JPH09235120A - Production of bismuth-based oxide superconductor - Google Patents
Production of bismuth-based oxide superconductorInfo
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- JPH09235120A JPH09235120A JP4616196A JP4616196A JPH09235120A JP H09235120 A JPH09235120 A JP H09235120A JP 4616196 A JP4616196 A JP 4616196A JP 4616196 A JP4616196 A JP 4616196A JP H09235120 A JPH09235120 A JP H09235120A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴映像装置(M
RI)等の超電導マグネット線材や、超電導送電等の導
電材として開発が進められている高臨界温度のBi基酸
化物超電導体の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a magnetic resonance imaging apparatus (M
(RI) and other superconducting magnet wire rods, and a method for producing a high critical temperature Bi-based oxide superconductor, which is being developed as a conductive material for superconducting power transmission.
【0002】[0002]
【従来の技術】Y基、Bi基、Tl基、Hg基等の酸化
物超電導体として、常電導状態から超電導状態に遷移す
る臨界温度Tcが、液体窒素温度(77K)を越える値
を持つものが近年発見されている。Bi基酸化物超電導
体では、Bi2 Sr2 CaCu2 Ox で示される組成の
相が約80KのTcを、また、Bi2 Sr2 Ca2 Cu
3 OY で示される組成の相が約105KのTcを持つこ
とが知られている。これらの異なるTcを持つ相は、通
常混合状態で生成されるが、Biの一部をPbで置換す
ると、105Kの高いTcを持つ相が生成されやすくな
ることが知られている。これらの酸化物系超電導体は、
液体ヘリウム(4.2K)で冷却する必要のあったNb
TiやNb3 Sn等従来の金属系超電導体に比べ格段に
有利な冷却条件で使用できることから実用上極めて有望
な超電導材料として研究開発が進められている。特に、
Bi基酸化物超電導体は、TlやHgのように毒性の強
い元素を含まず、100K以上の高いTcが得られるた
め注目されている。2. Description of the Related Art Y-group, Bi-group, Tl-group, Hg-group, etc. oxide superconductors having a critical temperature Tc at which a transition from a normal conducting state to a superconducting state exceeds a liquid nitrogen temperature (77K). Has been discovered in recent years. In the Bi-based oxide superconductor, the phase of the composition represented by Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O x has a Tc of about 80 K, and Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu
It is known that the phase of the composition represented by 3 O Y has a Tc of about 105K. These phases having different Tc are usually generated in a mixed state, but it is known that when a part of Bi is replaced with Pb, a phase having a high Tc of 105 K is easily generated. These oxide-based superconductors
Nb that had to be cooled with liquid helium (4.2K)
Since it can be used under cooling conditions that are significantly more advantageous than conventional metal-based superconductors such as Ti and Nb 3 Sn, research and development are being advanced as a superconducting material that is extremely promising in practice. Especially,
Bi-based oxide superconductors are attracting attention because they do not contain highly toxic elements such as Tl and Hg and can obtain a high Tc of 100 K or more.
【0003】しかるに、酸化物系超電導体は、機械的性
質が極めて脆いため、従来、例えば次のような方法で線
材の形に加工している。すなわち、酸化物超電導体を構
成する元素を含む複数の原料粉末を仮焼して、不要成分
を除いた後に、この仮焼粉末をAg等の金属管に充填
し、これをスエージング、線引き、圧延等の方法により
所望の径の線あるいは所望の厚さのテープに加工し、こ
れに熱処理を施して金属管内部の圧縮混合粉末に焼結反
応を生じさせて所望の組成を持つ酸化物超電導体を生成
させ、超電導線材を製造する方法である。However, since the oxide superconductor has extremely brittle mechanical properties, it has been conventionally processed into a wire shape by the following method, for example. That is, after calcining a plurality of raw material powders containing the elements constituting the oxide superconductor to remove unnecessary components, the calcined powders are filled in a metal tube such as Ag, swaged, drawn, A wire with a desired diameter or a tape with a desired thickness is processed by a method such as rolling, and this is heat-treated to cause a sintering reaction in the compressed mixed powder inside the metal tube to cause oxide superconductivity with the desired composition. It is a method of producing a body and manufacturing a superconducting wire.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来法で
は、原料粉末を完全に均一に混合することが困難であ
り、熱処理を施しても超電導体全体が完全に均一な組成
とならない問題があった。特に、長尺線材では、線材全
長にわたり均一な組成の超電導体を生成できないため、
不適当な組成で不十分な超電導特性を持つ局部を形成す
ることになり、この結果、線材全体の特性が制限されて
しまう問題があった。また、上記の線材内部に形成され
ている酸化物超電導体は、粉末を圧縮した成形体を焼結
反応により焼結したもので、その内部に微細な空孔が多
数存在することから、従来の金属系超電導体に比べ緻密
性に欠け、実用上重要な臨界電流密度Jcを高めること
が困難であった。However, in the above-mentioned conventional method, it is difficult to mix the raw material powders completely and uniformly, and there is a problem that the superconductor as a whole does not have a completely uniform composition even if heat treatment is performed. It was In particular, with a long wire, it is not possible to generate a superconductor with a uniform composition over the entire length of the wire,
This results in the formation of a local portion having an unsuitable composition and insufficient superconducting properties, resulting in a problem that the properties of the entire wire are limited. In addition, the oxide superconductor formed inside the above wire is obtained by sintering a compacted powder compact by a sintering reaction, and since many fine pores are present inside the compact, It was less dense than metal-based superconductors, and it was difficult to increase the critical current density Jc, which is practically important.
