JPH0735312B2 - 金属化面を有する超電導材の製造方法 - Google Patents

金属化面を有する超電導材の製造方法

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JPH0735312B2
JPH0735312B2 JP62099385A JP9938587A JPH0735312B2 JP H0735312 B2 JPH0735312 B2 JP H0735312B2 JP 62099385 A JP62099385 A JP 62099385A JP 9938587 A JP9938587 A JP 9938587A JP H0735312 B2 JPH0735312 B2 JP H0735312B2
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superconducting
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憲一郎 柴田
伸行 佐々木
修示 矢津
哲司 上代
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    • 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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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規な超電導材の製造方法に関する。より詳細
には、高い超電導臨界温度を備えた超電導材料を有効に
利用し得る超電導材の新規な製造方法に関する。
従来の技術 超電導現象下で物質は完全な反磁性を示し、内部で有限
な定常電流が流れているもに関わらず電位差が現れなく
なる。そこで、電力損失の全くない伝送媒体としての超
電導体の各種応用が提案されている。
即ち、その応用分野は、MHD発電、電力送電、電力貯蔵
等の電力分野、或いは、磁気浮上列車、電磁気推進船舶
等の動力分野、更に、磁場、マイクロ波、放射線等の超
高感度センサとしてNMR、π中間子治療、高エネルギー
物理実験装置などの計測の分野等、極めて多くの分野を
挙げることができる。
また、ジョセフソン素子に代表されるエレクトロニクス
の分野でも、単に消費電力の低減のみならず、動作の極
めて高速な素子を実現し得る技術として期待されてい
る。
ところで、嘗て超電導は超低温下においてのみ観測され
る現象であった。即ち、従来の超電導材料として最も高
い超電導臨界温度Tcを有するといわれていたNb3 Geにお
いても23.2Kという極めて低い温度が長期間に亘って超
電導臨界温度の限界とされていた。
それ故、従来は、超電導現象を実現するために、沸点が
4.2Kの液体ヘリウムを用いて超電導材料を臨界温度以下
まで冷却していた。しかしながら、液体ヘリウムの使用
は、液化設備を含めた冷却設備による技術的負担並びに
コスト的負担が極めて大きく、超電導技術の実用化への
妨げとなっていた。
ところが、近年に到ってIIa族元素あるいはIIIa族元素
の酸化物を含む焼結体が極めて高い温度で超電導体とな
り得ることが報告され、非低温超電導体による超電導技
術の実用化が俄に促進されようとしている。既に報告さ
れている例では、ペロブスカイト型酸化物と類似した結
晶構造を有すると考えられる〔La,Ba〕2CuO4あるいは
〔La,Sr〕2CuO4等のK2NiF4型酸化物あるいはBa2YCu3O7
系オルソロンビック型酸化物等が挙げられる。これらの
物質では、30乃至50Kという従来に比べて飛躍的に高いT
cが観測され、更に、Ba、Y、Cuの酸化物焼結体では70K
以上の高いTcが報告されている。
このように高い温度で超電導現象を示す材料を用いるな
らば、液体水素、液体窒素等のように入手が容易で廉価
な冷却媒体を用いることができるので、冷却のための技
術的並びにコスト的な負担なしに超電導現象を利用する
ことが可能となる。
発明が解決しようとする問題点 ところで、これらの超電導材料は焼結体として得られる
ので、一般的に脆く取扱に注意が必要である。即ち、機
械的なストレスによって容易に破損あるいは亀裂を生
じ、線材化した場合には極めて容易に折損する。
ここで、特に本発明者等が問題とするのは、上述のよう
な超電導材の表面に他の部材を付加する場合の接着強度
である。即ち、超電導現象を利用する以上、常導体との
電気的な接続が不可避であり、実際には金属製の部材と
の接続が必要である。ところが、上述のように焼結体と
して得られた超電導材料は極めて脆くまた表面性状も粗
いので、バルク状に形成された超電導材料に例えば電極
を設けた場合容易に剥離する。
そこで、本発明は、表面に強固に接着された金属化面を
備えた新規な超電導材の製造方法を提供することを目的
としている。
尚、以下の記述においては、超電導臨界温度をTc、超電
導体の電気抵抗が全く零となる相転移の終了温度をTc
f、TcとTcfとの差をΔTとして示す。
問題点を解決するための手段 そこで、本発明に従い、 一般式:(Ax-1 Bx)Cy Dz (ただし、Aは周期律表IIa、IIIa族元素から選択され
た一種であり、Bは周期律表IIa、IIIa族元素でAと同
じものを含む元素から選択された一種であり、Cは周期
律表Ib,IIb,IIIb、VIIIa族元素から選択された少なくと
も一種であり、Dは、O、B(硼素)、C(炭素)、
N、FおよびSの中から選択された少なくとも一種であ
