JPH01249608A - Production of superconductor - Google Patents

Production of superconductor

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JPH01249608A
JPH01249608A JP63078582A JP7858288A JPH01249608A JP H01249608 A JPH01249608 A JP H01249608A JP 63078582 A JP63078582 A JP 63078582A JP 7858288 A JP7858288 A JP 7858288A JP H01249608 A JPH01249608 A JP H01249608A
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JP
Japan
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superconductor
raw material
carrier gas
laser beam
starting material
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Application number
JP63078582A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Usui
俊雄 臼井
Tsukasa Kono
河野 宰
Yoshimitsu Ikeno
池野 義光
Nobuyuki Sadakata
伸行 定方
Shinya Aoki
青木 伸哉
Masaru Sugimoto
優 杉本
Mikio Nakagawa
中川 三紀夫
Atsushi Kume
篤 久米
Kenji Goto
謙次 後藤
Taichi Yamaguchi
太一 山口
Kosuke Iijima
飯島 康祐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a dence superconductor having high adhesion to a substrate and high superconducting characteristic, etc., by forming liquid drops of a starting material prepd. by irradiating with laser beams while feeding a metallic starting material to a nozzle section of a thermal spraying cylinder, ejecting the liquid drops onto the substrate with carrier gas and forming a film of a precursor of the superconductor, and heat-treating the formed film. CONSTITUTION:A thermal spraying cylinder 2 is constructed by forming a nozzle section 3 at an end and a condenser lens 4 for laser beam an another end. A feeding port 7 of protective gas for the lens is formed on a side wall of the thermal spraying cylinder 2, and a hood 8 for feeding carrier gas is provided to the periphery of the nozzle section 3. Liquid drops of the starting material are formed by irradiating a metallic starting material while feeding the material to the nozzle section 3 from a feeding device 5 of the metallic starting material installed to an end of the nozzle section 3. At the same time, the liquid drops of the starting material are ejected onto the substrate 9 with the carrier gas from the feeding hood 8. To obtain a compound body 11 by forming film of a precursor 10 of the superconductor. The superconductor is obtd. by heat-treating the compound body 11, thereafter.

Description

【発明の詳細な説明】 [II:業主の利用分野] この発明はノヨセフソン素子や超電導記憶素子等の超電
導デバイスあるいは超電導マグネット用コイルなどとし
て使用可能な超電導体の製造方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [II: Field of Application for Business Owners] The present invention relates to a method for manufacturing a superconductor that can be used as a superconducting device such as a Noyosefson element or a superconducting memory element, or a coil for a superconducting magnet.

[従来の技術] 近年、猟電導状態から超電導状態に遷移する臨界/!!
度が液体窒素温度以上の高い温度を示す酸化物系の超電
導材料か種々発見されつつある。この種の酸化物系超電
導体は、液体ヘリウムで冷却する必要のあった従来の合
金系あるいは金属間化合物糸のLA電導体に比較して格
段にイ41’すな冷却条件で使用できろことから、実用
上極めて有望な超電導体として種々の研究と開発がなさ
れている。
[Prior art] In recent years, critical/! transition from superconducting state to superconducting state. !
Various oxide-based superconducting materials that exhibit temperatures higher than liquid nitrogen temperatures are being discovered. This type of oxide-based superconductor can be used under much better cooling conditions than conventional alloy-based or intermetallic compound thread LA conductors, which require cooling with liquid helium. Since then, various research and development efforts have been carried out as superconductors that are extremely promising for practical use.

