JPH07216481A - 金属間超伝導体材料を含む製品 - Google Patents
金属間超伝導体材料を含む製品Info
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- JPH07216481A JPH07216481A JP6260806A JP26080694A JPH07216481A JP H07216481 A JPH07216481 A JP H07216481A JP 6260806 A JP6260806 A JP 6260806A JP 26080694 A JP26080694 A JP 26080694A JP H07216481 A JPH07216481 A JP H07216481A
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
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- C04B35/5805—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides
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- Y10S505/801—Composition
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、金属間超伝導体材料を含む製品を
提供する。 【構成】 実効的な量の新しい金属間バルク超伝導体材
料を含む材料が、明らかにされている。材料はホウ素及
び少くとも少量の炭素に加え、Ｍ′及びＭを含む。Ｍ′
は１ないし複数の遷移金属（たとえば、Ni、Pd、Pt）
で、ＭはＹ、ランタニド希土類及びアルカリ土類（たと
えば、Ｙ、Lu、Tm、Er及びHo）から成る類の１ないし複
数の元素である。２０Ｋ及びそれ以上の遷移温度Tc（開
始）が、観測されている。
提供する。 【構成】 実効的な量の新しい金属間バルク超伝導体材
料を含む材料が、明らかにされている。材料はホウ素及
び少くとも少量の炭素に加え、Ｍ′及びＭを含む。Ｍ′
は１ないし複数の遷移金属（たとえば、Ni、Pd、Pt）
で、ＭはＹ、ランタニド希土類及びアルカリ土類（たと
えば、Ｙ、Lu、Tm、Er及びHo）から成る類の１ないし複
数の元素である。２０Ｋ及びそれ以上の遷移温度Tc（開
始）が、観測されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超伝導組成、より具体的
には、金属間超伝導組成に係る。
には、金属間超伝導組成に係る。
【０００２】
【従来の技術】銅酸化物を基本とする超伝導体の最近の
発見以前は、最も高い超伝導臨界温度（Tc) を有する材
料は、“Ａ１５”構造型をもつニオジウム及びバナジウ
ムを基礎とする金属間化合物であった。これらは化学量
論的組成A3B を基本とし、最初の例は V3Si （Tc＝１７
Ｋ）及び Nb3Sn（Tc＝１８Ｋ）で、１９５３年に発見さ
れた。２０Ｋ付近のTcはNbを基本とした材料でのみ得ら
れ、Nb3Ge の２３Ｋという高Tcの記録は、スパッタした
薄膜でのみ得られ、バルク材料では得られない。周知の
最も高いバルクTcは、Nb3Ga の２０．７Ｋである。これ
ら及びより低いTcを有する多くの他のNbを基本とする超
伝導の存在により、金属間超伝導体は最善の結果を得る
ためには、化学系にNbを含むべきであると、一般に信じ
られてきた。
発見以前は、最も高い超伝導臨界温度（Tc) を有する材
料は、“Ａ１５”構造型をもつニオジウム及びバナジウ
ムを基礎とする金属間化合物であった。これらは化学量
論的組成A3B を基本とし、最初の例は V3Si （Tc＝１７
Ｋ）及び Nb3Sn（Tc＝１８Ｋ）で、１９５３年に発見さ
れた。２０Ｋ付近のTcはNbを基本とした材料でのみ得ら
れ、Nb3Ge の２３Ｋという高Tcの記録は、スパッタした
薄膜でのみ得られ、バルク材料では得られない。周知の
最も高いバルクTcは、Nb3Ga の２０．７Ｋである。これ
ら及びより低いTcを有する多くの他のNbを基本とする超
伝導の存在により、金属間超伝導体は最善の結果を得る
ためには、化学系にNbを含むべきであると、一般に信じ
られてきた。
【０００３】ＭＲＩスキャナのような機械で現在広く用
いられている超伝導磁石は、Nbを基本とする合金ワイヤ
を用いるが、Ａ１５構造型で非常に高いTcを有するバル
ク材料を作成するのは、困難であることが明らかになっ
ている。この困難さを考えると、高Tcを有する別の金属
間超伝導材料に、かなりの関心がもたれる。そのような
金属間超伝導体のTcは、銅酸化物を基本とするセラミッ
ク超伝導体のそれらより低いと予想されるが、良好な超
伝導臨界電流とともに、金属のより良い加工性と生産性
