JPH02157154A - セラミックス電導性材料 - Google Patents
セラミックス電導性材料Info
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- JPH02157154A JPH02157154A JP63311322A JP31132288A JPH02157154A JP H02157154 A JPH02157154 A JP H02157154A JP 63311322 A JP63311322 A JP 63311322A JP 31132288 A JP31132288 A JP 31132288A JP H02157154 A JPH02157154 A JP H02157154A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（Ａ）産業上の利用分野
本発明は、超電導材料の分野に有用である。特にＴ ｃ
９０ Ｋ以上の超電導体としてＹ−ＢａＣｕ−０系材
料にＣｕの含有量の４０モル％以内までＮｂ及び／又は
、Ｔａを含有させた超電導体に関する。
９０ Ｋ以上の超電導体としてＹ−ＢａＣｕ−０系材
料にＣｕの含有量の４０モル％以内までＮｂ及び／又は
、Ｔａを含有させた超電導体に関する。
（Ｂ）従来の技術及びその問題点
１９８６年までに知られている超電導材料は、その転移
温度（臨界温度Ｔｃと呼ばれる）か非常に低く、数度に
のオーダーである。最高のＴｃを示す超電導物質として
Ｎｂ３Ｇｅが２３．６にであると確認されている。従っ
て殆んどの既知の超電導体は、冷却に液体ヘリウムを必
要とし、その為精密な技術を必要とし、コスト及びエネ
ルギーにおいての投資必要とする。
温度（臨界温度Ｔｃと呼ばれる）か非常に低く、数度に
のオーダーである。最高のＴｃを示す超電導物質として
Ｎｂ３Ｇｅが２３．６にであると確認されている。従っ
て殆んどの既知の超電導体は、冷却に液体ヘリウムを必
要とし、その為精密な技術を必要とし、コスト及びエネ
ルギーにおいての投資必要とする。
従来、高温のＴｃの超電導体が発見されておらず、液体
ヘリウムによる冷却が不要で、実用可能な超電導物質は
、発見されていなかった。
ヘリウムによる冷却が不要で、実用可能な超電導物質は
、発見されていなかった。
１９８７年２月Ｗｕ等（ＰＡｙｓ、Ｒｅｖ、Ｌｅ ｔ
ｔ、５８ （１９８７）９０８）によってＴｃが９０Ｋ
を示すＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の高温超電導体が確認され
て以来、世界各国の研究者が爆発的にこの実験を追従し
て、２，３のジャーナル（例えば、 ■船場等（Ｊｐｎ、’Ｊ、Ａｐｐ１．Ｐｈｙｓ。
ｔ、５８ （１９８７）９０８）によってＴｃが９０Ｋ
を示すＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の高温超電導体が確認され
て以来、世界各国の研究者が爆発的にこの実験を追従し
て、２，３のジャーナル（例えば、 ■船場等（Ｊｐｎ、’Ｊ、Ａｐｐ１．Ｐｈｙｓ。
２６、Ｌ４２９ （１９８７）、
■泉等（Ｊｐｎ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、２６．Ｌ６４９
（１９８７）、 ■５ｔａｃｙ等（Ｊ、 Ａｍ、 ＣＩ〕ｅｍ、 Ｓ ｏ
ｃ。
（１９８７）、 ■５ｔａｃｙ等（Ｊ、 Ａｍ、 ＣＩ〕ｅｍ、 Ｓ ｏ
ｃ。
１．０９． ２５２８ （１９８７）■Ｂｅｎｏ等（
Ｊ、Ａｍ、Ｃｈｅｍ、Ｓｏｃ。
Ｊ、Ａｍ、Ｃｈｅｍ、Ｓｏｃ。
１１０．６１４ （１９８８））に発表し、その合成方
法及びその結晶構造を公示した。
法及びその結晶構造を公示した。
この高温超電導酸化物は、空気中で１０００℃程度の温
度で焼成することにより容易に合成できると言われてい
るが、焼成方法や熱処理によって結晶構造か変る為、高
温超電導体としての臨界温度（Ｔｃ）か下降することが
確認されている。
度で焼成することにより容易に合成できると言われてい
るが、焼成方法や熱処理によって結晶構造か変る為、高
温超電導体としての臨界温度（Ｔｃ）か下降することが
確認されている。
つまり９０ Ｋの超電導を示す酸化物ＴＢａ２Ｃｕ３０
７−ｘの構造は立方晶ペロブスカイト構造を基本とし、
