JPH06305712A - 酸化物超電導体の製造方法 - Google Patents

酸化物超電導体の製造方法

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JPH06305712A
JPH06305712A JP5092691A JP9269193A JPH06305712A JP H06305712 A JPH06305712 A JP H06305712A JP 5092691 A JP5092691 A JP 5092691A JP 9269193 A JP9269193 A JP 9269193A JP H06305712 A JPH06305712 A JP H06305712A
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JP
Japan
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oxide superconductor
heat treatment
torr
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Application number
JP5092691A
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English (en)
Inventor
Hisao Yamauchi
尚雄 山内
Kazuyuki Izawa
和幸 井澤
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KOKUSAI CHODENDO SANGYO GIJUTSU KENKYU CENTER
Tohoku Electric Power Co Inc
Original Assignee
KOKUSAI CHODENDO SANGYO GIJUTSU KENKYU CENTER
Tohoku Electric Power Co Inc
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    • 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)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】高い体積分率を有し、不純物の少ない酸化物超
電導体を得ることができる酸化物超電導体の製造方法を
提供する。 【構成】酸化物超電導体の原料粉末を化学量論的な混合
比で混合して混合粉末を得る工程と、前記混合粉末を成
型して成型体を作製する工程と、前記成型体を第1の耐
圧部材に載置し、前記第1の耐圧部材内を減圧すること
により前記第1の耐圧部材内部の圧力を1×10-3Torr
〜1×10-6Torrにして前記第1の耐圧部材を封印する
工程と、前記第1の耐圧部材に950〜1050℃で1
0時間以上の第1の熱処理を施し、その後前記第1の耐
圧部材を徐冷する工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導コイル、超電導
ケーブル、超電導磁気浮上体に使用される酸化物超電導
体を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、酸化物超電導体、特にPb系
1212型の酸化物超電導体の製造は、以下のようにし
て行われる。まず、酸化物超電導体の構成元素を含むそ
れぞれの原料粉末を化学量論的な混合比で混合し、これ
を仮焼して仮焼粉末とする。次いで、仮焼粉末をプレス
成型して所望形状の成型体とし、これに酸素気流中、1
060℃で1時間の焼結処理を施して徐冷する。さら
に、これに酸素気流中、850℃で1時間の熱処理を施
して急冷する。このような方法は、例えば前田その他に
よりPhysica C 185-189,687(1991) に開示されている。
【0003】この発明において焼結処理・熱処理を酸素
気流中で行う理由は、焼結処理・熱処理を10-10 Torr
程度の超高真空下あるいはArガス中等の還元条件下で
行うと、Pbの酸化数が2になってしまい目的とする1
212相が形成しずらくなるからである。このため、酸
素気流中においてPbの酸化数を4に保ちながら121
2相を形成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法により得られたPb系1212型の酸化物超電導体
