JPH01172215A - 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８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　　合金よシも格段に萬い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、Ｎｂ３　Ｓｎ　（Ｔｃ　：１Ｂ　Ｋ　）および
ｖ、　ａｅＬ（Ｔｃ　：ｌ　５Ｋ　）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Ｔｃ　２３　Ｋ
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Ｍｕｌｌｅｒ氏等
が、Ｂａ−Ｌａ−Ｃｕ　　Ｏ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Ｙ　　Ｂａ−Ｃｕ−０系複合
酸化物超電導物質が開発され、そのＴｃ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Ｋ、液体窒素温度（７７Ｋ）で使用可能な超
電導物質が発見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１つとして、レーザ蒸着方法によ
り、基材の表面上にＣｕｘＯｙ基を含む複合酸化物超電
導皮膜を形成する研究がなされている。

第２図は、レーザ蒸着方法により超電導皮膜を形成する
ための装置の一例を示す概略垂直断面図である。第２図
に示すようＫ、減圧室１内には、その下方に蒸着源とし
ての複合酸化物焼結体２が配置され、そして、蒸着源２
の上方に被蒸着体としての基材３が配置されている。基
材３の上方には、基材３を所定温度に加熱するためのヒ
ータ４が設けられている。

減圧室１の一方の側壁１ａには、減圧室１内の蒸着源２
に向けてレーザビームを照射するためのし一ザ透過窓５
が設けられ、レーザ透過窓５の外側には、レーザビーム
集光用の集光レンズ６が設けられている。７は減圧室１
内のガスを排出するためのガス排出口、８は減圧室１内
にガスを供給するだめのガス供給口である。

蒸着源として、例えばＹ　−Ｂ、　−ｃｕ　−Ｑ　　系
複合酸化物焼結体を使用する。減圧室１内を所定の真空
度に保持し、図示しないレーザビーム発生装置から、レ
ーザ透過窓５を通して、減圧室１内の焼結体２に向はレ
ーザビームを照射する。

レーザビームが照射された焼結体２の表面は、溶融しそ
して蒸発し、その蒸発物質が基材３の表面上に付着する
。かくして、基材３の表面上に、Ｃｕ　ｘ　Ｏｙ基を含
む複合酸化物超電導物質の皮膜９が形成された超電導材
１０が製造される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の方法には、次のような問題がある
。

（１）　　蒸着源として、例えばＹ　　Ｂ、ＬＣｕ　　
Ｏ系複合酸化物焼結体を使用する場合、この焼結体は、
次のようにして製造される。即ち、粉末状の酸化イツト
リウム（Ｙ２０３　）　、炭酸バリウム（ＢａＣＯｓ）
および酸化鋼（ＣｕＯ）を所定割合で配合しそして混合
する。得られた混合物を所定形状に成形し次いでその成
形体を酸素雰囲気中において焼成する。かくして、Ｙ　
−Ｂａ　−Ｃｕ　−０系複合酸化物焼結体が得られる。

上述のようにして焼結体を製造するに当り、焼結体の厚
さが例えば１０蝙を超えて厚いと、成形体の焼成時にそ
の中心部まで十分に酸素が浸透せず、従って、焼結体の
中心部における酸素が不足する。

その結果、レーザビームの照射によって、蒸着源として
の焼結体表面の溶融が進行し、焼結体の肉厚が薄くなる
に従って、焼結体からの蒸発物質中の酸素量が少なくな
るため、基材３の表面上に形成された皮膜９中の酸素量
が不足する。

（２）　　前述したように、レーザビームの照射によっ
て、蒸着源としてのＹ　−Ｂ、−、ｃｕ　−Ｑ　　系複
合酸化物焼結体の表面は溶融しそして蒸発するが、この
蒸発時に、上記焼結体の組成中の酸化物が分解し、蒸発
物質中から一部の酸素が分離する。この分離した酸素は
、基材３の表面上に付着しないため、皮膜９中の酸素量
が不足する。

上記（１）および（２）に述べたように、基材３の表面
上に形成された皮膜９中の酸素量が不足すると、基材３
の表面上に所望の超電導特性を有する皮膜９を形成する
ことができない。

そこで、減圧室１内を１０−１〜１０−’　Ｔｏｒｒ　
　の低圧の酸素雰囲気となし、このような低圧の酸素雰
囲気中において、蒸着源２に向はレーザビームを照射し
、蒸着源２からの蒸発物質と雰囲気中の酸素とを結合さ
せて、皮膜９中の酸素量不足を補う試みがなされている
。しかしながら、焼結体２からの蒸発物質と減圧室ｌ内
の酸素とは短時間では反応しないため、上述の方法によ
っても、皮膜９中の酸素量不足を解消するには至らない
。

