JPH04321579A - 超電導部材の製造方法 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導体を用い
た超電導部材の製造方法に関する。

【０００３】

【従来の技術】１９８６年に　４０Ｋ以上の臨界温度を
有するＳｒ−Ｌａ−Ｃｕ−Ｏ系の層状ペロブスカイト型
の酸化物超電導体が発表されて以来、酸化物系の超電導
体が注目を集めている。その中でも、液体窒素温度以上
の高い臨界温度を有する　Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系や、　
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系および　Ｔｌ−Ｂａ−Ｃ
ａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電導体は、冷媒として高価な
液体ヘリウムに代えて、安価な液体窒素を利用できるた
め、工業的にも重要な価値を有している。

【０００４】上述したような酸化物超電導体は、その有
用性を活かして、各種の超電導部材への応用が試みられ
ている。例えば、酸化物超電導体の薄膜はその利用価値
が高く、超電導素子の形成材料をはじめとして、超電導
コイルの形成材料、超電導導体、磁気シールド等に利用
されている。

【０００５】ところで、酸化物超電導体の薄膜は、一般
にはスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法等の薄膜形成技術を
利用して作製されている。しかし、上記したような薄膜
形成技術では、基板等の表面に成膜された酸化物超電導
体薄膜しか得ることができず、また結晶方向が一定とな
る等、得られる酸化物超電導体薄膜の制約が大きいとい
う問題があった。また、薄膜形成技術では、酸化物超電
導体薄膜の大きさや形状も限定されてしまう。

【０００６】一方、酸化物超電導体の微構造等を観察す
る際に、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）が多用されており
、このようなＴＥＭ観察の際にも酸化物超電導体を薄膜
化する必要がある。例えば、バルク状の酸化物超電導体
のＴＥＭ観察を行う場合、一般的にはダイヤモンド砥石
研削薄板をイオンミリング法により、その一部に貫通孔
が形成されるように加工し、貫通孔の周囲の極めて薄い
部分を利用して、ＴＥＭ観察を行っている。しかし、こ
のような方法では、２０ｎｍ程度まで薄膜化するのに要
する時間が極めて長く、安易に酸化物超電導体のＴＥＭ
観察を行うことができないという難点があった。

【０００７】また、酸化物超電導体のバルク材を各種の
超電導部材に応用することが行われており、例えば複雑
形状の超電導部材として利用する際には、予め成形体段
階で所望形状に加工し、その後に焼結したり、焼結後に
機械的に加工を行う等の手法が採られている。しかし、
このような方法では、十分な形状精度を得ることができ
ないという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の薄膜形成技術によって得られる酸化物超電導体の薄膜
は、基板等の表面に成膜した状態でしか得られない、結
晶方向が一定となる、大きさや形状が限定される等の問
題があった。例えば、薄膜単体で得ることが可能となれ
ば、さらに酸化物超電導体の応用範囲を広げることが可
能となる。また、酸化物超電導体薄膜の結晶方向、大き
さ、形状等の自由度を向上させた場合についても、同様
なことがいえる。また、酸化物超電導体のバルク材を、
薄膜化を含めて機械的に加工する場合には、コストが高
い、十分な形状精度が得られない等の問題があり、バル
ク材の超電導特性を低下させることなく、容易にかつ十
分な形状精度の下で酸化物超電導体を加工する技術が求
められている。

【０００９】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、容易にかつ十分な形状精度の元で酸
化物超電導体を加工することを可能にすると共に、得ら
れる酸化物超電導体の加工体の自由度（形状、大きさ等
）を高めることを可能にした超電導部材の製造方法を提
供することを目的とするものである。

【００１０】［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の超電
導部材の製造方法は、酸化物超電導体のバルク材を所望
の形状に加工し、超電導部材を製造するにあたり、前記
酸化物超電導体のバルク材を電解研磨によって加工する
ことを特徴としている。

【００１２】本発明方法が適用される酸化物超電導体と
しては、超電導状態を実現できるものであれば特に限定
されるものではなく、例えば希土類元素含有のペロブス
カイト構造を有する酸化物超電導体や、　Ｂｉ−Ｓｒ−
Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体、Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−
Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体等が適用される。

【００１３】上記した希土類元素を含有しペロブスカイ
ト構造を有する酸化物超電導体としては、例えばＲＥ　
Ｍ２　Ｃｕ３　Ｏ　７−δ系（ＲＥは　Ｙ、Ｌａ、Ｓｃ
、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、
Ｙｂ、Ｌｕ等の希土類元素から選ばれた少なくとも　１
種の元素を、Ｍ　はＢａ、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少な
くとも　１種の元素を、δは酸素欠陥を表し通常　１以
下の数、Ｃｕの一部はＴｉ、Ｖ　、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、
Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ等で置換可能）の酸化物等が例示され
る。

