JPH0393664A - 酸化物超電導体の製造方法 - Google Patents

酸化物超電導体の製造方法

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JPH0393664A
JPH0393664A JP1230755A JP23075589A JPH0393664A JP H0393664 A JPH0393664 A JP H0393664A JP 1230755 A JP1230755 A JP 1230755A JP 23075589 A JP23075589 A JP 23075589A JP H0393664 A JPH0393664 A JP H0393664A
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JP
Japan
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low
gas
oxygen
temperature
oxide
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JP1230755A
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English (en)
Inventor
Seiji Hayashi
征治 林
Kazuyuki Shibuya
和幸 渋谷
Rikuro Ogawa
小川 陸郎
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KOKUSAI CHIYOUDENDOU SANGYO GIJUTSU KENKYU CENTER
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
KOKUSAI CHIYOUDENDOU SANGYO GIJUTSU KENKYU CENTER
Kobe Steel Ltd
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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

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、超電導遷移温度(以下Tcと記すことがある
)が液体窒素温度を十分に超える超電導酸化物を、テー
プなどの平板状形態で製造する為の方法に関するもので
ある。
[従来の技術] 液体窒素温度を超えるTc(例えば90K)をもつ代表
的酸化物超電導体として、三層構造ベロブスカイトRB
az Cu30,(但しRはY若しくはランタニド系列
希土類元素よりなる群から選択される1種以上の元素〉
が発見されている[Appl. phys. Lett
. Vol.51 (1987)P57],しかしなが
ら上記酸化物超電導体は、構戒員である酸素原子が加工
時の熱影響によって抜け出し易いという性質を有してお
り、従って加工時の熱処理条件等で酸素含有量が変化し
、それに伴なって斜方晶一正方晶転移を起こし、この相
転移によってTcもOKから90Kまでの範囲で大きく
変動することが知られている[Phys. Rev. 
836(1987) P5719]。
例えばRBa2 Cu3 07粉末を銀パイプに充填し
、これを冷間線引加工によって線状にした後、粉末部の
焼結熱処理(aOO〜900℃)によって超電導線材と
する方法(銀シース線材法)を採用した場合、焼結熱処
理時に酸素原子が抜けてしまい、超電導特性が劣化して
しまうという欠点があった。
これに対して、RBaz Cu40a型酸化物は、85
0℃付近まで加熱しても酸素の抜け出しが見られず安定
であり、しかもTcが80K付近にあって、液体窒素温
度を上回るので、実用上からも重要な物質であると注目
されている.[発明が解決しようとする課題] ところでRBa2Cu.06型酸化物超電導体の製造方
法としては、これまで下記2つの方法が提案されている
(1)仮焼粉を純酸素の高圧雰囲気下で熱処理(例えば
930℃×8時間,酸素圧100atm )する方法[
高圧酸素法HTc!81K, Nature 33B 
(198B) P660−682またはPhys. R
ev. 839 (1988) P7347−7350
1 ,(2)仮焼粉を炭酸ナトリウム等の触媒と混合し
、これを長時間酸素気流中で熱処理する方法[常圧法;
 T c = 7 7 K ; Nature 338
(1989) P328−330]。
しかしながら、本発明者らが実験によって確認したとこ
ろによると、上記(1) . (2)の方法では下記に
示す様な欠点があった. (1)の方法では、温度や圧力条件によってはRBa2
Cu.O,−6相やR2 Ba4 Cut Ox相等が
出現し、RBa2 Cu4 06の生成が極めて少なく
なり、RBa2Cu40.相本来の特性が失われてしま
うことが分かった。また(2)の方法では生成物に不純