ところで、このような酸化物系超電導体における臨1/
l”/2.L度や臨界電流密度は製造方法、製造条件な
と、・)種々のファクターにより極めて大きく変動4°
る二とが知られている。そして現在のところではスパッ
タリング法などの真空中での薄膜製造技術をIIj用し
て製造されたものか比較的良好な超電導性性を示すこと
が知られている。しかしながらこのJ、うな薄膜製造技
術をTす用しl−超電導体の製造方法は真空中で行なわ
れるしのであるので、簡便な装置て製造することがてき
ないと同時に超電導体を形成する基材の大きさ、材質に
も制限があり、十分な膜厚の超電導体を得るには長時間
を要するという不都合があった。これに対して金属溶射
法のうち加熱油1こプラズマを使用したプラズマ溶射法
を利用すると、真空装置を必要とせずに十分な膜厚の酸
化物系超電導体を単時間で製造できる利点がある。この
プラズマ溶射法は酸化物系超電導体の構成元素からなる
金属原料粉末をプラズマトーチにより加熱し、空気中の
酸素と反応させた後、キャリアガスにより基材」二に噴
出、堆積させ、ついでこの基材に熱処理を施して酸化物
系超電導体導体を得るものである。
By the way, the critical phase in such oxide-based superconductors
l”/2.L degree and critical current density vary greatly depending on various factors such as manufacturing method, manufacturing conditions, etc. 4°
Ruji is known. At present, it is known that materials manufactured using vacuum thin film manufacturing techniques such as sputtering method exhibit relatively good superconductivity. However, since the method for manufacturing superconductors using this thin film manufacturing technology is carried out in a vacuum, it is difficult to manufacture them using simple equipment, and at the same time, the substrate on which the superconductors are formed is There are restrictions on the size and material of the superconductor, and it takes a long time to obtain a superconductor with a sufficient thickness. On the other hand, among metal spraying methods, plasma spraying, which uses heated oil and plasma, has the advantage of being able to produce oxide-based superconductors with sufficient film thickness in a single time without the need for vacuum equipment. . In this plasma spraying method, metal raw material powder consisting of the constituent elements of the oxide-based superconductor is heated with a plasma torch, reacted with oxygen in the air, and then sprayed and deposited on a base material using a carrier gas. An oxide-based superconductor conductor is obtained by subjecting the base material to heat treatment.

[発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、プラズマ溶射法により形成された酸化物
系超電導体は原子状になった金属原料粉末を気中酸素と
反応させたものの堆積物であるのて多孔質とtjす、後
に鴫処理を施してし焼結孔度か向1.シないのて臨1界
電tAE密度等の超電導特性に限界があると共に、Ji
+、′44との密着性にも欠1′J機械強度か低い。さ
らに過熱状聾の金属原料粉末の飛散や気中酸素との反応
の制御が困難なことから形成された模の1成制御も困難
となり、超電導特性が優れた、所望の組成比の酸化物系
超電導体を得ることができない問題があった。
[Problem to be solved by the invention] However, oxide superconductors formed by plasma spraying are porous because they are deposits of atomic metal raw material powder reacted with atmospheric oxygen. Afterwards, the sintering process is performed to improve the porosity.1. There are limits to superconducting properties such as critical field tAE density, and Ji
+, poor adhesion with '44, 1'J mechanical strength or low. Furthermore, since it is difficult to control the scattering of the superheated metal raw material powder and the reaction with atmospheric oxygen, it is difficult to control the formation of the formed pattern, and it is difficult to control the formation of oxides with a desired composition ratio and excellent superconducting properties. There was a problem that a superconductor could not be obtained.

この発明は上記課題を解決するためになされたものであ
り、組成比率が十分に制御され、かつ基材との密着性に
優れた緻密な結晶構造を有する超電導体を容gに製造で
きる方法を提供することを目的としている。
This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and provides a method for manufacturing a superconductor having a dense crystal structure with a well-controlled composition ratio and excellent adhesion to a base material in a large amount of time. is intended to provide.

[課題を解決するたぬの手段] この発明は、一端をノズル部とし、他端にレーザビーム
集光レンズを配設して溶射筒を構成し、この溶射筒の側
壁にレンズ保護ガス供給口を設け、上記ノズル部の周囲
をキャリアガス供給フードで覆うとと6に、上記ノズル
部の先端に金属原料を供給する金属原料供給装置を設け
たレーザビーム溶射装置を用いて超電導体を製造する方
法であって、ノズル部に金属原料を供給しつつレーザビ
ームを照射して原料融滴とし、この原料融滴を上記ノズ
ル部に対向して設けられた基材上にキャリアガス供給フ
ードから出されたキャリアガスにより噴出させて超電導
前駆体膜を形成し、複合体とした後、この複合体に熱処
理を施すことを解決手段とした。
[Tanu's Means for Solving the Problems] This invention comprises a thermal spraying tube with a nozzle section at one end and a laser beam condensing lens at the other end, and a lens protective gas supply port on the side wall of the thermal spraying tube. A superconductor is manufactured using a laser beam thermal spraying apparatus provided with a metal raw material supply device for supplying metal raw materials to the tip of the nozzle part. The method comprises supplying a metal raw material to a nozzle part, irradiating the material with a laser beam to form raw material melt droplets, and ejecting the raw material melt droplets from a carrier gas supply hood onto a base material provided opposite to the nozzle part. The solution was to form a superconducting precursor film by blowing out a carrier gas, form a composite, and then heat-treat the composite.

