JPH05229830A - 超電導体およびその作製方法 - Google Patents

超電導体およびその作製方法

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JPH05229830A
JPH05229830A JP4034722A JP3472292A JPH05229830A JP H05229830 A JPH05229830 A JP H05229830A JP 4034722 A JP4034722 A JP 4034722A JP 3472292 A JP3472292 A JP 3472292A JP H05229830 A JPH05229830 A JP H05229830A
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JP
Japan
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superconductor
superconducting
superconducting substance
prescribed
chemical composition
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JP4034722A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiya Doi
俊哉 土井
Takeshi Ozawa
武 小沢
Seiji Takeuchi
瀞士 武内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi 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

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】添加した貴金属成分は超電導物質結晶の粒界部
分に存在して、原子を拡散を助け、超電導物質結晶粒子
の成長、あるいは結晶粒子同士の接合性を改善する。そ
の結果、高い超電導臨界電流密度を持った超電導体,超
電導線材などの作製が可能となる。このとき熱処理工程
には少なくともいちどは超電導物質が溶融するような温
度領域に至らせると貴金属の添加効果はより助長され
る。 【効果】液体ヘリウム,液体窒素による冷却によって運
転される高磁界中でも高い超電導臨界電流密度をもった
酸化物超電導物質を用いた超電導体,超電導線材,超電
導マグネットが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導電流を流すこと
を可能にする超電導体の構成及びそれを用いた超電導線
材,超電導コイル,磁気シールド材、及びそれらの製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のTl,Sr,Ca,Cu,Oを主
要元素として含む酸化物系高温超電導物質は、フィジカ
C 第183巻 67−72ページ(Physica C vol.1
83,pp67−72)及び1991年マテリアル・リサ
ーチ・ソサエティ(MaterialsResearch Society)主催
の秋期学会(1991年12月1日〜6日、於ベストン)
で報告されているように、超電導臨界温度が約120K
と高く、更に、高い臨界電流密度を得るための必要条件
であるピンニングセンタの導入に成功している非常に有
望な材料であるが、超電導線材を作製したときに、高い
臨界電流密度を(輸送電流として)得ることができなか
った。従って、実際に超電導電流を流す応用製品を作製
していくうえでは問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、超電
導線材中の超電導物質結晶粒子同士の電気的な接合(つ
まり結晶粒子界面を超電導電流が十分に流れるような接
合)について十分な考慮がなされておらず、僅かな磁場
が超電導物質に印加されただけで臨界電流密度が大きく
低下するという問題があった。
【0004】本発明の目的は、酸化物系高温超電導物質
を用いた超電導体中の超電導物質結晶粒子同士の電気的
な接合を高め、磁場中でも高い臨界電流密度を有する超
電導体を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的は、超電導物質
とその他の構成物からなる超電導体にPt,Ru,R
e,Pd等の貴金属元素を添加することによって達成さ
れる。
【0006】このとき添加する貴金属の量は0.1% 未
満であると効果がなく、5%を越えるとその効果が飽和
する。従って効果,コストの両面から考えて添加する貴
金属の量は0.1% 以上5%以下が適当である。
【0007】貴金属を添加した後の熱処理は、使用する
超電導物質が溶融し始める温度以上で行なうことが好ま
しい。この温度以上で熱処理をおこなわなくても貴金属
を添加した効果はある。しかし、この温度以上で少なく
とも一度熱処理を行なうことによって一層貴金属を添加
した効果は現われる。
【0008】添加する貴金属の原料の形は金属の粉末で
あっても、酸化物その他の形態を取っていてもよい。
【0009】使用する超電導物質は、 (Tl1-X1-X2PbX1BiX2)(Sr1-X3BaX3)2CaCu2O7+X4 ここで、0<X1<0.8,0<X2<0.5,0<X1