物が残り易く、熱処理にも長時間を要することから、実
際の応用には不向きである. そればかりでなく、RBam Cu40a型酸化物は、
Tcが液体窒素温度を上まわるとは言うものの、Tcは
いずれも80K付近であり液体窒素温度マージンが小さ
すぎることから実用化が困難であり、より高いTcを示
すものを開発することが期待されている. 本発明はこうした技術的課題を解決する為になされたも
のであって、その目的は、高熱条件下でも酸素の抜け出
しが少ないという特性を維持しつつ液体窒素温度よりも
十分高いTcを有する酸化物超電導体を平板状に製造す
る方法を提供すること心ある。
[課題を解決する為の手段] 上記目的を達成し得た本発明とは、R(但しRはY及び
ランタニド系列希土類元素よりなる群から選択される1
種以上の元素).Ca.Ba,Cu,Oからなる粉末焼
結物上に、Ba及びCuを含む低融点化合物を配置し、
不活性ガスと酸素ガスの混合雰囲気下、850〜110
0℃の温度範囲で熱間静水圧処理することにより、前記
粉末焼結物と前記低融点化合物の間に、両者の相互拡散
層として、 (R.−,lCa.)Ba.Cu.O。
(但し、Xは0.001 〜0.5 , Rは前と同じ
意味) で示される酸化物を含む酸化物超電導体を製造する点に
要旨を有する酸化物超電導体の製造方法である. [作用] 本発明者らは、液体窒素温度よりも十分高いTcを有し
、且つ高温においても酸素の抜けが生じない様な安定な
超電導体を実現すべく、様々な角度から検討を加えた. そしてまず三層構造ペロプスカイトRBa2CLl3O
t型結晶構造における1重のCuOwAが2重のCuO
tjiになフたRBa2Cu4o8型酸化物において、
Rの0.1〜50原子%をCaに置換した(Rl −X
 C aX ) B a2 C u4o6型酸化物はT
cが液体窒素温度より十分高くなり且つ850℃付近ま
で酸素の抜け出しがなく安定に加工し得ることが分かっ
た. そしてこうした特性を生かすべく、その具体的製造手段
について更に検討した.その結果、R,Ca,Ba,C
u,O等からなる粉末焼結物上に、Ba及びCuを含む
低融点化合物を配置し、不活性ガスと酸素ガスの混合雰
囲気下、850〜1100℃の温度範囲で熱間静水圧加
圧処理(以下HIP処理ということがある)すれば、化
学組成式が(Rl−X Ca.)Ba2 Cu4 0a
である相互拡散層が安定且つ短時間で形成できることを
見出し、本発明を完成した。
本発明におけるHIP処理は、不活性ガスと酸素ガスの
混合雰囲気下の処理であるので、純酸素の場合と同じ圧
力(例えば200気圧)を酸素分圧で達成しようとすれ
ば混合雰囲気としての全圧を大幅に高めることができる
。例えば不活性ガスと酸素の7毘合モル比を1=1にし
たときは全圧を400気圧に、また4:1にしたときは
全圧を1000気圧にすることも可能となり、これによ
ってCu原子の拡散が更に高められ、(R.XCa.)
Ba2 Cu4oa型酸化物超電導体を生成し易くなる
ものと考えられる。またこのことは、純酸素によって全
圧力を高くする場合と比べ、操業上の安全性の見地から
も大きな利点?あると言える。
HIP処理における温度は、RBa2CusOt型酸化
物の生成を抑制し、(Rl■Cax)Ba2 Cu40
6型酸化物の生成を促進するという観点から、少なくと
も850℃以上であることが必要であるが、1100℃
を超えるとR2 Ba4Cu7 0エが生成して混相と
なりやすいので処理温度の上限は1100℃とする必要
がある。
一方、本発明において(R+−XCax)Ba2 Cu
40I!l型酸化物におけるCa置換量(即ちXの範囲
)を0.001〜0.5 とした理由は下記の通りであ
る。即ちCa置換の効果が現われるのはXが0.001
以上のときであり、また本発明の製造条件下においては
Xが05を超えて形成されることはほとんどないからで
ある。尚好ましい範囲は0.001〜0.2である 尚木発明で用いる前記粉末焼結物としては、例えば(R
,−.Ca,) 2BaCuO,または(Rl−xCa
x): Ba : Cu=2 : 1 : 3の混金粉
等が挙げられ、また低融点化合物としては、例えばBa
3 Cubaが挙げられる.この様にこれら粉末焼結物
および低融点化合物の組成は、H I PIA理前に必
ずしも(R+Ca)Ba : Cu=1:2・4とする
必要はなく、これからはずれた組成比であってもHIP
処理によって(R,XCa,)Ba2 Cu406相が
安定確実に生成される。但し、この相を安定に生成させ
る為には、粉末焼結物及び低融点化合物の両者を合計し
た組成を、(R+Ca): Ba : Cu=1 :2
:4にするのが好ましい。
また粉末焼結物上に低融点化合物を配置する手段につい
ては特に限定するものではないが、例えば塗布やスパッ
タ蒸着等が上げられる。
尚本発明によれば、HIPfi埋が上記酸化物相の形戊
と焼結処理工程を兼ねているので、熱製造時間の短縮化
も図れる。
以下本発明を実施例によって詳細に説明するが、下記実
