JPH0578125A - 酸化物超伝導材料及びその製造方法 - Google Patents
酸化物超伝導材料及びその製造方法Info
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- JPH0578125A JPH0578125A JP3132732A JP13273291A JPH0578125A JP H0578125 A JPH0578125 A JP H0578125A JP 3132732 A JP3132732 A JP 3132732A JP 13273291 A JP13273291 A JP 13273291A JP H0578125 A JPH0578125 A JP H0578125A
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Classifications
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ランタン系希土類及びYから選ばれる酸化物
超伝導材料において、粉末X線回折による123相と1
24相の混晶を形成することにより、高い臨界電流密度
を持つ酸化物超伝導材料を提供する。 【構成】 原料としてたとえばNd2 O3 、Dy
2 O3 、BaCuO2 およびCuOの各粉末を用い、少
量の硝酸水溶液(H2 O−20%H2 NO3 )とともに
混合し金型中で圧力をかけて一軸加圧成形する。この成
形体を電気炉にて酸素雰囲気中815℃で240時間焼
成する。冷却は瞬時に空気中に取り出す急冷処理を行
い、600℃/hrより速い降温速度で急冷する。
超伝導材料において、粉末X線回折による123相と1
24相の混晶を形成することにより、高い臨界電流密度
を持つ酸化物超伝導材料を提供する。 【構成】 原料としてたとえばNd2 O3 、Dy
2 O3 、BaCuO2 およびCuOの各粉末を用い、少
量の硝酸水溶液(H2 O−20%H2 NO3 )とともに
混合し金型中で圧力をかけて一軸加圧成形する。この成
形体を電気炉にて酸素雰囲気中815℃で240時間焼
成する。冷却は瞬時に空気中に取り出す急冷処理を行
い、600℃/hrより速い降温速度で急冷する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高い臨界電流密度を持
つ酸化物超伝導材料およびその製造方法に関する。
つ酸化物超伝導材料およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】超伝導材料は、1)電気抵抗がゼロであ
る、2)完全反磁性である、3)ジョセフソン効果がある、
といった、他の材料にない特性を持っており、電力輸
送、発電器、核融合プラズマ閉じ込め、磁気浮上列車、
磁気シールド、高速コンピュータ等の幅広い応用が期待
されている。現在、実用材料として使用されているもの
にはNb、Pb、NbTiやNb3 Snといった金属系
の材料がある。
る、2)完全反磁性である、3)ジョセフソン効果がある、
といった、他の材料にない特性を持っており、電力輸
送、発電器、核融合プラズマ閉じ込め、磁気浮上列車、
磁気シールド、高速コンピュータ等の幅広い応用が期待
されている。現在、実用材料として使用されているもの
にはNb、Pb、NbTiやNb3 Snといった金属系
の材料がある。
【0003】ところが、金属系超伝導体では、超伝導を
示す臨界温度(Tc)は最も高いものでも23K程度で
あり、実使用時には高価な液体ヘリウムと大がかりな断
熱装置を使って冷却しなければならず、工業上大きな問
題であった。このため、より高温で超伝導体となる材料
の探索が行われていた。
示す臨界温度(Tc)は最も高いものでも23K程度で
あり、実使用時には高価な液体ヘリウムと大がかりな断
熱装置を使って冷却しなければならず、工業上大きな問
題であった。このため、より高温で超伝導体となる材料
の探索が行われていた。
【0004】1986年にベドノルツとミュラ−により
約30Kという高いTcをもつ、酸化物系超伝導材料
(La1-z Baz )2CuOx が見いだされ、(J.
G.Bednorz and K.A.Muller,
Z.Phys.B64(1986)189)それ以後、
YBa2 Cu3 Ox 、Bi−Sr−Ca−Cu−O、T
l−Ba−Ca−Cu−Oなどでより高い温度での超伝
導転移が報告されており、Y−Ba−Cu−O系のセラ
ミック試料の臨界電流密度(Jc)は、ゼロ磁場中、液
化窒素下でわずか104A/cm2 以下であった。
約30Kという高いTcをもつ、酸化物系超伝導材料
(La1-z Baz )2CuOx が見いだされ、(J.