は、超電導の体積分率が約10%と低いために実用性に
乏しい。ここで、体積分率は、100%である場合の磁
化率を−1.2×10-2 emu/gとし、これに基づいて逆
算することにより求める。
【0005】また、従来の方法により得られたPb系1
212型の酸化物超電導体は、酸素気流中で焼結処理・
熱処理が行われるので、得られる相に不純物が混入して
しまい、実際に超電導素子等を作製する場合に問題とな
る。
【0006】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、高い体積分率を有し、不純物の少ない酸化物超電
導体を得ることができる酸化物超電導体の製造方法を提
供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸化物超電導
体の原料粉末を化学量論的な混合比で混合して混合粉末
を得る工程と、前記混合粉末を成型して成型体を作製す
る工程と、前記成型体を第1の耐圧部材に載置し、前記
第1の耐圧部材内を減圧することにより前記第1の耐圧
部材内部の圧力を1×10-3Torr〜1×10-6Torrにし
て前記第1の耐圧部材を封印する工程と、前記第1の耐
圧部材に950〜1050℃で10時間以上の第1の熱
処理を施し、その後前記第1の耐圧部材を徐冷する工程
とを具備することを特徴とする酸化物超電導体の製造方
法を提供する。
【0008】本発明においては、第1の熱処理後に、さ
らに、成型体を第2の耐圧部材に載置し、内部を減圧す
ることにより1×10-3Torr〜1×10-6Torrにして封
印し、第2の耐圧部材に800〜950℃で10時間以
上の第2の熱処理を施して急冷することが好ましい。こ
のような後処理を施すことにより、より体積分率を向上
させることができる。
【0009】ここで、酸化物超電導体としては、(Pb
0.5+x Cu0.5-x )(Sr1-y Cay2 (Y1-z Ca
z )Cu2 O (0<x<0.5、0<y<0.5、0
<z<1.0)等のPb系1212型のものを用いるこ
とができる。また、その原料粉末としては、酸化物超電
導体の構成元素を含む金属酸化物を用いる。
【0010】混合粉末を成型する場合、混合粉末を通常
の条件で仮焼してなる仮焼粉末を用いてもよい。耐圧部
材としては、石英アンプル、金属製パイプ等を用いるこ
とができる。
【0011】成型体を耐圧部材に封入する場合、成型体
を金等の貴金属製パイプ内に挿入し、これを耐圧部材に
載置することが好ましい。これは、成型体と耐圧部材の
反応を防ぐためである。
【0012】第1および第2の熱処理を施す耐圧部材内
の圧力は、1×10-3Torr〜1×10-6Torrに設定す
る。これは、1×10-3Torr〜1×10-6Torrの真空状
態でないとPbの酸化数がすべて2になってしまい12
12相を形成することが難しくなるためと思われる。
【0013】第1の熱処理の温度は950〜1050℃
に設定する。これは、温度が950℃未満であると未反
応となり、温度が1050℃を超えると成型体が溶融す
るからである。また、第1の熱処理の時間は10時間以
上に設定する。これは、熱処理時間が10時間未満であ
ると未反応となるからである。
【0014】第2の熱処理の温度は800〜950℃に
設定する。これは、温度が800℃未満であると成型体
の酸素量が過剰となり、温度が950℃を超えると酸素
が欠損しすぎ、超電導特性が低下するからと思われる。
また、第2の熱処理の時間は10時間以上に設定する。
これは、熱処理時間が10時間未満であると熱処理の効
果が期待できないからである。
【0015】第1の熱処理後の徐冷における冷却速度は
1℃/sec 程度で行う。また、第2の熱処理後の急冷は
第2の熱処理後の耐圧部材を液体窒素中に浸漬すること
あるいは空気中に放置することにより行う。なお、第1
の熱処理後の耐圧部材を第2の熱処理に供する場合に
は、改めて内部を減圧して所定の真空状態とする。
【0016】
【作用】本発明は、酸化物超電導体の原料粉末からなる
成型体を耐圧部材に載置し、耐圧部材内を減圧すること
により耐圧部材内部の圧力を1×10-3Torr〜1×10
-6Torrにして耐圧部材を封印し、これに950〜105
0℃で10時間以上の第1の熱処理を施して徐冷するこ
とを特徴とする。
【0017】耐圧部材内部の圧力を1×10-3Torr〜1
×10-6Torrの真空にして封印することにより、Pbを