【0005】このことから、本発明者は、先に特公平7
−102976号を提案した。この発明は、少なくとも
Sr−Ca−Oの元素で構成される酸化物と少なくとも
Bi−Cu−Oの元素で構成され、Srを含まない酸化
物との間の相互拡散により、Bi基酸化物超電導体層を
形成する方法で、この方法によれば、均一な組成をもつ
緻密な酸化物超電導体を層状に連続して生成させること
ができ、しかも超電導体層の厚さを所望の大きさに制御
し、結晶方位の揃った組織を容易にうることができる顕
著な効果を発揮する。しかし、第一層が酸化物であるた
め、その被覆方法が限定されるとともに、比較的手間が
かかる。また、基材との密着性の問題もあり、Bi基酸
化物超電導体を連続的に製造する上に問題があった。From the above, the present inventor has previously proposed Japanese Patent Publication No.
No. -102976 was proposed. The present invention provides a Bi-based oxide superconductivity by mutual diffusion between an oxide composed of at least an element of Sr-Ca-O and an oxide composed of at least an element of Bi-Cu-O and containing no Sr. By this method, a dense oxide superconductor having a uniform composition can be continuously formed in a layered manner, and the thickness of the superconductor layer can be set to a desired size. It exerts a remarkable effect of being able to control and easily obtain a structure having a uniform crystal orientation. However, since the first layer is an oxide, its coating method is limited and relatively time-consuming. In addition, there is a problem of adhesion with the substrate, which is a problem in continuously producing the Bi-based oxide superconductor.
【0006】本発明は、かかる課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、緻密で均一な組成を持
つ酸化物超電導体を、可撓性を有する金属基材の表面に
連続して生成し、金属基材と密着性の良好な長尺の導体
を容易に得ることができるBi基酸化物超電導体の製造
方法を提供することである。The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to continuously provide an oxide superconductor having a dense and uniform composition on the surface of a flexible metal substrate. The present invention is to provide a method for producing a Bi-based oxide superconductor, which can be easily produced to obtain a long conductor having good adhesion to a metal substrate.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者は、この問題を
解決すべく、機械的性質が硬くて脆いために直接的加工
が困難なNb3 Sn、V3 Ga等の金属間化合物超電導
体の線材化に適用され、その工業化に大きな成功を収め
た拡散法による超電導体の製造法に着目した。(例え
ば、K.Tachikawa,Filamentary A15 Superconductors. P
lenum Press,(1980),1頁参照)。この拡散法によると、
均一な組成を持った緻密な超電導相を連続して生成し、
優れた超電導特性を得ることができる。In order to solve this problem, the present inventor has proposed an intermetallic compound superconductor, such as Nb 3 Sn or V 3 Ga, which is hard to be directly processed due to its hard mechanical properties and brittleness. We focused on the method of manufacturing superconductors by the diffusion method, which was applied to the production of wire rods and was highly successful in industrialization. (For example, K. Tachikawa, Filamentary A15 Superconductors. P
lenum Press, (1980), p. 1). According to this diffusion method,
It continuously produces a dense superconducting phase with a uniform composition,
It is possible to obtain excellent superconducting properties.
【0008】請求項1乃至9の発明に係るBi基酸化物
超電導体の製造方法は、この拡散法をBi−Sr−Ca
−Cu―Oの元素で構成されるBi基酸化物超電導体の
製法に適用したもので、Ag又はAg合金基材表面に被
覆したBi金属又はBi合金からなる第一層と、少なく
ともSr−Ca−Cu−Oの元素を含む酸化物で構成さ
れる第二層とからなる複合体を熱処理して、相互拡散に
よりBi基酸化物超電導体層を形成する。The method for producing a Bi-based oxide superconductor according to the inventions of claims 1 to 9 uses this diffusion method as Bi-Sr-Ca.
It is applied to a method for producing a Bi-based oxide superconductor composed of an element of -Cu-O, and comprises a first layer made of Bi metal or Bi alloy coated on the surface of an Ag or Ag alloy substrate, and at least Sr-Ca. A composite comprising a second layer composed of an oxide containing an element of —Cu—O is heat-treated to form a Bi-based oxide superconductor layer by mutual diffusion.
【0009】図1を参照して詳しく説明すれば、基材1
は、Ag又はAg合金からなり、Ag合金は、合金元素
としてMg、Cu等を含有するもので、超電導体の特性
に影響することなく、機械的強度の向上が期待できる合
金元素が添加される。第一層2は、Bi金属又はBi合
金からなり、Bi合金としてBi―Cu、Bi−Pb、
Bi−Cu−Pbで構成される合金を用いる。第一層2
の合金の組成比は、Bi―Cu合金の場合では、原子比
でBiを1として、Cu:0.05〜1.0の範囲、B
i−Pb合金の場合では、原子比でBiを1として、P
b:0.2〜1.5の範囲、Bi−Cu−Pb合金の場
合では、原子比がBi:1に対して、Cu:0.05〜
1.0、Pb:0.2〜1.0の範囲が望ましい。本発
明では、組成比がこれらの範囲から外れると良好な超電
導特性を得ることが困難となる。なお、前記第一層2
は、後の拡散工程で構成元素が第二層3と拡散するもの
で、なるべく低い融点を持つことが望ましい。この第一
層2は基材1に被覆されるが、その方法として、第一層
2を構成するBi、Cu、Pbの各金属を所定の組成比
で溶解後、基材となるAgあるいはAg合金テープ或い
はワイヤを浸漬し、このことによりテープ或いはワイヤ
表面(基材表面)に所定の厚さの第一層2を形成する方
法や、AgあるいはAg合金パイプに、第一層を構成す
る金属の溶解物を鋳込み、その後、所定の厚さになるよ
うに機械加工し、パイプ内面の円周に沿って第一層2を
形成する方法等がある。The substrate 1 will be described in detail with reference to FIG.