は、低温での使用に対しては、セラミック材料以上の利
点の可能性を、示唆している。
いられている超伝導磁石は、Nbを基本とする合金ワイヤ
を用いるが、Ａ１５構造型で非常に高いTcを有するバル
ク材料を作成するのは、困難であることが明らかになっ
ている。この困難さを考えると、高Tcを有する別の金属
間超伝導材料に、かなりの関心がもたれる。そのような
金属間超伝導体のTcは、銅酸化物を基本とするセラミッ
ク超伝導体のそれらより低いと予想されるが、良好な超
伝導臨界電流とともに、金属のより良い加工性と生産性
は、低温での使用に対しては、セラミック材料以上の利
点の可能性を、示唆している。
【０００４】従来技術のホウ化物超伝導体のTcは、１２
Ｋ以下と低いが、ホウ素の質量が小さいために、高周波
の格子振動が存在し、その結果比較的高いTcの可能性が
あることは、広く推測されてきた。最近、超伝導の徴候
が、Ｙ−Ni−ホウ素組成が発見された。シー・マツンダ
ー（C. Mazumdar)ら、ソリッド・ステート・コミュニケ
ーションで（Solid State Communications）、第８
７（５）巻、４１３−４１６頁を参照のこと。新しく発
見されたＹ−Ni−ホウ素金属間組成は、アーク炉内で
Ｙ、Ni及びＢを各名目上１：４：１の原子比で溶融させ
ることにより形成し、約１２ＫのTc（開始）を有した。
しかし、超伝導性は試料中で高水準には存在しなかっ
た。
Ｋ以下と低いが、ホウ素の質量が小さいために、高周波
の格子振動が存在し、その結果比較的高いTcの可能性が
あることは、広く推測されてきた。最近、超伝導の徴候
が、Ｙ−Ni−ホウ素組成が発見された。シー・マツンダ
ー（C. Mazumdar)ら、ソリッド・ステート・コミュニケ
ーションで（Solid State Communications）、第８
７（５）巻、４１３−４１６頁を参照のこと。新しく発
見されたＹ−Ni−ホウ素金属間組成は、アーク炉内で
Ｙ、Ni及びＢを各名目上１：４：１の原子比で溶融させ
ることにより形成し、約１２ＫのTc（開始）を有した。
しかし、超伝導性は試料中で高水準には存在しなかっ
た。
【０００５】金属間超伝導組成が非常に重要であるとい
う点で、そのような新しい組成に対して、科学及び技術
の両方から、大きな関心がもたれる。本明細書は、その
ような組成を、明らかにする。
う点で、そのような新しい組成に対して、科学及び技術
の両方から、大きな関心がもたれる。本明細書は、その
ような組成を、明らかにする。
【０００６】
【用語及び定義】“金属間”組成は、本質的に（２ない
しそれ以上の）金属元素のみから成る物質の組成であ
る。ホウ素（Ｂ）及び炭素（Ｃ）は、ここでは金属元素
と考える。
しそれ以上の）金属元素のみから成る物質の組成であ
る。ホウ素（Ｂ）及び炭素（Ｃ）は、ここでは金属元素
と考える。
【０００７】超伝導体材料の試料に付随して、典型的な
場合、いくつかの“転移温度”Tcがある。それらの中
に、Tc（開始）及びTc（Ｒ＝Ｏ）がある。前者は超伝導
性の徴候が観測される最も高い温度で、後者は実験誤差
の範囲内で、試料のＤＣ電気信号が本質的にゼロになる
最も高い温度である。Tc（開始）はたとえば抵抗測定又
は磁気測定といった全ての適切な実験技術にあてはま
る。
場合、いくつかの“転移温度”Tcがある。それらの中
に、Tc（開始）及びTc（Ｒ＝Ｏ）がある。前者は超伝導
性の徴候が観測される最も高い温度で、後者は実験誤差
の範囲内で、試料のＤＣ電気信号が本質的にゼロになる
最も高い温度である。Tc（開始）はたとえば抵抗測定又
は磁気測定といった全ての適切な実験技術にあてはま
る。
【０００８】
【本発明】出願人はバルク試料でたとえば２２．６Ｋと
いう驚くべき高い転移温度を有する新しい金属間超伝導
体を発見した。それはバルク Nb3Geのそれらより高く、
事実任意の他のバルク金属間組成のそれより高い。本発
明は、特許請求の範囲により、定義される。
いう驚くべき高い転移温度を有する新しい金属間超伝導
体を発見した。それはバルク Nb3Geのそれらより高く、
事実任意の他のバルク金属間組成のそれより高い。本発
明は、特許請求の範囲により、定義される。
【０００９】本発明は超伝導性を示す一定量の材料を含
む製品で、実施される。材料はホウ素に加え、少くとも
少量の炭素、Ｍ′及びＭを含む金属間材料で、Ｍ′は１
ないし複数の遷移金属、ＭはＹ、ランタニド希土類（原
子番号５７−７１）及びアルカリ土類から選択された１
ないし複数の元素である。好ましい実施例において、材
料の化学組成は、材料が２０Ｋ又はそれ以上のTc（開
始）をもつよう選択される。
む製品で、実施される。材料はホウ素に加え、少くとも
少量の炭素、Ｍ′及びＭを含む金属間材料で、Ｍ′は１
ないし複数の遷移金属、ＭはＹ、ランタニド希土類（原
子番号５７−７１）及びアルカリ土類から選択された１
ないし複数の元素である。好ましい実施例において、材
