JPH0393609A - 酸化物高温超伝導体の合成方法 - Google Patents
酸化物高温超伝導体の合成方法Info
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- JPH0393609A JPH0393609A JP23198089A JP23198089A JPH0393609A JP H0393609 A JPH0393609 A JP H0393609A JP 23198089 A JP23198089 A JP 23198089A JP 23198089 A JP23198089 A JP 23198089A JP H0393609 A JPH0393609 A JP H0393609A
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Landscapes
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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】
〔産業上の利用分野]
この発明は、酸化物系高温超伝導体の合成方法に関する
. [従来の技術および発明が解決しようとする課題] 昭和63年1月、高価な希土類を含まず、きわめて安定
なBi−Sr−Ca−Cu−0系高温超伝導体(Tcは
103K)が発見された.これは希土類を含まない新し
い酸化物超伝導物質として注目されたが、単一相のもの
を得ることは非常に困難であった.しかし、最近pbを
加えることによって高温相(IIOK級超伝導相)が9
0%以上の超伝導物質になることが報告され、さらにご
く最近、共沈法で得られたシュウ酸塩前駆体を最適条件
で焼成することによって高温相が99%以上の物質が得
られることが見出された.このように、単一相の物質を
合成する研究(構造の解明,超伝導のメカニズムの解明
には不可欠)は短時間に著しく進展した.しかし、前駆
体から高温超伝導体を得るには,依然として高温で長時
間(80〜100時間)加熱することが必要であり、量
産・加工技術開発の観点からより効果的.経済的で再現
性に優れた合成法の開発が切望されている. Bi系は5種類もの元素から構成され(Pbを含めると
6元素)、それらを固相反応により所定の結晶構造をと
るようにするためには長時間の加熱が必要と考えられる
. 第1の課題は、なんらかの方法によりこの合成時間を著
しく短縮することである. 現在、優れた酸化物超伝導体の前駆体を調整するには、
各構成元素の原料化合物を微細な粒子として均質に混合
することが必要と考えられており、バルク酸化物超伝導
体の合成には固相反応法よりも共沈法(シュウ酸塩法)
が多用されている.しかしながら、硝酸塩を出発原料と
して硝酸水溶液中でシュウ酸塩の沈澱を得る通常の共沈
法には次のような問題点がある.すなわち、生成する各
成分のシュウ酸塩の沈澱は硝酸に対して異なった溶解度
を持ったために溶液のpHによって得られる前駆体の組
成が仕込み組成と大きく異なってしまうことである.し
たがって、組成が明らかにされた超伝導体の合成におい
ては仕込み組成や最終pHを精密にコントロールするこ
とで修正することができるが、新規物質の合成を目指す
場合前駆体の組成を容易に決められないことは決定的な
弱点となる. この理由から、新規物質の探索においては現在も固相反
応法が用いられているが、原料粉末の粒子間の反応が遅
いために誕生を待たずに見逃されてしまった幻の新規超
伝導体がある可能性も否定できない.この従来の共沈法
における組成コントロールの難しさを解決することが第
二の課題である. この発明の目的は、このような二つの課題を解決し,超
伝導体の生成がきわめて容易な前駆体を調製する新規な
方法を提供することにある.[発明が解決しようとする
課題] この発明は.酸化物高温超伝導体の構成元素を含む化合
物を溶解した有機酸水溶液あるいは有機酸−アルコール
混合溶液中に、シュウ酸エステル水溶液を添加して得ら
れるシュウ酸塩の沈澱を加熱分解した後、焼成すること
を特徴とする酸化物高温超伝導体の合成方法である. また、この発明の第2の発明は、酸化物高温超伝導体の
構成元素を含む化合物を溶解した酢酸水溶液あるいは酢
酸−エタノール混合溶液中に、シュウ酸ジメチル水溶液
を添加し、常温または加熱下で撹拌して得られるシュウ
酸塩の沈澱を加熱分解した後、焼成することを特徴とす
る酸化物高温超伝導体の合成方法である. [実 施 例] この発明は、共沈法によって前駆体を調製する際、酢酸