一つの軸（Ｃ軸）方向にＹとＢａが秩序配列をする為に
３倍の長周期構造をとる。この秩序配列の原因は、２種
の陽イオンＹとＢａのイオン半径か著しく異なる為であ
る。この化合物は大量の酸素欠陥を含んでおり、しかも
欠損量χは熱処理によって大幅に変り、超電導特性にも
大きな影響を与える。高温から空気中で炉冷した試料は
、僅かにａ、、ｂ軸の長さの異なる斜方晶となり、χ−
０〜０．２程度の値をとり、高温超電導体となる。これ
に対して高温から急冷した試料は、χ＝０．８〜ｉ、ｏ
の正方晶となってＴｃか６０ Ｋ以下の超電導体か、又
は超電導性を失って半導体になってしまう。
７−ｘの構造は立方晶ペロブスカイト構造を基本とし、
一つの軸（Ｃ軸）方向にＹとＢａが秩序配列をする為に
３倍の長周期構造をとる。この秩序配列の原因は、２種
の陽イオンＹとＢａのイオン半径か著しく異なる為であ
る。この化合物は大量の酸素欠陥を含んでおり、しかも
欠損量χは熱処理によって大幅に変り、超電導特性にも
大きな影響を与える。高温から空気中で炉冷した試料は
、僅かにａ、、ｂ軸の長さの異なる斜方晶となり、χ−
０〜０．２程度の値をとり、高温超電導体となる。これ
に対して高温から急冷した試料は、χ＝０．８〜ｉ、ｏ
の正方晶となってＴｃか６０ Ｋ以下の超電導体か、又
は超電導性を失って半導体になってしまう。
この超電導体の結晶構造は、構成元素のイオン半径が重
要な役割を果していることも明らかになっている。構成
元素のＹにイオン半径の近い３価のＮｄからＬｕまての
ランタノイド元素で置換した酸化物は、同等の超電導性
を示すのに対し酸化的な雰囲気で４価となり易いＣｅＸ
Ｐｒ、Ｔｂでは、この置換体を合成することはできない
。
要な役割を果していることも明らかになっている。構成
元素のＹにイオン半径の近い３価のＮｄからＬｕまての
ランタノイド元素で置換した酸化物は、同等の超電導性
を示すのに対し酸化的な雰囲気で４価となり易いＣｅＸ
Ｐｒ、Ｔｂでは、この置換体を合成することはできない
。
これは、４価のラノイドイオンのイオン半径か小さ過ぎ
ることによる。他にもＹよりも小さいイオン半径のχて
も置換が困難なことが分かっている。
ることによる。他にもＹよりも小さいイオン半径のχて
も置換が困難なことが分かっている。
超電導体ＹＢａ２Ｃｕ３０□−□を主体とした「混晶」
又は混合物に関する超電導体の報告された例は少ない。
又は混合物に関する超電導体の報告された例は少ない。
現在までには、該超電導体のＣｕ中にＡｇを混入させた
Ｙ−Ｂａ−（Ａｇ、Ｃｕ）−〇系物質の報告（齋藤等Ｊ
ｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ。
Ｙ−Ｂａ−（Ａｇ、Ｃｕ）−〇系物質の報告（齋藤等Ｊ
ｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ。
ｐｈｙｓ２６．Ｌ８３２ （１，９８７）があるが、該
超電導体の混晶的観点からの報告は未だに開示されてい
ない。
超電導体の混晶的観点からの報告は未だに開示されてい
ない。
最近、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系物質の構造を保ったままで
Ｂａ又は、Ｃｕ位置を他の元素で置換した時のＴｃの変
化を調べた報告も出されている。
Ｂａ又は、Ｃｕ位置を他の元素で置換した時のＴｃの変
化を調べた報告も出されている。
ＢａをＳｒで置換するとＴｃは、Ｓｒの濃度と共に単調
に減少する。
に減少する。
又、ＣｕをＴ１、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ】、Ｚｎ
で１０％置換した系での超電導性に関しては、Ｚｎ置換
の場合を除いて、８５Ｋ（Ｃｒ置換）から２０Ｋ（Ｃｏ
置換）の間にＴｃを持つ超電導体となる報告されている
。
で１０％置換した系での超電導性に関しては、Ｚｎ置換
の場合を除いて、８５Ｋ（Ｃｒ置換）から２０Ｋ（Ｃｏ
置換）の間にＴｃを持つ超電導体となる報告されている
。
従来、物質の性質を大きく変化させて新物質を合成する
上で「混晶」を作製した例は、磁性体や半導体などの分
野で数多く報告されているが、該セラミックス超電導体
の合成分野で９０に以上の超電導体を作製する為に「混
晶」を作製した報告も未だに開示されていない。
