JPH06321537A - 酸化物超電導材料の製造方法 - Google Patents

酸化物超電導材料の製造方法

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JPH06321537A
JPH06321537A JP11317593A JP11317593A JPH06321537A JP H06321537 A JPH06321537 A JP H06321537A JP 11317593 A JP11317593 A JP 11317593A JP 11317593 A JP11317593 A JP 11317593A JP H06321537 A JPH06321537 A JP H06321537A
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JP
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annealing
temperature
oxygen
atm
partial pressure
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JP11317593A
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English (en)
Inventor
Seiji Adachi
成司 安達
Takeshi Sakurai
健 桜井
Yuji Yaegashi
裕司 八重樫
Hisao Yamauchi
尚雄 山内
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KOKUSAI CHODENDO SANGYO GIJUTSU KENKYU CENTER
Tohoku Electric Power Co Inc
Mitsubishi Materials Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
KOKUSAI CHODENDO SANGYO GIJUTSU KENKYU CENTER
Tohoku Electric Power Co Inc
Mitsubishi Materials Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アニール条件を最適化することにより、大き
な超電導体積分率を有するLa2-xxCaCu2
6 (ただし、Aはアルカリ土類金属を示す。)系酸化物
超電導材料を再現性良く製造する。 【構成】 La2-xxCaCu26 系酸化物超電導材
料を製造する際に、酸素分圧10気圧以上950℃以上
でアニールした後に、350〜900℃で低温アニール
処理をする。酸素分圧が400〜10、10〜3、3〜
1気圧の時、それぞれ350〜900、350〜80
0、350〜700℃とする。全圧1気圧以下の時は3
50〜550℃とする。これにより、超電導体積分率は
増大し、特に全圧1気圧以下550℃以下のアニールで
はTcを上昇させることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導状態となる体積
分率が大きいLa2-x x CaCu2 6 (ただし、A
はアルカリ土類金属を示す。)で表される酸化物超電導
材料の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】超電導材料は、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、発電機、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。
【0003】1986年に、ベドノルツ(Bednorz )と
ミュラ−(Muller)により約30Kという高い超電導転
移温度(Tc)をもつ、酸化物系超電導材料(La1-x
x2 CuO4 が見い出だされ、それ以後YBa2
3 x ,Bi−Sr−Ca−Cu−O,Tl−Ba−
Ca−Cu−Oなどで相次いで高い温度での超電導転移
が報告されている。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。
【0004】最近、他の酸化物超電導体と類縁の結晶構
造を有していながら長い間非超電導体であると認識され
ていたLa2-x x CaCu2 6 (ただし、Aはアル
カリ土類金属を示す。)が高温高圧の酸素中アニールに
よって超電導を示すことが報告された(R.J.キャ
バ、ネイチャー(R. J. Cava et al., Nature )345(19
90)602.)。彼らの試料の作製方法はやや煩雑で次に示す
様なものであった。 (1)特殊な原料(La2-x 2 4 ・10H2 O,S
r(NO3 2 ,Ca(NO3 2 ・4H2 O,Cu
O)を用いる。 (2)酸素気流中、温度925℃で1〜3日間焼成す
る。 (3)Ptで包んだペレットを酸素を充填した厚い石英
管中に封じ、970℃、20気圧で2日間アニールした
後、850℃、750℃、650℃、500℃でそれぞ
れ5h保持しながら冷却する。
【0005】彼らは、この方法で作製したLa1.6 Sr
0.4 CaCu2 6 がTc=60Kの超伝導を示したと
報告している。同試料は4.2Kにおいて約20%の体
積分率が反磁性を示した。
【0006】高温高圧の酸素中アニールを市販のHIP
装置(等方加圧雰囲気炉)を用いることで、煩雑なプロ
セスを用いることなしに超電導を示すLa2-xxCaC
26 (ただし、Aはアルカリ土類金属を示す。)を
再現性良く製造できることがすでに提案されている(例