+X2<1,0<X3<1,−0.5<X4<0.5 あるいは (Tl1-X1-X2PbX1BiX2)(Sr1-X3BaX3)2Ca2Cu39+X4 ここで、0<X1<0.8,0<X2<0.5,0<X1
+X2<1,0<X3<1,−0.5<X4<0.5 あるいは (Tl1-X1-X2PbX1BiX2)(Sr1-X3BaX3)2Ca3Cu411+X4 ここで、0<X1<0.8,0<X2<0.5,0<X1
+X2<1,0<X3<1,−0.5<X4<0.5 が特に良いと考えられる。これらの超電導物質の結晶構
造を図1,図2および図3に示す。(Tl,Pb,B
i)1(Sr,Ba)2Can-1Cun2n+3 の一般式で表さ
れる化学的性質の良く似た超電導物質であるため、貴金
属の添加効果はいずれの超電導物質を用いた場合でも同
様な結果が得られるものと考えられる。
【0010】
【作用】添加した貴金属は超電導物質の結晶粒子の粒界
に集まり、結晶粒界部分での超電導物質を構成すべき元
素の拡散を助ける働きがあり、その結果、貴金属を添加
した超電導体の超電導結晶粒子同士の接合性が向上して
超電導臨界電流密度が良くなるものと考えられる。
【0011】一度でも超電導物質が溶融して液相を生成
するような温度領域まで超電導体を加熱すると、超電導
物質が一部分解してしまう。このようなプロセスを採用
する場合には、その後、再び超電導物質相が安定な条件
下で熱処理することによって分解してしまった部分を超
電導物質に再反応させることが、高い超電導臨界電流密
度の確保には不可欠である。このような場合、分解して
析出してくる異相は大きく結晶成長しているので、再反
応の為には各元素が速く拡散する必要がある。このよう
な場合、貴金属の添加は特に効果的である。
【0012】本発明の超電導物質,非超電導物質及びそ
の他の物質の組成は、厳密にこの値だけに限られるもの
ではない。実際には、これらの酸化物には若干の組成不
定性があり各構成元素の含有比率が、十数%から30%
程度までずれることもある。従って、本発明の物質の組
成が若干異なっていても、その結晶構造が基本的に同じ
であれば、本発明に記載の物質と同じものである。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0014】〈実施例1〉出発原料は、純度99%以上
のTl23,SrO,CaO,CuO,PbO,BaO
を用いた。まず、酸化物超電導物質を作製した。Sr
O,CaO,CuOをそれぞれSr:Ca:Cuの原子
比率が2:2:3になるように混合し、900℃で20時
間、大気中で焼成する。この粉末をめのう乳鉢で粉砕
し、得られた粉末にTl:Sr:Ca:Cuの原子比率
が1:2:2:3となるようにTl23を混合する。乳
鉢でよく混合した後の粉末を直径20mm,厚さ2mmのデ
ィスク状の圧粉成型し、蓋の付いたアルミナるつぼにい
れて900℃の温度で大気中5時間の焼成を行ない、そ
の後、Arガス気流中400℃で50時間アニールす
る。出来上がった焼結体の粉末X線回折測定を実行し、
結果をリ・トベルト法で解析したところ、図2に示すよ
うな結晶構造の超電導物質が90%以上含まれているこ
とが確認された。この焼結体の超電導臨界温度を直流4
端子法で測定したところ102Kで電気抵抗がゼロとな
ることが確認できた。
【0015】次に作製した焼結体を粉砕して、0.2w
t% の白金粉末を添加し、めのう乳鉢で十分に混合す
る。この粉末を外径6mm,内径4mmの金パイプに充填
し、外径0.5mm まで線引きした後、厚さ0.1mm まで
圧延した。これを30mmの試験片として切り出し、94
0℃の温度で大気中で10時間熱処理した後、10時間
で870℃まで冷却し、870℃で30時間保持した
後、室温まで8時間かけて冷却した。77Kの温度で磁
場をかけないでこの試料の臨界電流密度を直流4端子法
で測定したところ、Jc=25000A/cm2 であり、
1テスラの磁場中でのこの試料の臨界電流密度を直流4
端子法で測定したところ、Jc=12000A/cm2
あった。
【0016】〈比較例1〉実施例1と同じ試験片を単に
870℃で30時間熱処理した試料のJcは磁場をかけ
ない状態、77Kの温度で11000A/cm2 、1テス
ラの磁場中では4900A/cm2 であった。
【0017】〈比較例2〉実施例1で作製した超電導物
質焼結体の粉末をそのまま何も添加しないで外径6mm,
内径4mmの金パイプに充填し、実施例1と同様の加工方
法で試験片で作製した。これを940℃の温度で大気中
で10時間熱処理した後、10時間で870℃まで冷却
し、870℃で30時間保持した後室温まで8時間かけ
て冷却した。77Kの温度で磁場をかけないでこの試料
の臨界電流密度を直流4端子法で測定したところ、Jc
=3300A/cm2 であり、1テスラの磁場中でのこの
試料の臨界電流密度を直流4端子法で測定したところ、
Jc=200A/cm2 であった。
【0018】〈実施例2〉出発原料は、純度99%以上
のTl23,SrO,CaO,CuO,PbO,BaO
を用いた。まず、酸化物超電導物質を作製した。Sr
O,BaO,CaO,CuOをそれぞれSr:Ba:C
a:Cuの原子比率が1.6:0.4:2:3になるよう
に混合し、900℃で20時間大気中で焼成する。この
粉末をめのう乳鉢で粉砕し、得られた粉末にTl:P
b:Sr:Ba:Ca:Cuの原子比率が0.5 :0.
5:1.6:0.4:2:3 となるようにTl23とP
bOをくわえて混合する。乳鉢でよく混合した後の粉末
を直径20mm,厚さ2mmのディスク状に圧粉成型し、蓋
の付いたアルミナるつぼにいれて900℃の温度で大気
中5時間の焼成を行なった。出来上った焼結体の粉末の
X線回折測定を実行し、結果をリ・トベルト法で解析し
たところ、図2に示すような結晶構造の超電導物質が9
0%以上含まれていることが確認された。この焼結体の
超電導臨界温度を直流4端子法で測定したところ115
Kで電気抵抗がゼロになることが確認できた。この焼結
体を粉砕し、白金粉末を0.1wt%〜5.0%添加し、
混合する。この粉末を外径6mm,内径4mmの金パイプに
充填し、外径0.5mm まで線引きした後、厚さ0.1mm
まで圧延した。これを30mmの試験片として切り出し、
950℃の温度で大気中で10時間熱処理した後、10
時間で870℃まで冷却し、870℃で50時間保持し
た後室温まで8時間かけて冷却した。各々の白金添加量
の試料について、77Kの温度で磁場をかけない状態、
1テスラの磁場をかけた状態でこれらの試料の臨界電流
密度を直流4端子法で測定したものを表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【発明の効果】本発明によれば液体ヘリウム,液体窒素
による冷却によって運転される、高磁界中でも、高い超
電導臨界電流密度の酸化物超電導物質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の超電導物質の結晶の説明
図。
【図2】本発明の第二の実施例の超電導物質の結晶の説
明図。
【図3】本発明の第三の実施例の超電導物質の結晶の説
明図。
【符号の説明】
1…Tl原子もしくはPb原子もしくはBi原子、2…
Sr原子もしくはBa原子、3…Ca原子、4…Cu原
子、5…酸素原子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 39/24 ZAA Z 8728−4M

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくともTl,Sr,Ca,Cu,Oを
    構成元素として含む超電導物質と、Ptを含むことを特
    徴とする超電導体。
  2. 【請求項2】少なくともTl,Sr,Ca,Cu,Oを
    構成元素として含む超電導物質と、超電導物質全体に対
    する重量比で0.1% 以上5%以下のPtを含むことを
    特徴とする超電導体。
  3. 【請求項3】少なくともTl,Sr,Ca,Cu,Oを
    構成元素として含む超電導物質と、超電導物質全体に対
    する重量比で0.1% 以上5%以下のPtを含む超電導
    体を作製する工程において、原料となる物質を混合する
    工程と、超電導物質を合成する熱処理工程と、所望の形
    状に形成する工程と、液相が固相に対する体積比で5%
    以上存在する温度範囲で熱処理する工程と、その液相が
    生成しない温度範囲で熱処理することを特徴とする超電
    導体の作製方法。
  4. 【請求項4】請求項1または2において、前記PtがP
    t,Ru,Pdもしくはそれらを複数である超電導体。
  5. 【請求項5】請求項1,2または4において、前記超電
    導物質の化学組成が (Tl1-X1-X2PbX1BiX2)(Sr1-X3BaX3)2CaCu27+X4 ここで、0<X1<0.8,0<X2<0.5,0<X1
    +X2<1,0<X3<1,−0.5<X4<0.5 で表される超電導体。
  6. 【請求項6】請求項1,2,4または5において、前記
    超電導物質の化学組成が (Tl1-X1-X2PbX1BiX2)(Sr1-X3BaX3)2Ca2Cu39+X4 ここで、0<X1<0.8,0<X2<0.5,0<X1
    +X2<1,0<X3<1,−0.5<X4<0.5 で表される超電導体。
  7. 【請求項7】請求項1,2または4において、前記超電
    導物質の化学組成が (Tl1-X1-X2PbX1BiX2)(Sr1-X3BaX3)2Ca3Cu411+X4 ここで、0<X1<0.8,0<X2<0.5,0<X1
    +X2<1,0<X3<1,−0.5<X4<0.5 で表される超電導体。
  8. 【請求項8】請求項1,2,3,4,5,6または7に
    記載の前記超電導体を構成要素として含む超電導線材。
  9. 【請求項9】請求項1,2,3,4,5,6または7に
    記載の前記超電導体を構成要素として含む超電導線材を
    使用したマグネット。
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