JPH05194018A - 高温超電導体およびその製造方法 - Google Patents
高温超電導体およびその製造方法Info
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Abstract
a)3-b-c Cu2+d O x〔式中、aは0〜0.7で、b
+cは0〜0.5で、dは−0.1〜0.1でありそし
てxは7〜10でありそしてSr:Caの比が2.8:
1〜1:2.8である。〕で表される、ビスマス、スト
ロンチューム、カルシウム、銅および鉛より成る酸化物
並びにストロンチュームおよび/またはバリウムの硫酸
塩より成る高温超電導体。このものは、上記各酸化物を
ストロンチュームおよび/またはバリウムの硫酸塩と入
念に混合し、870〜1300℃の温度に加熱して溶融
し、それを冷硬鋳型中に注ぎ、ゆっくり硬化させ、冷硬
鋳型から取り出した成形体を700〜900℃の温度で
酸素含有雰囲気で灼熱して製造する。 【効果】 この高温超電導体は、新規物質であり、77
Kで少なくとも1000A/cm2 の臨界電流密度を示
しそして少なくとも100Aの絶対電流を伝達できる。
Description
ューム、カルシウム、銅および場合によっては鉛の酸化
物より成る高温超電導体並びにそれの製造方法に関す
る。
ら、下記組成Bi2 (Sr,Ca) 3 Cu2 Ox (xの
値は8〜10である)の高温超電導体の製造方法は公知
である。この場合、ビスマス、ストロンチューム、カル
シウムおよび銅の酸化物または炭酸塩の化学量論的混合
物を870〜1100℃に加熱して均一な溶融物を形成
する。この溶融物を冷硬鋳型に注ぎ込みそしてその中で
硬化させる。冷硬鋳型から取り出された鋳造物を780
〜850℃で6〜30時間加熱処理しそして次に酸素雰
囲気において少なくとも6時間、600〜830℃で処
理する。このようにして成形体が数cmまでの辺長さお
よび直径を持つ板状物として並びに50cmまでの長さ
および12mmの直径の棒状物として製造される。これ
らはそれぞれ相的に純粋な化合物で構成されている。
の沢山の用途、例えば出力伝達の為の電流供給手段とし
て、電流制限器として並びに磁気遮断物質の状態での一
連の用途がある。しかしながら工業的に使用する為の前
提条件は、高温超電導体が液体窒素の温度(77K)で
約1000A/cm2 の臨界電流密度を示すことであ
る。
の厚さのBi2 Sr2 CaCu2 O x の公知の帯び状物
は確かに10000A/cm2 の臨界電流密度を示す。
しかしながらかゝる帯び状物は15Aの絶対電流量しか
伝達できない(“Proceedings of th
e ICMC‘90 Topical Confere
nce on Material Aspects o
f High−Temperature Superc
onductors”、1991、第165〜176頁
参照)。二三cmの寸法でしか従来には製造出来なかっ
た薄いフィルムの場合には絶体電流が更に低い。
および銅の酸化物を基礎とする高温超電導材料より成る
部材は77Kの電流密度の場合に102 A/cm2 の大
きさで測定される。
マス、ストロンチューム、カルシウム、銅および場合に
よっては鉛の酸化物を基礎とし、77Kの際に少なくと
も1000A/cm2 の臨界電流密度を示しそして少な
くとも100Aの絶対電流を伝達できる高温超電導体お
よびその製造方法を提供することである。
下記式の組成 Bi2-a+b+c Pba (Sr,Ca)3-b-c Cu2+d O x 〔式中、aは0〜0.7で、b+cは0〜0.5で、d
は−0.1〜0.1でありそしてxは7〜10でありそ
してSr:Caの比が2.8:1〜1:2.8であ
る。〕で表される、ビスマス、ストロンチューム、カル
シウム、銅および鉛の酸化物並びにストロンチュームお
よび/またはバリウムの硫酸塩より成る。
を有していてもよい: a) a=0;b+c=0.25;d=0およびx=