[作用] 超電導体の構成元素からなる金属原料をノズル部に供給
し、レーザビームを照射し溶融させて原料融滴とした後
、この原料融滴をキャリアガス供給フードから出された
キャリアガスにより噴出させて基材上に超電導前駆体膜
を形成する。この超電導fi?j駆体膜は原料融滴を噴
出させて形成したしのであるので、緻密であるとともに
基材との密着性も良好となる。さらに基材上に高密度の
超電導前駆体膜が形成されてなる複合体に熱処理を施し
て超電導体とするので高密度の超電導体か得られる。
[Operation] A metal raw material consisting of the constituent elements of a superconductor is supplied to the nozzle part, irradiated with a laser beam and melted to form raw material molten droplets, and then the raw material molten droplets are transported by a carrier gas discharged from a carrier gas supply hood. A superconducting precursor film is formed on the base material by ejecting the superconducting precursor film. This superconducting fi? Since the precursor film is formed by ejecting raw material melt droplets, it is dense and has good adhesion to the base material. Furthermore, since the composite formed by forming a high-density superconducting precursor film on a base material is heat-treated to form a superconductor, a high-density superconductor can be obtained.

以下、この発明の詳細な説明する。The present invention will be described in detail below.

第1図はこの発明の超電導体の製造方法に好適に使用さ
れるレーザビーム溶射装置の一例を示したものである。
FIG. 1 shows an example of a laser beam thermal spraying apparatus suitably used in the superconductor manufacturing method of the present invention.

このレーザビーム溶射装置i!21は、一端部を先すぼ
まりとしてノズル部3を形成し、他端にレーザビーム集
光レンズ4が取り付けられた溶射筒2に、逆流防止フー
ド6と、レンズ保護ガス供給ロアとを形成し、ノズル部
3外側周部にキャリアガス供給フード8を取り付けてな
るものであり、基材9がノズル部3と一定間隔を隔てて
溶射筒2と直角に対向するように配置されている。
This laser beam spraying device i! 21 forms a nozzle part 3 with one end converging and a laser beam condensing lens 4 attached to the other end, and a backflow prevention hood 6 and a lens protective gas supply lower. A carrier gas supply hood 8 is attached to the outer periphery of the nozzle part 3, and a base material 9 is arranged to face the thermal spray tube 2 at right angles to the nozzle part 3 at a constant distance.

またノズル部3の側方には原料供給装置15に接続され
た供給部5aが設けられ、供給部5aの先端がノズル部
3の先端開口部に近接されている。
Further, a supply section 5a connected to the raw material supply device 15 is provided on the side of the nozzle section 3, and the tip of the supply section 5a is close to the tip opening of the nozzle section 3.

上記金属原料供給装置5は超電導体の構成元素からなる
金属原料をノズル部3直下に供給するための装置であり
、一定速度で種々影状の金属原料を供給部5aより送り
出Uるようになっている。
The metal raw material supply device 5 is a device for supplying metal raw materials consisting of constituent elements of a superconductor directly below the nozzle section 3, and feeds metal raw materials in various shadow shapes from the supply section 5a at a constant speed. It has become.

例えば金属原料がテープ体もしくはワイヤー状の線材か
らなる場合にはこの金属原料供給装置5として(J連弾
の線材送り出し装置か好適に使用され、金属原料が粉体
である場合には、金属原料と不活性なアルゴンガス等の
高圧不活Y1ガスを送る粉体送給装置が好適に使用され
ろ。
For example, when the metal raw material consists of a tape body or a wire-shaped wire rod, a J-float wire feeder is preferably used as the metal raw material supply device 5, and when the metal raw material is a powder, the metal raw material supply device 5 is preferably used. A powder feeder that delivers a high pressure inert Y1 gas such as inert argon gas is preferably used.

この金属原料供給装置5に接続された0(給部58によ
ってノズル部3に供給される金属原料は、一般式A−1
1−Cu−0(ただしΔはY、Sc、I−a。
The metal raw material connected to this metal raw material supply device 5 (metal raw material supplied to the nozzle part 3 by the supply part 58 has the general formula A-1
1-Cu-0 (where Δ is Y, Sc, I-a.

