JPS63288944A - 高温超電導体の作製方法 - Google Patents

高温超電導体の作製方法

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JPS63288944A
JPS63288944A JP62123800A JP12380087A JPS63288944A JP S63288944 A JPS63288944 A JP S63288944A JP 62123800 A JP62123800 A JP 62123800A JP 12380087 A JP12380087 A JP 12380087A JP S63288944 A JPS63288944 A JP S63288944A
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JP62123800A
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Toshiyuki Aida
会田 敏之
Tokumi Fukazawa
深沢 徳海
Shinji Takayama
高山 新司
Kazumasa Takagi
高木 一正
Katsumi Miyauchi
宮内 克己
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Hitachi Ltd
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • H10N60/0408Processes for depositing or forming superconductor layers by sputtering

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高出力のマグネット、ジョセフソン素子、5Q
UID等に用いられている超電導材料に係り、特に液体
窒素温度以上で動作するセラミックス系高温超電導体の
焼結体や薄膜の最適な作製方法に関する。
〔従来の技術〕
1986年にB ednorzとM ullerによっ
て発見されたK 2 NiF 4型構造の(La、 S
r) 2 CuO4゛超電導体れは臨界温度T。=40
にと高い値を示した(ツアイトシュリフト フイジーク
 B64(1986年)189頁(Z、 Phys、 
B 64(1986)pp、189))。しかし、19
87年にChuらによって発見されたペロブスカイト型
構造の(Y、B a)CuO3+Xは更に高い臨界温度
T c ” 90 Kを示し、液体窒素温度(77K)
でも用いることが可能になった(フィジカル レビュー
 レター 58  (1987)第908頁(Phys
、  Rev、  1ejt、  5 8  (1,9
87)pp、908))、(ジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジイクス 26(1987)4
73頁(Jpn、 J 、 Appl、 Phys。
26  (1987)Pρ、473))。その後、口本
の東大、電総研を中心に研究が精力的になされ、(Y、
B a)CuO3−Xの化学式はY。
Ba2Cu307−Xであることが判明した。ここで、
XはO<X<2.0の範囲にあり、熱処理時の酸素圧で
変化する。この物質はいずれの場合も、B aCO3、
Y 203− Cu Oの各原料を所定のモル比で配合
し、めのう乳針中で混合したあと。
900〜1000℃で化学反応させて作成している。反
応式としては 4[1aC03+Y2O3+6CuO−+2YBa2C
u307  X+4CO2↑ (1)となる。しかし、
この反応式ではa ) BaCO3が900℃まで熱分
解しないため、原料を圧粉体にして用いると、試料内部
のco2ガスの除去が不完全になり、圧粉体の表面のみ
が超電導層となる。そのため、焼成後、試料全体を粉砕
して、再度圧粉体を作成し、焼成する工程を3〜4回繰
り返す必要があった。また、b)上記の反応では、各原
料の蒸気圧の違いが大きく、蒸気圧の高いCuO成分の
減少を生じる間厘があった。これは、スパッタ法や蒸着
法で作製した膜に熱処理を施し、超電導膜に変化させる
場合に顕著に観測されていた。そのため、セラミックス
系超電導膜は各種エレクI−ロニクスデバイスに渇望さ
れているにも拘ず、その作製方法の困難さに問題があっ
た。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は試料全体に渡って1組成比の均一な焼結
体あるいは薄膜を作製し、臨界温度の高い試料が再現性