上で「混晶」を作製した例は、磁性体や半導体などの分
野で数多く報告されているが、該セラミックス超電導体
の合成分野で９０に以上の超電導体を作製する為に「混
晶」を作製した報告も未だに開示されていない。
（Ｃ）発明の目的
本発明者は、９０ Ｋ以上の安定なセラミックス高温超
電導体を開発する為に鋭意研究を重ねた結果、Ｎｂ及び
／又はＴａをＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系、高温超電導体に混
合させる合成法が、その目的に適合していることを見い
出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
電導体を開発する為に鋭意研究を重ねた結果、Ｎｂ及び
／又はＴａをＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系、高温超電導体に混
合させる合成法が、その目的に適合していることを見い
出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
本発明の目的は、
Ｙ−Ｂａ −Ｍ （Ｖ）−Ｃｕ−０（但し、Ｍ （Ｖ）
Ｎｂ、Ｔａ）系高温超電導体材料を提供することである
。
Ｎｂ、Ｔａ）系高温超電導体材料を提供することである
。
（Ｄ）発明の構成
即ち、本発明は、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系高温超電導体に
Ｎｂ及び／又はＴａをＣｕの含有量の４０モル％まで混
合することによってＴｃが９０に以上を示すことを特徴
とする高温セラミックス超電導体材料に関するものであ
る。
Ｎｂ及び／又はＴａをＣｕの含有量の４０モル％まで混
合することによってＴｃが９０に以上を示すことを特徴
とする高温セラミックス超電導体材料に関するものであ
る。
本明細書に用いられる「混晶」とは、混晶をつくるのに
必要な条件としての■結晶格子が類似している。■構成
原子の原子半径が余り違わない。
必要な条件としての■結晶格子が類似している。■構成
原子の原子半径が余り違わない。
等が挙げられ、この■、■の具体的な条件として、ペロ
ブスカイト構造を形成してＣｕ ２ ＋にイオン半径か
近いもの選べば良いことになる。
ブスカイト構造を形成してＣｕ ２ ＋にイオン半径か
近いもの選べば良いことになる。
従来、セラミックス物質からなる常誘導体や強誘導体で
、ペロブスカイト構造を持ち、化学式がＢ ａ ２ Ｍ
（ｍ） Ｍ （Ｖ） ０６（但しＭ （ｍ）及びＭ
（Ｖ）は、３価及び５価の金属元素を表わす）である物
質の報告が、例えばｇａｌａｓｓｏ等、Ｊ、ｐｈｙｓ、
ｃｌｌｅｍ、６６．１３１ （１９６６）に記載されて
いる。ここでＭ （ＩＩＩ）をＹとし、Ｍ （Ｖ）をＣ
ｕの代わりとすれば、このセラミックス物質は、ｃｈｕ
等の発表によるＹ−Ｂａ−ＣＵ−○系超電導体の構成元
素と同一となる。
、ペロブスカイト構造を持ち、化学式がＢ ａ ２ Ｍ
（ｍ） Ｍ （Ｖ） ０６（但しＭ （ｍ）及びＭ
（Ｖ）は、３価及び５価の金属元素を表わす）である物
質の報告が、例えばｇａｌａｓｓｏ等、Ｊ、ｐｈｙｓ、
ｃｌｌｅｍ、６６．１３１ （１９６６）に記載されて
いる。ここでＭ （ＩＩＩ）をＹとし、Ｍ （Ｖ）をＣ
ｕの代わりとすれば、このセラミックス物質は、ｃｈｕ
等の発表によるＹ−Ｂａ−ＣＵ−○系超電導体の構成元
素と同一となる。
そこで本発明者は、Ｍ （Ｖ）のイオン半径でＣｕ２＋
のそれに近いものとしてＭ （Ｖ）（＝Ｎｂ。
のそれに近いものとしてＭ （Ｖ）（＝Ｎｂ。
Ｔａ）をＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系物質に混晶させ、新しい
超電導体を発明するに至った。
超電導体を発明するに至った。
本発明によるセラミックス高温超電導体の製造は、電気
炉を用いて１０００°Ｃ前後の焼成法によって作製する
ことができる。焼成前の試料作製には、固相法と共沈法
とが有るが、本発明では、どちらを用いても良い。
炉を用いて１０００°Ｃ前後の焼成法によって作製する
ことができる。焼成前の試料作製には、固相法と共沈法
とが有るが、本発明では、どちらを用いても良い。
ここでは、固相法を記述する。出発原料であるＹ２Ｏ３
、ＢａＣＯ３、ＣｕＯ及びＭ２Ｏ３（ＭＮｂ、Ｔａ）を
所定量秤量する。この時のＭ２Ｏ３の量は、ＣｕＯの４
０モル％以下、好ましくは０．０２５〜２５モル％以下
を秤量することが望ましい。原料の水分を除去する為、
ルツボに入れてバーナーで乾燥しておき、できるだけ細
かく均一にする為、乳鉢等で充分に混合することが好ま
しい。
、ＢａＣＯ３、ＣｕＯ及びＭ２Ｏ３（ＭＮｂ、Ｔａ）を
所定量秤量する。この時のＭ２Ｏ３の量は、ＣｕＯの４
０モル％以下、好ましくは０．０２５〜２５モル％以下
を秤量することが望ましい。原料の水分を除去する為、
ルツボに入れてバーナーで乾燥しておき、できるだけ細
かく均一にする為、乳鉢等で充分に混合することが好ま
しい。
以下、本発明の効果を明らかにする為、実施例を挙げて
具体的に説明するが、本発明は、これらによって限定さ
れるものではない。
具体的に説明するが、本発明は、これらによって限定さ
れるものではない。
（Ｆ）実施例
本発明を以下の実施例に従って更に説明を加える。
比較例
Ｍ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＣｕＯを０．５：２：３のモル
比で秤量する。ルツボに入れてバーナーで乾燥し、乳鉢
で充分に混合して細かく均一にする。
比で秤量する。ルツボに入れてバーナーで乾燥し、乳鉢
で充分に混合して細かく均一にする。
次に電気炉中で７５０°Ｃて１時間仮焼きし、更に９０
０°Ｃで５時間焼成する。この時、混合物は、均一温度
域に入れる。炉冷した試料を乳鉢で充分に混合した後、
ペレットに成型する。このペレットを再び電気炉に入れ
て９５０°Ｃで５時間焼成し、炉冷後、乳鉢で充分に粉
砕混合して、ペレットに再成型する。このペレットを電
気炉に入れ、空気を流通させながら、８００°Ｃて１０
時間アニーリングする。アニーリング終了時には、空気
の流通を止め、炉冷してセラミックス焼結体を得た。
０°Ｃで５時間焼成する。この時、混合物は、均一温度
域に入れる。炉冷した試料を乳鉢で充分に混合した後、
ペレットに成型する。このペレットを再び電気炉に入れ
て９５０°Ｃで５時間焼成し、炉冷後、乳鉢で充分に粉
砕混合して、ペレットに再成型する。このペレットを電
気炉に入れ、空気を流通させながら、８００°Ｃて１０
時間アニーリングする。アニーリング終了時には、空気
の流通を止め、炉冷してセラミックス焼結体を得た。
実施例ｌ
Ｎｂ２Ｏ５をＹ、、０３．ＢａＣＯ３及びＣｕ中に第１
表■〜■のモル比で４種類秤量し、比較例と同様の作製
工程を経て、４種類の焼結体を得た。
表■〜■のモル比で４種類秤量し、比較例と同様の作製
工程を経て、４種類の焼結体を得た。
実施例２
Ｔａ２０をＹ２Ｏ３、ＢａＣＯ３及びＣｕＯ中に、第１
表■〜■のモル比で４種類秤量し、実施と同様の作製工
程を経て４種類の焼結体を得た（以下余白） 本発明の各焼結物は、Ｘ線回折により、立方晶ペロブス
カイト構造基本とした斜方晶系の超電導相及びペロブス
カイト構造のＢａ２ＹＮ６０６又はＢａ２ＹＴａＯ６の
常誘導体相を持つことが確認された。
表■〜■のモル比で４種類秤量し、実施と同様の作製工
程を経て４種類の焼結体を得た（以下余白） 本発明の各焼結物は、Ｘ線回折により、立方晶ペロブス
カイト構造基本とした斜方晶系の超電導相及びペロブス
カイト構造のＢａ２ＹＮ６０６又はＢａ２ＹＴａＯ６の
常誘導体相を持つことが確認された。
電気抵抗測定により試料の超電導転移温度を調べた結果
、本発明試料は比較試料の９０ Ｋに対し９４〜９８
Ｋの間に超電導転移を起こして抵抗か下がり始め８７〜
９ ’１． Ｋの間では、完全に電気抵抗が消滅した状
態が実現している事が判明した。
、本発明試料は比較試料の９０ Ｋに対し９４〜９８
Ｋの間に超電導転移を起こして抵抗か下がり始め８７〜
９ ’１． Ｋの間では、完全に電気抵抗が消滅した状
態が実現している事が判明した。
第１図には、比較試料と共に本発明試料の■及び■の抵
抗率の温度変化を測定した結果の特性曲線を示した。横
軸は絶対温度Ｔ（Ｋ）で縦軸は、電気抵抗ρ（１０−”
Ω・ｃｍ）を示す。
抗率の温度変化を測定した結果の特性曲線を示した。横
軸は絶対温度Ｔ（Ｋ）で縦軸は、電気抵抗ρ（１０−”
Ω・ｃｍ）を示す。
各焼結体の超電導転移開始温度Ｔｃ及び転移温度幅ΔＴ
ｃを測定した結果を第２表に示した。
ｃを測定した結果を第２表に示した。
