JPH0453818B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、基材の表面上に超電導物質の皮膜
が形成された超電導材の製造方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

超電導材料は、既に高エネルギ粒子加速器、医
療診断用MRI−CTおよび物性研究装置などにお
いて、超電導マグネツトの形で実用化されてい
る。このような超電導材料の応用分野は広く、今
後、例えば、発電機、エネルギーの貯蔵や変換、
リニアモーターカー、資源回収用磁気分離装置、
核融合炉、送電ケーブルおよび磁気シールド材等
に対する超電導材料の応用が期待されており、更
には、ジヨセフソン効果を用いた超電導素子は、
超高速度コンピユーター、赤外線検出器、低雑音
の増幅器やミキサー等への応用が期待されてい
る。これらが本格的に実用化されたときの産業的
および社会的インパクトの大きさは計り知れない
ものがある。

これまでに開発された代表的な超電導材料とし
てはNb−Ti合金があり、これは、現在9Tまでの
磁界発生用線材として、広く使用されている。
Nb−Ti合金のTc（超電導状態が存在する臨界温
度）は、9Kである。

このNb−Ti合金よりも格段に高いTcを有する
超電導材料として、化合物系の超電導材料が開発
され、現在、Nb₃Sn（Tc：18K）およびV₃Ga
（Tc：15K）が線材化され、実用に供されてい
る。更に、Nb₃Geでは、23KのTcが得られてい
る。

このように、長年にわたつて高Tcの超電導材
料を得るための努力がなされてきたが、従来の合
金系および化合物系の超電導材料においては、現
状ではTc23Kが大きな壁になつている。即ち、
Tcが23K以下の超電導材料の冷却には、高価な
液体ヘリウムを必要とするため、これが超電導材
料の広範な応用を阻害している。

このTcの壁を大幅に打破する材料として、
1986年にIBMチユーリツヒ研究所のMu¨ller氏等
が、Ba−La−Cu−Ｏ系の複合酸化物で超電導の
徴候が認められたことを発表して以来、酸化物系
超電導材料の用途開発競争に拍車がかかつた。即
ち、1986年代の超電導材料のTcは40K級であつ
たが、翌年（1987年）の初めには、早くも液体窒
素の温度である77Kを超えるTcを有するＹ−Ba
−Cu−Ｏ系複合酸化物超導電材料が開発され、
そのTcは約93Kに達した。

更に、その後も精力的に超電導材料の開発が続
けられており、最近、安定性等に問題はあるもの
の、室温で超電導現象を示す超電導材料の開発も
報告されている。

上述のように、液体窒素温度（77K）で使用可
能な超電導材料が発見されたことによつて、超電
導材料の前述した応用分野への実用化の期待度
が、一段と高められてきた。

超電導材料の実用化に当つて必要なことは、超
電導材料の線材化、皮膜化等、その加工技術の開
発である。

このような加工技術のうち、超電導材料の皮膜
化に関しては、スパツタリング法または電子ビー
ム蒸着法によつて、基材の表面上に複合酸化物超
電導皮膜を形成する方法が試みられている。

〔発明が解決しようする問題点〕

しかながら、上述の方法には、次のような問題
がある。

(1) 安定して形成できる超電導皮膜の厚さは、僅
か1μｍ程度であるため、給電容量が制限され
る。

(2) 皮膜の形成速度（蒸着速度）が遅いため、所
定厚さの皮膜を形成するのに、多大の時間を要
する。

(3) 形成された皮膜の緻密性が必ずしも十分では
ない。

従つて、この発明の目的は、基材の表面上に、
緻密な超電導皮膜を、早い速度で安定して且つ所
要の厚さに形成することができる超電導材の製造
方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、酸化雰囲気の減圧室中に、蒸着源
としてのCu_xO_y基を含む超電導物質から構成され
る元素からなる複合酸化物焼結体と、被蒸着体と
しての基材と、前記基材を所定温度に加熱するた
めの加熱機構とを配置し、１×10^-4Torr〜1Torr
の全圧で、且つ、５×10^-5Torr〜1Torrの酸素分
圧に維持された減圧酸化雰囲気中で、前記複合酸
化物焼結体に対してレーザビームを照射し、前記
レーザビームによつて前記複合酸化物焼結体から
蒸発した粒子を、前記加熱機構によつて所定温度
に加熱されている前記基材の表面上に付着させ
て、前記表面上に皮膜を形成せしめ、かくして、
前記基材の表面上に、Cu_xO_y基を含む複合酸化物
超電導皮膜を有する超電導材を製造することに特
徴を有するものである。

