JPH07296653A - 酸化物超電導複合体の製造法 - Google Patents

酸化物超電導複合体の製造法

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JPH07296653A
JPH07296653A JP6083566A JP8356694A JPH07296653A JP H07296653 A JPH07296653 A JP H07296653A JP 6083566 A JP6083566 A JP 6083566A JP 8356694 A JP8356694 A JP 8356694A JP H07296653 A JPH07296653 A JP H07296653A
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JP
Japan
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superconductor
noble metal
composite
metal layer
superconducting
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JP6083566A
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English (en)
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Shuichiro Shimoda
修一郎 下田
Shozo Yamana
章三 山名
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Showa Denko Materials Co Ltd
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Hitachi Chemical Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E40/60Superconducting 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)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導体焼成時の基材と超電導体の反応がな
く、良好な超電導特性を示し、大型化が容易な酸化物超
電導複合体の製造法を提供する。 【構成】 金属基材上に、溶射法による貴金属層の形成
と該貴金属層を緻密化処理する工程とを複数回繰り返し
て金属複合基材を作製した後、該金属複合基材の表面に
超電導前駆体層を形成し、焼成する酸化物超電導複合体
の製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁気シールド体などに適
した、臨界電流の高い酸化物超電導複合体の製造法に関
する。
【0002】
【従来の技術】酸化物超電導体は機械的強度が低いた
め、セラミックスや金属の基材との複合化が試みられて
いる。しかし酸化物超電導体は焼成において多くの金属
材料と反応して、超電導特性が低下したり、得られなか
ったりする。このため、ステンレス、インコネル等の金
属基材上に貴金属層を中間層として設け、この中間層上
に超電導体を焼き付ける方法が行われている。
【0003】例えば特開平4−199700号公報に示
されるように、金属基材上に中間層として金、銀等の貴
金属を熱間圧延により拡散接合して複合基材を作製し、
この複合基材上にBi系超電導体を形成する製造方法が
提案されている。また特開平3−192615号公報に
は金属基材上に貴金属又はそれらの合金層を900℃以
上の温度で溶融して厚さ30μm以上の中間層を形成
し、次いで該中間層上にBi系超電導体を形成後焼成す
る方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが金属基材と酸
化物超電導体との反応による超電導特性の低下が大きな
問題となっており、また超電導体を実用化する場合、例
えば磁気シールド体のような用途に利用する場合、大型
で三次元(立体)構造の超電導体が要求される。この場
合小型の超電導体を機械的に組み合わせて大型化しただ
けでは、接合部から磁気が漏洩するため、高い磁気シー
ルド性能を得るには一体化した超電導体が必要となる。
【0005】さらに、金属複合基材上に形成された超電
導体には電気抵抗が零となる臨界温度(以下Tcとす
る)、臨界電流密度(以下Jcとする)の低い部分、非
超電導相等の欠陥がある場合、この欠陥部分から磁気が
漏洩し、高い磁気シールド性能を得るためには、特性を
含めた超電導体の均質さが要求される。
【0006】しかしながら、前者の方法(特開平4−1
99700号公報)の場合、金属基材と貴金属中間層を
接合するためには還元雰囲気中で高温高圧下で行わなけ
ればならず、大型で三次元の一体複合基材の作製が困難
なばかりでなく、装置も大型化し、製造法と共にこのよ
うな構造体も工業的ではない。
【0007】一方、後者の方法(特開平3−19261
5号公報)の場合、貴金属又はそれらの合金層からなる
中間層を900℃以上の温度で金属基材上に溶融形成す
るため、前者と同様大型で三次元の一体複合基材の作製
が困難なばかりでなく、貴金属又はそれらの合金層の厚
