密度に磁束を捕捉できる酸化物超電導体としては、例えば、特開平３−１５８８１９号公報に記載されたＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｄ相中にＹ２ＢａＣｕＯ５相が微細に分散した酸化物超電導体が知られている。この公報に記載の酸化物超電導体は、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを含む原料混合体を成形し、半溶融状態にした後、結晶化を行う際に高融点の種結晶を用いることによって大きく配向した結晶を成長させる手法を用いて製造されたものである。この酸化物超電導体は、試料全体に配向が揃った直径７０ｍｍ厚さ２０ｍｍ程度の結晶を有するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者等の研究によると、高密度に磁束を捕捉する能力（以下捕捉磁束密度特性という）は、材料の配向方向及び形状に強く依存し、結晶の配向方向と特定の関係にある方向に所定以上の厚さもしくは体積を有するような形状にしなければ所定以上の捕捉磁束密度特性を確保できないという効果（以下、形状効果又は反磁場効果という）のあることがわかった。
【０００４】
しかしながら、前記従来の手法では、形状効果を抑えるために厚い材料を一体物で作製しようとしても、結晶配向の再現性が試料下部で低くなり、また、半溶融状態となったときに自重でクラックの発生等が起こるため、製造が困難でコストも高くなっていた。
【０００５】
本発明は、上述の問題点を解決し、より高い磁石との磁気反発力を有する酸化物超電導体積層体及びその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかる酸化物超電導体積層体は、
（構成１） 隣接する超電導結晶間の方位のズレが±５゜以下である配向したＲＥーＢａーＣｕーＯ系酸化物超電導体を該超電導体結晶のｃ軸に垂直な面であるａｂ面に対して角度のズレが１５°以内である面に沿って切断して複数のスライス片を作製し、これらスライス片の切断面どうしを突き合わせて重さね合わせて積層体を形成するとともに、この積層体の前記スライス片の切断面に直交する方向の厚さｔと前記切断面に平行な面の断面の断面積Ａの平方根との比ｔ／（Ａ（１／２））が０．２以上となるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
この構成１の態様として、
（構成２） 構成１の酸化物超電導体がＲＥ１−ｘＢａ２＋ｙＣｕ３Ｏｄ（ＲＥはＹを含む１種もしくは２種以上の希土類元素）相中にＲＥ２（１−ｑ）Ｂａ１＋ｒＣｕＯ５＋ｓ相ないしＲＥ４（１−ｑ）Ｂａ２（１＋ｒ）Ｃｕ２Ｏ２（５＋ｓ）相が微細に分散した酸化物超電導体あることを特徴とする。
【０００８】
（ここで、ＲＥ１−ｘＢａ２＋ｙＣｕ３Ｏｄ相とはｘ，ｙ，ｄがそれぞれ−０．３＜ｘ＜０．３， −０．３＜ｙ＜０．３， ６．５＜ｄ＜７．５の範囲である値をとる相が１種以上存在し、且つＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｄ相以外の相が存在する相である。また、ＲＥ２（１−ｑ）Ｂａ１＋ｒＣｕＯ５＋ｓ相及びＲＥ４（１−ｑ）Ｂａ２（１＋ｒ）Ｃｕ２Ｏ２（５＋ｓ）相とはｑ，ｒ，ｓがそれぞれ−０．３＜ｑ＜０．３， −０．３＜ｒ＜０．３， −０．５＜ｓ＜０．５の範囲である値をとる相が一種以上存在する相である。）
また、本発明にかかる酸化物超電導体積層体の製造方法は、
（構成３） ＲＥ化合物（ＲＥはＹを含む１種又は２種以上の希土類元素）、Ｂａ化合物及びＣｕ化合物を含む原料混合体に、少なくとも該原料混合体の融点より高い温度領域における焼成工程を含む処理を施してＲＥーＢａーＣｕーＯ系酸化物超電導体を製造する方法を用い、該製造方法による製造過程で前記原料混合体を所定の温度で焼成した後に、この焼成粉を厚さ１０ｍｍ以上７０ｍｍ以下に成形して半溶融状態にした後、結晶化を行ってＲＥーＢａーＣｕーＯ系酸化物超電導体を作製し、次に、この酸化物超電導体を該超電導体結晶のｃ軸に垂直な面であるａｂ面に対して角度のズレが１５°以内である面に沿って切断して複数のスライス片を作製し、これらスライス片の切断面どうしを突き合わせて重さね合わせて積層体を形成するとともに、この積層体の前記スライス片の切断面に直交する方向の厚さｔと前記切断面に平行な面の断面の断面積Ａの平方根との比ｔ／（Ａ（１／２））が０．２以上となるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
上述の構成において、積層体の前記スライス片の切断面に直交する方向の厚さｔと前記切断面に平行な面の断面の断面積Ａの平方根との比ｔ／（Ａ（１／２））が０．２未満では形状効果（反磁場効果）により実質的に捕捉できる磁束密度が低くなり、また磁気反発力も同じく形状効果（反磁場効果）により加わる磁場が強まるために低くなってしまう。ｔ／（Ａ（１／２））の値は０．２以上であれば所望の特性が得られる。
【００１０】
また、例えば磁気反発力を得るために磁石を近づける材料面は結晶のａｂ面とのズレが最大でも１５゜以下、より望ましくは１０°以下であることが好ましい。さらに、積層する際のお互いの材料の結晶のｃ軸方向のズレは１５゜以下、より望ましくは１０°以下であることが好ましい。但し、材料のＪｃが２０００Ａ／ｃｍ２以下の焼結体のように粒界が存在する超電導体では粒界からの磁束の漏れがあるために形状効果は小さく、積層してもその効果は低い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
Ｙ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯの各原料粉末をＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１８：２４：３４になるように秤量した後、ＢａＣＯ３、ＣｕＯのみを８８０℃で３０時間保持する焼成を行ってＢａＣｕＯ２とＣｕＯの仮焼粉を得た（モル比でＢａＣｕＯ２：ＣｕＯ＝２４：１０）。この仮焼粉とあらかじめ秤量しておいたＹ２Ｏ３と更に全体に対して０．５ｗｔ％のＰｔ粉末を加えて混合して８８０℃で１０時間保持する焼成を行い、その後平均粒径約１０μｍに粉砕した。次にこの仮焼粉を直径８３ｍｍ厚さ２５ｍｍのディスク状に金型を用いて全圧２ｔｏｎ／ｃｍ２で一軸プレス成形し、成形体を作製した。
【００１２】
次に、この成形体をアルミナ基板上にのせて、１１５０℃で半溶融状態にした後、上部が低温側となるように５℃／ｃｍの温度勾配を加えて、成形体上部が１０００℃となるまで１０℃／ｍｉｎで降温し、予め溶融法で作製しておいたＹ１．８（Ｂａ０．７５Ｓｒ０．２５）２．４Ｃｕ３．４Ｏｘ組成の種結晶を成長方向がｃ軸と平行になるように成形体の上部に接触させる。そこから０．５℃／ｈｒの速度で９９０℃まで降温した後１００時間温度保持し、９２０℃まで７０時間で降温し、そこから室温まで２０時間かけて徐冷することによって結晶化を行った。
【００１３】