G.Bednorz and K.A.Muller,
Z.Phys.B64(1986)189)それ以後、
YBa2 Cu3 Ox 、Bi−Sr−Ca−Cu−O、T
l−Ba−Ca−Cu−Oなどでより高い温度での超伝
導転移が報告されており、Y−Ba−Cu−O系のセラ
ミック試料の臨界電流密度(Jc)は、ゼロ磁場中、液
化窒素下でわずか104A/cm2 以下であった。
【0005】また、L−Ba−Cu−O系酸化物超伝導
材料(Lは希土類またはY)ついては、すでに本発明者
らが提案しており、高いもので約70Kという臨界温度
(Tc)を示し、臨界電流密度(Jc)はゼロ磁場中液
化窒素下で約200A/cm2 以下であった。
材料(Lは希土類またはY)ついては、すでに本発明者
らが提案しており、高いもので約70Kという臨界温度
(Tc)を示し、臨界電流密度(Jc)はゼロ磁場中液
化窒素下で約200A/cm2 以下であった。
【0006】このようにTcが高いほど、冷却が容易と
なり、また同じ温度で使用した場合の臨界電流密度や臨
界磁場も大きくなる事が予想され、応用範囲も広がるも
のと期待される。このため現在、これらの材料の製造
法、物性、応用等に関して多くの研究がなされている。
なり、また同じ温度で使用した場合の臨界電流密度や臨
界磁場も大きくなる事が予想され、応用範囲も広がるも
のと期待される。このため現在、これらの材料の製造
法、物性、応用等に関して多くの研究がなされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Jcが
比較的高いL−Ba−Cu−O系酸化物超伝導材料(L
は希土類及びY)でも、実際に超伝導マグネット等への
応用を考えた場合、より大きなJcが望まれる。
比較的高いL−Ba−Cu−O系酸化物超伝導材料(L
は希土類及びY)でも、実際に超伝導マグネット等への
応用を考えた場合、より大きなJcが望まれる。
【0008】本発明は前記従来技術の課題を解決するた
めに、L−Ba−Cu−O系酸化物超伝導材料より高い
臨界電流密度を持つ酸化物超伝導材料とその製造方法を
提供することを目的とする。
めに、L−Ba−Cu−O系酸化物超伝導材料より高い
臨界電流密度を持つ酸化物超伝導材料とその製造方法を
提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の酸化物超伝導材料は、化学式Ln1-x Ln
´x Ae2 Cu3+x Oy (ただし、LnはLa、Nd、
Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y
から選ばれる少なくとも一つの元素、Ln´はEu、G
d、Dy、Ho、Er、Yから選ばれる少なくとも一つ
の元素、xは0.6≦x<1.0の範囲、Aeはアルカ
リ土類、yは6.5≦y≦8.1の範囲)で表されると
いう構成を備えたものである。
に、本発明の酸化物超伝導材料は、化学式Ln1-x Ln
´x Ae2 Cu3+x Oy (ただし、LnはLa、Nd、
Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y
から選ばれる少なくとも一つの元素、Ln´はEu、G
d、Dy、Ho、Er、Yから選ばれる少なくとも一つ
の元素、xは0.6≦x<1.0の範囲、Aeはアルカ
リ土類、yは6.5≦y≦8.1の範囲)で表されると
いう構成を備えたものである。
【0010】また本発明の酸化物超伝導材料の製造方法
は、化学式Ln1-x Ln´x Ae2 Cu3+x Oy (ただ
し、LnはLa、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、H
o、Er、Tm、Yb、Yから選ばれる少なくとも一つ
の元素、Ln´はEu、Gd、Dy、Ho、Er、Yか
ら選ばれる少なくとも一つの元素、xは0.6≦x<
1.0の範囲、Aeはアルカリ土類、yは6.5≦y≦
8.1の範囲)で表される酸化物超伝導材料の製造方法
であって、酸素中で650℃以上850℃以下の温度範
囲で熱処理し、600℃/hrより速い降温速度で急冷
することを特徴とする。
は、化学式Ln1-x Ln´x Ae2 Cu3+x Oy (ただ
し、LnはLa、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、H
o、Er、Tm、Yb、Yから選ばれる少なくとも一つ
の元素、Ln´はEu、Gd、Dy、Ho、Er、Yか
ら選ばれる少なくとも一つの元素、xは0.6≦x<
1.0の範囲、Aeはアルカリ土類、yは6.5≦y≦
8.1の範囲)で表される酸化物超伝導材料の製造方法
であって、酸素中で650℃以上850℃以下の温度範
囲で熱処理し、600℃/hrより速い降温速度で急冷
することを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明の化学式Ln1-x Ln´x Ae2 Cu
3+x Oy (ただし、Lnはランタン系希土類とYから選
ばれる少なくとも一つの元素、Ln´は元素記号63以
上のランタン系希土類とYから選ばれる少なくとも一つ
の元素、xは0.6≦x<1.0の範囲、Aeはアルカ
リ土類、yは6.5≦y≦8.1の範囲)で表される酸
化物超伝導材料は、結晶相を粉末X線回折によって調べ
たところLn1-x Ln´x Ae2 Cu3 O7 (123
相)とLn1-x Ln´x Ae2 Cu4 O8 (124相)
の混晶であることがわかった。123相は90K級の超
伝導体であるが650℃以上の温度からの急冷では酸素
1気圧において、酸素量が不十分となり超伝導性を失
う。一方、124相は850℃まで熱処理し急冷しても
