JPH0340908A - 超伝導体の製造法 - 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 本発明は、送電線な−どの電力供給用線材、半導体素子
結線材料、さらにはエネルギー貯蔵・保持用コイル線材
、ジョセフソン素子などの超伝導体の製造法に間する。

従来の技術 従来、酸化物系または硫化物系超伝導体の製法で最もよ
く用いられている工程は、第２図に示す様に各元素の粉
末原料を混ぜ合わせて焼成を繰り返し、焼結体を得る焼
結法が主流である。

また液相によるものの代表例は溶質を沈澱の形で溶媒か
ら分離する沈澱生成法である。これには共沈法、均一沈
澱法、アルコキシドの加水分解法や電解法がある。沈澱
物は濾過し、洗浄、乾燥、熱分解を経て粉末となる。

また上記汎用法の不均一性を解決する方法としてゾル−
ゲル法などもある。

発明が解決しようとする課題 しかし、主流である焼結法は、混合・粉砕と焼成を何度
も繰り返すため、製造に：ｆｉｌＯ時間から３日間もか
かっていた。また沈澱生成法やゾル−ゲル法は、濃度調
整工程、反応工程、熱分解工程などが不可欠であり煩雑
である。また、同じ性能を持つ材料ができる再現性は低
い。

更に、酸化物や硫化物超伝導体は一般にこれまで融点が
高く、摂氏９００度近い高温で焼き固めなければならな
い。このため線材化等の応用に際し、焼き固めるときに
金属被覆が膨張し、均質な高品質の線材加工が難しい。

本発明は上記課題に鑑み、均質で緻密、高品質な超伝導
体をより簡便な工程で、より短時間に得ることを目的と
する。

課題を解決するための手段 本発明は、融点が高い無機物や金属を、不純物の混入な
く均質に合成するもので、特に、少なくともアーク溶解
などの溶解工程と蒸発付着生成物の回収工程を含むこと
、より好ましくは溶解工程後に熱処理または焼成工程を
含むことを特徴とする。

作用 本発明は、高温での溶融状態（アークなど）を短時間に
発生し、この高温の溶液状態で原材料を銅坩堝等から溶
解室内壁へ蒸発させるため、極めてｙ＆細な粉末を短時
間に得ることができ、粉砕・混合工程が不要で、その後
の熱処理（焼結）工程を短時間に、かつ温度を低く抑え
られ、また不純物が混ざりにくく、従って高純度の超伝
導体を短時間に、簡便に製造することができる。

実施例 以下に、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。

工程の一例を、第１図に示す。

アーク溶解法は、大気圧以下の不活性ガス中に置いた原
材料の混合物にアーク放電し、２０００〜３０００℃の
高温で液状（非晶質状など）にまで溶かし、均質な生成
物を得る方法である。本方法はこの溶解工程を利用し、
この際に蒸発させた均質な蒸発生成物を回収し、プレス
後、酸素中、硫黄中あるいは空気中で数１００℃前後に
短時間加熱して熱処理し超伝導体を作る。

（実施例１） 第１図の工程にしたがって、高温超伝導体の一例として
臨界温度が約９０　ＫのＹＢａ２Ｃｕ３０７−δを取り
上げその製法及び結果について述べる。

使用したアーク炉の縦断面概略を第３図に示す。

操作はまず、原料を溶解室ｌ内の、水冷銅坩堝２中に、
所望の配合比で投入する。次に溶解室ｌ内の大気ガスや
不純ガスを真空ポンプなどの排気系で矢印３の方向へ排
気し、溶解室ｌの内部が十分に排気されたら、排気系を
遮断し、不活性ガス導入バルブ４を徐々に開放して、炉
内圧が１０Ｔ。

ｒｒ〜５００Ｔｏ　ｒ　ｒになるまで達成圧力計５を観
察しつつ、アルゴンガスなどの不活性ガスを導入する。

次に高周波による点火装置で水冷移動電極６の先端に取
り付けた水冷タングステン電極チップ７と、水冷銅坩堝
２との間にアーク８を発生させ、坩堝２内に液状の溶湯
９を形成する。原材料がアークによって高温度で溶解し
、十分に均質な溶湯が得られ、この間同時に水金された
溶解室内壁１７に溶湯成分が次々と蒸発し蒸発付着生成
物１８を形成する。溶湯が少なくなったら通電を止める
。ここで、１０は溶解室を明るくするための照明窓、１
１は溶湯の様子を観察するための覗き窓、１２は坩堝２
を冷却するための水槽であり、１３は冷却水用導管、１
４は溶解室１内の気密を保つための締め付は金具である
。また１５は支持台、１６は水冷タングステン電極チッ
プ７が自由に動くようにしたユニバーサルジヨイントで
ある。