料の化学組成は、材料が２０Ｋ又はそれ以上のTc（開
始）をもつよう選択される。
【００１０】本発明の典型的な実施例は、一般的な化学
式MyM′zBx′Cxの材料を含み、ここで０．５＜ｙ＜１．
５、２＜ｚ＜６、１＜ｘ′＜４及びｘ：ｘ′は０．０５
−２の範囲にある。Ｍ′の例はNi、Pd及びPtで、Ｍの例
はＹ及びランタニド希土類、たとえばTm、Er、Ho、Lu、
Tb、Sm、Ce及びLaである。
式MyM′zBx′Cxの材料を含み、ここで０．５＜ｙ＜１．
５、２＜ｚ＜６、１＜ｘ′＜４及びｘ：ｘ′は０．０５
−２の範囲にある。Ｍ′の例はNi、Pd及びPtで、Ｍの例
はＹ及びランタニド希土類、たとえばTm、Er、Ho、Lu、
Tb、Sm、Ce及びLaである。
【００１１】新しい超伝導体の例は、全体の組成がＹ、
Pd及びＢがそれぞれ１．５、４．５及び４の化学式プラ
ス少量の炭素に対応する材料で、２２．６ＫのTc（開
始）を有することがわかった。試料の反磁性応答の大き
さは、非超伝導性母体中に、約５容量％の超伝導性材料
が存在することを、示している。
Pd及びＢがそれぞれ１．５、４．５及び４の化学式プラ
ス少量の炭素に対応する材料で、２２．６ＫのTc（開
始）を有することがわかった。試料の反磁性応答の大き
さは、非超伝導性母体中に、約５容量％の超伝導性材料
が存在することを、示している。
【００１２】新しい超伝導組成の実施例は、Ｙ、Pd及び
Ｂ（純度は少くとも９９．９％）を、所望の原子比、た
とえば１．５：４．５：４で混合することにより、作成
した。出発材料は荒い粉末、小さな厚切又は金属削り出
し片の形であった。たとえば重量１グラムの混合物を、
通常の手段で、小さなペレットに加圧する。ペレットは
Ar雰囲気下で、市販の装置（セントール・フェーネス、
ナシュア、Ｎ．Ｈ．）中でアーク溶融させる。固化及び
冷却の後、得られたボタンを裏返し、再び本質的に同じ
条件下で、溶融させた。この溶融プロセスは一度くり返
したが、試料の均一さを確実にするために、それ以上く
り返すことができる。金属間試料の作製プロセスが完了
した後、試料の一部を通常の手段（ac磁化率、レークシ
ョア・モデル７０００磁化率測定器）により、試験し
た。図１は上述のように作製した名目組成 Y1.5Pd4.5B4
プラス少量の炭素の材料０．３１８８ｇについて得られ
た結果の例を示す。データの例は、この例の材料は、２
２．６ＫのTc（開始）を有し、全材料の約０．５パーセ
ントが超伝導性であることを、示している。
Ｂ（純度は少くとも９９．９％）を、所望の原子比、た
とえば１．５：４．５：４で混合することにより、作成
した。出発材料は荒い粉末、小さな厚切又は金属削り出
し片の形であった。たとえば重量１グラムの混合物を、
通常の手段で、小さなペレットに加圧する。ペレットは
Ar雰囲気下で、市販の装置（セントール・フェーネス、
ナシュア、Ｎ．Ｈ．）中でアーク溶融させる。固化及び
冷却の後、得られたボタンを裏返し、再び本質的に同じ
条件下で、溶融させた。この溶融プロセスは一度くり返
したが、試料の均一さを確実にするために、それ以上く
り返すことができる。金属間試料の作製プロセスが完了
した後、試料の一部を通常の手段（ac磁化率、レークシ
ョア・モデル７０００磁化率測定器）により、試験し
た。図１は上述のように作製した名目組成 Y1.5Pd4.5B4
プラス少量の炭素の材料０．３１８８ｇについて得られ
た結果の例を示す。データの例は、この例の材料は、２
２．６ＫのTc（開始）を有し、全材料の約０．５パーセ
ントが超伝導性であることを、示している。
【００１３】上で明らかにしたＹ：Pd：Ｂ原子比（１．
５：４．５：４）は、例にすぎない。図２は通常の形で
のＹ−Pd−Ｂ系の組成空間を示す。組成相の領域、すな
わち現在の理解に従えば、本発明に従う好ましい組成を
含むのは、線２０で囲まれた領域Ａである。
５：４．５：４）は、例にすぎない。図２は通常の形で
のＹ−Pd−Ｂ系の組成空間を示す。組成相の領域、すな
わち現在の理解に従えば、本発明に従う好ましい組成を
含むのは、線２０で囲まれた領域Ａである。
【００１４】たとえばＹ−Pd−Ｂに、微量な量のＣを加
えることにより、利点が生じうる。その中には超伝導生
である試料の割合が本質的に増すこと及びTc（開始）が
適度に増加する可能性が含まれる。事実、Ｙ−Pd−Ｂ−
Ｃ四元素の材料のアーク溶融試料についての我々の研究
では、炭素の存在は、本発明に従う系及び他の系におい
て、バルク超伝導性が生じるのに、必要であると確信さ
れる。
えることにより、利点が生じうる。その中には超伝導生
である試料の割合が本質的に増すこと及びTc（開始）が
適度に増加する可能性が含まれる。事実、Ｙ−Pd−Ｂ−
Ｃ四元素の材料のアーク溶融試料についての我々の研究
では、炭素の存在は、本発明に従う系及び他の系におい
て、バルク超伝導性が生じるのに、必要であると確信さ
れる。