Yb、Er、Eu、tlo、Dy等の周期率表III 
a族元素の1挿具」−またはB1などの周期率表V b
族元素または1゛lなどの周期率表Ill h族元素の
1種以上を示し、Bは+3e、Mg、Ca、S r、B
a等の周期率表na族元素の1種以上を示す。)で示さ
れる酸化物系超電導体を製造する場合には、上記へ元素
、B元素およびCu元素を含有するものであって、A元
素金属とB元累金属と銅とをあらかじめ所望のモル比率
で混合したもの、あるいは混合しつつ供給するしの、も
しくはへ元素金属とB元累金属と銅とを合金化してA−
B−Cu合金としたしののいずれを用いることも可能で
ある。またN bss n、V sG I&等の金属間
化合物系超電導体らしくはNl)  ’I’己9の合金
系超電導体を製造゛4−る場合も酸化物系超電導体を製
造する場合と同様である。さらに金属nl料の]1ニ状
に制限はなく、テープ体、ワイヤー材等の線材のほか、
粉体などを用いることができる。特にテープ体やワイヤ
材等の線材からなる金属原料を用いると、基材9上に形
成される超電導前駆体膜lOの組成比率の調整および供
給が容易である。
Periodic table III of Yb, Er, Eu, tlo, Dy, etc.
Periodic table V b such as "1 insert of group a element" - or B1
Indicates one or more elements of group Ill h of the periodic table such as group element or 1 ゛l, B is +3e, Mg, Ca, S r, B
Indicates one or more elements of group na of the periodic table, such as a. ) When manufacturing an oxide-based superconductor represented by A-
It is also possible to use either a B-Cu alloy or a copper alloy. In addition, the manufacturing of intermetallic superconductors such as N bss n, V sG I&, etc. is similar to the manufacturing of oxide-based superconductors. be. Furthermore, there is no limit to the shape of the metal nl material, and in addition to tape bodies, wire materials, etc.
Powder or the like can be used. In particular, when a metal raw material made of a wire material such as a tape body or a wire material is used, it is easy to adjust the composition ratio and supply the superconducting precursor film IO formed on the base material 9.

溶射筒2の他端に設けられたレーザビーム集光レンズ4
はレーザ発振装置(図示しない)より発振されたレーザ
ビームを溶射筒2の下端部のノズル部3て高エネルギー
密度に集光させて、金属原料供給装置5より供給される
金属原料を溶融させるたぬのものである。
A laser beam condensing lens 4 provided at the other end of the thermal spray tube 2
The laser beam oscillated by a laser oscillation device (not shown) is focused at a high energy density by the nozzle part 3 at the lower end of the thermal spray tube 2, and the metal raw material supplied from the metal raw material supply device 5 is melted. It belongs to Nu.

溶射筒2には、レーザビーム集光レンズ4が配設された
側から順に、レンズ保護ガス供給ロアと逆流防止フード
6とが設けられている。このレンズ保護ガス供給ロアは
レーザビーム集光レンズ4を保護するレンズ保護ガスを
溶射筒2内に供給するもので、図示しないガスボンベ等
の気体送給装置等に接続されている。このレンズ保護ガ
スにはアルゴンガス等の不活性ガスを用いることができ
、逆流防止フード6の形状に沿ってノズル部3へ向って
対流を起こしながら供給することによりレーザビームの
照射により加熱状態になったレーザビーム集光レンズ4
を冷却する。逆流防止フード6はノズル部3に向って先
ずぼまりとなるフードからなり、レンズ保護ガスがレー
ザビーム集光レンズ4を十分に冷却できるように、速や
かにノズル部3よりυ1出されるようにするものである
The thermal spray tube 2 is provided with a lens protective gas supply lower and a backflow prevention hood 6 in this order from the side where the laser beam condensing lens 4 is disposed. This lens protective gas supply lower supplies lens protective gas for protecting the laser beam condensing lens 4 into the thermal spray tube 2, and is connected to a gas supply device such as a gas cylinder (not shown). An inert gas such as argon gas can be used as this lens protective gas, and by supplying it along the shape of the backflow prevention hood 6 toward the nozzle part 3 while causing convection, it is heated by laser beam irradiation. Laser beam condensing lens 4
to cool down. The backflow prevention hood 6 consists of a hood that first becomes constricted toward the nozzle section 3, so that the lens protective gas is quickly discharged from the nozzle section 3 by υ1 so that the lens protective gas can sufficiently cool the laser beam condensing lens 4. It is something.

さらにノズル部3が形成された溶射f?i2の外側+、
′、1 部には、キャリアガスを(Jいイフするキャリ
アガス9−給フード8が取り(=11〕ら4−しており
、図示しない)°1・j圧ガス送給装置に接続されてい
る。このキャリアガス供給フード8はノズル部3と同心
の中空円錐台形体からなり、ノズル部3を覆うにうに配
設5れている。ギヤリアガスには111ミ料融必と不活
性′Sアルゴンガス、窒素等の高圧不活性気体を使用フ
る。この高圧のキャリアガスは、原料融滴をノズル部3
に対向して設置ノられた】1(材9上に噴出さUて第2
図に示1ように超電導前駆体膜lOを形成さ11複合体
11とするためのものである。
Furthermore, the nozzle part 3 was formed by thermal spraying f? outside of i2+,
', 1 part is connected to a pressure gas supply device (not shown) which receives carrier gas (carrier gas 9-supply hood 8 (=11), not shown). This carrier gas supply hood 8 consists of a hollow truncated conical body concentric with the nozzle part 3, and is disposed 5 to cover the nozzle part 3. A high-pressure inert gas such as argon gas or nitrogen is used.This high-pressure carrier gas transports the raw material melt droplets to the nozzle
] 1 (was spouted onto the material 9 and the second
As shown in the figure, a superconducting precursor film 10 is formed to form a composite 11.