水溶液中で調製することによって第二の課題を解決した
.すなわち、生成するシュウ酸塩の有機酸に対する溶解
度が硝酸や塩酸など鉱酸と比較してきわめて低く、pH
を調節することなく容易にほぼ仕込み組成どおりの構成
元素比をもつ前駆体を得ることができる.さらに沈澱剤
として通常用いられているシュウ酸のかわりにシュウ酸
ジメチルを使用すると、それは次の反応式に示されるよ
うに加水分解し、シュウ酸を生成する.(CHs )m
Cm O4+2Hs O→H a C m O
4 + 2 C H s O Hシュウ酸イオンは
ただちに含まれる構成元素イオンと反応しシュウ酸塩と
して沈澱する.沈澱の生成速度はシュウ酸ジメチルの分
解速度に依存すると考えられるのでその加水分解速度を
反応濃度で変えることにより、沈澱生成速度を制御する
ことができ、かつ溶液全体を常に均一な条件に保つこと
ができるためきわめて均質な沈澱(前駆体)が得られ、
その結果超伝導相の生成はさらに著しく容易となり第一
の課題をも解決することができる. この発明の手法は原理的に従来の共沈法で合成可能な酸
化物系超伝導体であればどのような組成のものにも対応
できるが、一例としてBi−Pb系酸化物超伝導体合成
をとりあげ詳細に説明する. まず、超伝導材料を構成する元素を含む可溶性原料(酢
酸塩,クエン酸塩等の有機酸塩、望ましくは酢酸塩、あ
るいは硝酸塩でも可能である)を所定の元素比となるよ
うに脱イオン水あるいは脱イオン水を含むアルコール溶
液に溶解する.ビスマスの塩は水を加えると水に不溶の
錯体を形成し沈澱を生じるが、それは酢酸を加えること
によって溶解する.この混合溶液にシュウ酸ジメチルの
水溶液あるいはアルコール溶液を添加すると徐々に加水
分解を起こし生成するシュウ酸によって構成元素はシュ
ウ酸塩の沈澱となって析出する.その速度は温度に大き
く依存し室温では数日,95℃の温度では数時間で完了
する.シュウ酸ジメチルの分解は混合溶液全体で均一に
また徐々に進行するためにシュウ酸塩の沈澱は均一なも
のとなる.さらに,沈澱は複塩のような構造となってい
るため、構成元素は原子レベルでよく混合され、均質な
前駆体をつくっていると考えられる.この理由からこの
方法で得られた前駆体は短い焼結時間で容易に超伝導相
を形成したちのと推測される. 以下に実施例に基づいてこの発明をより詳細に説明する
. 実施例l Bi (NO− )a ・ 5Ht o,pb
(c.H.Oit ・ 3HaO. Sr
(Ci HiOi)i1/2H2 0,Ca (C
x Hs Ot )* ・Hz OCu (c
.H@ O.).−H.Oをそれぞれ7. 76g,
1. 52g.4.29g, 3. 52g
,5.99g (Bi :Pb:Sr:Ca:Cu
=8:2: 10:10:15)秤量し、脱イオン水1
5 0 m lに酢酸100ml加えた溶液に溶解す
る.この溶液にシュウ酸ジメチル水溶液(17.7gを
150mlの水に溶解)を加え常温下で8日間撹拌する
.生成した沈澱を水洗いした後120℃の温度で15時
間乾燥すると前駆体粉末が得られる.得られた前駆体を
500゜Cの温度で5時間熱分解した後ペレット状に成
形し835℃の温度で12時間焼結した.なお、熱処理
はすべて大気中で行なった. この試料のX線回折図を第1図に示す.一部Ca 2
P b O 4やCuOの回折線が認められるが生成し
た超伝導相はほぼ100%高温相である.実施例2 B i (NOx ) a ・ 5H.O,P
b (C.H.Os)* ・ 3H*O,Sr
(CmHsO,)*1/2H! O,Ca (CI
Hl 0m )l − HI OCu (
ct Ha 01 ) 1 −H2 0をそれぞれ7
. 76g. 1. 52g. 4. 29
g. 3. 52g,5.99g (Bi :
Pb:Sr:Ca:Cu=8+2:10:10:15)
秤量し,脱イ才ン水150mlに酢酸100ml加えた
溶液に溶解する.この溶液にシュウ酸ジメチル水溶液(
17.7gを150mlの水に溶解)を加え加熱還流下
で4時間撹拌する.生成した沈澱を水洗した後120℃
の温度で15時間乾燥するとiifJ駆体粉末が得られ
る.得られた前駆体を実施例1と同様に熱分解し、焼結
した.得られた試料のX線回折図を第2図に示した. 比較例l B l (Not ) s ’ 5Hi O, Pb
(Ci HaO2)s ・38* O, Sr (ci
Ha O2)s1/2H.O, Ca (cn Ha
Os ) m ・Hz OC u (Ca Hs O
s ) m ・Hz Oをそれぞれ7. 76g,
1 、 52g, 4. 29g. 3.