Is made of Ag or an Ag alloy, and the Ag alloy contains Mg, Cu, etc. as an alloying element, and an alloying element that can be expected to improve mechanical strength without affecting the characteristics of the superconductor is added. . The first layer 2 is made of Bi metal or Bi alloy, and as Bi alloy, Bi-Cu, Bi-Pb,
An alloy composed of Bi-Cu-Pb is used. First layer 2
In the case of the Bi—Cu alloy, the composition ratio of the alloy is Cu: 0.05 to 1.0, B:
In the case of i-Pb alloy, Bi is set to 1 in atomic ratio and P
b: 0.2 to 1.5, and in the case of Bi-Cu-Pb alloy, the atomic ratio is Bi: 1 to Cu: 0.05 to.
1.0, Pb: The range of 0.2-1.0 is desirable. In the present invention, if the composition ratio deviates from these ranges, it becomes difficult to obtain good superconducting properties. The first layer 2
Is a constituent element that diffuses into the second layer 3 in a subsequent diffusion step, and preferably has a melting point as low as possible. The first layer 2 is coated on the base material 1. As a method thereof, Ag or Ag serving as the base material after melting each metal of Bi, Cu and Pb forming the first layer 2 at a predetermined composition ratio. A method of immersing an alloy tape or wire, thereby forming a first layer 2 having a predetermined thickness on the tape or wire surface (base material surface), or a metal forming the first layer on an Ag or Ag alloy pipe. There is a method in which the melted material is cast and then machined to a predetermined thickness to form the first layer 2 along the circumference of the inner surface of the pipe.
【0010】第二層3としてSr―Ca―Cu―O系酸
化物を用いる。第二層3の酸化物の組成比は、原子比で
Sr:1に対して、Ca:0.25〜1.5、Cu:
0.25〜2.0の範囲がよい。本発明では、組成比が
これらの範囲から外れると良好な超電導特性を得ること
が困難となる。第二層3は、SrCO3 、CaCO3 、
CuO等の原料粉末を所定の組成比で混合し、仮焼、成
形、本焼等の過程を経て作製され、第一層より高い融点
を持つことが望ましい。ここで、第二層3の融点は、9
50℃〜1100℃゜程度で、第一層2の融点は、12
5℃〜850℃程度である。As the second layer 3, an Sr-Ca-Cu-O type oxide is used. The composition ratio of the oxide of the second layer 3 is, in atomic ratio, Sr: 1, Ca: 0.25 to 1.5, and Cu:
The range of 0.25 to 2.0 is preferable. In the present invention, if the composition ratio deviates from these ranges, it becomes difficult to obtain good superconducting properties. The second layer 3 is SrCO 3 , CaCO 3 ,
It is desirable that the raw material powder such as CuO is mixed at a predetermined composition ratio, and is manufactured through a process such as calcination, molding, and main firing, and that it has a melting point higher than that of the first layer. Here, the melting point of the second layer 3 is 9
At about 50 ° C to 1100 ° C, the melting point of the first layer 2 is 12
It is about 5 ° C to 850 ° C.
【0011】次いで、基材1の表面に被覆した第一層2
の上に、第二層3をコーティングして、第一層2と第二
層3が互いに接した複合体6を作製する。複合体作製の
具体的手法は、図2に示すように溶解したBi基金属あ
るいは合金中に、AgあるいはAg合金基材1を浸漬し
て基材表面に第一層2を構成する金属を被覆し、その
後、第一層2の表面に第二層3を構成する酸化物をプレ
ス等によりコーティングする方法を採用できる。なお、
図2においては、Ag或いはAg合金基材1は、テープ
状であるが、ワイヤー状の基材を用いてもよい。また、
基材1の表面に第一層2を構成する金属を被覆する方法
あるいは第一層2に第二層3を被覆する方法として、ス
プレー法、印刷法、蒸着法等により連続的に被覆する方
法も採用することができる。Next, the first layer 2 coated on the surface of the substrate 1
The second layer 3 is coated on the above to prepare a composite 6 in which the first layer 2 and the second layer 3 are in contact with each other. As shown in FIG. 2, the specific method for producing the composite is as follows. The Ag or Ag alloy base material 1 is dipped in a dissolved Bi-based metal or alloy to coat the surface of the base material with the metal forming the first layer 2. Then, after that, a method of coating the oxide forming the second layer 3 on the surface of the first layer 2 by pressing or the like can be adopted. In addition,
In FIG. 2, the Ag or Ag alloy base material 1 has a tape shape, but a wire shape base material may be used. Also,
As a method of coating the surface of the substrate 1 with the metal forming the first layer 2 or a method of coating the first layer 2 with the second layer 3, continuous coating by a spray method, a printing method, a vapor deposition method, or the like. Can also be adopted.