酸素量が不足することなく安定な80K級の超伝導体を
得ることができる。本発明ではこれらの混晶組成の状態
になっており、約80K以下では、非超伝導の123相
がピンニングセンターとして働くため、124相の単一
組成のJcに比べ本発明のJcを10倍から100倍大
きくさせているものと考えられる。
3+x Oy (ただし、Lnはランタン系希土類とYから選
ばれる少なくとも一つの元素、Ln´は元素記号63以
上のランタン系希土類とYから選ばれる少なくとも一つ
の元素、xは0.6≦x<1.0の範囲、Aeはアルカ
リ土類、yは6.5≦y≦8.1の範囲)で表される酸
化物超伝導材料は、結晶相を粉末X線回折によって調べ
たところLn1-x Ln´x Ae2 Cu3 O7 (123
相)とLn1-x Ln´x Ae2 Cu4 O8 (124相)
の混晶であることがわかった。123相は90K級の超
伝導体であるが650℃以上の温度からの急冷では酸素
1気圧において、酸素量が不十分となり超伝導性を失
う。一方、124相は850℃まで熱処理し急冷しても
酸素量が不足することなく安定な80K級の超伝導体を
得ることができる。本発明ではこれらの混晶組成の状態
になっており、約80K以下では、非超伝導の123相
がピンニングセンターとして働くため、124相の単一
組成のJcに比べ本発明のJcを10倍から100倍大
きくさせているものと考えられる。
【0012】
【実施例】本発明の化学式Ln1-x Ln´x Ae2Cu
3+x Oy (ただし、xは0.6≦x<1.0の範囲、y
は6.5≦y≦8.1の範囲)で表される酸化物超伝導
材料において、Lnはランタン系希土類とYから選ばれ
る少なくとも一つの元素であり、例えばLa、Nd、S
m、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Yの
いずれかである。Ln´は元素記号63以上のランタン
系希土類とYから選ばれる少なくとも一つの元素であ
り、例えばEu、Gd、Dy、Ho、Er、Yのいずれ
かである。Aeはアルカリ土類で、Ca、Sr、Ba、
Raのいずれかであることが好ましい。
3+x Oy (ただし、xは0.6≦x<1.0の範囲、y
は6.5≦y≦8.1の範囲)で表される酸化物超伝導
材料において、Lnはランタン系希土類とYから選ばれ
る少なくとも一つの元素であり、例えばLa、Nd、S
m、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Yの
いずれかである。Ln´は元素記号63以上のランタン
系希土類とYから選ばれる少なくとも一つの元素であ
り、例えばEu、Gd、Dy、Ho、Er、Yのいずれ
かである。Aeはアルカリ土類で、Ca、Sr、Ba、
Raのいずれかであることが好ましい。
【0013】以下具体的実施例にしたがって説明する。 実施例1 出発原料として純度99.5%以上のNd2 O3 、Dy
2 O3 、BaCuO2 およびCuOの各粉末を用いた。
仕込組成をNd1-x Dyx Ba2 Cu3-x Oy (x=
0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、y
は任意)とした。少量の硝酸水溶液(H2 O−20%H
2 NO3 )とともに混合し0.4gを15mm×5mm
の金型中で600kg/cm2 の圧力で一軸加圧成形し
た。この成形体を電気炉にて酸素雰囲気中815℃で2
40時間焼成した。冷却は瞬時に空気中に取り出す急冷
処理を行い、600℃/hrより速い降温速度で急冷し
た。このようにして得られた焼結体の超伝導特性として
磁場中におけるJcを測定した。なおJcの値は反磁化
測定の結果からBeanモデルによって算出した。結晶
相の同定は粉末X線回折(XRD)によって行うことが
できる。
2 O3 、BaCuO2 およびCuOの各粉末を用いた。
仕込組成をNd1-x Dyx Ba2 Cu3-x Oy (x=
0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、y
は任意)とした。少量の硝酸水溶液(H2 O−20%H
2 NO3 )とともに混合し0.4gを15mm×5mm
の金型中で600kg/cm2 の圧力で一軸加圧成形し
た。この成形体を電気炉にて酸素雰囲気中815℃で2
40時間焼成した。冷却は瞬時に空気中に取り出す急冷
処理を行い、600℃/hrより速い降温速度で急冷し
た。このようにして得られた焼結体の超伝導特性として
磁場中におけるJcを測定した。なおJcの値は反磁化
測定の結果からBeanモデルによって算出した。結晶
相の同定は粉末X線回折(XRD)によって行うことが
できる。
【0014】前記実験結果のデータを表1に示す。
【0015】
【表1】
【0016】また、このJcの磁場依存性を図1に示
す。図1において、x=0.0およびx=1.0の試料
はそれぞれ単相の123相と124相である。xの範囲
が0.6≦x<1.0の試料では単相の123相と12
4相を越える10倍から100倍のJcの改善が見られ
た。これらの試料はすべて124相と123相の混合相
であった。
す。図1において、x=0.0およびx=1.0の試料
はそれぞれ単相の123相と124相である。xの範囲
が0.6≦x<1.0の試料では単相の123相と12
4相を越える10倍から100倍のJcの改善が見られ
た。これらの試料はすべて124相と123相の混合相
であった。
【0017】図2は、x=0.8の試料について600
〜900℃で焼成した試料についてのJcの磁場依存性
である。700℃あるいは800℃で焼成した試料のJ
cは600℃および900℃で焼成した試料のJcに比