7.9〜8.5であり並びにSr:Caの比が2.2:
1〜1.5:1である。 b) 硫酸ストトロンチュームが0.1〜30重量% 、
殊に3〜10重量% である; c) 硫酸バリウム含有量が0.1〜20重量% 、殊に
3〜10重量% である。
マス、ストロンチューム、カルシウム、銅および場合に
よっては鉛の酸化物をストロンチュームおよび/または
バリウムの硫酸塩と入念に混合し、この混合物を870
〜1300℃、殊に900〜1100℃の温度に加熱す
ることによって溶融し、その際ストロンチュームおよび
/またはバリウムの高含有量硫酸塩が高温を要求し、こ
の溶融物を冷硬鋳型中に注ぎそしてその中でゆっくり硬
化させそして冷硬鋳型から取り出した成形体を700〜
900℃、殊に750〜870℃の温度で酸素含有雰囲
気で灼熱することを特徴とする。
いてもよい: d) 長手軸の周りを回転する水平に配置されたシリンダ
ー中に溶融物を注入する。 e) 石英製冷硬鋳型中に溶融物を注入する。 f) 銅製冷硬鋳型中に溶融物を注入する。 g) 成形体を700℃までの灼熱処理の為に250〜3
50℃/時で迅速にそして更に5〜20℃/時でゆっく
り加熱する。 h) 空気と窒素との1:1の容量比の雰囲気で灼熱す
る。 i) 純粋な酸素中で灼熱する。
物(ビスマス、ストロンチューム、カルシウムおよび銅
の2:2:1:2の金属化学量論比の酸化物)とストロ
ンチューム硫酸塩より成る場合には、30重量% の硫酸
ストロンチューム含有量までの分解生成物または他の相
は確認できない。
硫酸バリウムより成る本発明の高温超電導体は、銅酸ア
ルカリ土類金属相、例えば(Sr,Ca)CuO2 を含
有している。
ビスマス、ストロンチューム、カルシウム、銅および場
合によっては鉛の酸化物と一緒に溶融して共融混合物を
形成することが判る。硫酸バリウムおよび硫酸ストロン
チュームの融点は即ち1580あるいは1600℃まで
でて実質的に高い。
graphische)実験および走査電子顕微鏡写真
が、本発明の高超電導体中に硫酸ストロンチュームおよ
び硫酸バリウムの析出物が10〜100μm の大きさの
範囲内にあることを示している。
場合には遷移温度はアルカリ土類金属硫酸塩含有量の増
加と共に低下せず、それどころか若干の場合には増加す
らする。
77Kの場合に約1400A/cm 2 程度の値で従来技
術に従う高温超電導体よりも数倍程度である。本発明の
高温超電導体の曲げ強度および弾性モジュールは満足す
る値を示す。
そして従来技術の成形体の場合よりもひび割れする傾向
が少ないので、大きな成形体として、例えば紐状物、板
状物または円筒状物として製造することができる。この
ことは溶融物を硬化させる際にも並びに成形体を灼熱処
理する際にも言える。
属当量比2:2:1:2の二元酸化物を強く混合する。
1.8kgのこの混合物を鋼玉製坩堝中で1000℃で
均一な溶融物に転化する。この均一な溶融物を、長手軸
の周りを回転する水平に配置された200mmの直径お
よび100mmの深さの円筒状冷硬鋳型に溝を通して注
ぎ込み、その際に溶融物が遠心力によって冷硬鋳型壁に
均一に分配される。ゆっくりした冷却を可能とする為
に、注ぎ込んだ直後に、600℃に予め加熱された管状
炉に冷硬鋳型を滑り込ませる。炉を約2℃/分で室温に
冷却する。管状炉を冷やした後に冷硬鋳型中に存在する
中空円筒状物は、恐らく著しい内応力の理由で、向かい
合っている二つの垂直に延びるひび割れを示しそして冷
硬鋳型から取り出す際に二つの部分に壊れる。
実施例1を繰り返す。管状炉を冷ました後に冷硬鋳型か
ら取り出した円筒状物には、上部縁および下部縁に、約
1cmの向かい合った横のひび割れがある。
24時間;850℃で120時間)委ねる。その後に横
のひび割れの末端に長いひび割れが生じ、これが個々の
環状セグメントに断線をもたらす。
緒に激しく混合しそして2kgのこの混合物を1050
℃に加熱することによって均一な溶融物にする。
ない重い中空円筒状物を取りだす。この中空円筒状物を