次に、この発明を図面を参照しながら説明す
る。図面は、この発明の方法を実施するための装
置の一例を示す概略垂直断面図である。図面に示
すように、減圧室１内には、複合酸化物焼結体か
らなる蒸着源２と、被蒸着体としての例えば銅製
の板状の基材３とが配置されている。

蒸着源２が、例えばＹ−Ba−Cu−Ｏ系等の複
合酸化物超電導物質からなり、複合酸化物構成元
素個々の蒸気圧、沸点等の物性値に大きな差があ
る場合には、蒸着源の組成が、必ずしもそのまま
皮膜組成にはならない。この場合には、所定の皮
膜組成が得られるような蒸着源を別途に考慮する
必要がある。従つて、蒸着源である複合酸化物焼
結体は、超電導物質を構成する元素からなるもの
の、超電導現象を示す元素組成比を大きく外れる
場合があり、必ずしも超電導体であるとは限らな
い。

蒸着源２は、円筒状で回転可能に設けられてお
り、基材３は、蒸着源２の上方に配置されてい
る。基材３の上方には、基材３を所定温度に加熱
するためのヒータ４が設けられている。

減圧室１の一方の側側１ａには、減圧室１内の
蒸着源２に向けて、レーザビームを照射するため
のレーザ透過窓５が設けられ、レーザ透過窓５の
外側には、レーザビーム集光用の集光レンズ６が
設けられている。７は減圧室１内のガスを排出す
るためのガス排出口、８は減圧室１内に酸素ガス
を供給するためのガス供給口である。

減圧室１内に、蒸着源である超電導体２および
被蒸着体である基材３を配置した後、ガス排出口
７から減圧室１内のガスを吸引して室外に排出す
る。次いで、ガス供給口８を通して減圧室１内に
酸素を連続的に吹き込み且つガス排出口７からガ
スを連続的に排出することにより、減圧室１内を
酸素雰囲気で且つ所定の真空度に保つ。

次いで、図示しないレーザビーム発生装置か
ら、レーザ透過窓５を通して、減圧室１内の蒸着
源２に向け、レーザビーム（例えばCO₂レーザビ
ーム）を射照する。このとき、集光レンズ６によ
りレーザビームを蒸着源２上に集光させ、且つ、
蒸着源２を所定の周速で回転する。

このようにして、レーザビームが照射された蒸
着源２の表面は、溶融且つ蒸発し、蒸発した粒子
が基材３の表面上に付着して皮膜９を形成する。
かくして、基材３の表面上に複合酸化物超電導物
質の皮膜９が形成された超電導材１０が製造され
る。

この発明において、減圧室１内を酸素雰囲気に
する理由は、次の通りである。即ち、例えばＹ−
Ba−Cu−Ｏ系セラミツクス超電導体２の表面
が、レーザビームの照射によつて蒸発したとき、
上記組成中の酸化物が分解する。この結果、基材
３の表面上に形成された皮膜９の成分中における
酸素が不足し、皮膜９の超電導特性が失われる。
そこで、減圧室１内を酸素雰囲気にすることによ
り、上述した皮膜９の成分中の酸素不足を補な
い、超電導特性の喪失を防止する。

例えば、炭素ガスレーザは、非常にエネルギー
密度の高い加熱源であり、且つ、酸化物のセラミ
ツクスに対して高い吸収率を示すから、蒸着源２
であるセラミツクス超電導体を、瞬時に蒸発させ
ることができる。従つて、蒸着源の蒸発速度が、
スパツタリング法および電子ビーム蒸着法に比し
数十倍以上で格段に早く、これによつて成膜速度
も早くなり、基材３上に高速で皮膜９を形成する
ことができる。