【００１５】一例として、試料はアーク溶融により、作
製した。出発材料は市販のＹ削り出し片（純度９９．９
％）、Pd粉末（純度＞９９．９９％）及び荒いＣ（純度
９９．９９％）及びＢ粉末（純度９９．６％、最大の不
純物は０．１７％Ｃ）であった。全重量約０．６ないし
０．７５ｇの試料を、最初０．２５インチ径のペレット
に加圧した。次にペレットは、標準的な水冷銅炉上で、
Ar下でアーク溶融させた。溶融はその間でボタンを裏返
して、２ないしそれ以上くり返した。たとえば、超伝導
性はこのように作製された比較的低炭素含有量の試料
で、観測された。当業者は、観測された超伝導性の原因
となる相（又は複数の相）の組成は、超伝導試料の名目
上の組成とは異なりうることを、理解するであろう。
製した。出発材料は市販のＹ削り出し片（純度９９．９
％）、Pd粉末（純度＞９９．９９％）及び荒いＣ（純度
９９．９９％）及びＢ粉末（純度９９．６％、最大の不
純物は０．１７％Ｃ）であった。全重量約０．６ないし
０．７５ｇの試料を、最初０．２５インチ径のペレット
に加圧した。次にペレットは、標準的な水冷銅炉上で、
Ar下でアーク溶融させた。溶融はその間でボタンを裏返
して、２ないしそれ以上くり返した。たとえば、超伝導
性はこのように作製された比較的低炭素含有量の試料
で、観測された。当業者は、観測された超伝導性の原因
となる相（又は複数の相）の組成は、超伝導試料の名目
上の組成とは異なりうることを、理解するであろう。
【００１６】たとえば、名目組成 YPd5B3Cx （０．３＜
ｘ＜０．４）の試料は、約８０％に昇る大きな磁気遮蔽
率と、理想的な反磁性で期待されるものの１０−１５％
という大きな磁束排除率（マイスナー効果）を示した。
当業者には知られているように、マイスナー効果率は磁
束ピンニング効果による試料中に存在する超伝導相の実
際の割合の下限を表わす。
ｘ＜０．４）の試料は、約８０％に昇る大きな磁気遮蔽
率と、理想的な反磁性で期待されるものの１０−１５％
という大きな磁束排除率（マイスナー効果）を示した。
当業者には知られているように、マイスナー効果率は磁
束ピンニング効果による試料中に存在する超伝導相の実
際の割合の下限を表わす。
【００１７】図３は上述のように作製した組成 YPd5B3C
0.35の試料についての温度対磁化率のデータの例を示
す。参照用数字３０は遮蔽曲線を、３１はマイスナー効
果曲線をさす。前者は５Ｋにおいて（理想的な反磁性に
対応するものから期待される信号の）約７５％の値にな
り、後者はその温度において、（やはり理想的な反磁性
に対応するものから期待される信号の）約１０％の値に
なった。測定は市販の（カンタム・デザイン）スクイド
磁力計で、通常の方式により、２０ Oe の磁界を印加し
て行った。結果は約２２．５ＫのTc（開始）を示す。同
様の結果は、図２の領域Ａ中のＹ、Pd及びＢ含有量を有
する他の試料でも、得られた。たとえば、炭素含有量
は、（原子）Ｂ含有量の５−２００％の範囲にある。
0.35の試料についての温度対磁化率のデータの例を示
す。参照用数字３０は遮蔽曲線を、３１はマイスナー効
果曲線をさす。前者は５Ｋにおいて（理想的な反磁性に
対応するものから期待される信号の）約７５％の値にな
り、後者はその温度において、（やはり理想的な反磁性
に対応するものから期待される信号の）約１０％の値に
なった。測定は市販の（カンタム・デザイン）スクイド
磁力計で、通常の方式により、２０ Oe の磁界を印加し
て行った。結果は約２２．５ＫのTc（開始）を示す。同
様の結果は、図２の領域Ａ中のＹ、Pd及びＢ含有量を有
する他の試料でも、得られた。たとえば、炭素含有量
は、（原子）Ｂ含有量の５−２００％の範囲にある。
【００１８】また、各種試料のＤＣ抵抗率も測定した。
たとえば、名目組成 YPd5B3C0.35の試料は、約２００μ
Ω−cmの室温抵抗率を有し、開始温度に到達するまで冷
却する間、抵抗率はほとんど減少しなかった。Tc（開
始）は約２３Ｋで、１０−９０％転移幅は０．３Ｋであ
った。
たとえば、名目組成 YPd5B3C0.35の試料は、約２００μ
Ω−cmの室温抵抗率を有し、開始温度に到達するまで冷
却する間、抵抗率はほとんど減少しなかった。Tc（開
始）は約２３Ｋで、１０−９０％転移幅は０．３Ｋであ
った。
【００１９】融体の固化後の熱処理は、得られた材料の
超伝導特性に、影響を与える可能性がある。たとえば、
（Ta箔で包んだ）超伝導試料を、封じた真空石英管中
で、９００℃において２日間アニールすると、超伝導性
は、完全に失われる。
超伝導特性に、影響を与える可能性がある。たとえば、
（Ta箔で包んだ）超伝導試料を、封じた真空石英管中
で、９００℃において２日間アニールすると、超伝導性
は、完全に失われる。
【００２０】試料はまた、（あらかじめ作製した）三元
（Ｃを除く）又は４元（Ｃを含む）合金を、銅炉上にお
いた炭素ブロック（体積約２cc）上で、溶融させること