52g,5. 99g (Bi :Pb:Sr
:Ca:Cu=8:’2: 10:10:15)秤量し
、脱イオン水150mlに酢酸100ml加えた溶液に
溶解する.この溶液にシュウ酸水溶液(15gを150
mlの水に溶解)を激しく撹拌しながら一気に加える.
生成した沈澱を一晩静置した後、水洗し、120℃の温
度で15時間乾燥して前駆体粉末を得た.得られた前駆
体を実施例1と同様に熱分解し、焼結した.得られた試
料のX線回折図を第3図に示した. 超伝導相がよく生成しているが、低温相に帰属される回
折線の強度が実施例1.2と比較して大きい.また磁化
率の差を試籾を含むコイルの自己インタクタンス変化と
して測定すると(第4図参照)、その変化量は実施例2
と比較して明らかに小さく超伝導相の割合は少ないこと
がわかる.したがって、沈澱剤としてシュウ酸ジメチル
を用いる均一共沈法の優位性は明らかである.【発明の
効果] 以上説明したように{この発明の酸化物高温超電導体の
合成法によれば、従来法におけるよりも焼結時間が著し
く短縮され、高効率で、しかも再現性よく酸化物超伝導
物質を合成することが可能になった.この発明は、超伝
導物質の量産面ばかりでなく、新規酸化物高温超伝導物
質開発の能率向上においても著しく貢献するものと思わ
れる.
. [従来の技術および発明が解決しようとする課題] 昭和63年1月、高価な希土類を含まず、きわめて安定
なBi−Sr−Ca−Cu−0系高温超伝導体(Tcは
103K)が発見された.これは希土類を含まない新し
い酸化物超伝導物質として注目されたが、単一相のもの
を得ることは非常に困難であった.しかし、最近pbを
加えることによって高温相(IIOK級超伝導相)が9
0%以上の超伝導物質になることが報告され、さらにご
く最近、共沈法で得られたシュウ酸塩前駆体を最適条件
で焼成することによって高温相が99%以上の物質が得
られることが見出された.このように、単一相の物質を
合成する研究(構造の解明,超伝導のメカニズムの解明
には不可欠)は短時間に著しく進展した.しかし、前駆
体から高温超伝導体を得るには,依然として高温で長時
間(80〜100時間)加熱することが必要であり、量
産・加工技術開発の観点からより効果的.経済的で再現
性に優れた合成法の開発が切望されている. Bi系は5種類もの元素から構成され(Pbを含めると
6元素)、それらを固相反応により所定の結晶構造をと
るようにするためには長時間の加熱が必要と考えられる
. 第1の課題は、なんらかの方法によりこの合成時間を著
しく短縮することである. 現在、優れた酸化物超伝導体の前駆体を調整するには、
各構成元素の原料化合物を微細な粒子として均質に混合
することが必要と考えられており、バルク酸化物超伝導
体の合成には固相反応法よりも共沈法(シュウ酸塩法)
が多用されている.しかしながら、硝酸塩を出発原料と
して硝酸水溶液中でシュウ酸塩の沈澱を得る通常の共沈
法には次のような問題点がある.すなわち、生成する各
成分のシュウ酸塩の沈澱は硝酸に対して異なった溶解度
を持ったために溶液のpHによって得られる前駆体の組
成が仕込み組成と大きく異なってしまうことである.し
たがって、組成が明らかにされた超伝導体の合成におい
ては仕込み組成や最終pHを精密にコントロールするこ
とで修正することができるが、新規物質の合成を目指す
場合前駆体の組成を容易に決められないことは決定的な
弱点となる. この理由から、新規物質の探索においては現在も固相反
応法が用いられているが、原料粉末の粒子間の反応が遅
いために誕生を待たずに見逃されてしまった幻の新規超
伝導体がある可能性も否定できない.この従来の共沈法
における組成コントロールの難しさを解決することが第
二の課題である. この発明の目的は、このような二つの課題を解決し,超
伝導体の生成がきわめて容易な前駆体を調製する新規な
方法を提供することにある.[発明が解決しようとする
課題] この発明は.酸化物高温超伝導体の構成元素を含む化合
物を溶解した有機酸水溶液あるいは有機酸−アルコール
混合溶液中に、シュウ酸エステル水溶液を添加して得ら
れるシュウ酸塩の沈澱を加熱分解した後、焼成すること
を特徴とする酸化物高温超伝導体の合成方法である. また、この発明の第2の発明は、酸化物高温超伝導体の
構成元素を含む化合物を溶解した酢酸水溶液あるいは酢
酸−エタノール混合溶液中に、シュウ酸ジメチル水溶液
を添加し、常温または加熱下で撹拌して得られるシュウ
酸塩の沈澱を加熱分解した後、焼成することを特徴とす
る酸化物高温超伝導体の合成方法である. [実 施 例] この発明は、共沈法によって前駆体を調製する際、酢酸