さらに基材9もしくは溶射筒2には図示しない・1−行
移動装置が取り付けられており、基材9と溶射筒2との
間隔を一定に保ちつつ基材9の大きさ、形成する超電導
前駆体膜10の膜厚に応じて基材9もしくは溶射筒2を
平行移動させることができるようになっている。このよ
うにすると基材9が長尺のテープ体や線材あるいは大面
積の板体からなる場合であっても、連続的に基材9上に
均一な膜1j7.の超電導前駆体膜lOを形成すること
ができろ。
Furthermore, a 1-line moving device (not shown) is attached to the base material 9 or the thermal spraying tube 2, and the size of the base material 9 can be adjusted while keeping the distance between the base material 9 and the thermal spraying tube 2 constant. The base material 9 or the thermal spray tube 2 can be moved in parallel depending on the thickness of the body membrane 10. In this way, even if the base material 9 is made of a long tape, a wire, or a large-area plate, a uniform film 1j7 is continuously formed on the base material 9. It is possible to form a superconducting precursor film lO of

なお基材9にはステンレス綱、銀、銅、チタン、ニッケ
ル、ジルコニウム、Cu−Ni合金等の融点か800℃
以上の金属、合金のばかアルミナ等のセラミックスや石
英等からなる板体、線材、テープ体、棒材等を用いろこ
とができる。
The base material 9 is made of stainless steel, silver, copper, titanium, nickel, zirconium, Cu-Ni alloy, etc. with a melting point of 800°C.
Plates, wires, tapes, rods, etc. made of the above metals, alloys, ceramics such as alumina, quartz, etc. can be used.

こコ°)発明の製造方法では、まず上記のようなレーザ
ビーム溶射装置を用いて第2図に示すような7、r、 
+49上に超電導前駆体I210を形成してなる複合体
11をイ′1成したのち、この複合体11に熱処理を施
して超電導体とする。この軌処理条件(」製]ムする超
電導体によ−)で適宜選択されるか、一般に’l−13
a−Cu〜0系の酸化物系超電導体を作成する場合には
、酸素雰囲気中で800〜1100℃て6〜100時間
加熱して超電導前駆体膜10を焼結さU酸化物としたの
ち、400〜600℃の温度域に一定時間保持し、生成
した酸化物系超電導体の結晶構造が斜方晶に変態するの
を促進するような鰭処理条件が好適である。なおり1−
3r−Ca−Cu−0系の超電導体にあっては800〜
900℃に加熱後、急冷するような熱処理条件でも良い
。また金属間化合物系超電導体を作成する場合には真空
または不活性ガス雰囲気中で500〜1000℃、1〜
800時間、合金系超電導体を作成するには真空または
不活性ガス雰囲気中で300〜500℃、1−100時
間の熱処理条件がそれぞれ好適である。
In the manufacturing method of the invention, first, using the laser beam spraying apparatus as described above, 7, r,
After a composite 11 is formed by forming a superconducting precursor I210 on +49, this composite 11 is heat-treated to become a superconductor. This trajectory treatment condition (depending on the superconductor manufactured) may be selected as appropriate, or generally 'l-13
When creating an a-Cu~0-based oxide superconductor, the superconducting precursor film 10 is sintered into a U oxide by heating at 800 to 1100°C for 6 to 100 hours in an oxygen atmosphere. , 400 to 600° C. for a certain period of time to promote transformation of the crystal structure of the produced oxide superconductor into an orthorhombic crystal structure. Naori 1-
800~ for 3r-Ca-Cu-0 type superconductors
Heat treatment conditions such as heating to 900° C. and then rapidly cooling may be used. In addition, when creating an intermetallic compound-based superconductor, the
In order to create an alloy superconductor for 800 hours, heat treatment conditions of 300 to 500° C. and 1 to 100 hours in vacuum or an inert gas atmosphere are suitable.