さも不均一となり、目標とする貴金属又はそれらの合金
層の厚さが得られないため、部分的に金属基材と超電導
体が反応して異相が生成し、良好な超電導特性が得られ
ない可能性がある。
【0008】また、溶射法により金属基材の表面に貴金
属中間層を形成し、複合基材を作製する方法もあるが、
貴金属溶射膜表面に超電導体を形成すると、溶射膜には
気孔が多いため、この気孔を通して金属基材と超電導体
とが反応し、異相の生成、溶射膜の剥離、ふくれ等が発
生し、超電導特性が得られない部分が生じる。さらに溶
射膜表面の凹凸が大きいため、加熱処理時に反応が不均
一になり均質な超電導体が得られないほか、超電導結晶
粒子の配向性も極端に低下し、良好な超電導特性が得ら
れないという問題がある。本発明は、上記の欠点のない
大型化が容易な酸化物超電導複合体の製造法を提供する
ものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、超電導特
性が良好な大型超電導体が得られる金属基材と銀との複
合基材について、特に銀が延性及び展性に優れているこ
とに着目し、種々検討した結果、銀の溶射膜を研削、研
磨、切削等の機械加工を施すことにより表面が平滑にな
ると共に、銀粒子が延伸し、溶射膜の開孔部を塞いで緻
密化でき、金属基材との反応が防止されるため欠陥がな
く、超電導特性の均一な超電導複合体が得られることを
見い出した。また表面が平滑であるため、超電導結晶粒
子の配向性が向上し、Jcも向上させることができるこ
とも確認した。
【0010】本発明は、金属基材上に、溶射法による貴
金属層の形成と該貴金属層を緻密化処理する工程とを複
数回繰り返して金属複合基材を作製した後、該金属複合
基材の表面に超電導前駆体層を形成し、焼成する酸化物
超電導複合体の製造法に関する。
【0011】本発明において、金属基材の種類、組成に
ついては特に制限はないが、超電導特性を発現させるた
めに800℃以上の温度で酸素を含む雰囲気中で加熱処
理するため、耐熱性及び耐酸化性に優れた材料、例えば
ステンレス、ハステロイ、インコネル等を用いることが
好ましい。
【0012】貴金属層の形成のための溶射の方法はガス
式、アーク式、プラズマ式、HVOF式等の方法で行う
ことができる。貴金属としては金、銀又は金と銀との合
金を用いることが好ましい。
【0013】また貴金属層の合計の膜厚は超電導特性及
びコストの面で50〜600μmの範囲であることが好
ましく、100〜500μmの範囲であればさらに好ま
しい。貴金属層の形成は上記のような溶射法で形成する
ものとし、溶射法以外の方法では溶射回数あるいは溶射
時間が長くなると共に貴金属の材料コストが高くなり好
ましくない。本発明において貴金属層の厚さは、貴金属
層形成後の金属複合基材を切断してその断面を顕微鏡で
測定する。
【0014】貴金属層の緻密化処理する方法については
特に制限はなく、サンドペーパ、砥石、バフ等で研削、
研磨する方法あるいはバイト、金属片等で切削する方法
で行うことができ、平板の場合、ロール圧延や機械プレ
スを用いて延伸することもできる。
【0015】貴金属層の溶射と該貴金属層の緻密化処理
を一工程とし、本発明では該工程を繰り返し行うことが
必要とされ、繰り返し行わないと、貴金属溶射膜の表面
の気孔を完全に塞ぐことが困難であり、Jcを向上させ
ることができない。なお繰り返しの回数については特に
制限はない。
【0016】研磨、延伸後の貴金属層の表面粗さについ
ては、中心線平均粗さ(以下Raとする)で5μm以下
にすれば、超電導結晶粒子の配向性が向上し、欠陥の少
ない高いJcを有する超電導体が得られるので好まし
い。なお本発明においてRaは触針式粗さ測定器で測定
した値である。
【0017】焼成温度は、各原料の配合割合などにより
適宜選定されるが、850〜930℃の範囲で焼成する
ことが好ましく、また雰囲気は、大気中、酸素を含む雰
囲気中等で行うことが好ましい。本発明においては必要
に応じ超電導前駆体を形成する前に熱処理が行われる。
この熱処理温度は、940℃未満であることが好まし
い。
【0018】超電導体の種類については特に制限はな
く、Bi系超電導体の他、Y−Ba−Cu−O系、Tl
−Ba−Ca−Cu−O系等の酸化物超電導体を用いる
ことができ、例えばBi系超電導体の場合、Bi2Sr2
CaCu2X、Bi2Sr2Ca2Cu3Y等が代表され
る組成として使用できる。さらに定比組成からずれた組
成、主要元素の一部を他のPb、Sb等の元素で置換し
た組成等も使用できる。
【0019】超電導体前駆体層の形成法についても制限
はなく、例えば酸化物超電導体用粉末に有機結合剤、可
塑剤、溶媒を添加し、これらを混合してスラリーを作製
し、該スラリーを用いてドクターブレード法でグリーン
シートを作製し、これを金属複合基材に圧着して形成す
る方法、スクリーン印刷法、スプレー塗布法、ディップ
コート法等で形成する方法さらには超電導体用粉末又は
超電導体用ロッドをガス式、アーク式、プラズマ式等の
溶射法で形成することができる。
【0020】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明するが、本発
明はこれらに制限されない。なお以下の%は重量%を示
す。 実施例1 ビスマス、ストロンチウム、カルシウム及び銅の比率が
原子比で2:2:1:2の組成になるように三酸化ビス
マス(高純度化学研究所製、純度99.9%)228.