4価側に維持しながら不純物の混入を防止することがで
きる。その理由は次のようになる。焼結工程においてP
bの酸化数は、酸素が充分存在していれば4になる。し
かしながら、1×10-10 Torrレベルの超高真空下では
見掛け上酸素が存在していない状態となりPbの酸化数
は2あるいは0となる。Pbの酸化数が2であると、目
的とする1212相が得られにくくなる。本発明のよう
に、密閉雰囲気において1×10-3Torr〜1×10-6To
rrの真空にすれば、酸素が抜けることが少ない。このた
め、酸素が存在する状態となり、Pbの酸化数は4とな
る。したがって、目的とする1212相を得ることがで
きる。耐圧部材に封印することにより、1212相が形
成しやすい酸化条件が1×10-3Torr〜1×10-6Torr
付近となるため、体積分率が向上すると考えられる。
【0018】一方、不純物の混入は、密閉雰囲気におけ
る1×10-3Torr〜1×10-6Torrの真空で充分に防止
される。これにより、優れた超電導特性を発揮する酸化
物超電導体が得られる。
【0019】また、第1の熱処理後に、さらに、成型体
を第2の耐圧部材に載置し、内部を1×10-3Torr〜1
×10-6Torrにして封印し、第2の耐圧部材に800〜
950℃で10時間以上の第2の熱処理を施して急冷す
ることにより、体積分率をさらに向上させることができ
る。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。 実施例1 PbO、CuO、SrCO3 、Y23 、CaCO3
各原料粉末を化学量論的混合比PbO:CuO:SrC
3 :Y23 :CaCO3 =0.75:2.25:
1.8:0.5:0.7となるように混合して混合粉末
を得た。なお、この混合比は、酸化物超電導体(Pb
0.5+x Cu0.5-x )(Sr1-y Cay2 (Y1-z Ca
z )Cu2 O におけるx=0.25、y=0.1、z
=0.5に相当する場合のものである。
【0021】この混合粉末に空気中850℃、10時間
の熱処理を施して仮焼し、仮焼粉末とした。この仮焼粉
末をプレス成型して、寸法2×2mm、長さ20mmの棒状
体を作製した。この棒状体を外径5.6mm、内径5.4
mm、長さ30mmの金製のパイプに挿入し、これを石英ア
ンプル内に載置した。次いで、石英アンプル内を減圧し
て内部の圧力を約1×10-5Torrとした後に、ガスバー
ナーを用いて石英アンプルを封印した。
【0022】この石英アンプルを電気炉内に投入し、1
000〜1005℃で60時間の第1の熱処理を施して
仮焼粉末を焼結し、その後約1℃/sec の冷却速度で3
0℃まで徐冷した。第1の熱処理後の石英アンプルから
パイプを取り出し、さらにパイプから酸化物超電導体の
棒状体を取り出した。この棒状体を粉末に粉砕して酸化
物超電導体のX線回折を行った。その結果を図1に示
す。
【0023】図1から明らかなように、ほぼ単一相のP
b系1212型酸化物超電導体が得られた。この結果か
ら、1×10-3Torr〜1×10-6Torrの低真空下におい
てPb系1212型酸化物超電導体が得られることが分
かった。
【0024】次いで、第1の熱処理が施された酸化物超
電導体の粉末を上記と同様にしてプレス成型し棒状体を
作製した。この棒状体を上記と同様の寸法を有する金製
のパイプに挿入し、これを石英アンプル内に載置した。
次いで、石英アンプル内を減圧して内部の圧力を約1×
10-5Torrとして封印した。この石英アンプルを電気炉
内に投入し、850℃で100時間の第2の熱処理を施
し、その後石英アンプルを液体窒素中に投入して急冷し
た。このようにして実施例1の酸化物超電導体を作製し
た。 実施例2 第2の熱処理の時間を50時間とすること以外は実施例
1と同様にして実施例2の酸化物超電導体を作製した。 実施例3 第2の熱処理の時間を550時間とすること以外は実施
例1と同様にして実施例3の酸化物超電導体を作製し
た。 従来例 実施例1において使用した仮焼粉末をプレス成型して、
寸法2×2mm、長さ20mmの棒状体を作製した。この棒
状体を電気炉内に投入し、酸素気流中、1060℃で1
時間の第1の熱処理を施して仮焼粉末を焼結し、その後
約1℃/sec の冷却速度で30℃まで徐冷した。第1の
熱処理後の棒状体に酸素気流中、850℃で1時間の第
2の熱処理を施し、その後棒状体を液体窒素中に投入し
て急冷した。このようにして従来例の酸化物超電導体を