施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記
の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技
術的範囲に含まれるものである。
[実施例] 実施例1 純度99.9%のY2 03,H 02 03BaCO
3.Cub,CaCO3の各粉末を準備し、これらの粉
末を化学組成式(Y+−xcax) 2Bacuos又
は(H01−X CaX)2 BaCuO5となる様に
混合し、空気中で850℃にて16時間の仮焼処理を行
なった。仮焼粉を粉砕した後、ポリビニルアルコールに
溶かし、これを基板上に塗布した。上記と同様に混合.
仮焼.溶融したBa,Cu60.粉末を、(Rl−11
 Cax )2 BaCuOs  (R=YまたはHo
)上に塗布した。この状態の断面形状(母材)を第1図
に示すが、図中Aは基板.Bは(R+ −X C ax
 ) 2 B a C u OS膜,CはBaaCus
Oa膜を夫々示す。
第1図に示した母材をAr−80%.02−20%の混
合ガス雰囲気下、1000atmX980℃で10時間
保持してHIP処理し、その後降温した。このとき母材
の断面形状は第2図に示す様に変化し、(Rl−X c
 a. ) 2BaCu05膜とBa,Cus Oa膜
の間社拡散Fl(図中Dで示す)が形成された. 上記拡散層Dの組成を調べるために、第2図のCから斜
研磨し、拡散層Dが形成されている部分にX線を絞って
照射し、X線回折パターンを測定した。その結果を第3
図に示すが、第3図はR=Yのときのx=0.1に対応
するものであり、このパターンからY(1,g C a
6.B a2 C u4 06相が拡散層に形成されて
いることが判明した.次に、基板AからB,C,Dの部
分を一体的に削り取り、この削り取った部分の超電導特
性を振動試料型磁力計を用いて調査した。その結果を、
第4図及び第5図に示すが、第4図はYo.s Ca.
).I Bat Cua Oaに対応するものであり、
第5図は}IOo. QIIcaO. osBa*cu
40aに対応するものである.これらの結果から明らか
であるが、B,Cに対応する膜は非超電導体であるので
、本発明で得られる拡散層Dは、いずれもTcが85〜
90Kであることを示しており、良好な超電導転移を示
している. 実施例2 Y:Ca:Ba:Cu−2(1−0.1):2XO.1
:1:3となる様に原料粉を混合し、これを実施例1と
同様にして仮焼.塗布しk.その上にBa3CusO6
粉末を塗布した後、実施例と同じHIP処理を行なった
ところ、この場合においても第2図に示す如き拡散F!
Dが形成されていた. 拡散層Dの超電導特性を実施例1の場合と同様にして調
査したところ、第6図に示す結果が得られた. 第6図から明らかな様に、本発明で得られる拡散層Dは
Tcが90K付近の良好な超導電転移を示していた. [発明の効果] 以上述べた如く本発明によれば、Tcが十分高く且つ高
熱条件下で酸素の抜け出しが少ない酸化物超電導体を安
定且つ短時間で製造することができた。また本発明によ
れば、平板状のものが直接的に得られるのでプロセスの
簡略化が図れる.
【図面の簡単な説明】
第1図は粉末焼結物を基板上に塗布した状態を示す母材
の断面図、第2図は母材をHIPI理した後の状態を示
す断面図、第3図は拡散層DのX線回折パターンを示す
グラフ、第4図及び第5図は実施例1で得られた拡散層
Dの超電導特性を示すグラフ、第6図は実施例2で得ら
れた拡散層Dの超電導特性を示すグラフである. A・・・基板 B”” (Rl−+1 Ca,)2 BaCu05 1
1!C”B as C uB Oa膜 D・・・拡散層

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 R(但しRはY及びランタニド系列希土類元素よりなる
    群から選択される1種以上の元素),Ca,Ba,Cu
    ,Oからなる粉末焼結物上に、Ba及びCuを含む低融
    点化合物を配置し、不活性ガスと酸素ガスの混合雰囲気
    下、850〜1100℃の温度範囲で熱間静水圧処理す
    ることにより、前記粉末焼結物と前記低融点化合物の間
    に、両者の相互拡散層として、 (R_1_−_xCa_x)Ba_2Cu_4O_8(
    但し、xは0.001〜0.5,Rは前と同じ意味) で示される酸化物を含む酸化物超電導体を生成すること
    を特徴とする酸化物超電導体の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002156066A (ja) * 2000-09-08 2002-05-31 Ckd Corp ポペット式電磁弁
CN113470883A (zh) * 2021-06-29 2021-10-01 南京大学 具有高临界参数无毒铜氧化物超导体及其制备方法

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