このような製造方法によれば、金属原料はノズル部3で
レーザビームにより溶融される。この際、421萬原1
1(」プラズマ溶融法を用いた場合の、J−うに1工:
1了状になることがないので、M 449 J・に形成
さねた超電導前駆体膜1o(」高密度てあり、基材9と
の密着性に優れたしのとなる。このような超電導前駆体
膜10が形成された複合体IIに熱処理を施して超電導
体とするので、得られた超電導体は密度の高いしのとな
り、良好な超電導特性を示すと共に機械強度の優れた実
用に適したものとなる。またノズル部3の先端に金属原
料を供給できろように金属原料供給装置5の供給部5a
を配設したので、原料融滴がノズル部3で目づまりを起
こしたり、溶射筒2内を逆流することがないとともに、
金属原料の組成を供給時と変化させることなく超電導前
駆体膜IOとして基材9上に形成させることができるの
で、所望の組成比を有する超電導体を製造できる。さら
に金属原料の供給速度およびレーザビームの照射パワー
を増加させることにより原料融滴の噴出量を増加させる
ことができるので、容易に膜厚の大きな超電導前駆体膜
lOを得ることができる。
According to such a manufacturing method, the metal raw material is melted by a laser beam in the nozzle section 3. At this time, 421 Yorohara 1
1 (J-uni 1 process using plasma melting method:
Since the superconducting precursor film 1o(') formed on M 449 J. has a high density and has excellent adhesion to the base material 9. Since the composite II on which the precursor film 10 is formed is heat-treated to become a superconductor, the obtained superconductor becomes a highly dense material, exhibits good superconducting properties, and has excellent mechanical strength, making it suitable for practical use. In addition, the supply section 5a of the metal raw material supply device 5 is arranged so that the metal raw material can be supplied to the tip of the nozzle section 3.
This prevents raw material molten droplets from clogging the nozzle part 3 or flowing back inside the thermal spray tube 2, and
Since the superconducting precursor film IO can be formed on the base material 9 without changing the composition of the metal raw material from when it was supplied, a superconductor having a desired composition ratio can be manufactured. Further, by increasing the supply rate of the metal raw material and the irradiation power of the laser beam, the amount of raw material melt droplets ejected can be increased, so that a superconducting precursor film 10 with a large thickness can be easily obtained.

ll− さらに溶射筒2らしくは基材9を一定間隔を保ちながら
互いに平行移動させることができるので、基材9の長さ
や大きさに制限がなくなり大面積の板体、長尺の線材や
テープ体からなる基材9上にも容易に超電導体を形成す
ることができる。さらにこの発明の製造方法ではスパッ
タリング法等の真空薄膜製造技術を用いた製造方法と異
なり、特別な真空装置を必要としないので超電導体を容
易に得ることができる。
Furthermore, as is typical of the thermal spray tube 2, the base materials 9 can be moved parallel to each other while maintaining a constant interval, so there is no restriction on the length or size of the base materials 9, and it can be used for large-area plates, long wire rods, and tapes. A superconductor can also be easily formed on the base material 9 made of a solid body. Furthermore, unlike manufacturing methods using vacuum thin film manufacturing techniques such as sputtering, the manufacturing method of the present invention does not require any special vacuum equipment, so superconductors can be easily obtained.

なお基材9上に形成される超電導前駆体11i10の組
成成分は金属原料の供給方法によって適宜変化させるこ
とができる。たとえば超電導体の構成元素の合金からな
るワイヤ材を金属原料として使用する場合には、各合金
成分金属からなるワイヤ材を順次供給しつつ溶射を行う
ことにより、基材9上に形成される超電導前駆体膜10
の組成比率を基材9側から連続的に変化させることがで
きる。
Note that the composition of the superconducting precursor 11i10 formed on the base material 9 can be changed as appropriate depending on the method of supplying the metal raw material. For example, when a wire material made of an alloy of constituent elements of a superconductor is used as a metal raw material, the wire material made of each alloy component metal is sequentially supplied and thermal sprayed to form a superconductor on the base material 9. Precursor film 10
The composition ratio can be changed continuously from the base material 9 side.

例えば基材9に銅製の板体を使用してこの上にY−Ba
−Cuからなる超電導前駆体膜lOを形成する場合にY
−Ba−Cu合金からなるワイヤ材と−12= 銅製ワイヤ材とを用い、銅製ワイヤ材の供給速度を順次
変化させれば、形成される超電導前駆体膜10内の銅成
分の濃度を変化させることができ、超?LL導前駆体l
Oの熱膨張率を基材9側から順次変化させることができ
る。このようにすると複合体11に嶋処理を施した際に
基材9と超電導前駆体[10との熱膨張率の差により生
じる割れ欠陥を防止することができる。
For example, a copper plate is used as the base material 9, and Y-Ba is placed on top of this.
-When forming a superconducting precursor film IO consisting of Cu, Y
By using a wire material made of -Ba-Cu alloy and a -12= copper wire material, and sequentially changing the supply rate of the copper wire material, the concentration of the copper component in the superconducting precursor film 10 to be formed can be changed. Can you super? LL-conducting precursor l
The coefficient of thermal expansion of O can be changed sequentially from the base material 9 side. In this way, it is possible to prevent cracking defects caused by the difference in coefficient of thermal expansion between the base material 9 and the superconducting precursor [10] when the composite body 11 is subjected to the island treatment.