えば、特願平2−250385号)。合成条件に関する
研究から、この物質を超電導体にするためには酸素分圧
10気圧以上950℃以上におけるアニールが必要であ
ることが明らかにされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、HIP
装置を用いることで再現性よく超電導を示すLa2-xx
CaCu26 (ただし、Aはアルカリ土類金属を示
す。)が製造できるようになったが、作製したLa2-x
xCaCu26 超電導体の超電導体積分率は一般に小
さく、1%程度のものしか得られなかった。長時間アニ
ールすることで体積分率を大きくできることが示された
が、高々数%程度までしか大きくならなかった。
【0008】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、超電導体積分率の大きいLa2-xxCaCu26
系酸化物超電導材料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、本発明の酸化物超電導材料の製造方法は、化学式L
2-x x CaCu2 6 (ただし、Aはアルカリ土類
金属を示す。)で表される酸化物超電導材料の製造方法
であって、酸素分圧10気圧以上かつ950℃以上でア
ニールした後に、350〜900℃の条件で低温アニー
ルすることを特徴とする。
【0010】前記構成においては、低温アニールを、酸
素分圧400〜10気圧の条件で行うことが好ましい。
また前記構成においては、低温アニールを、温度350
〜800℃、かつ酸素分圧10〜3気圧で行うことが好
ましい。
【0011】また前記構成においては、低温アニール
を、温度350〜700℃、かつ酸素分圧3〜1気圧で
行うことが好ましい。また前記構成においては、低温ア
ニールを、温度350〜550℃、かつ全圧1気圧以下
で行うことが好ましい。
【0012】低温アニールの温度範囲は圧力により変わ
り、酸素分圧が400〜10、10〜3、3〜1気圧の
時、それぞれ、350〜900、350〜800、35
0〜700℃とする。全圧1気圧以下の時は350〜5
50℃とするのが好ましい。
【0013】
【作用】前記した本発明方法の構成によれば、化学式L
2-xxCaCu26 (ただし、Aはアルカリ土類金
属を示す。)で表される酸化物超電導材料の製造方法で
あって、酸素分圧10気圧以上かつ950℃以上でアニ
ールした後に、350〜900℃の条件で低温アニール
することにより、La2-xxCaCu26 系酸化物超
電導材料の超電導体積分率を著しく増大できる。特に、
特殊な高温高圧処理装置を用いない全圧1気圧以下55
0℃以下での低温アニールでは超電導体積分率の増大の
みならずTcを上昇させることもできる。
【0014】
【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。純度99%以上のLa2 3 ,CaCO3
CuOの各粉末をLa:Ca:Cuの比が1.85:1.15:2
になるように秤量し混合した。混合終了後、960℃で
24時間空気中で仮焼した。粉砕の後0.6gを18mm
×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1030℃で10
時間焼成した。さらに、得られた焼結体を2000atm
の80vol.%Ar−20vol.%O2 中1090℃で1〜
100時間アニールした。得られた試料について、粉末
X線回折で結晶構造を調べた。また、直流四端子法で電
気抵抗率を、SQUID により磁化率(10 Gauss磁場中冷
却)を測定した。
【0015】得られた試料は全てX線的には単一相であ
った。図1に抵抗−温度特性を示す(製造条件:200
0気圧、80vol.%Ar−20vol.%O2 中において1
090℃、0−100時間アニール)。アニール時間が
長いほど抵抗ゼロを示す温度(Tc(zero))が高くなって
いることがわかる。100時間のアニール処理を施した
試料の Tc(zero) は45Kであった。図2に同試料の磁
化率−温度特性を示す。アニール時間が長いほど反磁性
を示す信号が大きくなり、超電導体積分率が大きくなっ
ていることがわかる。しかし、100時間のアニール処
理でも5Kにおける超電導体積分率は3%程度であっ
た。
【0016】この100時間のアニール処理を施した試
料について、さらにアニール処理(300〜100℃、
40時間)を行った。試料中の酸素が脱離しないように
アニール処理は2000〜5atm の80vol.%Ar−2
0vol.%O2 中(酸素分圧で400〜1atm )で行っ
た。図3に低温アニール前後の磁化率−温度特性を示す
(製造条件:2000気圧、80vol.%Ar−20vol.
%O2 中において1090℃、0−100時間アニー
ル)。図3中の白丸印は低温アニール前、黒丸印は低温
アニール(600℃酸素分圧400atm )後の特性であ
る。超電導体積分率が大きくなっていることがわかる。
5Kにおける超電導体積分率は4倍程度増大している。
アニール温度と5Kにおける磁化率を(表1)にまとめ
る。表中の点線の枠の内部の部分で10-3台の反磁性が
観測されている。
【0017】
【表1】
【0018】上記のアニールは、高圧酸素処理であるた
めHIPの様な特殊な設備が必要となる。このような特
殊な装置を用いずに同様の効果が得られるならば、工業
的には極めて有利である。そこで、高圧酸素のかわりに
酸素気流中、空気中、Ar気流中における低温アニール
(300〜700℃、10日間)を試みた。図3中の×
印は低温アニール(450℃酸素気流中)後の特性であ
る。超電導体積分率が大きくなっていることがわかる。
5Kにおける超電導体積分率は低温アニールにより3.
