JPH01172216A - 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、超高速度コンビエータ−１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Ｔ
ｃ　（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
、ＮｂｚＳｎ（Ｔｃ　：　１８　Ｋ　）およびＶｓＧａ
　（Ｔｃ　：１５Ｋ）が線材化され、実用に供されてい
る。更に、Ｎｂ３Ｇｅ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Ｍｕｌｌｅｒ氏等
が、Ｂａ−Ｌａ−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（１９
８７年）の初めには、早くも液体窒素の温度である７７
Ｋ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↑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Ｃｕ、Ｏ，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
に示すように、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レーザ透過窓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ためのガス供給口である。

蒸着源として、例えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０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（して、基材３の表面上に、Ｃｕ、Ｏ，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−Ｂａ−Ｃｕ−０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
（ｙｔｏｓ）　、炭酸バリウム（ＢａＣ０５）および酸
化ｗ４（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龍を超えて厚いと、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−Ｈａ−Ｃｕ−０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１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
の表面上にＣｕ、Ｏ，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。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、減圧室中に、蒸着源としてのＣｕ、ｌＯｙ
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、Ｏ，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、前記蒸発物質が付着する前記基材の表面に向けて酸
素イオンを放射することにより、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図に示すように、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、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を、
基材３の表面上に付着せしめることは、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、上記により蒸発物質が付着する基
材３の表面に向けて酸素イオンを放射するためのイオン
ガン１１が、減圧室１の側壁１ｂに設けられている。

イオンガン１１は、その基端に取り付けられた酸素供給
管１２を通じて吹き込まれる酸素をイオン化するための
機構と、イオン化された酸素を加速しそして集束するた
めの機構とからなっている。

従って、酸素供給管１２を通じて吹き込まれた酸素は、
ビーム状の酸素イオンとなってイオンガン１１の先端か
ら放射される。

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ｌ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−０糸篠合酸化
物焼結体２を配置し、図示しないレーザビ−ム発生装置
から、レーザ透過窓５を通して、減圧室ｌ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の表面上に付着し皮膜９を形成する。

このとき、イオンガン１１により基材３の表面に向けて
酸素イオンを放射する。この結果、基材３の表面上に、
前記蒸発物質と共に酸素が付着するため、この酸素によ
り皮Ｒ９中の酸素不足が補われる。従って、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り説明する。

蒸着源としての複合酸化物焼結体として、Ｙ＋、ｚＢａ
ｏ、４ＣｕＯｘの成分組成を有する、直径２０ｆｌ、厚
さ１Ｏ１ＩＩ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２０鶴で、厚
さが０．５　ｎの、インドリウム安定化ジルコニア（Ｙ
ＳＺ）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。

（ａｌ　　減圧室の真空度：　１０−”Ｔｏｒｒ　（酸
素雰囲気）（ｂｌ　　基材の加熱温度：８００℃ ｔｃ＋　　レーザビームの種類：炭酸ガスレーザ（ｄｌ
　　レーザビームの出カニａｏｏｗ（ｅｌ　　レーザビ
ームの照射時間：５分（ｆｌ　　イオンガンの加速電圧
：３０００Ｖ（ａ　イオンガンの電カニ３ｏｏｗ この結果、基材の表面上に７μｍの厚さの皮膜を形成す
るとかできた。

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＠、Ｊａ＠、　１ｓｃｕ＋（１＋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。

比較のためにイオンガンによる酸素イオンの放射を行な
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
導材のＴｃ（臨界温度）およびＪｃ（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、
比較用超電導材に比べて格段に太き（且つＴｃも高かう
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ａ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０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・・・イオンガン、　
　１２・・・酸素供給管。 出　願　人　学校法人東海大学 出　願　人　日本鋼管株式会社 代　　理　　人　　　潮　　　谷　　　奈　津　夫第１
図 第２図

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、前記蒸発物
   質が付着する前記基材の表面に向けて、酸素イオンを放
   射することにより、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。