減圧室１内を、１×10^-4Torr〜1Torrの全圧で
且つ５×10^-5Torr〜1Torrの酸素分圧に維持する
ことが必要である。減圧室１内の全圧が1Torrを
超えると皮膜が粉化する問題が生ずる。また、全
圧の下限を１×10^-4Torrにしたのは、通常の装
置における真空能力の限度であるからである。減
圧室１内の酸素分圧が1Torrを超えると上述のよ
うに皮膜が粉化する問題が生ずる。一方、酸素分
圧が５×10^-5Torr未満では、皮膜の成分中の酸
素が不足する問題が生ずる。

基材３をヒータ４によつて加熱する理由は、基
材３に対する蒸発粒子の密着性を高め、そして、
基材３上に形成される皮膜９に急冷による割れが
生ずることを防止し、且つ、皮膜形成後の徐冷に
よつて、適正な相の現出および冷却中の酸素吸収
を可能ならしめ、超電導相を得るためである。

基材３は、板状でも線状でもよく、コイル状の
長尺の基材を一方から他方に向けて移動させれ
ば、長尺の基材に連続的に超電導体の皮膜を形成
することができる。

〔実施例〕

次に、この発明を実施例により説明する。蒸着
源である複合酸化物焼結体としてBa_0.7Y_0.7Cu₁O_x
の成分組成を有する、直径20mm、厚さ10mmの円盤
状の複合酸化物焼結体を使用し、被蒸着体である
基材として、厚さ２mmの銅板を使用した。

上述した基材の表面上に、この発明の方法によ
り、下記条件で超電導物質の皮膜を形成した。

(a) 減圧室の真空度：10^-1Torr（酸素雰囲気） (b) 基材の回転速度：5rpm (c) 基材の加熱温度：800℃ (d) レーザビームの種類：炭酸ガスレーザ (e) レーザビームの出力：300W (f) レーザビームの照射時間：５分 この結果、基材の表面上に、Ba_0.6Y_0.4Cu₁O_3-y
の成分組成を有し、結晶がペロブスカイト構造で
ある10μｍの厚さの極めて緻密な超電導物質の皮
膜を、2μｍ／minの速度で形成することができ
た。

このようにして製造された超電導材のTcは
90Kであり且つマイスナー効果を確認することも
できた。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、基材の
表面上にCu_xOy基を含む複合酸化物・超電導物質
の10μｍ程度の厚さを有する緻密な皮膜が極めて
早い速度で均一に形成され、90K級の超電導臨界
温度（Tc）を有する超電導材を、効率的に製造
することができる工業上優れた効果がもたらされ
る。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の方法を実施するための装置の
一例を示す概略垂直断面図である。図面におい
て、 １……減圧室、２……蒸着源、３……基材、４
……ヒータ、５……レーザ透過窓、６……集光レ
ンズ、７……ガス排出口、８……ガス供給口、９
……皮膜、１０……超電導材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酸化雰囲気の減圧室中に、蒸着源としての
   Cu_xO_y基を含む超電導物質から構成される元素か
   らなる複合酸化物焼結体と、被蒸着体としての基
   材と、前記基材を所定温度に加熱するための加熱
   機構とを配置し、１×10^-4Torr〜1Torrの全圧
   で、且つ、５×10^-5Torr〜1Torrの酸素分圧に維
   持された減圧酸化雰囲気中で、前記複合酸化物焼
   結体に対してレーザビームを照射し、前記レーザ
   ビームによつて前記複合酸化物焼結体から蒸発し
   た粒子を、前記加熱機構によつて所定温度に加熱
   されている前記基材の表面上に付着させて、前記
   表面上に皮膜を形成せしめ、かくして、前記基材
   の表面上に、Cu_xO_y基を含む複合酸化物超電導皮
   膜を有する超電導材を製造することを特徴とす
   る、超電導材の製造方法。