【0012】このように作製された複合体6は、所望の
形状に加工された後、拡散熱処理が行われる。この拡散
熱処理は、一次拡散熱処理を低い温度で行った後、次に
高い温度で二次拡散熱処理を行った方が、より特性の良
好な超電導体を得ることができる。一次拡散熱処理温度
は、100℃〜800℃の範囲、また、二次拡散熱処温
度は、800℃〜900℃の範囲にある。一次熱処理温
度は、第一層の融点付近にあり、第一層と第二層の密着
性を高める上に有効であるが、一次熱処理を省略しても
超電導層を生成させることが可能である。しかし一次熱
処理を省略した場合、第一層の成分系が急速に溶融、膨
張し、超電導体にクラックを発生させることがある。し
たがって、一次拡散熱処理温度を省略する場合には、二
次拡散熱処理時の昇温速度を、600℃以上の温度域に
おいて1℃/分よリ遅く行う必要がある。二次熱処理温
度は、Bi基酸化物超電導体の生成温度付近にあり、高
いTcを持つ結晶構造を形成させる。The composite body 6 thus produced is processed into a desired shape and then subjected to diffusion heat treatment. In this diffusion heat treatment, it is possible to obtain a superconductor having better characteristics by performing the primary diffusion heat treatment at a low temperature and then performing the secondary diffusion heat treatment at the next higher temperature. The primary diffusion heat treatment temperature is in the range of 100 ° C to 800 ° C, and the secondary diffusion heat treatment temperature is in the range of 800 ° C to 900 ° C. The primary heat treatment temperature is in the vicinity of the melting point of the first layer and is effective in increasing the adhesion between the first layer and the second layer, but it is possible to form the superconducting layer even if the primary heat treatment is omitted. . However, if the primary heat treatment is omitted, the component system of the first layer may rapidly melt and expand, causing cracks in the superconductor. Therefore, when the primary diffusion heat treatment temperature is omitted, it is necessary to increase the temperature rising rate during the secondary diffusion heat treatment by 1 ° C./minute or more in the temperature range of 600 ° C. or higher. The secondary heat treatment temperature is around the formation temperature of the Bi-based oxide superconductor, and a crystal structure having high Tc is formed.
【0013】一方、AgあるいはAg合金パイプに溶解
した第一層2を構成する金属を鋳込み、その後、所定の
厚さになるように機械加工し、パイプ内面の円周に沿っ
て第一層2を形成し、その内部に第二層3を充填した複
合体の場合、或いはこれを丸線に加工した場合、図3に
示すように拡散熱処理により第一層2の成分が第二層3
内に拡散して反応し、第二層3とAgあるいはAg合金
基材1との間に高TcのBi基酸化物超電導層4が生成
される。On the other hand, the molten metal constituting the first layer 2 is cast into an Ag or Ag alloy pipe, and then machined to a predetermined thickness, and the first layer 2 is formed along the circumference of the inner surface of the pipe. In the case of a composite body in which the second layer 3 is filled in the inside thereof, or when it is processed into a round wire, the components of the first layer 2 are converted into the second layer 3 by diffusion heat treatment as shown in FIG.
It diffuses inside and reacts, and a Bi-based oxide superconducting layer 4 having a high Tc is formed between the second layer 3 and the Ag or Ag alloy base material 1.
【0014】このようにして得られる本発明方法のBi
基酸化物超電導体には、先に述ベたBi2 Sr2 CaC
u2 OX 、Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 OY 及びBiの一
部をPbで置換したものを含む。The Bi of the method of the present invention thus obtained
For the base oxide superconductor, the Bi 2 Sr 2 CaC described above is used.
u 2 O x , Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O Y, and Bi partially substituted with Pb are included.
【0015】次に請求項10乃至17の発明を説明す
る。これら発明は、Ag又はAg合金基材表面に、Bi
金属又はBi合金と、少なくともSr−Ca−Cu−O
の元素を含む酸化物との混合物を被覆した複合体を熱処
理して、相互拡散によりBi基酸化物超電導体層を形成
することを特徴とするBi基酸化物超電導体の製造方法
である。図6はその原理図を示す。溶解したBi金属又
はBi合金2と、少なくともSr−Ca−Cu−Oの元
素を含む酸化物粉末3との混合物中に、Ag又はAg合
金基材1を浸漬し、基材表面に所定厚さの混合物層を形
成する。次いで、この複合体を熱処理して、相互拡散に
よりBi基酸化物超電導体層4を生成する。図7はこの
発明をパイプ状の基材に適用した場合の原理図を示す。
溶解したBi金属又はBi合金2と、少なくともSr−
Ca−Cu−Oの元素を含む酸化物粉末3との混合物
を、基材となるAg又はAg合金パイプ1に鋳込み、複
合体を作成する。ついで、この複合体を熱処理して、相
互拡散によりBi基酸化物超電導体層4を生成する。Next, the inventions of claims 10 to 17 will be described. These inventions use Bi or Ag on the surface of Ag or Ag alloy substrate.
Metal or Bi alloy and at least Sr-Ca-Cu-O
In the method for producing a Bi-based oxide superconductor, the composite coated with the mixture containing the element-containing oxide is heat treated to form a Bi-based oxide superconductor layer by mutual diffusion. FIG. 6 shows the principle diagram. The Ag or Ag alloy base material 1 is dipped in a mixture of the dissolved Bi metal or Bi alloy 2 and the oxide powder 3 containing at least an element of Sr-Ca-Cu-O to have a predetermined thickness on the surface of the base material. To form a mixture layer of. Next, this composite is heat-treated to produce a Bi-based oxide superconductor layer 4 by mutual diffusion. FIG. 7 shows a principle diagram when the present invention is applied to a pipe-shaped substrate.