水溶液中で調製することによって第二の課題を解決した
.すなわち、生成するシュウ酸塩の有機酸に対する溶解
度が硝酸や塩酸など鉱酸と比較してきわめて低く、pH
を調節することなく容易にほぼ仕込み組成どおりの構成
元素比をもつ前駆体を得ることができる.さらに沈澱剤
として通常用いられているシュウ酸のかわりにシュウ酸
ジメチルを使用すると、それは次の反応式に示されるよ
うに加水分解し、シュウ酸を生成する.(CHs )m
Cm O4+2Hs O→H a C m O
4 + 2 C H s O Hシュウ酸イオンは
ただちに含まれる構成元素イオンと反応しシュウ酸塩と
して沈澱する.沈澱の生成速度はシュウ酸ジメチルの分
解速度に依存すると考えられるのでその加水分解速度を
反応濃度で変えることにより、沈澱生成速度を制御する
ことができ、かつ溶液全体を常に均一な条件に保つこと
ができるためきわめて均質な沈澱(前駆体)が得られ、
その結果超伝導相の生成はさらに著しく容易となり第一
の課題をも解決することができる. この発明の手法は原理的に従来の共沈法で合成可能な酸
化物系超伝導体であればどのような組成のものにも対応
できるが、一例としてBi−Pb系酸化物超伝導体合成
をとりあげ詳細に説明する. まず、超伝導材料を構成する元素を含む可溶性原料(酢
酸塩,クエン酸塩等の有機酸塩、望ましくは酢酸塩、あ
るいは硝酸塩でも可能である)を所定の元素比となるよ
うに脱イオン水あるいは脱イオン水を含むアルコール溶
液に溶解する.ビスマスの塩は水を加えると水に不溶の
錯体を形成し沈澱を生じるが、それは酢酸を加えること
によって溶解する.この混合溶液にシュウ酸ジメチルの
水溶液あるいはアルコール溶液を添加すると徐々に加水
分解を起こし生成するシュウ酸によって構成元素はシュ
ウ酸塩の沈澱となって析出する.その速度は温度に大き
く依存し室温では数日,95℃の温度では数時間で完了
する.シュウ酸ジメチルの分解は混合溶液全体で均一に
また徐々に進行するためにシュウ酸塩の沈澱は均一なも
のとなる.さらに,沈澱は複塩のような構造となってい
るため、構成元素は原子レベルでよく混合され、均質な
前駆体をつくっていると考えられる.この理由からこの
方法で得られた前駆体は短い焼結時間で容易に超伝導相
を形成したちのと推測される. 以下に実施例に基づいてこの発明をより詳細に説明する
. 実施例l Bi (NO− )a ・ 5Ht o,pb
(c.H.Oit ・ 3HaO. Sr
(Ci HiOi)i1/2H2 0,Ca (C
x Hs Ot )* ・Hz OCu (c
.H@ O.).−H.Oをそれぞれ7. 76g,
1. 52g.4.29g, 3. 52g
,5.99g (Bi :Pb:Sr:Ca:Cu
=8:2: 10:10:15)秤量し、脱イオン水1
5 0 m lに酢酸100ml加えた溶液に溶解す
る.この溶液にシュウ酸ジメチル水溶液(17.7gを
150mlの水に溶解)を加え常温下で8日間撹拌する
.生成した沈澱を水洗いした後120℃の温度で15時
間乾燥すると前駆体粉末が得られる.得られた前駆体を
500゜Cの温度で5時間熱分解した後ペレット状に成
形し835℃の温度で12時間焼結した.なお、熱処理
はすべて大気中で行なった. この試料のX線回折図を第1図に示す.一部Ca 2
P b O 4やCuOの回折線が認められるが生成し
た超伝導相はほぼ100%高温相である.実施例2 B i (NOx ) a ・ 5H.O,P
b (C.H.Os)* ・ 3H*O,Sr
(CmHsO,)*1/2H! O,Ca (CI
Hl 0m )l − HI OCu (
ct Ha 01 ) 1 −H2 0をそれぞれ7
. 76g. 1. 52g. 4. 29
g. 3. 52g,5.99g (Bi :
Pb:Sr:Ca:Cu=8+2:10:10:15)
秤量し,脱イ才ン水150mlに酢酸100ml加えた
溶液に溶解する.この溶液にシュウ酸ジメチル水溶液(
17.7gを150mlの水に溶解)を加え加熱還流下
で4時間撹拌する.生成した沈澱を水洗した後120℃
の温度で15時間乾燥するとiifJ駆体粉末が得られ
る.得られた前駆体を実施例1と同様に熱分解し、焼結
した.得られた試料のX線回折図を第2図に示した. 比較例l B l (Not ) s ’ 5Hi O, Pb
(Ci HaO2)s ・38* O, Sr (ci
Ha O2)s1/2H.O, Ca (cn Ha
Os ) m ・Hz OC u (Ca Hs O
s ) m ・Hz Oをそれぞれ7. 76g,
1 、 52g, 4. 29g. 3.