により、作製した。この配置により、加熱された炭素ブ
ロックが比較的ゆっくり冷却されるため、試料はゆっく
り冷却された。しかし、この作製技術では、得られる材
料の炭素含有量を、厳密に制御できなかった。なぜなら
ば、ブロックからの炭素が、試料中に混入する可能性が
あるからである。
（Ｃを除く）又は４元（Ｃを含む）合金を、銅炉上にお
いた炭素ブロック（体積約２cc）上で、溶融させること
により、作製した。この配置により、加熱された炭素ブ
ロックが比較的ゆっくり冷却されるため、試料はゆっく
り冷却された。しかし、この作製技術では、得られる材
料の炭素含有量を、厳密に制御できなかった。なぜなら
ば、ブロックからの炭素が、試料中に混入する可能性が
あるからである。
【００２１】図４は名目組成 Y1.25Pd4.5B4.25のあらか
じめ溶融させた三元材料を、上述のように、炭素ブロッ
ク上で溶融させることにより生じる磁気遮蔽データを示
す。試料は約２３ＫのTc（開始）を有し、これはあらゆ
る金属間試料が現在まで示した超伝導性の、最も高い温
度である。
じめ溶融させた三元材料を、上述のように、炭素ブロッ
ク上で溶融させることにより生じる磁気遮蔽データを示
す。試料は約２３ＫのTc（開始）を有し、これはあらゆ
る金属間試料が現在まで示した超伝導性の、最も高い温
度である。
【００２２】現在好ましい組成は、Ｙ−Pd−Ｂ−Ｃ系に
属するが、本発明はそのようには限定されない。たとえ
ば、上述のように合成された名目組成Luy Niz Ｂx′Ｃx
又はＹy Niz Ｂx′Ｃx（０．５＜ｙ＜１．５；２＜ｚ＜
６；１＜ｘ′＜４；及びｘ：ｘ′は０．０５−２の範
囲）をもついくつかの材料は、バルク超伝導体で、Tc
（開始）は１４−１７Ｋの範囲であることを見い出して
いる。Lu−Ni−Ｂ−Ｃ及びＹ−Ni−Ｂ−Ｃ試料は、９０
０℃において真空中でアニールした後も、超伝導性を保
持した。図５は名目組成 LuNi4B3C で、重量０．１３ｇ
の試料の例についての磁化率（マイスナー効果）のデー
タを示す。約１５Ｋにおけるこぶは、磁束の捕獲による
と、確信される。
属するが、本発明はそのようには限定されない。たとえ
ば、上述のように合成された名目組成Luy Niz Ｂx′Ｃx
又はＹy Niz Ｂx′Ｃx（０．５＜ｙ＜１．５；２＜ｚ＜
６；１＜ｘ′＜４；及びｘ：ｘ′は０．０５−２の範
囲）をもついくつかの材料は、バルク超伝導体で、Tc
（開始）は１４−１７Ｋの範囲であることを見い出して
いる。Lu−Ni−Ｂ−Ｃ及びＹ−Ni−Ｂ−Ｃ試料は、９０
０℃において真空中でアニールした後も、超伝導性を保
持した。図５は名目組成 LuNi4B3C で、重量０．１３ｇ
の試料の例についての磁化率（マイスナー効果）のデー
タを示す。約１５Ｋにおけるこぶは、磁束の捕獲による
と、確信される。
【００２３】また、名目組成 LnNi2B2C （LnはＹ又は希
土類（たとえばTm、Er、Ho及び／又はLu) で、化合物中
の超伝導性と両立する）の四元金属間化合物は、本質的
に単一相超伝導体材料となりうることも、見い出した。
超伝導相は、少くとも LuNi2B3C 及び YNi2B3Cにおいて
正方晶系を有し、それぞれａ〜０．３４６nm、ｃ〜１．
０６３nm及びａ〜０．３５３nm、ｃ〜１．０５７nmの単
位胞をもつ。“希土類”は原子番号５７−７１の元素で
ある。
土類（たとえばTm、Er、Ho及び／又はLu) で、化合物中
の超伝導性と両立する）の四元金属間化合物は、本質的
に単一相超伝導体材料となりうることも、見い出した。
超伝導相は、少くとも LuNi2B3C 及び YNi2B3Cにおいて
正方晶系を有し、それぞれａ〜０．３４６nm、ｃ〜１．
０６３nm及びａ〜０．３５３nm、ｃ〜１．０５７nmの単
位胞をもつ。“希土類”は原子番号５７−７１の元素で
ある。
【００２４】組成 LuNi2B2C の非常に良く形成された単
結晶は、名目組成 LuNi4B3C の融液から、直接得られ
た。結晶は微細に結晶化した Ni2B 及び少量の第３の相
と、凝固させた融体中に、混合させた。名目組成 LuNi2
B2C の融体は単一相としては固化せず、このことは新し
い超伝導体は調和した融体ではないことを、示してい
る。しかし、適切なアニーリング（たとえば真空石英管
中、１０５０−１１００℃において１又は２晩）によ
り、本質的に単一相の（他の相の体積にして＜１０％、
他の相の体積にして２％以下さえも）超伝導材料が、得
られる。
結晶は、名目組成 LuNi4B3C の融液から、直接得られ
た。結晶は微細に結晶化した Ni2B 及び少量の第３の相
と、凝固させた融体中に、混合させた。名目組成 LuNi2
B2C の融体は単一相としては固化せず、このことは新し
い超伝導体は調和した融体ではないことを、示してい
る。しかし、適切なアニーリング（たとえば真空石英管
中、１０５０−１１００℃において１又は２晩）によ