3g、炭酸ストロンチウム(高純度化学研究所製、純度
99.9%)144.7g、炭酸カルシウム(高純度化
学研究所製、純度99.9%)49.0g及び酸化第二
銅77.9g(高純度化学研究所製、純度99.9%)
を秤量し、出発原料とした。
【0021】上記の出発原料を合成樹脂製のボールミル
内に合成樹脂で被覆した鋼球ボール及び水200gと共
に充填し、24時間湿式混合した後、スラリーをボール
ミルから取り出し100℃で24時間乾燥して混合粉末
を作製した。この混合粉末をアルミナ匣鉢に入れ、電気
炉を用いて大気中で830℃で5時間仮焼し、粗粉砕し
た後、合成樹脂製のボールミル内にジルコニア製ボール
及び酢酸エチル200gと共に充填し、48時間湿式粉
砕し、平均粒径が5μmの仮焼粉末を得た。
【0022】上記仮焼粉末100重量部にポリビニルブ
チラール樹脂(和光純薬製、試薬一級)8重量部、フタ
ル酸エステル(和光純薬製、試薬一級)3重量部及びブ
タノール50重量部(和光純薬、試薬一級)を添加して
混合した後、脱気を行い粘度15Pa・sのスラリーを
得た。このスラリーを厚さが180μmのポリエステル
製フィルム(東レ製)上に供給し、ドクターブレード法
で厚さ100μmの超電導体用グリーンシート(以下グ
リーンシートとする)を得た。
【0023】一方上記とは別に、ブラスト処理を施した
大きさが50mm角及び厚さが1mmのステンレス(SUS
310S)基材の両面に公知の溶射法で貴金属層として
銀皮膜を形成し、この銀被膜の表面を表面粗さがRaで
2.3μm及び厚さが170μmになるようにサンドペ
ーパーで研磨、延伸して緻密化処理した。このプラズマ
溶射による銀皮膜の形成と、サンドペーパーによる研
磨、延伸の工程をこの後2回、合計で3回行って、銀皮
膜の合計の膜厚が510μmの金属複合基材を得た。次
いで該金属複合基材の両面に上記で得たグリーンシート
を60℃で10MPaの条件で15分間加圧して超電導
前駆体層を形成した積層体を得た。
【0024】この積層体を大気中で300℃までは50
℃/時間、300℃から880℃までは150℃/時間
の速度で昇温し、880℃で0.5時間保持した後、8
50℃まで2℃/時間、840℃から常温までは100
℃/時間の速度で冷却し、酸化物超電導複合体を得た。
【0025】得られた酸化物超電導複合体を50mm×5
0mmの形状に切断して5個の試料を作製し、それぞれの
試料についてTc及び液体窒素温度77.3Kにおける
Jcを四端子法で測定したところ、Tcは83.0K〜
83.9K及びJcは7970〜8540A/cm2と良
好な超電導特性を示した。また、得られた酸化物超電導
複合体の超電導層の表面についてX線回折を行ったが、
Bi系2212相以外の異相は見られなかった。
【0026】実施例2 ブラスト処理を施した大きさが50mm角及び厚さが1mm
のインコネル基材の両面に、貴金属層として銀皮膜を実
施例1と同様のプラズマ溶射法で形成し、この銀被膜の
表面を表面粗さがRaで0.5μm及び厚さが30μm
になるようサンドペーパー及びバフで研磨、延伸して緻
密化処理した。このプラズマ溶射による銀皮膜の形成
と、サンドペーパー及びバフによる緻密化処理の工程を
この後2回、合計で3回行って、銀皮膜の合計の膜厚が
90μmの金属複合基材を得た。
【0027】次に金属複合基材の両面に実施例1で得た
スラリーを用いて、ディップコート法と乾燥とを繰り返
し、厚さ100μmの超電導体用前駆体層を形成し、以
下実施例1と同様の条件で焼成し、酸化物超電導複合体
を得た。
【0028】得られた酸化物超電導複合体について実施
例1と同様の方法でTc及びJcの測定をした結果、T
cは83.5K〜84.1K及びJcは8350〜96
90A/cm2と良好な超電導特性を示し、また得られた
酸化物超電導複合体の超電導層の表面についてX線回折