灼熱処理(750℃で24時間;850℃で120時
間)に委ねる。その後でも中空円筒状物はひび割れがな
く、溶け流れがない。
100、150、200、300および500mmの長
さの石英管(内径:8mm)中に注入する。
にひび割れのない緊密な棒状物の状態で全ての石英管か
ら取り出すことができた。この棒状物を空気/窒素−混
合物(容量比1:1)中で300℃/時の速度で700
℃に加熱しそして10℃/時で850℃に加熱しそして
その際に60時間放置する。灼熱処理をできるだけ均一
な温度領域を保証する為に多領域管状炉中で行う。
状物はひび割れがない。200mmのこの棒状物を端子
を備えておりそして四点測定法によって77Kで570
A/cm2 (臨界:1μv/cm)の臨界電流密度が測
定される。その際に電圧端子の間隔は13cmである。
9Kで抵抗損失が全くない。例5(比較例) 例1の混合物を溶融しそして例4に従う片側が閉じられ
た種々の石英管に注ぎ込む。
mの長さの石英管からそれぞれ緊密な棒状物を取り出す
ことができたが、残りの石英管は破損物しか入っていな
かった。
(2:2:1:2の金属の化学量論比)の二成分酸化物
を色々な量の硫酸ストロンチューム(0、3、6、1
0、15、20、25および30重量% )と強力に混合
する。色々なこれらの混合物を鋼玉製坩堝中で1000
℃(10% のSrSO4 まで)、1030℃(20% の
SrSO4 まで)および1100℃(30% のSrSO
4 まで)で均一な溶融物とする。それらを上部が開放さ
れた15×15×60mm3 の寸法の直方体の銅製冷硬
鋳型に注ぎ込む。冷硬鋳型を注ぎ込みの直後に、600
℃に予備加熱された炉室に中に入れることによって溶融
物の冷却を遅らせ、次いで取り出す。
によってそれぞれ4mmの太さで45×4×3mm3 の
寸法の小棒状物の試験体を切り取る。試験体である棒状
物全てを炉室中で空気中にて850℃で24時間灼熱処
理する。
約10mmの長さの小棒状物を切り取る。この小棒状物
について遷移温度Tc および臨界電流密度jcを測定
し、一方、45×4×3mm3 の寸法の小棒状物を曲げ
強度および弾性モジュール(E−モジュール)の測定の
為に使用する。
る点を変えて実施例6を繰り返す。
含)を使用する点を変えて実施例6を繰り返す。
ゆる二相化合物の他に一連の異相を認めることができ
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 下記式の組成 Bi2-a+b+c Pba (Sr,Ca)3-b-c Cu2+d O x 〔式中、aは0〜0.7で、b+cは0〜0.5で、d
は−0.1〜0.1でありそしてxは7〜10でありそ
してSr:Caの比が2.8:1〜1:2.8であ
る。〕で表される、ビスマス、ストロンチューム、カル
シウム、銅および鉛より成る酸化物並びにストロンチュ
ームおよび/またはバリウムの硫酸塩より成る高温超電
導体。 - 【請求項2】 下記式の組成 Bi2-a+b+c Pba (Sr,Ca)3-b-c Cu2+d O x 〔式中、aは0〜0.7で、b+cは0〜0.5で、d
は−0.1〜0.1でありそしてxは7〜10であ
る。〕で表される、ビスマス、ストロンチューム、カル
シウム、銅および鉛より成る酸化物より成る高温超電導
体を製造する方法において、ビスマス、ストロンチュー
ム、カルシウム、銅および鉛の酸化物をストロンチュー
ムおよび/またはバリウムの硫酸塩と入念に混合し、こ
の混合物を870〜1300℃の温度に加熱することに
よって溶融し、その際ストロンチュームおよび/または
バリウムの硫酸塩が高含有量であることが高温を要求
し、この溶融物を冷硬鋳型中に注ぎそしてその中でゆっ
くり硬化させそして冷硬鋳型から取り出した成形体を7
00〜900℃の温度で酸素含有雰囲気で灼熱すること
を特徴とする、上記方法。
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