さらに金属間化合物系超電導体および合金系超電導体を
作成する場合には、第3図に示すように基材9上に複数
の単相の超電導前駆体膜10aおよびtobを、超電導
体の組成比に対応した膜厚で順次積層してなる複合体I
Iを構成し、この複合体11に熱処理を施して各超電導
前駆体膜lOa、tabの元素を熱拡散させて金属間化
合物系もしくは合金系超電導体を製造することができる
Furthermore, when creating an intermetallic compound-based superconductor and an alloy-based superconductor, as shown in FIG. Composite I formed by sequentially laminating layers with film thicknesses corresponding to
I, and heat-treating this composite 11 to thermally diffuse the elements of each superconducting precursor film lOa, tab, to produce an intermetallic compound-based or alloy-based superconductor.

このような単相の超電導前駆体膜10a、lObを基材
9上に形成する場合には、基材9上に直接接する超電導
体@ 10 mには、基材9内への拡散しにくいものを
使用するのが好ましい。すなわちこ7−1を例示−2°
れば、銅製の基((9LにN b :+ S nからf
5る金属間化合物系超?1[体をj[5戎する場合には
、基材9と直接接する超電導01j駆体10aには熱処
理時に銅への拡散の少ないニオブを用い、超電導体中の
ニオブとスズとのモル比が3・1になるように、ニオブ
からなる超電導前駆体10aの膜厚がスズからなる超電
導前駆体101)の膜P、1の3倍になるJユうにずろ
のが好ましい。この場合、超電導0)駆体膜10aをス
ズにより形成すると熱処理時にスズが銅製の基材9内に
拡散され、基材9が汚染されるので好ましくない。
When forming such single-phase superconducting precursor films 10a and 1Ob on the base material 9, the superconductor @ 10 m that is in direct contact with the base material 9 contains a material that is difficult to diffuse into the base material 9. It is preferable to use In other words, 7-1 is exemplified by -2°
If so, a copper group ((N b to 9L: + S n to f
5 intermetallic compounds? 1 [j [5] When the superconducting body 10a is in direct contact with the base material 9, niobium, which is less likely to diffuse into copper during heat treatment, is used, and the molar ratio of niobium and tin in the superconductor is It is preferable that the film thickness of the superconducting precursor 10a made of niobium is three times that of the film P1 of the superconducting precursor 101 made of tin so that the thickness is 3.1. In this case, if the superconducting precursor film 10a is formed of tin, tin will be diffused into the copper base material 9 during heat treatment and the base material 9 will be contaminated, which is not preferable.

なお、この例で示したようにノズル部の先端に金属原料
を供給するほか、溶射筒内に金属原料を供給することも
可能であるが、このようにすると原料融滴がノズル部に
付着して超電導前駆体膜の生成効率を低下させたり、ノ
ズル部の目づまりを起こしたりする恐れがある。
In addition to supplying the metal raw material to the tip of the nozzle as shown in this example, it is also possible to supply the metal raw material into the spray tube, but in this case, the molten raw material droplets may adhere to the nozzle. This may reduce the production efficiency of the superconducting precursor film or cause clogging of the nozzle.

[実施例] この発明の製造方法に基づいてY−Ba−Cu−0系の
超電導体の製造を実施した。
[Example] A Y-Ba-Cu-0 based superconductor was manufactured based on the manufacturing method of the present invention.

組成比・釘かモル比てY :IJa:Cu−1:2 :
3なる合金のワイヤ4Aを金属14;i 4’−4とし
て、銅製の板体をJA 44として用意した。このワイ
ヤ材からなる金属原料を第1図に示したレーザビーム溶
射装置に供給して銅製基材上にηさ100μmのY−B
a−C(Iからなる超電導前駆体膜を形成して複合体を
作成した。この複合体を酸素雰囲気中、900℃で5時
間の熱処理を施してY−Ba−Cu−0系の酸化物系超
電導体とした。このようにして得られた酸化物系超電導
体の密度は5 、9 g/ cm”、臨界温度は91に
、臨界電流密度は24000 A/cm’を示し、高密
度でかつ超電導特性の優れたものであることか確認され
た。
Composition ratio/Nail molar ratio Y:IJa:Cu-1:2:
A wire 4A made of alloy No. 3 was prepared as Metal 14; i 4'-4, and a copper plate was prepared as JA 44. The metal raw material made of this wire material is supplied to the laser beam thermal spraying device shown in Fig. 1, and Y-B with a diameter of η 100 μm is applied onto a copper base material.
A composite was created by forming a superconducting precursor film consisting of a-C(I). This composite was heat-treated at 900°C for 5 hours in an oxygen atmosphere to form a Y-Ba-Cu-0 based oxide. The oxide-based superconductor thus obtained had a density of 5.9 g/cm'', a critical temperature of 91, and a critical current density of 24,000 A/cm''. It was also confirmed that the material had excellent superconducting properties.

[発明の効果] 以上説明したように、この発明の超電導体の製造方法は
ノズル部に金属原料を供給しつつレーザビームを照射し
て原料融滴とし、この原料融滴を上記ノズル部に対向し
て設けられた基材上にキャリアガス供給フードから出さ
れたキャリアガスににり噴出さU゛て超電導前駆体膜を
形成し、複合体とした後、この複合体比熱処理を施すも
のであるので、基材との密着性が良好な超電導体を製造
することができるとともに、緻密な構造を有するものと
なり、特に酸化物系超電導体にあっては高い焼結密度が
得られ、良好な超電導特性を示すものとなる。
[Effects of the Invention] As explained above, the method for manufacturing a superconductor of the present invention involves supplying a metal raw material to a nozzle part, irradiating a laser beam to form a raw material melt droplet, and directing this raw material melt droplet to the nozzle part. A superconducting precursor film is formed on a substrate provided with a carrier gas by spraying it with carrier gas discharged from a carrier gas supply hood, and after forming a composite, this composite is subjected to specific heat treatment. Therefore, it is possible to manufacture superconductors with good adhesion to the base material, and also to have a dense structure, and especially in the case of oxide-based superconductors, a high sintered density can be obtained, and a good It exhibits superconducting properties.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこ゛の発明の超電導体の製造方法に好適に使用
されるレーザビーム溶射装置の概略構成図、第2図およ
び第3図はそれぞれ、この発明の製造方法を実施して得
られた複合体を示した概略断面図を示す。 l・・・レーザビーム溶射装置、 2・・・溶射筒、3
・・・ノズル部、  4・・・レーザビーム集光レンズ
、5・・・金属原料供給装置、 6・・・逆流防止フー
ド、7・・・レンズ保護ガス供給口、 8・・・キャリアガス供給口、 9・・・基材、  10・・超電導体前駆体、11・・
・複合体。
FIG. 1 is a schematic diagram of a laser beam thermal spraying apparatus suitably used in the method of manufacturing a superconductor of the present invention, and FIGS. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the body. l... Laser beam spraying device, 2... Thermal spray tube, 3
... Nozzle part, 4... Laser beam focusing lens, 5... Metal raw material supply device, 6... Backflow prevention hood, 7... Lens protective gas supply port, 8... Carrier gas supply mouth, 9... base material, 10... superconductor precursor, 11...
・Complex.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  一端をノズル部とし、他端にレーザビーム集光レンズ
を配設して溶射筒を構成し、この溶射筒の側壁にレンズ
保護ガス供給口を設け、上記ノズル部の周囲をキャリア
ガス供給フードで覆うとともに、上記ノズル部の先端に
金属原料を供給する金属原料供給装置を設けたレーザビ
ーム溶射装置を用いて超電導体を製造する方法であって
、 ノズル部に金属原料を供給しつつレーザビームを照射し
て原料融滴とし、この原料融滴を上記ノズル部に対向し
て設けられた基材上にキャリアガス供給フードから出さ
れたキャリアガスにより噴出させて超電導前駆体膜を形
成し、複合体とした後、この複合体に熱処理を施すこと
を特徴とする超電導体の製造方法。
[Claims] A thermal spraying tube is constructed by having one end as a nozzle portion and a laser beam condensing lens provided at the other end, and a lens protection gas supply port is provided on the side wall of the thermal spraying tube, and the area around the nozzle portion is A method for producing a superconductor using a laser beam thermal spraying apparatus, which is covered with a carrier gas supply hood and is equipped with a metal raw material supply device that supplies the metal raw material to the tip of the nozzle part, the method comprising: While supplying the material, a laser beam is irradiated to form raw material melt droplets, and the raw material melt droplets are ejected onto a base material provided opposite the nozzle part using a carrier gas discharged from a carrier gas supply hood to form superconducting precursors. A method for producing a superconductor, which comprises forming a film to form a composite, and then subjecting the composite to heat treatment.
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