り、xはA+Bに対するBの原子比で、0.1≦x≦0.9で
あり、yおよびzは(Ax-1 Bx)を1とした場合に0.4
≦ y≦3.0、1≦ z≦5となる原子比である) で表される組成を有する酸化物超電導性焼結体の表面
に、金属粉並びに酸化物粉を混合してバインダで混練し
たペーストを塗布し、これを上記金属粉末の酸化防止雰
囲気内で焼成することによってメタライズ層を具備した
超電導材を焼成することを特徴とする金属化面を有する
超電導材の製造方法が提供される。
作用 本発明に従う超電導材の製造方法は、超電導焼結体の表
面に、酸化物粉を混入したペーストを塗布した後に焼成
し、超電導材の表面を金属化することをその主要な特徴
としている。即ち、この発明は、酸化物粉を混合して焼
成した金属化層が焼結体と強固に接着するとの知見に基
づきなされたものであり、単純なペースト塗布あるいは
その焼成によっては達成することのできない強固に固着
した金属層を超電導焼結体の表面に形成することによ
り、単に金属が付着した超電導材ではなく、表面が金属
化していると見做し得る新規な超電導材が形成される。
尚、ペーストに含まれる金属粉としては、Au、Ag、Cu、
Pt、AgとPdとの合金、AgとPtとの合金等を好ましい例と
して挙げることができる。これらの金属のうち、特にA
u、Pt、Ag等は電気的な特性と耐酸化性に優れている
が、一方高価である。また、Cuは、酸化防止を十分に配
慮する必要があるが、廉価であり電気的な特性に優れて
いる。従って、金属粉は超電導材の用途に応じて適宜選
択すべきである。
また、金属粉と焼結体との接着強度を向上する目的で混
入する酸化物粉も各種の対応が挙げられる。
上述のような目的に合致する酸化物粉として一般的なも
のには、CuO、MgO、SiO2、Al2O3等が挙げられるがこれ
に限定されない。即ち、添加する酸化物粉の融点が高く
ても、酸化物同士の混合による融点あるいはガラス化温
度の低下を利用して金属粉に添加して焼成することがで
きる。一方、融点の低い酸化物を添加することも効果的
であり、Bi2O3、GeO2、PbO2、B2O3等を好ましい酸化物
として挙げることができる。
ただし、上述の物質は金属粉あるいは超電導焼結体の何
れにとっても不純物であり、超電導特性並びに電気的な
特性に影響を与える恐れがある。そこで、本発明の好ま
しい態様による酸化物粉として、超電導焼結体を形成す
る元素の酸化物粉を用いることが挙げられる。このよう
な酸化物は、少なくとも超電導体に対して不純物ではな
く、各種特性への影響は減少する。また、この場合、超
電導焼結体と同一の組成比で材料粉末を混合および/ま
たは焼成、粉砕することによって、酸化物粉末が超電導
特性に与える影響は最小限に止められる。
尚、酸化物粉の混入量は、金属粉に対する総量の重量比
で0.1乃至5重量%の範囲が好ましい。即ち、酸化物粉
の混入量が上記範囲よりも低いと酸化物混入の効果が得
られず、金属層と焼結体との接着強度が低くなり、一方
酸化物粉の混入量が上記範囲よりも高いと、酸化物粉の
金属に対する不純物としての影響が大きくなり金属層の
電気的特性、殊に導電性が低下する。
また、金属粉並びに酸化物粉の粒径は、50μm以下であ
ることが好ましい。即ち、各粉体の粒径が50μmよりも
大きくなると形成後の金属化面の表面粗度が粗くなり、
金属化面に対しての他の部材の付加、例えばワイヤ等を
ボンディングする際の接着強度が低下する。
更に、焼成工程において金属が酸化すると、後に他の部
材に接続する場合に良好な電気的接続がえられなくなる
ので、焼成は金属に対して不活性な雰囲気内で行うこと
が望ましい。具体的にはN2を主体とし、微量のO2を含む
雰囲気下で行うことによって、金属の酸化を有効に防止
できる。尚、金属粉としてCu等の酸化し易い金属を用い
た場合は、焼成雰囲気中のO2含有量を10ppm以下に制御
する必要がある。
こうして形成されたペーストを焼結体に塗布した後に行
う焼成は、700乃至950℃の範囲で行うことが好ましい、
何故ならば、焼成温度が上記範囲を越えるとペーストと
超電導焼結体と反応してペーストが変質する。また、焼
成温度が上記範囲もより低くなると、焼成が十分に行わ
れず金属層の焼結体に対する接着強度が不足する。
以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、以下
の開示によって本発明の技術的範囲は何等制限されるも
のではない。
実施例 平均粒径5μm〜30μmのAu,Ag、Cu粉末に(Ba
0.6Y0.4)CuO3-δ組成に混合、焼成、粉砕した粉末を各
々、0.5、1、4%添加し、少量の有機バインダー及び
溶媒(ブチルカルビトール)を混合し、3本ロールを用
いて混練してペーストを作成した。得られたペーストを
(Ba0.6Y0.4)CuO3-δ組成の25×25×1mmt焼結体に、
スクリーン印刷法にて厚さ30μmに塗布した。大気中40
0℃にて脱バインダー処理をした後、N2ガス流中で900℃
で30分間焼成して、金属化層を得た。各サンプルに直径
0.6φmmのNiメッキCu線を半田付けし、ボンドテスター
によりCu線を引張り、接着強度を測定した。
この結果を第1表No.1〜3に示す。なお、他の焼結体、
金属粉末、酸化物粉末の組み合せについても、第1表の
通りに実施し、同様の方法で評価した。
実用的に十分な強度を示した。
発明の効果 以上詳述のように、本発明に従う超電導材は、高い臨界
温度を有しながら機械的に脆弱なために取り扱いが不便
であった超電導焼結体の表面を金属化することにより、
容易且つ強固な電極あるいはワイヤのボンディングを可