52g,5. 99g (Bi :Pb:Sr
:Ca:Cu=8:’2: 10:10:15)秤量し
、脱イオン水150mlに酢酸100ml加えた溶液に
溶解する.この溶液にシュウ酸水溶液(15gを150
mlの水に溶解)を激しく撹拌しながら一気に加える.
生成した沈澱を一晩静置した後、水洗し、120℃の温
度で15時間乾燥して前駆体粉末を得た.得られた前駆
体を実施例1と同様に熱分解し、焼結した.得られた試
料のX線回折図を第3図に示した. 超伝導相がよく生成しているが、低温相に帰属される回
折線の強度が実施例1.2と比較して大きい.また磁化
率の差を試籾を含むコイルの自己インタクタンス変化と
して測定すると(第4図参照)、その変化量は実施例2
と比較して明らかに小さく超伝導相の割合は少ないこと
がわかる.したがって、沈澱剤としてシュウ酸ジメチル
を用いる均一共沈法の優位性は明らかである.【発明の
効果] 以上説明したように{この発明の酸化物高温超電導体の
合成法によれば、従来法におけるよりも焼結時間が著し
く短縮され、高効率で、しかも再現性よく酸化物超伝導
物質を合成することが可能になった.この発明は、超伝
導物質の量産面ばかりでなく、新規酸化物高温超伝導物
質開発の能率向上においても著しく貢献するものと思わ
れる.
第1図および第2図は、均一共沈法で調整した超伝導体
のX線回折図、 第3図は、不均一共沈法で調整した超伝導体のX線回折
図、 第4図は、試料を含むコイルの自己インダクタンス変化
を示すグラフである.
のX線回折図、 第3図は、不均一共沈法で調整した超伝導体のX線回折
図、 第4図は、試料を含むコイルの自己インダクタンス変化
を示すグラフである.
Claims (2)
- (1)酸化物高温超伝導体の構成元素を含む化合物を溶
解した有機酸水溶液あるいは有機酸−アルコール混合溶
液中に、シュウ酸エステル水溶液を添加して得られるシ
ュウ酸塩の沈澱を加熱分解した後、焼成することを特徴
とする酸化物高温超伝導体の合成方法。 - (2)酸化物高温超伝導体の構成元素を含む化合物を溶
解した酢酸水溶液あるいは酢酸−エタノール混合溶液中
に、シュウ酸ジメチル水溶液を添加し、常温または加熱
下で撹拌して得られるシュウ酸塩の沈澱を加熱分解した
後、焼成することを特徴とする酸化物高温超伝導体の合
成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23198089A JPH0393609A (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | 酸化物高温超伝導体の合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23198089A JPH0393609A (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | 酸化物高温超伝導体の合成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0393609A true JPH0393609A (ja) | 1991-04-18 |
Family
ID=16932059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23198089A Pending JPH0393609A (ja) | 1989-09-06 | 1989-09-06 | 酸化物高温超伝導体の合成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0393609A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0630874B1 (de) * | 1993-06-23 | 1998-02-11 | Hoechst Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung rohrförmiger Formteile aus Hoch-Tc-Supraleiter-Material |
-
1989
- 1989-09-06 JP JP23198089A patent/JPH0393609A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0630874B1 (de) * | 1993-06-23 | 1998-02-11 | Hoechst Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung rohrförmiger Formteile aus Hoch-Tc-Supraleiter-Material |
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