5倍程度増大している。また、Tcも5K程度上昇して
いることがわかる。酸素気流中で低温アニール下時の温
度と5Kにおける磁化率、Tcを(表2)にまとめる。
550℃以下の処理で10-3台の磁化率が得られ、50
0℃以下ではTcの上昇が認められた。600℃以上で
超伝導特性が劣化したのは、酸素の脱離が顕著になった
ためと考えられる。空気中、Ar気流中でも同様の結果
が得られた。結果を(表2)に示す。
【0019】
【表2】
【0020】ここで低温アニールの意味について考察す
る。La2-xxCaCu26 を超電導体にするために
はカチオンを規則配列させることが必要である。超電導
体化のためには、酸素分圧10気圧以上950℃以上の
アニールが必要であることが知られている。900℃以
下のアニールでは『カチオンの規則配列化』は進行しな
い。La2-xxCaCu26 の酸素量は理想的には
6.00であるが、そのような酸素量は高圧酸素中アニ
ールによってはじめて可能となる。酸素分圧が不十分だ
と酸素欠損を生じ、超電導性は得られなくなる。本発明
の低温アニール(350〜900℃)では、温度が低す
ぎるためカチオンの規則配列化は進行しないと考えられ
る。しかし、酸素原子は900℃以下でも十分動き得る
ので、本発明の低温アニールの条件ではカチオンは動か
ずに酸素原子が動いていると考えられる。低温アニール
によって超電導性が損なわれずにいることは、超電導性
に悪影響を及ぼすほどの酸素欠損が生じていないことを
示している。超電導性が損なわれるどころか、体積分率
やTcに向上が見られることは、超電導性を阻害する因
子が結晶中から除去されたことを示唆している。すなわ
ち、酸素原子が結晶中から脱離せずに位置を変えて『酸
素原子の規則配列化』が進行したと考えられる。また、
La2-xxCaCu26 のAがCaの時のみならずS
rまたはBaの時も、同様の効果が得られた。
【0021】以上説明した通り、本実施例によれば、低
温アニールの温度範囲は圧力により変わり、酸素分圧が
400〜10、10〜3、3〜1気圧の時、それぞれ、
350〜900、350〜800、350〜700℃が
好ましく、全圧1気圧以下の時は350〜550℃が好
ましいことが確認できた。この結果、大きな超電導体積
分率を有するLa2-xxCaCu26 系酸化物超電導
材料を再現性良く製造できる。特に、全圧1気圧以下5
50℃以下の低温アニールではTcを上昇させることも
できる。
【0022】
【発明の効果】前記したとおり本発明方法によれば、化
学式La2-xxCaCu26 (ただし、Aはアルカリ
土類金属を示す。)で表される酸化物超電導材料の製造
方法であって、酸素分圧10気圧以上かつ950℃以上
でアニールした後に、350〜900℃の条件で低温ア
ニールすることにより、La2-xxCaCu26 系酸
化物超電導材料の超電導体積分率を著しく増大できる。
特に、特殊な高温高圧処理装置を用いない全圧1気圧以
下550℃以下での低温アニールでは超電導体積分率の
増大のみならずTcを上昇させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のLa1.85Ca1.15Cu2
6 の電気抵抗率−温度特性図。
【図2】本発明の一実施例のLa1.85Ca1.15Cu2
6 の磁化率−温度特性図。
【図3】本発明の一実施例のLa1.85Ca1.15Cu2
6 の磁化率−温度特性図。
フロントページの続き (71)出願人 000222037 東北電力株式会社 宮城県仙台市青葉区一番町3丁目7番1号 (72)発明者 安達 成司 東京都江東区東雲一丁目14番3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 (72)発明者 桜井 健 東京都江東区東雲一丁目14番3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 (72)発明者 八重樫 裕司 東京都江東区東雲一丁目14番3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 (72)発明者 山内 尚雄 東京都江東区東雲一丁目14番3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 (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化学式La2-x x CaCu2 6 (た
    だし、Aはアルカリ土類金属を示す。)で表される酸化
    物超電導材料の製造方法であって、酸素分圧10気圧以
    上かつ950℃以上でアニールした後に、350〜90
    0℃の条件で低温アニールすることを特徴とする製造方
    法。
  2. 【請求項2】 低温アニールを、酸素分圧400〜10
    気圧の条件で行う請求項1に記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 低温アニールを、温度350〜800
    ℃、かつ酸素分圧10〜3気圧で行う請求項1に記載の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 低温アニールを、温度350〜700
    ℃、かつ酸素分圧3〜1気圧で行う請求項1に記載の製
    造方法。
  5. 【請求項5】低温アニールを、温度350〜550℃、
    かつ全圧1気圧以下で行う請求項1に記載の製造方法。
JP11317593A 1993-05-14 1993-05-14 酸化物超電導材料の製造方法 Withdrawn JPH06321537A (ja)

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