JPS63288940A - 酸化物超電導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、酸化物超電導体の製造方法に関するもので
ある。さらに詳しくは、この発明は、高温超電導体とし
て有用な、臨界電流密度の大きい複合酸化物の超電導体
の製造方法に関するものである。

（従来技術） 従来、Ｎｂ−Ｔｉ合金、Ｎｂ金属などの超電導材料は、
ヘリウム温度である４、２°Ｋにおいて用いられてきた
。念とえはサイクロトロンに用いられている超電導磁石
の線材は、Ｎｂ−Ｔｉ合金を使用しており、その臨界電
流密度は１０’Ａ／ｄと非常に大きく、消費電力の極小
化と高磁界の実現に大きな役割を果たしてきている。

このように抵抗が極めて小さい超電導材料は、エネルギ
ー損失の少ない送電線、電力貯蔵、あるいは電磁石、リ
ニアモーターカー、船舶などの広範囲な技術分野に応用
が期待されているものである。

また、高集積化され念超ＬＳＩでは、配線抵抗による遅
延時間が問題になっており、超電導体による配線が可能
になれば超高速化が実現される。また、ジ璽セフソン素
子による超高速スセ イッチング素子蜘超高感度磁気センサー、高周波センサ
ーへの応用も期待されている。

しかしながら、これまでの超電導材料の場合・には、ヘ
リウムを冷却剤としており、高価であるばかりか、取扱
いがめんどうで、しかも大型装置による応用に限定され
ていた。

このような状況に対して、液体窒素温度（７７°Ｋ）、
あるいは室温において動作する超電導材料の実現が強く
望まれていた。これらの温度で動作する超電導体が可能
となれば、その使用環境条件１−？′−コ と、冷却装ｆＶｉ２重構造が不要になり、かり冷゛却剤
コストが１／４ｏにも低減される。

最近、このような高温で動作する酸化物、超電導体が提
案されており、注目されている。これまでに提案された
ものは、銅を含んだランタン系″！たはイツトリウム系
複合酸化物からなるもので、７７°に以上の臨界強度（
Ｔｃ）を持つものが登場してきている。９０°に以上の
臨界温度（Ｔｃ）を持つものも開発されはじめている。

これらの酸化物の超電導体の製造法には融液法による単
結晶成長法、ＹＳＺ（イツトリウム安定化ジルコニア）
や５ｒＴｉＯ，結晶板を用いたスクリーン印刷法、スパ
ッタリング法による多結晶膜製造法、粉末を焼成する焼
結法などがある。

しかしながら、これまでの単結晶成長法は０．１Ｘ　１
．５　Ｘ　２−程度の小さな結晶しか得られず、臨界温
度（Ｔｃ）と３０°にと低い。多結晶薄膜については、
臨界温度で６０〜８０°Ｋまで実現して焼結法について
は、線材化やリボン状托濾容１１：′ 易であるが、臨界電流密度（Ｊｃ）が小さいという問題
がある。

たとえば線材化の場合には、粉末を９００〜１０００℃
で焼成後、Ｃｕ系合金に充填し、伸線加工して細線化す
ることができる。またリボン状への成形も容易であるが
、臨界電流密度（Ｊｃ）が小さいことが、今後の技術展
開の課題になっている。

（発明の目的） この発明は、以上の通りの事情を鑑みてなされたもので
あり、高温超電導体として期待されている複合酸化物超
電導体について、従来の製造方法の欠点を改善し、効率
的に臨界電流密度（Ｊｃ）の大きい酸化物超電導体を製
造する方法を提供することを目的としている。

（発明の開示） この発明の製造方法は、複合酸化物の原料粉末を成形し
た後に、レーザービームまたは電子ビームを照射するこ
とを特徴としている。

レーザービームまたは電子ビームを照射することにより
、極めて短時間のうちに、組成のずれの小さな、かつ臨
界電流密度の大きな複合酸化物の超電導体が得られる。

対象とする酸化物超電導体としては、たとえば、次の組
成のものが示される。斡体酌ホ七弁Ｍ−Ｌ−Ｃｕ−０ （ｅＭ＝ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ −Ｙ−Ｃｕ−０系酸化物、Ｂａ−Ｙｂ−Ｃｕ−０系酸化
物、Ｂａ−Ｌｕ−Ｃｕ−０系酸化物、Ｂａ−８ｃ−Ｃｕ
−０系酸化物などが例示される。