作製した試料は焼き縮みのために直径７０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのデイスク状となっていた。結晶化した試料はガス置換を行える炉の中に設置される。まず、ロータリーポンプで０．１Ｔｏｒｒまで炉内を排気した後、酸素ガスを流し込んで酸素分圧が９５％以上である大気圧の酸素雰囲気にする。その後も０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で酸素ガスを炉内に流しながら、室温から４５０℃まで１０時間で昇温し、４５０℃から２５０℃まで２００時間かけて徐冷し、２００℃から室温まで１０時間で降温させることにより超電導体材料を製造した。
【００１４】
得られた材料を切断して断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ相中に０．１〜３０μｍ程度のＹ２ＢａＣｕＯ５相が微細に分散していた。また、種結晶を反映して材料のほとんどの部分がｃ軸に配向し、隣接する結晶間の方位のズレが５゜以下である実質的に単結晶状の材料が得られていることがわかった。
【００１５】
この材料の中心軸付近に沿って最表面から２ｍｍ間隔で２．８×２．８×２ｍｍ（ｃ軸方向の厚さが２ｍｍ）程度の単一結晶粒を切り出し、臨界電流密度を測定したところ、図１に示されるような値であった。
【００１６】
また、上記実施例の方法で製造した材料の比較的臨界電流密度の低い上部から下部に２ｍｍまでの部分と、下部から上部に８ｍｍまでの部分を切り取ってスライス片を作製した。この場合、切断面と結晶のａｂ面とのズレ角が最大１５゜程度となるように切断した。このスライス片は直径７０ｍｍ厚さ１０ｍｍのデイスク状をなしたものである。切断面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根は（（７０／２）２×π）（１／２）であり、約６２である。
【００１７】
このスライス片と同じスライス片を複数枚作製し、お互いの結晶のｃ軸方向のズレが１５゜以下であるように揃えて、それぞれ２，６，９枚重ね合わせて、直径７０ｍｍ厚さはそれぞれ２０ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍである３つの酸化物超電導体積層状体を形成した。次に、内径が７０ｍｍ、外径が８０ｍｍ、深さがそれぞれ２０ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍで、底の厚さが３ｍｍの３つの非磁性ステンレス製の有底円筒容器を用意し、これらに上記３つの酸化物超電導体積層体をそれぞれ嵌め込み、容器の上部解放部を厚さ０．２ｍｍで同じ材料の非磁性ステンレス蓋で塞ぎ、ステンレス用半田で接着することによって、上記３つの酸化物超電導体積層体を固定した。なお、酸化物超電導体積層体の固定方法としては、上記方法以外に、例えば、超電導体積層体を型枠内に設置し、室温硬化型シリコンゴム又は低温半田等の３００℃以下での処理で硬化する材料を流し込むことにより固定したり、同じＲＥ系の超伝導ペーストを各々のスライス片の接触面に塗布して所定の熱処理を行って接着して固定してもよい。この場合、本発明においては、主としてスライス面に対して垂直な方向から磁場を加えた場合にその効果が高くなるものであり、したがって、各々のスライス片の接触面での超電導特性の有無はそれ程その効果に影響を与えない。
【００１８】
これらの超電導体積層体に外部磁場２Ｔを加えながら室温から温度７７Ｋまで冷却し、その後磁場を取り去って超電導体中に捕捉される磁束密度を測定した。測定はホール素子をＸＹステージに取り付けて超電導体表面から約０．１ｍｍの距離で超電導体表面に沿って移動させ、ディスク状材料の軸方向の磁束密度分布を測定した。積層数が２，６，９枚の超電導体の磁束密度分布をそれぞれ図２、３、４に示す。それぞれ、最大捕捉磁束密度が１．０、１．５、１．８［Ｔ］が得られた。
【００１９】
さらに、これらをロードセルの先端に取り付けた直径３９．２ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚さ４９ｍｍのＮｄーＦｅーＢ系磁石（表面最大磁束密度０．５３Ｔ）を用いてオートグラフによって各々超電導体との磁気反発力を測定した。
【００２０】
まず、リング磁石の軸方向とディスク状超電導体の軸方向がほぼ一致するように磁石を超電導体から３００ｍｍ離して設置する。超電導体を液体窒素中に漬けて温度７７Ｋに冷却した後、磁石を軸方向に沿って速度５ｍｍ／ｍｉｎで超電導体に近づける。超電導体と磁石との間隔が０．１ｍｍとなるまで磁石を近づけて、この時発生する反発力を測定した。超電導体と磁石との間隔が０．１ｍｍのときの磁気反発力を図５に示す。
【００２１】
この実施例の超電導体積層体は、材料中いたるところほぼ均一に高い臨界電流密度を有する材料を用いて、お互いの結晶のｃ軸方向のズレが１５゜以下であるように、且つ、切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さｔと切断面に平行な面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積Ａの平方根との比がそれぞれ２０／６２（＝０．３２）、６０／６２（＝０．９７）、９０／６２（＝１．４５）と大きくなるように積層したために、大きな捕捉磁束密度特性及び磁気反発力特性が得られた。
【００２２】
（実施例２）
Ｙ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯの各原料粉末をＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１８：２４：３４になるように秤量した後、ＢａＣＯ３、ＣｕＯのみをＰｔ坩堝中で、９８０℃で１０時間保持する焼成をしてＢａＣｕＯ２とＣｕＯの仮焼粉を得た（モル比でＢａＣｕＯ２：ＣｕＯ＝２４：１０）。この仮焼粉とあらかじめ秤量しておいたＹ２Ｏ３とを混合して８８０℃で１０時間保持する焼成を行い、その後平均粒径約１０μｍに粉砕した。
【００２３】
次に、この仮焼粉を８２ｍｍ×５３ｍｍ、厚さ２５ｍｍの板状に金型を用いて全圧２ｔｏｎ／ｃｍ２で一軸プレス成形し、成形体を作製した。次に、この成形体をアルミナ基板上にのせて、１１５０℃で半溶融状態にした後、上部が低温側となるように５℃／ｃｍの温度勾配を加えて、成形体上部が１０００℃となるまで１０℃／ｍｉｎで降温し、予め溶融法で作製しておいたＹ１．８（Ｂａ０．７５Ｓｒ０．２５）２．４Ｃｕ３．４Ｏｘ組成の種結晶を成長方向がｃ軸と平行になるように成形体の上部に接触させる。そこから０．５℃／ｈｒの速度で９９０℃まで降温した後１００時間温度保持し、９２０℃まで７０時間で降温し、そこから室温まで２０時間かけて徐冷することによって結晶化を行った。作製した試料は焼き縮みのために７０ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ２０ｍｍの板状となっていた。