【００１４】また、Ｂｉ系酸化物超電導体は、化学式：
Ｂｉ２　（Ｓｒ，Ｃａ）３　Ｃｕ２　　Ｏｘ　Ｂｉ２　
Ｓｒ２　Ｃａ２　Ｃｕ３　　Ｏｘ　Ｂｉ２　Ｓｒ２　Ｃ
ａ３　Ｃｕ４　　Ｏｘ　（式中、Ｂｉの一部はＰｂ等で
、またＳｒやＣａの一部は希土類元素等で置換可能）等
で表されるものであり、また　Ｔｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ
−Ｏ系酸化物超電導体も同様な構造を有するものである
。

【００１５】本発明の超電導部材の製造方法においては
、まず酸化物超電導体のバルク材を作製する。このバル
ク材の作製方法は、通常の焼結法（固相反応法）等を利
用すればよい。なお、この際に予めバルク材の形状を、
目的形状に応じた形状、例えば概略形状等としておくこ
とが好ましい。

【００１６】次に、上記酸化物超電導体のバルク材を電
解液内に浸漬する。使用する電解液としては、上記バル
ク材の超電導特性に対して悪影響を及ぼさないような種
類の電解液を選択することが重要であり、例えばエタノ
ールと　０．１規定程度の硫酸との混合液等が例示され
る。 そして、上記酸化物超電導体のバルク材を陽極とすると
共に、上記バルク材と対面させて、あるいはバルク材を
囲繞するように、陰極側の電極を電解液内に浸漬する。 この後、適当な電圧を両極間に印加することによって、
酸化物超電導体のバルク材の一部が溶解し、バルク材を
所望の形状に加工することができる。印加電圧は、加工
形状に応じて適宜設定するものとし、また何段階かに分
けて印加電圧を変更してもよい。例えば、酸化物超電導
体のバルク材を薄膜化するような場合には、ある程度の
厚さまで比較的大きな電圧を印加し、最終の厚さに近付
いたところで、微小電圧により所望の厚さまで研磨する
ようにしてもよい。

【００１７】この際、マスキングテープ等でバルク材の
一部を被覆したり、陰極側の電極形状を適宜設定するこ
とによって、バルク材を各種の形状に加工することがで
きる。また、ジェット法を併用し、電解液をバルク材に
吹き付けながら電解研磨を行うことにより、より加工時
間を短縮することができる。さらに、微小部分の加工等
も正確に行うことができる。上記したジェット法を併用
する際には、電解液内に研磨材として同種の酸化物超電
導体粉末、例えばゾル−ゲル法で作製した酸化物超電導
体微粒子を予め添加しておくことが好ましい。これによ
り、研磨速度をより一層向上させることが可能となると
共に、研磨効率を安定化しやすく、研磨材による不純物
の混入等も防止できる。

【００１８】

【作用】本発明の超電導部材の製造方法においては、バ
ルク状の酸化物超電導体に対して電解研磨によって加工
を施している。電解研磨によれば、対向電極の形状やマ
スキング等により精密加工を行うことが可能であると共
に、酸化物超電導体の特性を低下させるようなこともな
い。これに対して、酸やアルカリによるエッチングでは
、酸化物超電導体が水素を吸蔵し、超電導特性の低下が
見込まれる。よって、良好な超電導特性を有しつつ、種
々の形状を有する超電導部材を比較的短時間で得ること
ができる。例えば、単体で存在する酸化物超電導体の薄
膜等を形成することも可能となる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。

【００２０】実施例１ まず、酸化物超電導体の原料粉を以下のようにして作製
した。　Ｙ２　Ｏ３　粉末、ＢａＣＯ３　粉末およびＣ
ｕＯ　粉末を、原子比で　Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３
となるように所定量秤量し、十分に混合した後、大気中
にて　８６０℃×２４時間の条件で熱処理を施し、ミル
によって粉砕して仮焼粉とした。次いで、上記仮焼粉を
加圧成形した後、酸素中にて　９００℃×２４時間条件
で焼成し、　ＹＢａ２　Ｃｕ３　Ｏ　７−δで表される
、１０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍｔの酸化物超電導体の焼
結体を作製した。 この酸化物超電導体の超電導特性は、臨界温度が９０Ｋ
　で、臨界電流密度が　７００Ａ／ｃｍ２　（ａｔ　７
７Ｋ，０Ｔ）であった。