Melted Bi metal or Bi alloy 2 and at least Sr-
A mixture with the oxide powder 3 containing the element of Ca-Cu-O is cast into the Ag or Ag alloy pipe 1 serving as a base material to form a composite. Then, the composite is heat-treated to produce a Bi-based oxide superconductor layer 4 by mutual diffusion.
【0016】なお、請求項10乃至17の発明における
合金組成、酸化物組成、拡散熱処理条件、必要におこな
う機械加工などは請求項1乃至9の発明と同様なので、
ここではその説明を省略する。Since the alloy composition, oxide composition, diffusion heat treatment conditions, and necessary mechanical processing in the inventions of claims 10 to 17 are the same as those of the inventions of claims 1 to 9,
Here, the description is omitted.
【0017】上述した実施の形態では、得られた複合体
を熱処理して相互拡散によりBi基酸化物超電導体層を
生成しているが、本発明はこれらの方法に限らず、得ら
れた複合体を複数本束ね或いは重ね、若しくは必要によ
りこれらをAg或いはAg合金シースに入れ、ついで線
材に加工後、熱処理を行ってもよい。この方法によれば
多芯構造をもつBi基酸化物超電導線材を製造すること
ができる。In the above-described embodiment, the obtained composite is heat-treated to produce a Bi-based oxide superconductor layer by mutual diffusion, but the present invention is not limited to these methods, and the obtained composite is obtained. A plurality of bodies may be bundled or stacked, or if necessary, these may be put into an Ag or Ag alloy sheath, and then the wire may be processed and then heat treated. According to this method, a Bi-based oxide superconducting wire having a multi-core structure can be manufactured.
【0018】[0018]
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。 (実施例1)SrCO3 、CaCO3 、CuOの原料粉
末をSr2 CaCu2 O5 の組成となるよう配合し、9
00℃で6時間仮焼してCO2 等の不要成分を除去し、
ついで、1025℃で12時間仮焼した後、粉砕、混合
を繰り返し行い、SrCaCu酸化物粉末を作製した。Next, embodiments of the present invention will be described. (Example 1) Raw material powders of SrCO 3 , CaCO 3 , and CuO were blended so as to have a composition of Sr 2 CaCu 2 O 5 , and 9
Calcination at 00 ℃ for 6 hours to remove unnecessary components such as CO 2
Then, after calcination at 1025 ° C. for 12 hours, pulverization and mixing were repeated to produce SrCaCu oxide powder.
【0019】一方、Bi−15原子%Cuとなるよう配
合した金属BiおよびCuを、800℃で溶解し、その
中にAgテープを2〜3秒間浸漬してAgテープ表面
に、約80μmの厚さのBi―15原子%Cuを被覆し
た。ついで、Agテープ表面に被覆したBi−15原子
%Cu上に、作製したSrCaCu酸化物粉末を約1m
mの厚さで被覆し、その後、プレスして幅5mm、長さ
30mmのテープ状複合体試料とした。この複合体試料
を、700℃で10時間、一次熱処理を行った後、84
0℃で20〜100時間、二次拡散熱処理を行って試料
を作製した。本実施例の熱処理は、いずれも大気中で行
ったが、熱処理雰囲気として大気中に限られるものでは
なく、例えば、ArとO2 との混合ガスを用いても同様
な結果が得られる。図4に、二次拡散熱処理後の試料断
面のX線マイクロアナライザーによるAg、Bi、S
r、Ca、Cuの面分析結果を示す。厚さ約80μmの
Bi基酸化物超電導体が、Ag基材上にほぼ均一に生成
していることがわかる。On the other hand, the metals Bi and Cu compounded to have Bi-15 atomic% Cu are melted at 800 ° C., and the Ag tape is immersed therein for 2 to 3 seconds to give a thickness of about 80 μm on the surface of the Ag tape. Bi-15 atomic% Cu was coated. Then, the prepared SrCaCu oxide powder was applied to the Bi-15 atomic% Cu coated on the surface of the Ag tape for about 1 m.
It was coated with a thickness of m and then pressed into a tape-shaped composite sample having a width of 5 mm and a length of 30 mm. After subjecting this composite sample to the primary heat treatment at 700 ° C. for 10 hours, 84
A secondary diffusion heat treatment was performed at 0 ° C. for 20 to 100 hours to prepare a sample. Although the heat treatments of this embodiment were all performed in the atmosphere, the heat treatment atmosphere is not limited to the atmosphere, and similar results can be obtained by using a mixed gas of Ar and O 2 , for example. FIG. 4 shows Ag, Bi, S of the cross section of the sample after the secondary diffusion heat treatment by an X-ray microanalyzer.
The surface analysis results of r, Ca, and Cu are shown. It can be seen that the Bi-based oxide superconductor having a thickness of about 80 μm is formed almost uniformly on the Ag base material.
【0020】本試料の臨界電流Icは、4.2K、自己
磁界下において、300Aを越えており、さらに12T
の強磁界下においても、300A以上の輸送電流として
のIcが得られた。このIcは、超電導体の断面積より
換算すると、75000A/cm2 以上の極めて高いJ
cに相当する。なお、通電電源および測定ロッドの容量
の限界から300A以上の測定は、できなかった。The critical current Ic of this sample exceeds 4.2 A under a self-magnetic field of 4.2 K, and further exceeds 12 T.