従って、この発明の目的は、レーザ蒸着方法により基材
の表面上Ｋ　ＣｕｔＯＹ基を含む複合酸化物超電導皮膜
を形成するに当り、皮膜中に酸素量の不足が生ずること
なく、所望の超電導特性を有する皮膜を形成することが
できる超電導材の製造方法を提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

この発明は、減圧室中に、蒸着源としてのＣｕｔＯＹ　
　基を含む複合酸化物焼結体と、被蒸着体としての基材
とを配置し、前記複合酸化物焼結体に対し゛てレーザビ
ームを照射し、前記レーザビームの照射により前記複合
酸化物焼結体から蒸発した蒸発物質を前記基材の表面上
に付着させることにより、前記基材の表面上にＣｕｔＯ
Ｙ基を含む複合酸化物超電導皮膜を形成する超電導材の
製造方法において、 前記減圧室内を酸素雰囲気に保ち、そして、前記複合酸
化物焼結体からの前記蒸発物質が前記基材に至る蒸発流
をはさんでその画側に放電用電極を設け、前記電極間に
電圧を印加して放電させることにより、放電域内に存在
する酸素を励起させて前記酸素と前記蒸発物質との結合
を促進し、且つ、前記基材にバイアス電圧を印加し、前
記基材に正の極性を付与することによって、前記放電域
内に存在する負の極性を有する酸素イオンを電気的に前
記基材に吸着させ、かくして、前記基材の表面上に超電
導特性の優れた皮膜を形成することに特徴を有するもの
である。

次に、この発明を図面を参照しながら説明する。

第１図は、この発明の方法の一実施態様を示す概略垂直
断面図である。第１図だ示すように、減圧室１内には、
蒸着源としての複合酸化物焼結体２および被蒸着体とし
ての基材３が配置され、基材３の上方には基材３を所定
温度に加熱するためのヒータ４が設けられ、そして、減
圧室１の側壁には、集光レンズ６を有するレーザ透過窓
５、ガス排出ロアおよびガス供給口８が設けられている
ことは、第２図に示した従来の方法と同様である。

この発明においては、図示しないレーザビーム発生装置
からレーザ透過窓５を通して減圧室１内の複合酸化物焼
結体２に向は照射されたレーザビームにより、焼結体２
から蒸発した蒸発物質が基材３に至る蒸発流１１をはさ
んで、その両側に放電相電極１２．１２’が設けられて
いる。電極１２゜１２′を相互に接続する導線１３の途
中には、電源１４が設けられている。

１５は、基材３にバイアス電圧を印加するための電源で
あって、基材３は、電源１５の正極側に導線１６によっ
て接続されている。電源１５の負極側は、導線１６′に
よって接地されている。

ガス供給口８を通して減圧室１内に酸素を連続的に吹き
込み、そして、ガス排出ロアを通して減圧室１内のガス
を連続的に排出することにより、減圧室１内を１０−１
〜１０−’　Ｔｏｒｒ　　の低圧の酸素雰囲気に保つ。

蒸着源として、円盤状のＹ　　Ｂａ　　Ｃｕ　　Ｏ系複
合酸化物焼結体２を配置し、図示しないレーザビーム発
生装置から、レーザ透過窓５を通して、減圧室１内の焼
結体２に向はレーザビームを照射する。

レーザビームが照射された焼結体２０表面は、溶融しそ
して蒸発する。このようにして生じた焼結体２からの蒸
発物質は、基材３に向けた蒸発流１１となり、基材３の
表面上に付着する。

このとき、蒸発流１１をはさむ両側に設けられた電極１
２．１２’間に電源１４によって電圧を印加し、電極１
２．１２’間において放電させる。この結果、放電域内
における雰囲気中の酸素は励起された状態となる。

従って、このような励起状態の酸素雰囲気中を、基材３
に向けた蒸発流１１が通るため、蒸発流１１中の蒸発物
質は酸素と容易に結合し、両者の反応が促進される。

一方、基材３には、電源１５によってバイアス電圧が印
加され、基材３に正の極性が付与される。

放電域内に存在する酸素イオンは通常負の極性を有して
いるから、前記酸素イオンは、正の極性を有する基材３
に電気的に吸着される。

かくして、基材３の表面上に、雰囲気中の酸素と結合し
た蒸発物質の皮膜が形成される結果、超電導特性の優れ
た皮膜９を有する超電導材１０を製造することができる
。

〔実施例〕

次に、この発明を実施例によシ説明する。

蒸着源としての複合酸化物焼結体として。

Ｙ□２Ｂα。６　Ｃｕ　Ｏｘの成分組成を有する、直径
２０ｗｍ、厚さ１０ｆｆｉｌ＋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２０１で、厚さが０．５ｍｍの、イツトリウム安定
化ジルコニア（ｙｓｚ）からなる四角形状の板を使用し
た。