【００２１】次に、図１に示すように、予め厚さ５０μ
ｍ　程度に研削加工した上記酸化物超電導体１を、０．
１Ｎの　Ｈ２　ＳＯ４　を含むエタノール溶液からなる
電解液２中に浸漬すると共に、酸化物超電導体１と対向
させてＰｔ電極３を投入した。そして、酸化物超電導体
１が陽極、Ｐｔ電極３が陰極となるように、　４０Ｖの
直流電源４を接続し、酸化物超電導体１の電解研磨を行
った。

【００２２】上記電解研磨を約６０分間実施したところ
、図２に示すように、酸化物超電導体１の電解液への浸
漬部分１ａの厚さを約　２μｍ　まで減少させることが
できた。また、このような厚さまで肉厚を減少させたに
もかかわらず、全体形状は健全に維持されていた。上記
酸化物超電導体１の肉薄部分１ａの超電導特性を測定し
たところ、臨界温度９０Ｋ　、臨界電流密度　６００Ａ
／ｃｍ２　（ａｔ　７７Ｋ，０Ｔ）と、電解研磨前の特
性をほぼ維持していた。

【００２３】実施例２ 上記実施例１と同様にして作製した酸化物超電導体の焼
結体を用いて、以下のようにしてＴＥＭ観察用の薄膜を
作製した。まず、図３に示すように、研磨材として、ゾ
ル−ゲル法によって作製した　ＹＢａ２　Ｃｕ３　Ｏ　
７−δ酸化物超電導体微粉５を５ｍｏｌ％添加した電解
液（０．１Ｎ　Ｈ２　ＳＯ４　）６中に、酸化物超電導
体７を浸漬すると共に、その両面に向けて内部にＰｔ電
極８を挿入したジェットノズル９をそれぞれ配置した。 そして、酸化物超電導体７が陽極、Ｐｔ電極８が陰極と
なるように、４０Ｖの直流電源１０を接続し、研磨材含
有の電解液６をジェットノズル９からそれぞれ酸化物超
電導体１に吹き付けながら、酸化物超電導体７の電解研
磨を行った。電解研磨は、酸化物超電導体７の一部に貫
通孔が形成されるまで継続した。

【００２４】上記電解研磨後の酸化物超電導体７は、図
４に示すように、その両面から直径約　３ｍｍで陥没状
態に削られており、その中央部に貫通孔７ａが形成され
ていた。この貫通孔７ａ周囲の薄肉部７ｂの肉厚を測定
したところ、２０ｎｍと極めて薄いことを確認した。ま
た、この酸化物超電導体７の薄肉部７ｂを用いて、ＴＥ
Ｍ観察を行ったところ、酸化物超電導体７の双晶構造を
良好に観察することができた。なお、上記実施例では、
本発明方法を酸化物超電導体薄膜およびＴＥＭ観察用薄
膜の製造に適用した例について説明したが、本発明はこ
れらに限定されるものではなく、各種形状の超電導部材
の製造に適用することが可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超電導特性を低下させることなく、優れた形状精度の下
で各種形状の超電導部材を比較的短時間で製造すること
が可能となる。また、形状や大きさ等の自由度に優れた
超電導部材を得ることができ、酸化物超電導体の応用範
囲の拡大に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による酸化物超電導体の電解
研磨状態を概略的に示す図である。

【図２】本発明の一実施例により得た酸化物超電導体の
形状を示す斜視図である。

【図３】本発明の他の実施例による酸化物超電導体のツ
インジェット法を適用した電解研磨状態を概略的に示す
図である。

【図４】本発明の他の実施例により得た酸化物超電導体
の形状を示す断面図である。

【符号の説明】

１、７……酸化物超電導体 １ａ、７ｂ……肉薄部分１ａ ２、６……電解液 ３、８……Ｐｔ電極 ４、１０……直流電源４ ５……研磨材 ７ａ……貫通孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　酸化物超電導体のバルク材を所望の形
   状に加工し、超電導部材を製造するにあたり、前記酸化
   物超電導体のバルク材を電解研磨により加工することを
   特徴とする超電導部材の製造方法。
2. 【請求項２】　　請求項１記載の超電導部材の製造方法
   において、前記酸化物超電導体のバルク材を、同種の酸
   化物超電導体粉末を研磨材として添加した電解液に浸漬
   し、この電解液を吹き付けながら該バルク材を電解研磨
   することを特徴とする超電導部材の製造方法。
3. 【請求項３】　　請求項１または請求項２記載の超電導
   部材の製造方法において、前記酸化物超電導体のバルク
   材を薄膜状に加工することを特徴とする超電導部材の製
   造方法。