を行ったがBi系2212相以外の異相は見られなかっ
た。
【0029】実施例3 実施例1で得た仮焼粉末100重量部にポリビニルブチ
ラール樹脂(和光純薬製、試薬一級)8重量部、フタル
酸エステル(和光純薬製、試薬一級)3重量部及びブタ
ノール100重量部(和光純薬、試薬一級)を添加して
混合した後、脱気を行い粘度1Pa・sのスラリーを得
た。
【0030】一方、実施例2と同様のインコネル基材の
表面に貴金属層として銀皮膜を実施例1と同様のプラズ
マ溶射法で形成し、この銀被膜の表面を表面粗さがRa
で1.2μm及び厚さが100μmになるようサンドペ
ーパーで研磨、延伸して緻密化処理した。このプラズマ
溶射による銀皮膜の形成と、サンドペーパーによる緻密
化処理の工程をこの後1回、合計で2回行って、銀皮膜
の合計の膜厚が200μmの金属複合基材を得た。
【0031】次に金属複合基材の両面に上記で得た粘度
が1Pa・sのスラリーを用いて、スプレー塗布法と乾
燥とを繰り返し、厚さ100μmの超電導体用前駆体層
を形成し、以下実施例1と同様の条件で焼成し、酸化物
超電導複合体を得た。
【0032】得られた酸化物超電導複合体について実施
例1と同様の方法でTc及びJcの測定をした結果、T
cは82.9K〜84.3K及びJcは8320〜97
10A/cm2と良好な値を示し、また得られた酸化物超
電導複合体の超電導層の表面についてX線回折を行った
が、Bi系2212相以外の異相は見られなかった。
【0033】比較例1 1回のみのプラズマ溶射とサンドペーパー及びバフによ
る研磨、延伸による緻密化処理で、表面粗さがRaで
0.5μm及び厚さ90μmの銀被膜を形成した以外は
実施例2と同様の工程を経て酸化物超電導複合体を得
た。
【0034】得られた酸化物超電導複合体について実施
例1と同様の方法でTc及びJcを測定した結果、Tc
は80.3〜82.2K及びJcは2130〜3090
A/cm2と低い値を示し、また得られた酸化物超電導複
合体の超電導層の表面についてX線回折を行ったとこ
ろ、Bi系2212相以外にSr−Ca−Cu−O組成
の異相の回折ピークが観察された。さらに外観を観察し
た結果、インコネル基材と超電導体が反応していること
が確認された。
【0035】
【発明の効果】本発明の実施例によって得られる酸化物
超電導複合体は、超電導体焼成時の基材と超電導体との
反応が抑制され良好な超電導特性を示し、大型化が容易
な、工業的に極めて好適な酸化物超電導複合体である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 39/00 H05K 9/00 ZAA W

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属基材上に、溶射法による貴金属層の
    形成と該貴金属層を緻密化処理する工程とを複数回繰り
    返して金属複合基材を作製した後、該金属複合基材の表
    面に超電導前駆体層を形成し、焼成することを特徴とす
    る酸化物超電導複合体の製造法。
  2. 【請求項2】 貴金属層が金、銀又は金と銀との合金で
    ある請求項1記載の酸化物超電導複合体の製造法。
  3. 【請求項3】 金属複合基材の貴金属層の厚さが50〜
    600μmである請求項1又は2記載の酸化物超電導複
    合体の製造法。
  4. 【請求項4】 溶射法による貴金属層の形成1回毎の表
    面粗さRa(中心線平均粗さ)が5μm以下に緻密化処
    理する請求項1、2又は3記載の酸化物超電導複合体の
    製造法。
JP6083566A 1994-04-22 1994-04-22 酸化物超電導複合体の製造法 Pending JPH07296653A (ja)

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