【００２４】
結晶化した試料はガス置換を行える炉の中に設置される。まず、ロータリーポンプで０．１Ｔｏｒｒまで炉内を排気した後、酸素ガスを流し込んで酸素分圧が９５％以上である大気圧の酸素雰囲気にする。その後も０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で酸素ガスを炉内に流しながら、室温から４５０℃まで１０時間で昇温し、４５０℃から２５０℃まで２００時間かけて徐冷し、２００℃から室温まで１０時間で降温させることにより超電導体材料を製造した。
【００２５】
得られた材料を切断して断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ相中に０．１〜３０μｍ程度のＹ２ＢａＣｕＯ５相が微細に分散していた。また、種結晶を反映して材料のほとんどの部分がｃ軸に配向し、隣接する結晶間の方位のズレが５゜以下である実質的に単結晶状の材料が得られた。臨界電流密度の厚さ方向の分布は実施例１とほぼ同程度であった。
【００２６】
また、上記実施例の方法で製造した材料の比較的臨界電流密度の低い上部から下部に２ｍｍまでの部分と、下部から上部に８ｍｍまでの部分を切り取ってスライス片を作製した。この場合、切断面と結晶のａｂ面とのズレ角が最大１５゜程度となるように切断した。このスライス片は直径７０ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ１０ｍｍの長方形の板状をなしたものである。切断面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根は（７０×４５）（１／２）であり、約５６である。
【００２７】
こうして作製したスライス片と同じスライス片を複数枚作製し、お互いの結晶のｃ軸方向のズレが少なくとも１５゜以下であるように揃えて、６枚重ね合わせることにより、７０ｍｍ×４５ｍｍ、厚さが６０ｍｍである直方体状の超電導体積層体を作製した。なお、超電導体積層体の固定方法は実施例１と同様の方法を用いた。以下の実施例等も同様である。
【００２８】
この超電導体積層体が捕捉できる最大磁束密度を実施例１と同様にして測定したところ約１．２Ｔが得られた。
【００２９】
さらに、実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、１７ｋｇと高い値が得られた。
【００３０】
この実施例においても、材料中いたるところ、ほぼ均一に高い臨界電流密度を有する材料を用いて、お互いの結晶のｃ軸方向のズレが１５゜以下であるように、且つ、切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さｔと切断面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積Ａの平方根との比がそれぞれ６０／５６（＝１．０７）と大きくなるように積層したために、大きな捕捉磁束密度特性及び磁気反発力特性が得られた。
【００３１】
（実施例３）
実施例２と同様にして７０ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ２０ｍｍの板状の超電導体材料を作製した。
【００３２】
次に、この超電導体材料の比較的臨界電流密度の低い上部から下部に２ｍｍまでの部分と、下部から上部に８ｍｍまでの部分を切り取ってスライス片を作製した。この場合、切断面と結晶のａｂ面とのズレ角が最大１５゜程度となるように切断した。
【００３３】
このスライス片は直径７０ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ１０ｍｍの長方形の板状をなしたものである。切断面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根は（７０×４５）（１／２）であり、約５６である。これを材料（３ー１）とする。
【００３４】
次に、同型状の別の材料を用いて、同じく上部から下部に２ｍｍまでの部分と、下部から上部に８ｍｍまでの部分を切り取ってスライス片を作製した。この場合、切断面と結晶のａｂ面とのズレ角が最大１５゜程度となるように切断した。
【００３５】
次に、このスライス片の上面を切削加工し、図６に示されるように、この上面が該スライス片の長手方向と平行な軸を有する直径１２０ｍｍの円筒の内周面の一部を構成する曲面に形成した。このスライス片の切断面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根は（７０×４５）（１／２）であり、約５６である。また、切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さは最大で１０ｍｍ、最小で５．４３ｍｍである。これを材料（３ー２）とする。
【００３６】
次に、材料（３ー１）２枚と材料（３ー２）１枚とをお互いのｃ軸方向のズレが少なくとも１５゜以下であるように図７のように揃えて重ね合わせることにより、超電導体積層体を作製した。
【００３７】
さらに、材料（３ー２）を磁石側にして、超電導体積層体材料の中心と磁石の中心とをほぼ合わせて、磁石の端部が材料（３ー２）と接触する０．１ｍｍ手前まで近づけて、実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、１５ｋｇと高い値が得られた。
【００３８】
以上のように、材料中いたるところ、ほぼ均一に高い臨界電流密度を有する材料を用いて、お互いの結晶のｃ軸方向のズレが１５゜以下であるように、且つ、スライス片の切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さｔと切断面に平行な面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根Ａとの比が最大で３０／５６（＝０．５３）、最小で２５．４３／５６（＝０．４５）と大きくなるように積層したために、大きな磁気反発力特性が得られた。
【００３９】
（比較例１）
Ｙ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯの各原料粉末をＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１８：２４：３４になるように秤量した後、ＢａＣＯ３、ＣｕＯのみを８８０℃で３０時間焼成してＢａＣｕＯ２とＣｕＯの仮焼粉を得た（モル比でＢａＣｕＯ２：ＣｕＯ＝２４：１０）。この仮焼粉とあらかじめ秤量しておいたＹ２Ｏ３と更に全体に対して０．５ｗｔ％のＰｔ粉末を加えて混合して８８０℃で再度焼成し、その後平均粒径約１０μｍに粉砕した。
【００４０】
次に、この仮焼粉を直径８３ｍｍ厚さ７５ｍｍのデイスク状に金型を用いて全圧２ｔｏｎ／ｃｍ２で一軸プレス成形し、成形体を作製した。次に、この成形体をアルミナ基板上にのせて、１１５０℃で半溶融状態にした後、上部が低温側となるように５℃／ｃｍの温度勾配を加えて、成形体上部が１０００℃となるまで１０℃／ｍｉｎで降温し、予め溶融法で作製しておいたＹ１．８（Ｂａ０．７５Ｓｒ０．２５）２．４Ｃｕ３．４Ｏｘ組成の種結晶を成長方向がｃ軸と平行になるように成形体の上部に接触させる。そこから０．５℃／ｈｒの速度で９９０℃まで降温した後１００時間温度保持し、９２０℃まで７０時間で降温し、そこから室温まで２０時間かけて徐冷することによって結晶化を行った。作製した試料は焼き縮みのために直径７０ｍｍ、厚さ６０ｍｍのデイスク状となっていた。
【００４１】
結晶化した試料はガス置換を行える炉の中に設置される。まず、ロータリーポンプで０．１Ｔｏｒｒまで炉内を排気した後、酸素ガスを流し込んで酸素分圧が９５％以上である大気圧の酸素雰囲気にする。その後も０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で酸素ガスを炉内に流しながら、室温から４５０℃まで１０時間で昇温し、４５０℃から２５０℃まで２００時間かけて徐冷し、２００℃から室温まで１０時間で降温させることにより超電導体材料を製造した。
【００４２】
得られた材料を切断して断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ相中に０．１〜３０μｍ程度のＹ２ＢａＣｕＯ５相が微細に分散していた。しかしながら、材料上部厚さ３５ｍｍまでは種結晶を反映してほぼｃ軸に配向していたが、材料下部では異方位の核が一部発生していた。さらに、半溶融状態になったときに自重により材料下部にクラックが発生していた。
【００４３】
この材料の中心軸付近に沿って最表面から６ｍｍ間隔で２．８×２．８×２ｍｍ（ｃ軸方向の厚さが２ｍｍ）程度の単一結晶粒を切り出し、臨界電流密度を測定したところ図８のような値であった。
【００４４】
この材料をこのまま未加工で捕捉できる最大磁束密度を実施例１と同様にして測定したところ約０．７Ｔと低かった。さらに、実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、１２ｋｇと値が低かった。このように、厚さ方向に大きな材料を作製しようとしても、異方位の核発生や、半溶融時にクラック等が発生してしまうことから、特性が低く抑えられていた。
【００４５】
（比較例２）
実施例１と同様にして直径７０ｍｍ厚さ２０ｍｍのデイスク状超電導体材料を作製した。未加工のままこの超電導体が捕捉できる最大磁束密度を実施例１と同様にして測定したところ約０．６Ｔと低かった。
【００４６】
また、実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、１１ｋｇと値が低かった。このように、２０ｍｍ程度の厚さであればクラックや異方位の結晶が無い材料を作製することが可能であるが、育成起点の表面付近はＹ２ＢａＣｕＯ５相が比較的大きくなってしまうために、材料下部は基板材料との反応により、共に臨界電流密度が低くなるため、実質的に有効な厚い材料とはならないため、磁気特性が低かった。
【００４７】
（比較例３）
実施例１と同様にして直径７０ｍｍ厚さ２０ｍｍのデイスク状超電導体材料を作製した。この材料の比較的臨界電流密度の低い上部から下部に２ｍｍまでの部分と、下部から上部に８ｍｍまでの部分を切り取ってスライス片を作製した。この場合、切断面と結晶のａｂ面とのズレ角が最大１５゜程度となるように切断した。このスライス片は直径７０ｍｍ厚さ１０ｍｍのディスク状である。
【００４８】
この超電導体が捕捉できる最大磁束密度を実施例１と同様にして測定したところ約０．６Ｔと低かった。さらに、実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、１１ｋｇと値が低かった。このように、切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さｔと切断面に平行な面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根Ａとの比が１０／６２（０．１６）と小さいために磁気特性が低かった。
【００４９】
（比較例４）
実施例３で作製した超電導体材料（３ー２）１枚について実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さと切断面と平行な面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根との比が最大１０／５６（＝０．１８）、最小５．４３／５６（＝０．１０）と小さかったために、７ｋｇと値が低かった。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明は、隣接する超電導結晶間の方位のズレが±５゜以下である配向したＲＥーＢａーＣｕーＯ系酸化物超電導体を該超電導体結晶のｃ軸に垂直な面であるａｂ面に対して角度のズレが１５°以内である面に沿って切断して複数のスライス片を作製し、これらスライス片の切断面どうしを突き合わせて重さね合わせて積層体を形成するとともに、この積層体の前記スライス片の切断面に直交する方向の厚さｔと前記切断面に平行な面の断面の断面積Ａの平方根との比ｔ／（Ａ（１／２））が０．２以上となるようにしたことを特徴とするもので、これによって形状効果を抑えて大きな捕捉磁束密度特性及び磁気反発力特性が得ているものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１で製造した材料の厚さ方向の臨界電流密度値を示す図である。
【図２】 実施例１で製造した直径７０ｍｍ厚さ２０ｍｍの材料の捕捉磁束密度特性を示す図である。
【図３】 実施例１で製造した直径７０ｍｍ厚さ６０ｍｍの超電導体積層体材料の捕捉磁束密度特性を示す図である。
【図４】 実施例１で製造した直径７０ｍｍ厚さ９０ｍｍの超電導体積層体材料の捕捉磁束密度特性を示す図である。
【図５】 実施例１で製造した超電導体積層体材料の磁気反発力特性を示す図である。
【図６】 実施例３で製造したスライス片の加工後の概略図である。
【図７】 実施例３で製造した超電導体積層体材料の概略図である。
【図８】 比較例１で製造した材料の厚さ方向の臨界電流密度値を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、磁気軸受け、磁気シールド、バルクマグネット等に用いられる電磁気特性、機械強度及び耐環境性に優れた酸化物超電導体およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気軸受け、磁気シールド、バルクマグネット等に用いられる高密度に磁束を捕捉できる酸化物超電導体としては、例えば、特開平３−１５８８１９号公報に記載されたＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｄ相中にＹ２ＢａＣｕＯ５相が微細に分散した酸化物超電導体が知られている。この公報に記載の酸化物超電導体は、Ｙ、Ｂａ、Ｃｕを含む原料混合体を成形し、半溶融状態にした後、結晶化を行う際に高融点の種結晶を用いることによって大きく配向した結晶を成長させる手法を用いて製造されたものである。この酸化物超電導体は、試料全体に配向が揃った直径７０ｍｍ厚さ２０ｍｍ程度の結晶を有するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者等の研究によると、高密度に磁束を捕捉する能力（以下捕捉磁束密度特性という）は、材料の配向方向及び形状に強く依存し、結晶の配向方向と特定の関係にある方向に所定以上の厚さもしくは体積を有するような形状にしなければ所定以上の捕捉磁束密度特性を確保できないという効果（以下、形状効果又は反磁場効果という）のあることがわかった。
【０００４】
しかしながら、前記従来の手法では、形状効果を抑えるために厚い材料を一体物で作製しようとしても、結晶配向の再現性が試料下部で低くなり、また、半溶融状態となったときに自重でクラックの発生等が起こるため、製造が困難でコストも高くなっていた。
【０００５】
本発明は、上述の問題点を解決し、より高い磁石との磁気反発力を有する酸化物超電導体積層体及びその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかる酸化物超電導体積層体は、
（構成１） 隣接する超電導結晶間の方位のズレが±５゜以下である配向したＲＥーＢａーＣｕーＯ系酸化物超電導体を該超電導体結晶のｃ軸に垂直な面であるａｂ面に対して角度のズレが１５°以内である面に沿って切断して複数のスライス片を作製し、これらスライス片の切断面どうしを突き合わせて重さね合わせて積層体を形成するとともに、この積層体の前記スライス片の切断面に直交する方向の厚さｔと前記切断面に平行な面の断面の断面積Ａの平方根との比ｔ／（Ａ（１／２））が０．２以上となるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
この構成１の態様として、
（構成２） 構成１の酸化物超電導体がＲＥ１−ｘＢａ２＋ｙＣｕ３Ｏｄ（ＲＥはＹを含む１種もしくは２種以上の希土類元素）相中にＲＥ２（１−ｑ）Ｂａ１＋ｒＣｕＯ５＋ｓ相ないしＲＥ４（１−ｑ）Ｂａ２（１＋ｒ）Ｃｕ２Ｏ２（５＋ｓ）相が微細に分散した酸化物超電導体あることを特徴とする。
【０００８】
（ここで、ＲＥ１−ｘＢａ２＋ｙＣｕ３Ｏｄ相とはｘ，ｙ，ｄがそれぞれ−０．３＜ｘ＜０．３， −０．３＜ｙ＜０．３， ６．５＜ｄ＜７．５の範囲である値をとる相が１種以上存在し、且つＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｄ相以外の相が存在する相である。また、ＲＥ２（１−ｑ）Ｂａ１＋ｒＣｕＯ５＋ｓ相及びＲＥ４（１−ｑ）Ｂａ２（１＋ｒ）Ｃｕ２Ｏ２（５＋ｓ）相とはｑ，ｒ，ｓがそれぞれ−０．３＜ｑ＜０．３， −０．３＜ｒ＜０．３， −０．５＜ｓ＜０．５の範囲である値をとる相が一種以上存在する相である。）
また、本発明にかかる酸化物超電導体積層体の製造方法は、
（構成３） ＲＥ化合物（ＲＥはＹを含む１種又は２種以上の希土類元素）、Ｂａ化合物及びＣｕ化合物を含む原料混合体に、少なくとも該原料混合体の融点より高い温度領域における焼成工程を含む処理を施してＲＥーＢａーＣｕーＯ系酸化物超電導体を製造する方法を用い、該製造方法による製造過程で前記原料混合体を所定の温度で焼成した後に、この焼成粉を厚さ１０ｍｍ以上７０ｍｍ以下に成形して半溶融状態にした後、結晶化を行ってＲＥーＢａーＣｕーＯ系酸化物超電導体を作製し、次に、この酸化物超電導体を該超電導体結晶のｃ軸に垂直な面であるａｂ面に対して角度のズレが１５°以内である面に沿って切断して複数のスライス片を作製し、これらスライス片の切断面どうしを突き合わせて重さね合わせて積層体を形成するとともに、この積層体の前記スライス片の切断面に直交する方向の厚さｔと前記切断面に平行な面の断面の断面積Ａの平方根との比ｔ／（Ａ（１／２））が０．２以上となるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
上述の構成において、積層体の前記スライス片の切断面に直交する方向の厚さｔと前記切断面に平行な面の断面の断面積Ａの平方根との比ｔ／（Ａ（１／２））が０．２未満では形状効果（反磁場効果）により実質的に捕捉できる磁束密度が低くなり、また磁気反発力も同じく形状効果（反磁場効果）により加わる磁場が強まるために低くなってしまう。ｔ／（Ａ（１／２））の値は０．２以上であれば所望の特性が得られる。
【００１０】
また、例えば磁気反発力を得るために磁石を近づける材料面は結晶のａｂ面とのズレが最大でも１５゜以下、より望ましくは１０°以下であることが好ましい。さらに、積層する際のお互いの材料の結晶のｃ軸方向のズレは１５゜以下、より望ましくは１０°以下であることが好ましい。但し、材料のＪｃが２０００Ａ／ｃｍ２以下の焼結体のように粒界が存在する超電導体では粒界からの磁束の漏れがあるために形状効果は小さく、積層してもその効果は低い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
Ｙ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯの各原料粉末をＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１８：２４：３４になるように秤量した後、ＢａＣＯ３、ＣｕＯのみを８８０℃で３０時間保持する焼成を行ってＢａＣｕＯ２とＣｕＯの仮焼粉を得た（モル比でＢａＣｕＯ２：ＣｕＯ＝２４：１０）。この仮焼粉とあらかじめ秤量しておいたＹ２Ｏ３と更に全体に対して０．５ｗｔ％のＰｔ粉末を加えて混合して８８０℃で１０時間保持する焼成を行い、その後平均粒径約１０μｍに粉砕した。次にこの仮焼粉を直径８３ｍｍ厚さ２５ｍｍのディスク状に金型を用いて全圧２ｔｏｎ／ｃｍ２で一軸プレス成形し、成形体を作製した。
【００１２】
次に、この成形体をアルミナ基板上にのせて、１１５０℃で半溶融状態にした後、上部が低温側となるように５℃／ｃｍの温度勾配を加えて、成形体上部が１０００℃となるまで１０℃／ｍｉｎで降温し、予め溶融法で作製しておいたＹ１．８（Ｂａ０．７５Ｓｒ０．２５）２．４Ｃｕ３．４Ｏｘ組成の種結晶を成長方向がｃ軸と平行になるように成形体の上部に接触させる。そこから０．５℃／ｈｒの速度で９９０℃まで降温した後１００時間温度保持し、９２０℃まで７０時間で降温し、そこから室温まで２０時間かけて徐冷することによって結晶化を行った。
【００１３】
作製した試料は焼き縮みのために直径７０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのデイスク状となっていた。結晶化した試料はガス置換を行える炉の中に設置される。まず、ロータリーポンプで０．１Ｔｏｒｒまで炉内を排気した後、酸素ガスを流し込んで酸素分圧が９５％以上である大気圧の酸素雰囲気にする。その後も０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で酸素ガスを炉内に流しながら、室温から４５０℃まで１０時間で昇温し、４５０℃から２５０℃まで２００時間かけて徐冷し、２００℃から室温まで１０時間で降温させることにより超電導体材料を製造した。
【００１４】
得られた材料を切断して断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ相中に０．１〜３０μｍ程度のＹ２ＢａＣｕＯ５相が微細に分散していた。また、種結晶を反映して材料のほとんどの部分がｃ軸に配向し、隣接する結晶間の方位のズレが５゜以下である実質的に単結晶状の材料が得られていることがわかった。
【００１５】
この材料の中心軸付近に沿って最表面から２ｍｍ間隔で２．８×２．８×２ｍｍ（ｃ軸方向の厚さが２ｍｍ）程度の単一結晶粒を切り出し、臨界電流密度を測定したところ、図１に示されるような値であった。
【００１６】
また、上記実施例の方法で製造した材料の比較的臨界電流密度の低い上部から下部に２ｍｍまでの部分と、下部から上部に８ｍｍまでの部分を切り取ってスライス片を作製した。この場合、切断面と結晶のａｂ面とのズレ角が最大１５゜程度となるように切断した。このスライス片は直径７０ｍｍ厚さ１０ｍｍのデイスク状をなしたものである。切断面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根は（（７０／２）２×π）（１／２）であり、約６２である。
【００１７】
このスライス片と同じスライス片を複数枚作製し、お互いの結晶のｃ軸方向のズレが１５゜以下であるように揃えて、それぞれ２，６，９枚重ね合わせて、直径７０ｍｍ厚さはそれぞれ２０ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍである３つの酸化物超電導体積層状体を形成した。次に、内径が７０ｍｍ、外径が８０ｍｍ、深さがそれぞれ２０ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍで、底の厚さが３ｍｍの３つの非磁性ステンレス製の有底円筒容器を用意し、これらに上記３つの酸化物超電導体積層体をそれぞれ嵌め込み、容器の上部解放部を厚さ０．２ｍｍで同じ材料の非磁性ステンレス蓋で塞ぎ、ステンレス用半田で接着することによって、上記３つの酸化物超電導体積層体を固定した。なお、酸化物超電導体積層体の固定方法としては、上記方法以外に、例えば、超電導体積層体を型枠内に設置し、室温硬化型シリコンゴム又は低温半田等の３００℃以下での処理で硬化する材料を流し込むことにより固定したり、同じＲＥ系の超伝導ペーストを各々のスライス片の接触面に塗布して所定の熱処理を行って接着して固定してもよい。この場合、本発明においては、主としてスライス面に対して垂直な方向から磁場を加えた場合にその効果が高くなるものであり、したがって、各々のスライス片の接触面での超電導特性の有無はそれ程その効果に影響を与えない。
【００１８】
これらの超電導体積層体に外部磁場２Ｔを加えながら室温から温度７７Ｋまで冷却し、その後磁場を取り去って超電導体中に捕捉される磁束密度を測定した。測定はホール素子をＸＹステージに取り付けて超電導体表面から約０．１ｍｍの距離で超電導体表面に沿って移動させ、ディスク状材料の軸方向の磁束密度分布を測定した。積層数が２，６，９枚の超電導体の磁束密度分布をそれぞれ図２、３、４に示す。それぞれ、最大捕捉磁束密度が１．０、１．５、１．８［Ｔ］が得られた。
【００１９】
さらに、これらをロードセルの先端に取り付けた直径３９．２ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚さ４９ｍｍのＮｄーＦｅーＢ系磁石（表面最大磁束密度０．５３Ｔ）を用いてオートグラフによって各々超電導体との磁気反発力を測定した。
【００２０】
まず、リング磁石の軸方向とディスク状超電導体の軸方向がほぼ一致するように磁石を超電導体から３００ｍｍ離して設置する。超電導体を液体窒素中に漬けて温度７７Ｋに冷却した後、磁石を軸方向に沿って速度５ｍｍ／ｍｉｎで超電導体に近づける。超電導体と磁石との間隔が０．１ｍｍとなるまで磁石を近づけて、この時発生する反発力を測定した。超電導体と磁石との間隔が０．１ｍｍのときの磁気反発力を図５に示す。
【００２１】
この実施例の超電導体積層体は、材料中いたるところほぼ均一に高い臨界電流密度を有する材料を用いて、お互いの結晶のｃ軸方向のズレが１５゜以下であるように、且つ、切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さｔと切断面に平行な面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積Ａの平方根との比がそれぞれ２０／６２（＝０．３２）、６０／６２（＝０．９７）、９０／６２（＝１．４５）と大きくなるように積層したために、大きな捕捉磁束密度特性及び磁気反発力特性が得られた。
【００２２】
（実施例２）
Ｙ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯの各原料粉末をＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１８：２４：３４になるように秤量した後、ＢａＣＯ３、ＣｕＯのみをＰｔ坩堝中で、９８０℃で１０時間保持する焼成をしてＢａＣｕＯ２とＣｕＯの仮焼粉を得た（モル比でＢａＣｕＯ２：ＣｕＯ＝２４：１０）。この仮焼粉とあらかじめ秤量しておいたＹ２Ｏ３とを混合して８８０℃で１０時間保持する焼成を行い、その後平均粒径約１０μｍに粉砕した。
【００２３】
次に、この仮焼粉を８２ｍｍ×５３ｍｍ、厚さ２５ｍｍの板状に金型を用いて全圧２ｔｏｎ／ｃｍ２で一軸プレス成形し、成形体を作製した。次に、この成形体をアルミナ基板上にのせて、１１５０℃で半溶融状態にした後、上部が低温側となるように５℃／ｃｍの温度勾配を加えて、成形体上部が１０００℃となるまで１０℃／ｍｉｎで降温し、予め溶融法で作製しておいたＹ１．８（Ｂａ０．７５Ｓｒ０．２５）２．４Ｃｕ３．４Ｏｘ組成の種結晶を成長方向がｃ軸と平行になるように成形体の上部に接触させる。そこから０．５℃／ｈｒの速度で９９０℃まで降温した後１００時間温度保持し、９２０℃まで７０時間で降温し、そこから室温まで２０時間かけて徐冷することによって結晶化を行った。作製した試料は焼き縮みのために７０ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ２０ｍｍの板状となっていた。
【００２４】
結晶化した試料はガス置換を行える炉の中に設置される。まず、ロータリーポンプで０．１Ｔｏｒｒまで炉内を排気した後、酸素ガスを流し込んで酸素分圧が９５％以上である大気圧の酸素雰囲気にする。その後も０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で酸素ガスを炉内に流しながら、室温から４５０℃まで１０時間で昇温し、４５０℃から２５０℃まで２００時間かけて徐冷し、２００℃から室温まで１０時間で降温させることにより超電導体材料を製造した。
【００２５】
得られた材料を切断して断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ相中に０．１〜３０μｍ程度のＹ２ＢａＣｕＯ５相が微細に分散していた。また、種結晶を反映して材料のほとんどの部分がｃ軸に配向し、隣接する結晶間の方位のズレが５゜以下である実質的に単結晶状の材料が得られた。臨界電流密度の厚さ方向の分布は実施例１とほぼ同程度であった。
【００２６】
また、上記実施例の方法で製造した材料の比較的臨界電流密度の低い上部から下部に２ｍｍまでの部分と、下部から上部に８ｍｍまでの部分を切り取ってスライス片を作製した。この場合、切断面と結晶のａｂ面とのズレ角が最大１５゜程度となるように切断した。このスライス片は直径７０ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ１０ｍｍの長方形の板状をなしたものである。切断面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根は（７０×４５）（１／２）であり、約５６である。
【００２７】
こうして作製したスライス片と同じスライス片を複数枚作製し、お互いの結晶のｃ軸方向のズレが少なくとも１５゜以下であるように揃えて、６枚重ね合わせることにより、７０ｍｍ×４５ｍｍ、厚さが６０ｍｍである直方体状の超電導体積層体を作製した。なお、超電導体積層体の固定方法は実施例１と同様の方法を用いた。以下の実施例等も同様である。
【００２８】
この超電導体積層体が捕捉できる最大磁束密度を実施例１と同様にして測定したところ約１．２Ｔが得られた。
【００２９】
さらに、実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、１７ｋｇと高い値が得られた。
【００３０】
この実施例においても、材料中いたるところ、ほぼ均一に高い臨界電流密度を有する材料を用いて、お互いの結晶のｃ軸方向のズレが１５゜以下であるように、且つ、切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さｔと切断面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積Ａの平方根との比がそれぞれ６０／５６（＝１．０７）と大きくなるように積層したために、大きな捕捉磁束密度特性及び磁気反発力特性が得られた。
【００３１】
（実施例３）
実施例２と同様にして７０ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ２０ｍｍの板状の超電導体材料を作製した。
【００３２】
次に、この超電導体材料の比較的臨界電流密度の低い上部から下部に２ｍｍまでの部分と、下部から上部に８ｍｍまでの部分を切り取ってスライス片を作製した。この場合、切断面と結晶のａｂ面とのズレ角が最大１５゜程度となるように切断した。
【００３３】
このスライス片は直径７０ｍｍ×４５ｍｍ、厚さ１０ｍｍの長方形の板状をなしたものである。切断面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根は（７０×４５）（１／２）であり、約５６である。これを材料（３ー１）とする。
【００３４】
次に、同型状の別の材料を用いて、同じく上部から下部に２ｍｍまでの部分と、下部から上部に８ｍｍまでの部分を切り取ってスライス片を作製した。この場合、切断面と結晶のａｂ面とのズレ角が最大１５゜程度となるように切断した。
【００３５】
次に、このスライス片の上面を切削加工し、図６に示されるように、この上面が該スライス片の長手方向と平行な軸を有する直径１２０ｍｍの円筒の内周面の一部を構成する曲面に形成した。このスライス片の切断面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根は（７０×４５）（１／２）であり、約５６である。また、切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さは最大で１０ｍｍ、最小で５．４３ｍｍである。これを材料（３ー２）とする。
【００３６】
次に、材料（３ー１）２枚と材料（３ー２）１枚とをお互いのｃ軸方向のズレが少なくとも１５゜以下であるように図７のように揃えて重ね合わせることにより、超電導体積層体を作製した。
【００３７】
さらに、材料（３ー２）を磁石側にして、超電導体積層体材料の中心と磁石の中心とをほぼ合わせて、磁石の端部が材料（３ー２）と接触する０．１ｍｍ手前まで近づけて、実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、１５ｋｇと高い値が得られた。
【００３８】
以上のように、材料中いたるところ、ほぼ均一に高い臨界電流密度を有する材料を用いて、お互いの結晶のｃ軸方向のズレが１５゜以下であるように、且つ、スライス片の切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さｔと切断面に平行な面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根Ａとの比が最大で３０／５６（＝０．５３）、最小で２５．４３／５６（＝０．４５）と大きくなるように積層したために、大きな磁気反発力特性が得られた。
【００３９】
（比較例１）
Ｙ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯの各原料粉末をＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝１８：２４：３４になるように秤量した後、ＢａＣＯ３、ＣｕＯのみを８８０℃で３０時間焼成してＢａＣｕＯ２とＣｕＯの仮焼粉を得た（モル比でＢａＣｕＯ２：ＣｕＯ＝２４：１０）。この仮焼粉とあらかじめ秤量しておいたＹ２Ｏ３と更に全体に対して０．５ｗｔ％のＰｔ粉末を加えて混合して８８０℃で再度焼成し、その後平均粒径約１０μｍに粉砕した。
【００４０】
次に、この仮焼粉を直径８３ｍｍ厚さ７５ｍｍのデイスク状に金型を用いて全圧２ｔｏｎ／ｃｍ２で一軸プレス成形し、成形体を作製した。次に、この成形体をアルミナ基板上にのせて、１１５０℃で半溶融状態にした後、上部が低温側となるように５℃／ｃｍの温度勾配を加えて、成形体上部が１０００℃となるまで１０℃／ｍｉｎで降温し、予め溶融法で作製しておいたＹ１．８（Ｂａ０．７５Ｓｒ０．２５）２．４Ｃｕ３．４Ｏｘ組成の種結晶を成長方向がｃ軸と平行になるように成形体の上部に接触させる。そこから０．５℃／ｈｒの速度で９９０℃まで降温した後１００時間温度保持し、９２０℃まで７０時間で降温し、そこから室温まで２０時間かけて徐冷することによって結晶化を行った。作製した試料は焼き縮みのために直径７０ｍｍ、厚さ６０ｍｍのデイスク状となっていた。
【００４１】
結晶化した試料はガス置換を行える炉の中に設置される。まず、ロータリーポンプで０．１Ｔｏｒｒまで炉内を排気した後、酸素ガスを流し込んで酸素分圧が９５％以上である大気圧の酸素雰囲気にする。その後も０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で酸素ガスを炉内に流しながら、室温から４５０℃まで１０時間で昇温し、４５０℃から２５０℃まで２００時間かけて徐冷し、２００℃から室温まで１０時間で降温させることにより超電導体材料を製造した。
【００４２】
得られた材料を切断して断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ相中に０．１〜３０μｍ程度のＹ２ＢａＣｕＯ５相が微細に分散していた。しかしながら、材料上部厚さ３５ｍｍまでは種結晶を反映してほぼｃ軸に配向していたが、材料下部では異方位の核が一部発生していた。さらに、半溶融状態になったときに自重により材料下部にクラックが発生していた。
【００４３】
この材料の中心軸付近に沿って最表面から６ｍｍ間隔で２．８×２．８×２ｍｍ（ｃ軸方向の厚さが２ｍｍ）程度の単一結晶粒を切り出し、臨界電流密度を測定したところ図８のような値であった。
【００４４】
この材料をこのまま未加工で捕捉できる最大磁束密度を実施例１と同様にして測定したところ約０．７Ｔと低かった。さらに、実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、１２ｋｇと値が低かった。このように、厚さ方向に大きな材料を作製しようとしても、異方位の核発生や、半溶融時にクラック等が発生してしまうことから、特性が低く抑えられていた。
【００４５】
（比較例２）
実施例１と同様にして直径７０ｍｍ厚さ２０ｍｍのデイスク状超電導体材料を作製した。未加工のままこの超電導体が捕捉できる最大磁束密度を実施例１と同様にして測定したところ約０．６Ｔと低かった。
【００４６】
また、実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、１１ｋｇと値が低かった。このように、２０ｍｍ程度の厚さであればクラックや異方位の結晶が無い材料を作製することが可能であるが、育成起点の表面付近はＹ２ＢａＣｕＯ５相が比較的大きくなってしまうために、材料下部は基板材料との反応により、共に臨界電流密度が低くなるため、実質的に有効な厚い材料とはならないため、磁気特性が低かった。
【００４７】
（比較例３）
実施例１と同様にして直径７０ｍｍ厚さ２０ｍｍのデイスク状超電導体材料を作製した。この材料の比較的臨界電流密度の低い上部から下部に２ｍｍまでの部分と、下部から上部に８ｍｍまでの部分を切り取ってスライス片を作製した。この場合、切断面と結晶のａｂ面とのズレ角が最大１５゜程度となるように切断した。このスライス片は直径７０ｍｍ厚さ１０ｍｍのディスク状である。
【００４８】
この超電導体が捕捉できる最大磁束密度を実施例１と同様にして測定したところ約０．６Ｔと低かった。さらに、実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、１１ｋｇと値が低かった。このように、切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さｔと切断面に平行な面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根Ａとの比が１０／６２（０．１６）と小さいために磁気特性が低かった。
【００４９】
（比較例４）
実施例３で作製した超電導体材料（３ー２）１枚について実施例１と同様に磁石との磁気反発力を測定したところ、切断面に垂直な方向（略ｃ軸方向）の厚さと切断面と平行な面（略ａｂ面）に沿った断面の断面積の平方根との比が最大１０／５６（＝０．１８）、最小５．４３／５６（＝０．１０）と小さかったために、７ｋｇと値が低かった。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明は、隣接する超電導結晶間の方位のズレが±５゜以下である配向したＲＥーＢａーＣｕーＯ系酸化物超電導体を該超電導体結晶のｃ軸に垂直な面であるａｂ面に対して角度のズレが１５°以内である面に沿って切断して複数のスライス片を作製し、これらスライス片の切断面どうしを突き合わせて重さね合わせて積層体を形成するとともに、この積層体の前記スライス片の切断面に直交する方向の厚さｔと前記切断面に平行な面の断面の断面積Ａの平方根との比ｔ／（Ａ（１／２））が０．２以上となるようにしたことを特徴とするもので、これによって形状効果を抑えて大きな捕捉磁束密度特性及び磁気反発力特性が得ているものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１で製造した材料の厚さ方向の臨界電流密度値を示す図である。
【図２】 実施例１で製造した直径７０ｍｍ厚さ２０ｍｍの材料の捕捉磁束密度特性を示す図である。
【図３】 実施例１で製造した直径７０ｍｍ厚さ６０ｍｍの超電導体積層体材料の捕捉磁束密度特性を示す図である。
【図４】 実施例１で製造した直径７０ｍｍ厚さ９０ｍｍの超電導体積層体材料の捕捉磁束密度特性を示す図である。
【図５】 実施例１で製造した超電導体積層体材料の磁気反発力特性を示す図である。
【図６】 実施例３で製造したスライス片の加工後の概略図である。
【図７】 実施例３で製造した超電導体積層体材料の概略図である。
【図８】 比較例１で製造した材料の厚さ方向の臨界電流密度値を示す図である。
Claims (1)
- ＲＥ化合物（ＲＥはＹを含む１種又は２種以上の希土類元素）、Ｂａ化合物及びＣｕ化合物を含む原料混合体に、少なくとも該原料混合体の融点より高い温度領域における焼成工程を含む処理を施してＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体を製造する方法を用い、該製造方法による製造過程で前記原料混合体を所定の温度で焼成した後に、この焼成粉を厚さ１０ｍｍ以上７０ｍｍ以下に成形して半溶融状態にした後、結晶化を行ってＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体を、複数作製し、
次に、この複数の酸化物超電導体を、該超電導体結晶のｃ軸に垂直な面であるａｂ面に対して角度のズレが１５°以内である面に沿って上部と下部の部分を切断してスライス片を作製し、これら複数のスライス片の切断面同士を突き合わせて重ね合わせて積層体を形成するとともに、この積層体の前記スライス片の切断面に直交する方向の厚さｔと前記切断面に平行な面の断面の断面積Ａの平方根との比ｔ／（Ａ（１／２））が０．２以上となるようにしたことを特徴とする酸化物超電導体積層体の製造方法。
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- 1998-03-27 JP JP08191298A patent/JP3912890B2/ja not_active Expired - Fee Related
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