能としている。
更に、超電導焼結体の表面を全て金属化することによ
り、超電導焼結体の吸湿、変質等を防止することもでき
る。
これら本発明の方法により高く安定したTcを有する超電
導材を線材あるいは小部品として有利に利用することが
できる。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式:(Ax-1 Bx)Cy Dz (ただし、Aは周期律表IIa、IIIa族元素から選択され
    た一種であり、Bは周期律表IIa、IIIa族元素でAと同
    じものを含む元素から選択された一種であり、Cは周期
    律表Ib,IIb,IIIb、VIIIa族元素から選択された少なくと
    も一種であり、Dは、O、B(硼素)、C(炭素)、
    N、FおよびSの中から選択された少なくとも一種であ
    り、xはA+Bに対するBの原子比で、0.1≦x≦0.9で
    あり、yおよびzは(Ax-1 Bx)を1とした場合に0.4
    ≦ y≦3.0、1≦ z≦5となる原子比である) で表される組成を有する酸化物超電導性焼結体の表面
    に、金属粉並びに酸化物粉を混合してバインダで混練し
    たペーストを塗布し、これを上記金属粉末の酸化防止雰
    囲気内で焼成することによってメタライズ層を具備した
    超電導材を焼成することを特徴とする金属化面を有する
    超電導材の製造方法。
  2. 【請求項2】上記金属が、Au、Ag、Cu、Pt、AgとPdとの
    合金、AgとPtとの合金からなる群れから選択された何れ
    か1種の金属であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の超電導材の製造方法。
  3. 【請求項3】前記ペーストに含まれる金属粉および酸化
    物粉が、粒径50μm以下であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項または第2項に記載の超電導材の製造方
    法。
  4. 【請求項4】前記酸化物粉が、CuO、MgO、SiO2、Al2O3
    からなる群れから選択された1種または2種以上の酸化
    物粉であることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至
    第第3項の何れか1項に記載の超電導材の製造方法。
  5. 【請求項5】前記酸化物粉が、前記元素Aおよび/また
    は元素B(ただし、Aは周期律表IIa族から選択された
    元素であり、Bは周期律表IIIa族から選択された元素で
    ある)の酸化物粉末であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項乃至第3項の何れか1項に記載の超電導材の
    製造方法。
  6. 【請求項6】前記ペーストに含まれる酸化物粉が、前記
    超電導焼結体と同じ組成比で混合および/または焼成、
    粉砕されていることを特徴とする特許請求の範囲第5項
    に記載の超電導材の製造方法。
  7. 【請求項7】前記酸化物粉が、前記焼結体よりも融点の
    低い酸化物であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項乃至第3項の何れか1項に記載の超電導材の製造方
    法。
  8. 【請求項8】前記酸化物粉が、Bi2 O3、GeO2、PbO2、B
    2 O3からなる群れから選択された1種または2種以上
    の酸化物粉であることを特徴とする特許請求の範囲第7
    項に記載の超電導材の製造方法。
  9. 【請求項9】前記ペーストに含まれる酸化物粉が、前記
    金属粉に対して0.1〜5重量%の割合で混合されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第8項に記
    載の超電導材の製造方法。
  10. 【請求項10】前記焼成をN2を主体として微量のO2を含
    む雰囲気中で行うことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項乃至第9項の何れか1項に記載の超電導材の製造方
    法。
  11. 【請求項11】前記焼成を、700乃至900℃で行うことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第10項の何れか1
    項に記載の超電導材の製造方法。 【請求項11】前記元素Aが、BaあるいはSrであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第11項の何れか
    1項に記載の超電導材の製造方法。
  12. 【請求項12】前記元素Bが、Y、Sc、La、Ce、Nd、S
    m、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luからなる群か
    ら選択された1種の元素であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項乃至第11項の何れか1項に記載の超電導
    材の製造方法。
JP62099385A 1987-04-22 1987-04-22 金属化面を有する超電導材の製造方法 Expired - Lifetime JPH0735312B2 (ja)

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