り、本質的に単一相の（他の相の体積にして＜１０％、
他の相の体積にして２％以下さえも）超伝導材料が、得
られる。
【００２５】新しい相は、Ln＝Ｙ、Tm、Er、Ho、Lu、T
b、Sm、Ce及びLaの場合に形成された。他の希土類を有
する化合物については検討しなかったが、やはり新しい
相を形成する可能性がある。超伝導性は非磁性Ln（Ｙ及
びLu）及び磁性Ln（Tm、Er、Ｈｏ）の両方について、観
測された。化合物はＹ、Ｌｕ、Tm、Er及びHo以外のLnで
は、４．２Ｋ以上では超伝導性を示さなかった。しか
し、他の作製方式によって、１ないし複数の他の希土類
について、超伝導性 LnNi2B2C が生じる可能性のあるこ
とは、否定できない。
b、Sm、Ce及びLaの場合に形成された。他の希土類を有
する化合物については検討しなかったが、やはり新しい
相を形成する可能性がある。超伝導性は非磁性Ln（Ｙ及
びLu）及び磁性Ln（Tm、Er、Ｈｏ）の両方について、観
測された。化合物はＹ、Ｌｕ、Tm、Er及びHo以外のLnで
は、４．２Ｋ以上では超伝導性を示さなかった。しか
し、他の作製方式によって、１ないし複数の他の希土類
について、超伝導性 LnNi2B2C が生じる可能性のあるこ
とは、否定できない。
【００２６】図６は LnNi2B2C 及び YNi2B2Cの本質的に
単一相の多結晶試料についての、温度の関数としての磁
化のデータの例を示す。磁化は、２０ Oe の磁場におい
て、通常のスクイド磁力計で、測定した。矢印は温度変
化の方向を示す。磁場中で冷却を行うと、磁束排除値
（マイスナー効果）は、完全な反磁性に期待される値の
約１０％に対応し、そのことは超伝導性がバルク効果で
あることを、示している。磁化はまた、ゼロ磁場で冷却
して測定した。結果は、磁気遮蔽は完全な反磁性に期待
される値の、約１００％に等しいことを示した。
単一相の多結晶試料についての、温度の関数としての磁
化のデータの例を示す。磁化は、２０ Oe の磁場におい
て、通常のスクイド磁力計で、測定した。矢印は温度変
化の方向を示す。磁場中で冷却を行うと、磁束排除値
（マイスナー効果）は、完全な反磁性に期待される値の
約１０％に対応し、そのことは超伝導性がバルク効果で
あることを、示している。磁化はまた、ゼロ磁場で冷却
して測定した。結果は、磁気遮蔽は完全な反磁性に期待
される値の、約１００％に等しいことを示した。
【００２７】ゼロ磁場冷却と磁場冷却間にヒステリシス
が存在することは、新しい材料がII型の超伝導体である
ことを、示している。超伝導転移の鋭さ（LuNi2B2Cの場
合Tc＝１６．６Ｋ、YNi2B2C の場合１５．６Ｋ；１０−
９０％転移幅は典型的な場合、約０．５Ｋ）は、高度の
材料均一性を示している。
が存在することは、新しい材料がII型の超伝導体である
ことを、示している。超伝導転移の鋭さ（LuNi2B2Cの場
合Tc＝１６．６Ｋ、YNi2B2C の場合１５．６Ｋ；１０−
９０％転移幅は典型的な場合、約０．５Ｋ）は、高度の
材料均一性を示している。
【００２８】LnがTmのような磁性希土類である LnNi2B2
C についての遮蔽及びマイスナー効果測定は、図６と同
様結果を示した。しかし、これらの“磁性希土類”化合
物は、本質的に低いTc値を有した。すなわち、Ln＝Ho、
Er及びTmの場合、それぞれ８．０、１０．５及び１１．
０Ｋであった。このことは、磁性ｆ電子の対が切れてい
ることを、暗示している。
C についての遮蔽及びマイスナー効果測定は、図６と同
様結果を示した。しかし、これらの“磁性希土類”化合
物は、本質的に低いTc値を有した。すなわち、Ln＝Ho、
Er及びTmの場合、それぞれ８．０、１０．５及び１１．
０Ｋであった。このことは、磁性ｆ電子の対が切れてい
ることを、暗示している。
【００２９】新しい金属間化合物の試料は、本質的に上
述のように作製した。たとえば、Ln金属削り出し片又は
昇華させたデントライト（純度３Ｎ又は４Ｎ）、Ni粉末
（４Ｎ）及び荒いＣ（４Ｎ）及びＢ（９９．６％）粉末
を、化学量論的比率（すなわち１：２：２：１モル比）
で混合した。０．７５ｇの重量の試料を、通常の手段で
加圧し、０．２５インチ径のペレットにした。あるペレ
ットは次に、標準的な水冷銅炉上で、Ar下で溶融させ
た。溶融は２度くり返し、溶融の間で、ペレットを裏返
した。このように作製した試料を、Ta箔中に包み、真空
石英管中に封じ、１０５０−１１００℃の範囲の温度に
おいて、長時間（たとえば１６−４８時間）アニールし
た。このプロセスにより、典型的な場合、本質的に単一
相の多結晶超伝導性材料（Ln＝Ｙ、Tm、Er、Ho及びLuの
場合）が得られた。
述のように作製した。たとえば、Ln金属削り出し片又は
昇華させたデントライト（純度３Ｎ又は４Ｎ）、Ni粉末
（４Ｎ）及び荒いＣ（４Ｎ）及びＢ（９９．６％）粉末
を、化学量論的比率（すなわち１：２：２：１モル比）