Ic as a transport current of 300 A or more was obtained even under a strong magnetic field. This Ic is extremely high J of 75,000 A / cm 2 or more when converted from the cross-sectional area of the superconductor.
c. In addition, measurement of 300 A or more was not possible due to the limits of the capacity of the energizing power source and the measuring rod.
【0021】本実施例により、拡散法によって均一な組
成を持ち、高いIcおよびJc値を有するBi基酸化物
超電導体を作製できることがわかった。 (実施例2)溶解したBi−43.7原子%Pbの組成
を持つBi−Pb共晶合金を、外径10mm、内径7m
mのAgパイプに鋳込んだ後、機械加工により直径4m
mの穴をあけ、その中にSrCaCu酸化物粉末を封入
した。SrCaCu酸化物は、実施例1と同様の方法に
より作製したSr2 CaCu2 O5 の組成を持つ粉末で
ある。その後、溝ロール加工、線引き加工により図3と
同様な断面構造を示す直径1.5mmの線材を作成し
た。It was found from this example that a Bi-based oxide superconductor having a uniform composition and high Ic and Jc values can be produced by the diffusion method. (Example 2) A Bi-Pb eutectic alloy having a composition of melted Bi-43.7 atom% Pb was used, with an outer diameter of 10 mm and an inner diameter of 7 m.
diameter of 4m by machining after casting into a m Ag pipe
A hole of m was opened, and SrCaCu oxide powder was enclosed in the hole. The SrCaCu oxide is a powder having the composition of Sr 2 CaCu 2 O 5 produced by the same method as in Example 1. Then, a wire rod having a diameter of 1.5 mm and having a cross-sectional structure similar to that of FIG. 3 was formed by groove roll processing and wire drawing processing.
【0022】次に100℃で10時間、さらに600℃
で10時間の一次熱処理を行った後、実施例1と同様に
840℃で20〜100時間、二次拡散熱処理を行って
試料を作製した。Next, at 100 ° C. for 10 hours, and then 600 ° C.
After performing the primary heat treatment for 10 hours at 840 ° C., the secondary diffusion heat treatment was performed at 840 ° C. for 20 to 100 hours in the same manner as in Example 1 to prepare a sample.
【0023】図5には、試料の交流帯磁率の温度依存性
を示す。この図から、約82KのTcをもつほぼ均質な
Bi2 Sr2 CaCu2 Ox で示される組成の相が生成
できたことがわかる。FIG. 5 shows the temperature dependence of the AC susceptibility of the sample. From this figure, it can be seen that a phase having a composition represented by Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O x having a Tc of about 82 K and having a substantially uniform composition was formed.
【0024】[0024]
【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明の製造方法によれば、緻密で空孔がなく、しかも組
成が均一な高TcのBi基酸化物超電導体を作製でき、
Jcが大きく、しかも長さ方向に特性の均一なBi基高
Tc酸化物超電導線材を製造することが可能となる。ま
た、本発明方法では、通常の粉末焼結法と異なり、一方
向あるいは半径方向から第一層の成分が拡散して酸化物
超電導体が生成するため、拡散方向に結晶粒が成長し、
結晶配向性の優れた高Tc酸化物超電導体を得ることが
できる効果もある。さらに、第一層の厚さを調節するこ
とによって、生成する超電導層(拡散層)の厚さを容易
に制御することが可能である。また、得られた酸化物超
電導体は、Ag等の金属基材と複合化されているため可
撓性を有し、連続的な製造に適しており、所望の形状に
成形できる特長を持つ。そのため、長尺線材の製造や基
材を円筒形状化することにより磁気シールド等の製造が
容易になる。さらに、複合体の加工性がよいため、丸線
材、平角線材、テーブ線材等の製造も容易である。特に
丸線材は、磁界の均一性が要求される超電導マグネット
の作成に有用である。従って、本発明法は従来の製造法
における課題を解決し、緻密性、均一性が優れるととも
に、所望の形状を有する可撓性に富んだ高TcのBi基
酸化物超電導体を提供することができる顕著な効果を発
揮する。しかも、第一層がBi金属又はBi合金なの
で、溶融したBi金属又はBi合金にAg,Ag合金基
材を連続的に浸漬、通過させて第一層を被覆すること、
或いは、Ag,Ag合金パイプ中に第一層を鋳込むこと
ができる。また、Bi金属又はBi合金は低融点である
ので、第一層の被覆が容易となり、さらに、酸化物でな
く金属であるので、Ag,Ag合金基材との密着性が著
しく良好となる。このように、本発明によれば、Bi基
酸化物超電導体の連続的な製造が大幅に容易となる。As is clear from the above examples, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a high Tc Bi-based oxide superconductor which is dense, has no pores, and has a uniform composition.
It is possible to manufacture a Bi-based high Tc oxide superconducting wire having a large Jc and uniform characteristics in the length direction. Further, in the method of the present invention, unlike the normal powder sintering method, since the components of the first layer are diffused from one direction or the radial direction to generate an oxide superconductor, crystal grains grow in the diffusion direction,
There is also an effect that a high Tc oxide superconductor excellent in crystal orientation can be obtained. Furthermore, by adjusting the thickness of the first layer, it is possible to easily control the thickness of the generated superconducting layer (diffusion layer). In addition, the obtained oxide superconductor has flexibility because it is compounded with a metal base material such as Ag, suitable for continuous production, and has a feature that it can be formed into a desired shape. Therefore, the production of a magnetic shield or the like becomes easy by producing a long wire or forming a base material into a cylindrical shape. Furthermore, since the composite has good workability, it is easy to manufacture round wire rods, rectangular wire rods, tape wire rods, and the like. In particular, the round wire rod is useful for producing a superconducting magnet that requires a uniform magnetic field. Therefore, the method of the present invention can solve the problems in the conventional manufacturing method and provide a highly Tc-based Bi-based oxide superconductor that is excellent in denseness and uniformity and that has a desired shape and is highly flexible. It has a remarkable effect. Moreover, since the first layer is Bi metal or Bi alloy, the Ag, Ag alloy base material is continuously dipped and passed through the molten Bi metal or Bi alloy to coat the first layer,
Alternatively, the first layer can be cast into Ag, Ag alloy pipe. Further, since Bi metal or Bi alloy has a low melting point, the coating of the first layer is easy, and since it is a metal rather than an oxide, the adhesion to the Ag, Ag alloy base material is remarkably good. As described above, according to the present invention, continuous production of the Bi-based oxide superconductor is significantly facilitated.
【0025】さらに、請求項10乃至17の発明によれ
ば、高融点のSr−Ca−Cu酸化物粉末を、溶融した
低融点のBi金属又はBi合金中に分散した、流動性を
もつ混合物を用い、基材の上への被覆を一度で済ますこ
とができる。Further, according to the invention of claims 10 to 17, a mixture having fluidity is obtained by dispersing high melting point Sr-Ca-Cu oxide powder in molten low melting point Bi metal or Bi alloy. It can be used to coat the substrate once.
【図1】本発明製造方法の原理を説明するための図。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the manufacturing method of the present invention.
【図2】本発明に係る複合体の製造方法の一例を示す
図。FIG. 2 is a diagram showing an example of a method for producing a composite according to the present invention.
【図3】AgあるいはAg合金パイプ内面に形成された
第一層金属2と第二層酸化物3との拡散反応により、B
i基酸化物超電導体4が生成する原理を示す図。FIG. 3 shows B by a diffusion reaction between a first layer metal 2 and a second layer oxide 3 formed on the inner surface of an Ag or Ag alloy pipe.
The figure which shows the principle which i-type oxide superconductor 4 produces | generates.
【図4】二次拡散熱処理後の実施例1の、Ag、Bi、
Sr、Ca、CuのX線マイクロアナライザーによる面
分析結果を示すX線写真。FIG. 4 shows Ag, Bi, and the like of Example 1 after the secondary diffusion heat treatment.
An X-ray photograph showing the results of surface analysis of Sr, Ca, Cu by an X-ray microanalyzer.
【図5】二次拡散熱処理後の実施例2の、交流帯磁率の
温度依存性を示す図。FIG. 5 is a diagram showing the temperature dependence of the AC susceptibility of Example 2 after the secondary diffusion heat treatment.
【図6】基材が板材の場合における、本発明の他の態様
を示す図。FIG. 6 is a view showing another embodiment of the present invention when the base material is a plate material.
【図7】基材がパイプの場合における、本発明の他の態
様を示す図。FIG. 7 is a view showing another embodiment of the present invention when the base material is a pipe.
1……AgあるいはAg合金基材 2……Bi金属あるいはBi合金 3……Sr−Ca−Cu酸化物 4……Bi基酸化物超電導体 5……AgあるいはAg合金表面にBi金属あるいはB
i合金を被覆した複合テープ 6……複合体1 ... Ag or Ag alloy substrate 2 ... Bi metal or Bi alloy 3 ... Sr-Ca-Cu oxide 4 ... Bi-based oxide superconductor 5 ... Ag or Ag alloy surface with Bi metal or B
Composite tape coated with i alloy 6 ... Composite
Claims (17)
i金属又はBi合金からなる第一層と、少なくともSr
−Ca−Cu−Oの元素を含む酸化物で構成される第二
層とからなる複合体を熱処理して、相互拡散によりBi
基酸化物超電導体層を形成することを特徴とするBi基
酸化物超電導体の製造方法。1. A B coated on the surface of an Ag or Ag alloy substrate.
a first layer of i-metal or Bi-alloy and at least Sr
The composite consisting of the second layer composed of the oxide containing the element —Ca—Cu—O is heat treated and Bi
A method for producing a Bi-based oxide superconductor, which comprises forming a base oxide superconductor layer.
ることを特徴とする請求項1に記載のBi基酸化物超電
導体の製造方法。2. The method for producing a Bi-based oxide superconductor according to claim 1, wherein the first layer is a metal containing only Bi element.
原子比が、Biを1として、Cu:0.05〜1.0の
範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載のBi基
酸化物超電導体の製造方法。3. The first layer is a Bi—Cu alloy, and the atomic ratio thereof is within the range of Cu: 0.05 to 1.0, with Bi = 1. A method for producing the Bi-based oxide superconductor described.
原子比が、Biを1として、Pb:0.2〜1.5の範
囲内にあることを特徴とする請求項1に記載のBi基酸
化物超電導体の製造方法。4. The first layer is a Bi—Pb alloy, the atomic ratio of which is within the range of Pb: 0.2 to 1.5 with Bi = 1. A method for producing the Bi-based oxide superconductor described.