作製した。
【0025】このようにして作製された実施例1〜3、
従来例の酸化物超電導体について、帯磁率の温度依存性
を調べた。その結果を図3に示す。帯磁率はSQUID
法により測定した。なお、第1の熱処理を施した粉末に
ついての電気抵抗率の温度依存性および帯磁率の温度依
存性も図3に併記する。また、図3の帯磁率の値から体
積分率を算出してその第2の熱処理時間の依存性を図4
に示す。体積分率は100%である場合の磁化率を−
1.2×10-2 emu/gとして算出した。さらに、図2の
電気抵抗率の値から臨界温度(Tc)の第2の熱処理時
間の依存性を図4に併記する。電気抵抗率は四端子法に
より測定した。
【0026】図2において、特性曲線A1 は第1の熱処
理後の酸化物超電導体を示し、特性曲線B1 は第2の熱
処理が50時間行われた酸化物超電導体を示し、特性曲
線C1 は第2の熱処理が100時間行われた酸化物超電
導体を示し、特性曲線D1 は第2の熱処理が550時間
行われた酸化物超電導体を示す。
【0027】図3において、特性曲線A2 は第1の熱処
理後の酸化物超電導体を示し、特性曲線C2 は第2の熱
処理が100時間行われた酸化物超電導体を示し、特性
曲線Eは従来の方法により得られた酸化物超電導体を示
す。
【0028】図3から明らかなように、本発明の方法に
より得られた酸化物超電導体(実施例1〜3)は、Tc
付近の温度において体積分率が高いものであった。これ
に対して、従来の方法により得られた酸化物超電導体
(従来例)は、Tc付近の温度において体積分率が10
%以下のものであった。また、図4において、第2の熱
処理の時間が10時間を超えると体積分率が約40%に
なることが分かる。なお、図4において、特性曲線Fは
体積分率の第2の熱処理時間依存性を示すものであり、
特性曲線GはTcの第2の熱処理時間依存性を示すもの
である。
【0029】
【発明の効果】以上説明した如く本発明の酸化物超電導
体の製造方法は、酸化物超電導体の原料粉末からなる成
型体を耐圧部材に載置し、耐圧部材内部の圧力を1×1
-3Torr〜1×10-6Torrの低真空にして封印するの
で、40%程度の高い体積分率を有し、不純物の少ない
酸化物超電導体を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法により得られた酸化物超電導体の
X線回折ピークを示す特性図。
【図2】本発明の方法により得られた酸化物超電導体に
ついての温度と電気抵抗率との関係を示すグラフ。
【図3】本発明の方法により得られた酸化物超電導体に
ついての温度と帯磁率との関係を示すグラフ。
【図4】本発明の方法により得られた酸化物超電導体に
ついての第2の熱処理温度と、体積分率および臨界温度
との関係を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 // H01B 12/00 ZAA 7244−5G (72)発明者 井澤 和幸 東京都江東区東雲一丁目10番13号 財団法 人国際超電導産業技術研究センター超電導 工学研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化物超電導体の原料粉末を化学量論的な
    混合比で混合して混合粉末を得る工程と、 前記混合粉末を成型して成型体を作製する工程と、 前記成型体を第1の耐圧部材に載置し、前記第1の耐圧
    部材内を減圧することにより前記第1の耐圧部材内部の
    圧力を1×10-3Torr〜1×10-6Torrにして前記第1
    の耐圧部材を封印する工程と、 前記第1の耐圧部材に950〜1050℃で10時間以
    上の第1の熱処理を施し、その後前記第1の耐圧部材を
    徐冷する工程と、を具備することを特徴とする酸化物超
    電導体の製造方法。
  2. 【請求項2】前記第1の熱処理後の前記成型体を第2の
    耐圧部材に載置し、前記第2の耐圧部材内を減圧するこ
    とにより前記第2の耐圧部材内部の圧力を1×10-3To
    rr〜1×10-6Torrにして前記第2の耐圧部材を封印す
    る工程と、 前記第2の耐圧部材に800〜950℃で10時間以上
    の第2の熱処理を施し、その後前記第2の耐圧部材を急
    冷する工程とをさらに具備する請求項1記載の酸化物超
    電導体の製造方法。
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