で混合した。０．７５ｇの重量の試料を、通常の手段で
加圧し、０．２５インチ径のペレットにした。あるペレ
ットは次に、標準的な水冷銅炉上で、Ar下で溶融させ
た。溶融は２度くり返し、溶融の間で、ペレットを裏返
した。このように作製した試料を、Ta箔中に包み、真空
石英管中に封じ、１０５０−１１００℃の範囲の温度に
おいて、長時間（たとえば１６−４８時間）アニールし
た。このプロセスにより、典型的な場合、本質的に単一
相の多結晶超伝導性材料（Ln＝Ｙ、Tm、Er、Ho及びLuの
場合）が得られた。
【００３０】本発明に従う本質的に単一相だけでなく多
相材料も、商業的関心がもたれると、予想する。従っ
て、任意の構成元素の化学式上の量から、±２５原子％
（好ましくは±１０原子％を越えない）までずれること
も、考えられる。
相材料も、商業的関心がもたれると、予想する。従っ
て、任意の構成元素の化学式上の量から、±２５原子％
（好ましくは±１０原子％を越えない）までずれること
も、考えられる。
【００３１】また、 LaPt2B2C 及び YPt2B2Cの組成の金
属間化合物は、それぞれ１１Ｋ及び９Ｋの超伝導転移温
度をもつことも、見い出した。これらの化合物は、本質
的に上述のように作製できる。
属間化合物は、それぞれ１１Ｋ及び９Ｋの超伝導転移温
度をもつことも、見い出した。これらの化合物は、本質
的に上述のように作製できる。
【００３２】本発明に従う材料は、バルク超伝導材料に
現在考えられている用途、たとえば磁気遮蔽及び電流導
電体など本質的にすべてに、有用であると期待される。
現在考えられている用途、たとえば磁気遮蔽及び電流導
電体など本質的にすべてに、有用であると期待される。
【図１】本発明に従う組成の例の磁化率のデータを示す
図である。
図である。
【図２】Ｙ−Pd−Ｂ組成空間における現在好ましい組成
を示す図である。
を示す図である。
【図３】本発明に従う組成の例の磁化率のデータを示す
図である。
図である。
【図４】本発明に従う組成の例の磁化率のデータを示す
図である。
図である。
【図５】本発明に従う組成の例の磁化率のデータを示す
図である。
図である。
【図６】本発明に従う組成の例の磁化率のデータを示す
図である。
図である。
２０ 線 ３０ 遮蔽曲線 ３１ マイスナー効果曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームス ジョセフ クラジェウスキー アメリカ合衆国 08869 ニュージャーシ ィ，ラリタン，オバート ドライヴ 10 (72)発明者 ゼオ シーグリスト アメリカ合衆国 08853 ニュージャーシ ィ，ネシャニック ステーション，メイプ ル アヴェニュー，ピー．オー．ボックス 522（番地なし)
Claims (10)
- 【請求項１】 超伝導性を示す一定量の材料を含む製品
において、 材料はホウ素及び炭素を含み、更にＭ及びＭ′を含み、
Ｍ′は１ないし複数の遷移金属で、ＭはＹ、ランタニド
希土類（原子番号５７−７１）及びアルカリ土類から選
択された１ないし複数の元素である金属間材料であるこ
とを特徴とする製品。 - 【請求項２】 金属間材料は全体的な組成MyM′zBx′Cx
を有し、０．５＜ｙ＜１．５、２＜ｚ＜６、１＜ｘ′＜
４で、ｘ：ｘ′は０．０５−２．０の範囲にある請求項
１記載の製品。 - 【請求項３】 材料は少くとも２０Ｋの超伝導転移温度
Tc（開始）を生じるよう選択された化学組成を有する請
求項１記載の製品。 - 【請求項４】 材料は多相材料である請求項１記載の製
品。 - 【請求項５】 Ｍ′はNi、Pd及びPtから成る類から選択
され、ＭはＹ及びランタニド希土類から成る類から選択
される請求項２記載の製品。 - 【請求項６】 ＭはＹ、Tm、Er、Ho及びLuから成る類か
ら選択される請求項５記載の製品。 - 【請求項７】 Ｍ′はPd、ＭはＹで、Pd、Ｙ及びＢは、
図２のＹ−Pd−Ｂ組成空間の領域Ａ中に入るように選択
される請求項２記載の製品。 - 【請求項８】 Ｍ′はNiで、ＭはＹ及びランタニド希土
類から成る類から選択され、ｙ、ｚ、ｘ′及びｘは、そ
れぞれ約１、２、２及び１である請求項２記載の製品。 - 【請求項９】 ＭはＹ、Tm、Er、Ho、Lu、Tb、Sm、Ce及
びLaから成る類から選択される請求項８記載の製品。 - 【請求項１０】 ＭはＹ、Lu、Tm、Er及びHoから成る類
から選択される請求項９記載の製品。
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/143,419 US5413755A (en) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | Article comprising an intermetallic superconducting material |