（以下余白）
第２表
以上の結果からも分かる様に本発明によって、Ｔ ｃ
９０ Ｋ以上のセラミックス超電導体が製造できた。
９０ Ｋ以上のセラミックス超電導体が製造できた。
（Ｆ）発明の効果
本発明の超電導材料は、下記の利点を有する。
■臨界温度か９０ Ｋ以上の為、液体窒素（沸点７７．
４Ｋ）の冷却下で使用できる。
４Ｋ）の冷却下で使用できる。
■上の理由では、従来より冷却が遥かに容易な為、大型
電気機器への超電導線材への広範な応用が可能となる。
電気機器への超電導線材への広範な応用が可能となる。
■空気中で９５０°Ｃ程度の高温まで加熱しても安定で
ある為、超電導線材料やエレクトロニクス素子材料とし
ての製造上の自由度が高い。
ある為、超電導線材料やエレクトロニクス素子材料とし
ての製造上の自由度が高い。
■セラミックス系の超電導体である為、その電気的磁気
的機械的性質が従来の金属系超電導体と異なると考えら
れ、その為にジョセフソン素子や超電導量子干渉素子と
して応用された時にそれらの特性の多様性を増す。
的機械的性質が従来の金属系超電導体と異なると考えら
れ、その為にジョセフソン素子や超電導量子干渉素子と
して応用された時にそれらの特性の多様性を増す。
第１図は、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｎ
ｂ−０系及びＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｔａ−０系の超電導体の
抵抗率の温度変化を示す特性図である。
ｂ−０系及びＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｔａ−０系の超電導体の
抵抗率の温度変化を示す特性図である。
Claims (1)
- １．Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系高温超電導体にＭ（Ｖ）（＝
Ｎｂ、Ｔａ）をＣｕの含有量の４０モル％まで混合する
ことによって超電導転移温度Ｔｃが９０Ｋ以上を示すこ
とを特徴とする高温セラミックス超電導整材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63311322A JPH02157154A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | セラミックス電導性材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63311322A JPH02157154A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | セラミックス電導性材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02157154A true JPH02157154A (ja) | 1990-06-15 |
Family
ID=18015742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63311322A Pending JPH02157154A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | セラミックス電導性材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02157154A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102177596A (zh) * | 2008-08-07 | 2011-09-07 | 剑桥企业有限公司 | 高温超导体 |
-
1988
- 1988-12-08 JP JP63311322A patent/JPH02157154A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102177596A (zh) * | 2008-08-07 | 2011-09-07 | 剑桥企业有限公司 | 高温超导体 |
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