べ10倍から100倍大きくなって改善できており、熱
処理温度範囲は650℃以上、850℃以下であること
が望ましい。これは結晶相を調べたところ、前者は12
4相と同程度の体積で原料が未反応のまま残っており、
一方後者は123相が生成しており余分なCuOが析出
し124相は見られなかった。
〜900℃で焼成した試料についてのJcの磁場依存性
である。700℃あるいは800℃で焼成した試料のJ
cは600℃および900℃で焼成した試料のJcに比
べ10倍から100倍大きくなって改善できており、熱
処理温度範囲は650℃以上、850℃以下であること
が望ましい。これは結晶相を調べたところ、前者は12
4相と同程度の体積で原料が未反応のまま残っており、
一方後者は123相が生成しており余分なCuOが析出
し124相は見られなかった。
【0018】仕込組成においてDyをNdにおきかえて
x=0.8、焼成温度が815℃という条件で試料を作
製したところ124相は生成せずに123相とCuOの
混晶が得られた。急冷処理したため超伝導性は示さなか
った。
x=0.8、焼成温度が815℃という条件で試料を作
製したところ124相は生成せずに123相とCuOの
混晶が得られた。急冷処理したため超伝導性は示さなか
った。
【0019】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、L
n1-x Ln´x Ae2 Cu3 O7 (123相)とLn
1-x Ln´x Ae2 Cu4 O8 (124相)との混晶組
成を形成することにより、高い臨界電流密度を持つ酸化
物超伝導材料とその製造方法を提供することができた。
n1-x Ln´x Ae2 Cu3 O7 (123相)とLn
1-x Ln´x Ae2 Cu4 O8 (124相)との混晶組
成を形成することにより、高い臨界電流密度を持つ酸化
物超伝導材料とその製造方法を提供することができた。
【0020】
【0021】
【図1】本発明の一実施例のxを変えたときのJc−磁
場特性である。
場特性である。
【0022】
【図2】本発明の一実施例の各種焼成温度で作製された
試料のJc−磁場特性である。
試料のJc−磁場特性である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年9月9日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のxを変えたときのJc−磁
場特性である。
場特性である。
【図2】本発明の一実施例の各種焼成温度で作製された
試料のJc−磁場特性である。
試料のJc−磁場特性である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】削除
Claims (2)
- 【請求項1】 化学式Ln1-x Ln´x Ae2 Cu3+x
Oy (ただし、LnはLa、Nd、Sm、Eu、Gd、
Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Yから選ばれる少なく
とも一つの元素、Ln´はEu、Gd、Dy、Ho、E
r、Yから選ばれる少なくとも一つの元素、xは0.6
≦x<1.0の範囲、Aeはアルカリ土類、yは6.5
≦y≦8.1の範囲)で表される酸化物超伝導材料。 - 【請求項2】 化学式Ln1-x Ln´x Ae2 Cu3+x
Oy (ただし、LnはLa、Nd、Sm、Eu、Gd、
Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Yから選ばれる少なく
とも一つの元素、Ln´はEu、Gd、Dy、Ho、E
r、Yから選ばれる少なくとも一つの元素、xは0.6
≦x<1.0の範囲、Aeはアルカリ土類、yは6.5
≦y≦8.1の範囲)で表される酸化物超伝導材料の製
造方法であって、酸素中で650℃以上850℃以下の
温度範囲で熱処理し、600℃/hrより速い降温速度
で急冷することを特徴とする酸化物超伝導材料の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3132732A JPH0578125A (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 酸化物超伝導材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3132732A JPH0578125A (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 酸化物超伝導材料及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0578125A true JPH0578125A (ja) | 1993-03-30 |
Family
ID=15088302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3132732A Pending JPH0578125A (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 酸化物超伝導材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0578125A (ja) |
-
1991
- 1991-06-04 JP JP3132732A patent/JPH0578125A/ja active Pending
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