上述した蒸着源を使用し、この発明の方法により下記条
件によって上述の基材の表面上に超電導物質の皮膜を形
成した。

（ａ）　　減圧室Ｏ真空度：　１Ｏ−２Ｔｏｒｒ　（酸
素雰囲気）（ｂ）　　基材の加熱温度＝８００℃ （Ｃ）　　レーザビームの種類：炭酸ガスレーザ（ｄ）
　　レーザビームの出カニ３００Ｗ（、）　　レーザビ
ームの照射時間：５分（ｆ）　　放電の種類　　　　：
高周波放電（ｇ）　　放電用電極間のギャップニア０朋
（ｈ）　　高周波放電の電力　　　：５０Ｗ（１）　　
基材に印加するバイアス電圧：５００Ｖこの結果、基材
の表面上に７μｍの厚さの皮膜を形成することができた
。

次いで、このような皮膜の形成された基材を、酸素雰囲
気中において９３０℃の温度まで加熱し、この温度にお
いて３０分間保持した後、室温まで徐冷した。かくして
、基材の表面上にＹ。３Ｂ、ｏ６５Ｃｕ１０Ｉ　　の成
分組成を有する複合酸化物超電導皮膜が形成された本発
明超電導材を製造した。

比較のために、放電およびバイアス電圧の印加を行なわ
ないほかは上記と同じ方法により比較用超電導材醜１と
、バイアス電圧の印加を行なわないほかは上記と同じ方
法により比較用超電導材隘２とを製造した。

上記により製造された本発明超電導材および比較用超電
導材Ｎ１１ｌ、Ｆ＆Ｌ２のＴｃ　（臨界温度）およびＪ
ｃ（臨界電流密度）を四端子抵抗測定法により調べた。

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、本発明超電導材のＪｃは、
バイアス電圧の印加を行なわない比較用超電導材間１に
比べて２倍であり、放電もバイアス電圧の印加も行なわ
ない比較用超電導材間２に比べると６０倍以上である上
、Ｔｃも高かった。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、レーザ蒸着方法
により基材の表面上にＣｕｘＯｙ基を含む複合酸化物超
電導皮膜が形成された超電導材を製造するに当り、前記
皮膜中に酸素量の不足が生ずることがなく、従って、優
れた超電導特性を有する皮膜を形成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の一実施態様を示す概略垂直断
面図、第２図は従来方法の一例を示す概略垂直断面図で
ある。図面において、 １・・・減圧室、　　　　　２・・・焼結体、３・・・
基材、　　　　　　４・・・ヒータ、５・・・レーザ透
過窓、　　６・・・集光レンズ、７・・・ガス排出口、
　　　８・・・ガス供給口、９・・・皮膜、　　　　　
ｌＯ・・・超電導材、’　　１１・・・蒸発流、　　　
　１２，１２′・・・電極。 １３・・・導線、　　　　　　１４・・・電源、１５・
・・′１源、　　　　１６．１６’・・・導線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　減圧室中に、蒸着源としてのＣｕ＿ｘＯ＿ｙ基を含む
   複合酸化物焼結体と、被蒸着体としての基材とを配置し
   、前記複合酸化物焼結体に対してレーザビームを照射し
   、前記レーザビームの照射により前記複合酸化物焼結体
   から蒸発した蒸発物質を前記基材の表面上に付着させる
   ことにより、前記基材の表面上にＣｕ＿ｘＯ＿ｙ基を含
   む複合酸化物超電導皮膜を形成する超電導材の製造方法
   において、 前記減圧室内を酸素雰囲気に保ち、そして、前記複合酸
   化物焼結体からの前記蒸発物質が前記基材に至る蒸発流
   をはさんでその両側に放電用電極を設け、前記電極間に
   電圧を印加して放電させることにより、放電域内に存在
   する酸素を励起させて前記酸素と前記蒸発物質との結合
   を促進し、且つ、前記基材にバイアス電圧を印加し、前
   記基材に正の極性を付与することによって、前記放電域
   内に存在する負の極性を有する酸素イオンを電気的に前
   記基材に吸着させ、かくして、前記基材の表面上に超電
   導特性の優れた皮膜を形成することを特徴とする超電導
   材の製造方法。