本実施例では出発原材料として炭酸バリウム（ＢａＣ０
３）、酸化イツトリウム（Ｙ２（ｈ）、酸化第２銅（Ｃ
ｕｂ）を １　／　２　Ｙ２Ｏ３＋　２　ＢａＣＯ３＋　３　Ｃｕ
Ｏ−＋ＶＢａ２（：ｕ３０７−δ＋Ｃ０２の反応式に従
って、所定の量に混合し、これを水冷銅坩堝２に入れて
、約Ｉ　Ｃｌ５Ｔｏｒｒまで真空排気し、次いでアルゴ
ンガスを不活性ガス導入バルブ４から約２００　Ｔｏｒ
ｒまで導入した。初期アーク電流値１５０Ａ、アーク発
生後は２２０Ａに上げて定常的に約１〜ＩＯＡ／ｇの電
流値密度で５分間アーク溶解した。この間に原材料は溶
解室内壁に向かって蒸発し、水冷銅坩堝２中の残存量は
約ｌ／４であった。

ついで内壁に付着した約３／４の蒸発付着生成物１８を
はけなどで回収した。蒸発付着物は非常にｙ＆細な原材
料の粉末であった。これを、所望の形状にプレス成形加
工し、次いで酸素雰囲気中で約８５０℃で２時間熱処理
し、約９０に級の超伝導体を容易に得た。成形時には３
ｔｏｎ／ｃｍ２程度の成形圧をかけた。得られた焼結体
はベレット状の形状を有し、４．５〜５．５ｇ／ｃｍ３
程度の密度でかなり緻密なものであった。これは約７５
〜９０％近くの気孔率をもっていることになる。

第４図（Ａ）にこの特性を示す。本実施例では図のよう
にオンセットで９２に１　オフセット７９にの臨界温度
を示した。また１０ｍＡの電流を流したとき約１００に
で３００μＶの出力電圧を示した。

（実施例２） 実施例１と同様に材料組成ＹＢａ２Ｃｕ３０ｖ−δ系超
伝導体の合成を目的に、ＩＯＭＨ２の高周波加熱で約１
０分間溶解した。溶解室内壁には同様に多量のＹＢａ２
Ｃｕ３０ｖ−δが付着した。これを所望の形状に成形加
工し、次いで酸素雰囲気中で約９００℃で４時間熱処理
した。他の条件は前の例と同様である。

第４図（Ｂ）にこの特性を示す。図のようにオンセット
で８８Ｋ、オフセラ）７７にの臨界温度を示した。また
１ｍＡの電流を流したとき約１００にで７３０μＶの出
力電圧を示した。試料（Ａ）、（Ｂ）の臨界電流密度を
測定した結果、各々６５０Ａ／ｃｍ２．５２０Ａ／ｃｍ
”　　で、かなり優れた値を得た。

これらの実施例の如く、本発明によれば優れた特性を有
する酸化物系および硫化物系超伝導体が極めて容易に、
比較的短時間に合成できることが明らかになった。

なお本発明をＢ１〜５＋”Ｃａ−Ｃｕ−０系超伝導体お
よびＴｌ−Ｃａ−８ａ−Ｃｕ−０系超伝導体に適用した
結果、前記実施例と同様に優れた超伝導特性を得ること
ができた。

発明の効果 本発明によれは、不活性ガス中で、原料を一度液状に溶
かした状態から一度に極めて微細な粉末を得ているため
、単一・均質生成相が容易に得られ、良質、高緻密の超
伝導体の作製が可能である。その結果超伝導の密度を６
０〜９０％にまで高められる（焼結法では３０〜５０％
）ためマイスナー効果が２〜３倍向上する。臨界電流密
度も大幅に向上できる。また同じ性能の超伝導体を安定
的に再現性よく、何回も作れる。超伝導の密度がこのよ
うに大幅に向上するため十分のＩミＩ７単位の加工が簡
単にでき、微細加工による電子素子にも応用可能である
。また、線材やテープとして加工・成型するのに適して
いる。

更に、簡便な￥Ａ造工程であるから製作時間が従来の５
０分の１以下に短縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の工程流れ図、第２図は従来
例の工程流れ図、第３図は本発明を実施するに適したア
ーク溶解炉の概略断面図、第４図は本発明実施例の超伝
導転移温度特性図である。 １・・・・溶解室、２・・・・水冷銅坩堝、３・・・・
排気系方向、４・・・・不活性ガス導入バルブ、５・・
・・連成圧力計ゲステン電極チップ、６・・・・水冷移
動電極、７・・・・水冷タングステン電極チップ、７・
・・・溶解室、８・・・・高温アーク、９・・・・高温
超伝導体原材料からなる溶湯、１０・・・・照明窓、１
１・・・・覗き窓、１２・・・・水槽、１３・・・・冷
却水用導管、１４・・・・締め付は金具、１５・・・・
支持台、１６・・・・ユニバーサルジヨイント、１７・
・・・溶解室内壁、１８・・・・蒸発付着物。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料の溶融工程と、原料の蒸発付着工程と、該蒸
   発付着物の回収工程を含むことを特徴とする超伝導体の
   製造法。
2. （２）蒸発付着物の回収工程後、熱処理または焼成工程
   を含むことを特徴とする請求項１記載の超伝導体の製造
   法。
3. （３）溶融工程がアークを熱源とする溶融であることを
   特徴とする請求項１または２記載の超伝導体の製造法。
4. （４）熱処理または焼成工程前または後に，加圧成形工
   程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
   記載の超伝導体の製造法。
5. （５）超伝導体が酸化物系あるいは硫化物系であること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の超伝導
   体の製造法。