この複合酸化物の所定の組成に相当する原料粉末を用い
て成形するが、その使用割合は、目的とする超電導材料
がペロプスカイト組成を有する範囲で選択することがで
きる。

たとえば、５ｒ−Ｌａ−Ｃｕ−０系酸化物の場合には、
　　５ｒＣＯμＬＪＯ”　：　Ｃｕ０＝　０．５　：　
１．７５　：　２の割合とすることができる。

原料粉末としては、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、ハロゲン
化物などの適宜な化合物を用いる。

これらの原料粉末は、たとえば、加圧条件下で所定の形
状に成形する。形状には格別の限定はなく、板状、シー
ト状、ペレット状、テープ状、あるいは線状に成形する
ことができる。加圧成形する場合には、広範囲な圧力条
件を採用することができ、１〜１０）ン／−程度の圧力
も採用することができる。

成形前に原料粉末を予備熱処理することも有効である。

この場合には、５００〜１５００℃前後にまで、たとえ
ば、１〜１００時間予備熱処理する。

成形し念後に、この発明の方法においては、レーザービ
ーム、または電子ビームを照射する。

レーザービームとしては、２０Ｗ〜２ＫＷａ度のレーザ
ービームが好ましく用いられる。念とえば、炭酸ガスレ
ーザーがある。電子ビームの場合には、５Ｗ〜ＩＫＷ程
度の出力のものを用いる。

これらのビームの照射は、大気中、酸素雰囲マい 気中か行うのが好ましい。酸゛素圧としては、たとえば
０．１〜１０気圧程度の範囲とするこ１と・−妙トでき
る。　　　　　　　　　　　　　　　　”ビーム照射時
のビーム径は、０．１〜５■一度また成形物の送り速度
は、ビームに対して０．１〜２０ｍ／毎分とすることが
できる。

また、ビーム照射後に、後熱処理を行うこと゛・＜ｉも
有効である。この場合には、温度３００〜１０００℃前
後、さらには１５００℃程度までで熱処理を行う。１〜
１００時間程度時間−。

もちろん、以上の例示した諸条件は限定的なものではな
い。様々な態様が可能であることはいうまでもない。

この発明の方法によるレーザービームま念は電子ビーム
の照射によって極めて短時間に、急速加熱、急速冷却が
可能となる。このため、照射部分の溶融が瞬間的に起こ
り、蒸発による組成の変動を引き起こすことなしに、粉
末焼結体とは異なる、空隙が少く充填率の高い化合物を
得ることができる。

このため、粉末焼結体と比較して数倍高い臨界電流密度
（Ｊｃ）が得られる。

以下、実施例を示して、さらにＣの発明について詳しく
説明する。

実施例 １　　Ｌａ２Ｏ３：５ｒＣ０３：Ｃｕ０＝１．７５：０
．５：２の割合の純度９０チ以上の原料粉末を混合し、
７ｏＯ℃の温度で１２時間予備熱処理した。これを粉砕
して粉末とし、プレスにより加圧成形して、径２０■、
厚さ２■のペレットを製造した。

このベレット状試料を毎分４ｍの速度で移動させ、ビー
ム径１１ＩＩ１１出力１００〜５００Ｗの範囲で炭酸ガ
スレーザーを照射した。照射は大気中において行った。

出力３００Ｗで照射した場合、超電導化合物になった領
域は、断面の幅約１電、深さ約０．５■であった。

これらの照射後の試料について、超電導臨界温度（Ｔｃ
）、４．２°にでの臨界電流密度（Ｊｃ）’ｅ測測定た
。その結果は表−１に示した。

この表〜１には、あわせて、通常の粉末焼結法のデータ
も示し比。

この表−ＩＫ示し念ようπ、レーザービーム照射した試
料は１通常の焼結法によるものに比値 べて、５０体が約５倍も上昇した。

ら　なお、照射前に予備熱処理を行わない場合に上昇す
る。

（３）　　同様にして電子ビーム照射し念場合にも、通
常の粉末焼結法に比べて、約４．５倍も高いＪｃ値 体が得られた。

（４）　　Ｙ　−Ｂ　ａ　−Ｃ１１−０系酸化物の川遊
導材料÷よっても、上記と同様のＪｃ増大の効果が確認
され友。

表　−１ ［

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　原料粉末を成形した後、レーザービームまたは電子ビ
   ームを照射することを特徴とする酸化物超電導体の製造
   方法