| US143419 | 1993-10-26 | ||
| US08/165,143 US6096263A (en) | 1993-10-26 | 1993-12-10 | Article comprising an intermetallic superconductor material |
| US08/177,837 US5470530A (en) | 1993-10-26 | 1994-01-05 | Article comprising an intermetallic superconductor material |
| US177837 | 1998-10-23 | ||
| US165143 | 2002-06-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07216481A true JPH07216481A (ja) | 1995-08-15 |
Family
ID=27385923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6260806A Withdrawn JPH07216481A (ja) | 1993-10-26 | 1994-10-26 | 金属間超伝導体材料を含む製品 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5470530A (ja) |
| EP (1) | EP0650204B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07216481A (ja) |
| DE (1) | DE69405341T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6096263A (en) * | 1993-10-26 | 2000-08-01 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising an intermetallic superconductor material |
| DE19609983A1 (de) * | 1996-03-14 | 1997-09-18 | Dresden Ev Inst Festkoerper | Verfahren zur Herstellung von Supraleiterformkörpern |
| US7018954B2 (en) * | 2001-03-09 | 2006-03-28 | American Superconductor Corporation | Processing of magnesium-boride superconductors |
| US20030036482A1 (en) * | 2001-07-05 | 2003-02-20 | American Superconductor Corporation | Processing of magnesium-boride superconductors |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4264358A (en) * | 1979-02-12 | 1981-04-28 | California Institute Of Technology | Semiconducting glasses with flux pinning inclusions |
-
1994
- 1994-01-05 US US08/177,837 patent/US5470530A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-10-19 EP EP94307653A patent/EP0650204B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-10-19 DE DE69405341T patent/DE69405341T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1994-10-26 JP JP6260806A patent/JPH07216481A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0650204A1 (en) | 1995-04-26 |
| DE69405341D1 (de) | 1997-10-09 |
| DE69405341T2 (de) | 1998-03-19 |
| US5470530A (en) | 1995-11-28 |
| EP0650204B1 (en) | 1997-09-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |