JPH01153524A - 超電導材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、基材の表面上に超電導物質からなる皮膜が
形成された超電導材の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

超電導材料は、既に高エネルギ粒子加速器、医療診断用
ＭＨＩ−ＣＴおよび物性研究装置などにおいて、超電導
マグネットの形で実用化されている。このような超電導
材料の応用分野は広く、今後、例えば、発電機、エネル
ギーの貯蔵や変換、リニアモーターカー、資源回収用磁
気分離装置、核融合炉、送電ケーブルおよび磁気シール
ド材等に対する超電導材料の応用が期待されており、更
に、超高速度コンピューター、赤外線検出器、および、
低雑音の増幅器やミキサー等に対する、ジョセフソン効
果を利用した超電導素子の応用が期待されている。これ
らが本格的に実用化されたときの産業的および社会的イ
ンパクトの大きさは計り知れないものがある。

これまでに開発された代表的な超電導材料としてはＮｂ
−Ｔｉ合金があり、これは、現在９Ｔまでの磁界発生用
線材として、広く使用されている。　Ｎｂ−Ｔｉ合金の
Ｔｃ　（超電導状態が存在する臨界温度）は、９にであ
る。

このＮｂ−Ｔｉ合金よりも格段に高いＴｃを有する超電
導材料として、化合物系の超電導材料が開発され、現在
、Ｎｂ５Ｓｎ　（Ｔｃ　：　１８　Ｋ　＞およびＶ、Ｇ
ａ　（Ｔｃ：　　−１５Ｋ）が線材化され、実用に供さ
れている。更に、Ｎｂ、Ｇｅによれば、２３にのＴｃが
得られている。

このように、長年にわたって高Ｔｃの超電導材料を得る
ための努力がなされてきたが、従来の合金系および化合
物系の超電導材料においては、現状ではＴＣ２３Ｋが大
きな壁になっている。即ち、Ｔｃが２３に以下の超電導
材料の冷却には、高価な液体ヘリウムを必要とするため
、これが超電導材料の広範な応用を阻害している。

このＴｃの壁を大幅に打破する超電導物質に関し、１９
８６年にＩＢＭチューリッヒ研究所のＭｕ　Ｉ　ｌｅｒ
氏等が、ＢａＬａ−Ｃｕ−０系の複合酸化物で超電導の
徴候が認められたことを発表して以来、複合酸化物超電
導物質の開発競争に拍車がかかった。即ち、１９８６年
代の超電導物質のＴｃは４０に級であったが、翌年（１
９８７年）の初めには、早くも液体窒素の温度である７
７Ｋを超えるＴｃを有するＹＢａ−Ｃｕ−０系のＣｕ＊
Ｏｙ基を含む複合酸化物超電導物質が開発され、そのＴ
ｃは約９３Ｋに達した。

更に、その後も精力的に超電導物質の開発が続けられて
おり、最近、安定性等に問題はあるものの、室温で超電
導現象を示す超電導物質の開発も報告されている。

上述のように、液体窒素温度（７７Ｋ）で使用可能な、
Ｃｕ、Ｏ，基を含む複合酸化物超電導物質が開発された
ことによって、超電導材料の前述した応用分野への実用
化の期待度が、−段と高められてきた。

超電導材料の実用化に当って必要なことは、超電導物質
の線材化、皮膜化等、その加工技術の開発である。

このような加工技術のうち、超電導材料の皮膜化に関し
ては、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法によって、
基材の表面上に複合酸化物超電導皮膜を形成する方法が
試みられており、最近ではレーザ蒸着法またはプラズマ
溶射法による皮膜の形成が研究されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、レーザ蒸着法またはプラズマ溶射法によ
って、基材の表面上にＣｕｇＯｙ基を含む複合酸化物超
電導物質の皮膜を形成した場合に、レーザ蒸着まま、ま
たは、プラズマ溶射ままでは、皮膜成分中の酸素量が不
足し、所望の超電導特性を有する皮膜を形成することが
できない問題がある。

そこで、レーザ蒸着法またはプラズマ溶射法によって、
基材の表面上にＣｕ工０．基を含む複合酸化物超電導物
質の皮膜を形成し、このようにして得られたレーザ蒸着
まま、またはプラズマ溶射ままの超電導素材に対し、酸
素含有雰囲気中において、所定温度まで加熱した後、そ
の温度で所定時間保持し次いで所定速度で冷却すること
からなる熱処理を施し、これによって、前記皮膜に所望
の超電導特性を付与する試みがなされている。

しかしながら、超電導素材に、上述した加熱。

保持、冷却からなる熱処理を施すためには、長時間を要
し且つ大規模な設備が必要とされ、処理効率が悪い問題
がある。

従って、この発明の目的は、基材の表面上にＣｕ、Ｏ，
基を含む複合酸化物超電導物質の皮膜が形成された超電
導材を製造するに当り、皮膜成分中の不足する酸素を効
率的に補給し、かくして、超電導特性の優れた皮膜を有
する超電導材を製造するための方法を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、基材の表面上に、Ｃｕ、０．基を含む複合
酸化物超電導物質の皮膜を形成し、次いで、このように
して得られた超電導素材の前記皮膜に向けて励起された
酸素ガスを吹き付けることにより皮膜成分中に酸素を補
給し、かくして、前記皮膜に優れた超電導特性を付与す
ることに特徴を有するものである。

この発明における超電導素材は、例えば、第２図に示す
レーザ蒸着装置または第３図に示すプラズマ溶射装置に
よって調製される。

第２図に示すレーザ蒸着装置は、真空容器４と、真空容
器４内に設けられた蒸着源５と、蒸着源５に向けてレー
ザａを発射させるためのレーザ発生装置（図示せず）と
からなっている。６は基材２の加熱用ヒータである。蒸
着源５としてＣｕ、Ｏ，基を含む複合酸化物焼結体を使
用し、蒸着源５の上方に基材２を配置する０次いで、真
空容器４内を所定の真空度に減圧し、そして、レーザａ
を蒸着源５に照射して、蒸着源５から蒸発した粒子を、
ヒータ６で加熱されている基材２の表面上に付着させる
。かくして、基材２の表面上にＣｕ、Ｏ，基を含む複合
酸化物超電導物質の皮膜３が形成された超電導素材１が
調製される。

第３図に示すプラズマ溶射装置は、真空容器４と、真空
容器４内に設けられた溶射ノズル７と、溶射ノズル７に
設けられたタングステン電極８と、溶射ノズル７とタン
グステン電極８との間に接続された電源９とからなって
いる。真空容器４内に溶射ノズル７と対向して基材２を
配置する０次いで、真空容器４内を所定の真空度に減圧
し、溶射ノズル７内に、アルゴン、ヘリウム等の作動ガ
スおよびＣｕ、Ｏ，基を含む複合酸化物超電導物質の粉
末をそれぞれ供給し、そして、電源９を作動させて、溶
射ノズル７からタングステン電極８に向けてプラズマジ
ェットを発生させる。かくして、基材２の表面上にＣｕ
、Ｏ，基を含む複合酸化物超電導物質の皮膜３が形成さ
れた超電導素材１が調製される。

内に収容する。

容器ｌＯには、超電導素材１の皮膜３に向けて、励起さ
れた酸素ガスを吹き付けるための噴射器１１が設けられ
ている。噴射器１１は、その基端に酸素供給管１２が取
り付けられたス妄ンレス製の導管１３と、導管１３に続
くその外周に高周波コイル１４が巻回された石英管型の
励起管１５とからなっている。酸素供給管１２を通じて
噴射器１１に吹き込まれた酸素は、励起管１５において
高周波コイル１４により励起された上、皮膜３に向けて
噴射される。

このようにして、噴射器１１から放射された酸素は、超
電導素材１の皮膜３中に浸透する結果、皮膜３の成分中
に不足する酸素が補給され、基材２の表面上に超電導特
性の優れたＣｕＸ０．基を含む複合酸化物超電導物質の
皮膜３が形成された超電導材が製造される。

超電導素材１がある程度以上の面積を有している場合に
は、噴射器１１を皮膜３に向は移動させながら酸素ガス
を噴射する。かくすることにより、超電導素材１の皮膜
３の全面にわたり、均一に酸素の補給が行なわれる。

次に、この発明を実施例により説明する。

〔実施例〕

蒸着源としての複合酸化物焼結体として、Ｙ＋、ｚＢａ
（１，４ＣｕＯ，の成分組成を有する、直径２０鶴、厚
さ１０ｎの円盤状の複合酸化物焼結体を使用し、被蒸着
体としての基材として、１辺の長さが１５酊で厚さが１
１の、インドリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からな
る四角形状の板を使用し、第２図に示したレーザ蒸着装
置により下記条件で基材の表面上に超電導物質の皮膜を
形成した。

（ａｌ　　真空容器の真空度：　１０−”Ｔｏｒｒ　（
酸素雰囲気）山）　基材の加熱温度：　７００℃ （Ｃ１レーザビームの種１１：炭酸ガスレーザＴｄｌ　
　レーザビームの出カニ３００Ｗ＋８１　　レーザビー
ムの照射時間＝５分かくして、基材の表面上に、Ｙｏ、
　Ｊａｏ、　６ＣＬＩＩＯＸからなる成分組成を有する
厚さ２μｍの皮膜が形成された超電導素材を調製した。

次いで、この超電導素材に対し、第１図に示した装置に
より、下記条件で、′励起された酸素ガスを吹き付け、
その皮膜成分中に酸素を補給し、本発明超電導材を製造
した。

（ａｌ　　容器内の雰囲気：Ｏｚ：８０％、Ａｒ：２０
％中）　容器内の圧カニ大気圧 （Ｃ１噴射器からの酸素ガスの流量：５Ｊ／ｗｉｎ（ｄ
＋　　励起管の高周波コイルの出カフ２ＫＨ上記により
製造された本発明超電導材、および、比較のための上述
した蒸着ままの超電導素材について、各々のＴｃ　（超
電Ｒ臨界温度）および７７ににおけるＪｃ（臨界電流密
度）を、四端子抵抗測定法によって調べた。

この結果を第１表に示す。

第　　　　１　　　　表 第１表から明らかなように、本発明超電導材は、超電導
素材に比べてＴｃに優れており、特に、７７Ｋにおける
Ｊｃは、超電導素材の場合には得られないのに対し、本
発明超電導材の場合には高い値を示した。また、本発明
超電導材の場合には７７にでマイスナー効果が確認され
た。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、基材の表面上に
ＣＬＩＩＩＩＯア基を含む複合酸化物超電導物質の皮膜
が形成された超電導材を製造するに当り、皮膜成分中に
不足する酸素が、皮膜に割れや溶損が生ずることのない
低温状態において効率的に補給され、かくして、超電導
特性の優れた皮膜を有する超電導材を製造することがで
きる工業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法によって超電導素材の皮膜成分
中に酸素を補給する一実施態様を示す概略断面図、第２
図はこの発明の方法に使用される超電導素材を製造する
ためのレーザ蒸着装置を示す概略断面図、第３図は同じ
（超電導素材を製造するためのプラズマ溶射装置を示す
概略断面図である。図面において、 １・・・超電導素材、　　　２・・・基材、３・・・皮
膜、　　　　　　４・・・真空容器、５・・・蒸着源、
　　　　　６・・・ヒータ、７・・・溶射ノズル、　　
　　８・・・タングステン電極、９・・・電源、　　　
　　　１０・・・容器、１１・・・噴射器、　　　　１
２・・・酸素供給管１３・・・導管、　　　　　　１４
・・・高周波コイル、１５・・・励起管　。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　基材の表面上に、Ｃｕ＿ｘＯ＿ｙ基を含む複合酸化物
   超電導物質の皮膜を形成し、次いで、このようにして得
   られた超電導素材の前記皮膜に向けて励起された酸素ガ
   スを吹き付けることにより皮膜成分中に酸素を補給し、
   かくして、前記皮膜に優れた超電導特性を付与すること
   を特徴とする、超電導材の製造方法。