で、その原子比が、Biを1として、Cu:0.05〜
1.0、Pb:0.2〜1.5の範囲内にあることを特
徴とする請求項1に記載のBi基酸化物超電導体の製造
方法。5. The first layer is a Bi—Cu—Pb alloy, the atomic ratio of which is Bi: 1 and Cu: 0.05 to
1.0, Pb: It exists in the range of 0.2-1.5, The manufacturing method of the Bi based oxide superconductor of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
Cu−Oの元素を含む酸化物で、その原子比が、Srを
1として、Ca:0.25〜1.5、Cu:0.25〜
2.0の範囲内にあることを特徴とする請求項1乃至5
のいずれか1に記載のBi基酸化物超電導体の製造方
法。6. The second layer is at least Sr—Ca—
An oxide containing an element of Cu-O, the atomic ratio of which is Sr = 1, Ca: 0.25 to 1.5, Cu: 0.25 to
6. Within the range of 2.0. 6.
2. The method for producing a Bi-based oxide superconductor according to any one of 1.
合金の溶融物中に浸漬して、基材表面に第一層を形成す
ることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1に記載
のBi基酸化物超電導体の製造方法。7. The first layer is formed on the surface of the base material by immersing the base material in a melt of a metal or an alloy forming the first layer. 2. A method for producing a Bi-based oxide superconductor according to item 1.
金属又は合金の溶融物を鋳込んで、基材表面に第一層を
形成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1
に記載のBi基酸化物超電導体の製造方法。8. The first layer is formed on the surface of the base material by casting a melt of the metal or alloy forming the first layer into the pipe-shaped base material. One of
The method for producing a Bi-based oxide superconductor according to item 1.
し、この第一層と第二層とからなる複合体を線材加工し
た後、熱処理することを特徴とするBi基酸化物超電導
体の製造方法。9. A Bi-based oxide superconducting material, characterized in that a first layer is produced by the method according to claim 8, and a composite comprising the first layer and the second layer is processed into a wire and then heat-treated. Body manufacturing method.
属又はBi合金と、少なくともSr−Ca−Cu−Oの
元素を含む酸化物との混合物を被覆した複合体を熱処理
して、相互拡散によりBi基酸化物超電導体層を形成す
ることを特徴とするBi基酸化物超電導体の製造方法。10. A composite in which the surface of an Ag or Ag alloy substrate is coated with a mixture of a Bi metal or a Bi alloy and an oxide containing at least an element of Sr—Ca—Cu—O is heat treated to cause interdiffusion. The method for producing a Bi-based oxide superconductor, comprising forming a Bi-based oxide superconductor layer by:
その原子比が、Biを1として、Cu:0.05〜1.
0の範囲内にあることを特徴とする請求項10に記載の
Bi基酸化物超電導体の製造方法。11. The Bi alloy is a Bi—Cu alloy,
The atomic ratio is Cu: 0.05-1.
It exists in the range of 0, The manufacturing method of the Bi based oxide superconductor of Claim 10 characterized by the above-mentioned.
その原子比が、Biを1として、Pb:0.2〜1.5
の範囲内にあることを特徴とする請求項10に記載のB
i基酸化物超電導体の製造方法。12. The Bi alloy is a Bi—Pb alloy,
The atomic ratio is Pb: 0.2 to 1.5 with Bi as 1.
11. B according to claim 10, characterized in that
Method for producing i-based oxide superconductor.
金で、その原子比が、Biを1として、Cu:0.05
〜1.0、Pb:0.2〜1.5の範囲内にあることを
特徴とする請求項10に記載のBi基酸化物超電導体の
製造方法。13. The Bi alloy is a Bi—Cu—Pb alloy having an atomic ratio of Cu: 0.05 when Bi is 1.
-1.0, Pb: It exists in the range of 0.2-1.5, The manufacturing method of the Bi based oxide superconductor of Claim 10 characterized by the above-mentioned.
の元素を含む酸化物は、その原子比が、Srを1とし
て、Ca:0.25〜1.5、Cu:0.25〜2.0
の範囲内にあることを特徴とする請求項10乃至13の
いずれか1に記載のBi基酸化物超電導体の製造方法。14. The at least Sr—Ca—Cu—O
The atomic ratio of the oxide containing the element is Ca: 0.25 to 1.5 and Cu: 0.25 to 2.0 with Sr as 1.
The method for producing a Bi-based oxide superconductor according to any one of claims 10 to 13, characterized by being within the range.
i金属又はBi合金の溶融物中に浸漬して、基材表面に
複合体を形成することを特徴とする請求項10乃至14
のいずれか1に記載のBi基酸化物超電導体の製造方
法。15. The base material B mixed with the oxide.
The composite is formed on the surface of a substrate by immersing in a melt of an i metal or a Bi alloy.
2. The method for producing a Bi-based oxide superconductor according to any one of 1.
合したBi金属又はBi合金の溶融物を鋳込んで、基材
表面に複合体を形成することを特徴とする請求項10乃
至15のいずれか1に記載のBi基酸化物超電導体の製
造方法。16. The composite material is formed on the surface of the base material by casting a melt of Bi metal or Bi alloy mixed with the oxide into a pipe-shaped base material. 16. The method for producing a Bi-based oxide superconductor according to any one of 15.
た複合体を線材加工した後、熱処理することを特徴とす
るBi基酸化物超電導体の製造方法。17. A method for producing a Bi-based oxide superconductor, which comprises subjecting the composite formed by the method of claim 16 to wire processing and then heat treating.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4616196A JPH09235120A (en) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | Production of bismuth-based oxide superconductor |
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