良く得られることを可能にした点にある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は1例えばY 、 Ba 2 Cu 307−
 xを例にとると、予じめ、化学的に結合力の強い2元
系酸化物、Y2Cu2O5とBaCuO2を作成し。
これを所定量の割合で混合させ、高温下で反応させるこ
とにより達成できる。具体的に化学反応式で記述すると
次式のようになる。
Y2o3+2Cu○−+Y2Cu20.(2)BaC○
3+Cu0−) BaCuO2(3)Y2Cu205+
4BaCuO2→2’YBa2Cu307−X   (
4)ここで、薄膜の作製の場合は、Y2Cu2O6とB
aCu0zの組成比からなる層を積み重ねて、高温下で
反応させることにより達成できる。
〔作用〕
予じめ作製した2元系酸化物を発出原料にすると、焼成
時、C○2ガスの発生がなく、さらに、酸化物内のCu
成分は強固に結合しているため、Cu成分の蒸発も抑制
され、900−1000℃の高温反応処理を一度するだ
けで、単一の超電導相をもつペロブスカイト型構造の焼
結体、あるいは薄膜を得ることが出来る。
〔実施例〕
以下、本発明の効果を実施例で詳述する。
実施例1゜ 超電導相のY + B a 2 Cu 307−xを第
1図に示す工程で作成した結果を述べる。
Y2O3とCuOの各粉末を反応式(2)の配合比にな
るように、1モル140g、2モル159g秤量し、ボ
ールミルとらいかい機を用いて、混合と粉砕を充分行な
い、900℃で1時間、酸素ガス雰囲気中で反応させた
。粉末X線回折によると、斜方晶系のY2Cu2O6単
−相が生成した。つぎに、BaCO3とCuOの各粉末
を反応式(3)の配合比になるように、1モル197g
m  1モルフ 9.5 g秤量し、Y2Cu2O5の
場合と同様にして合成した。粉末X線回折によると、立
方晶系のBaCuO2単−相が生成した。つぎに。
Y 2 Cu20 sとBaCuO2の各粉末を反応式
(4)に従って、1:4のモル比で秤量し、再度ボール
ミルとらいかい機を用いて、混合と粉砕を充分に行ない
、その後、プレス機で201径X5m11厚の圧粉体を
作製した。この圧粉体を800℃。
900℃、950℃、1000℃で1時間ずつ反応させ
た。熱処理後の試料は粉末X線回折法(CuKの線使用
)で調べた。第2図に実験結果を示すが、900℃から
、超電導相のペロブスカイト型構造のYBa2Cu3O
7Xが現われ始め、950℃では単−相になるのが分る
X線回折によると、a=3.82人。
b=3.89人、c=11.68人の値が得られた。
1000℃以上では、C軸方向が強く配向し始める傾向
がみられた。従って、反応温度は900〜1000℃の
間が適切と判断される。950℃で反応させた焼結体か
ら、51角X10mm長の角棒を切り出し、これにAg
ペーストを用いて、4端子の電流、電圧電極を設けて、
電気抵抗の温度依存性を測定した。測定結果を第3図に
示す。約90にの高い臨界温度が得られた。
実施例2゜ YBa2Cu3O7−xの薄膜作成はマグネトロンスパ
ッタリング装置を用いて、ターゲットにはY2CLI2
O5板と、BaCuO2板を交互に用い、第4図↓こ示
すようにAQ203基板lの上に、(Y、 Cu 、 
O)層0.21 pm2. (B a、 Cu。
0)層1.4 ttm3p  (y+ Cu、 o)層
0.16μm4の3層を設けた。この層の厚さはY、B
a2Cu307−X組成になるように、密度より計算し
た。スパッタリングガスにはAr+10%0□を用いた
。この薄膜を930℃で2時間加熱することで、第2図
に示したペロブスカイト型構造のY B a 2 Cu
 307− X薄膜を得ることが出来た。スパッタリン
グ終了後の各膜は(Y。
Cu、O)と(Ba、Cu、O)成分からなる非晶質膜
であるが、昇温時、700〜800℃で1時間の低温ア
ニールを施して、Y2Cu2O5層とBaCuO2層に
変化させて、これからY、Ba2Cu307+X薄膜を
作製しても良い。
熱処理後の薄膜の成分を化学分析法で調べたが、Cu成
分やBa成分の不足はとくにw4測されなかった。
実施例3゜ 実施例1と実施例2に記載した高温超電体の作製を他の
系にも適用した。その結果、ReCu0x(Re:周期
律表の■族からなるSc、希土類元素)とMeCuOY
 (Me : Ca、S r)の混合体を高温下で化学
反応させることで、ペロブスカイト型構造の(Re、M
e)CuO1を作製することができた。また、へ〇20
3基板上に、ReCuOXとMeCuOY組成からなる
化合物層、あるいは非晶質層を交互に積層し、高温で化
学反応させることで、ペロブスカイト型構造の(Re。
Me)Cub、薄膜を作製することができた。
〔発明の効果〕
本発明によれば、予じめReCu0zとMeCuOYの
2元系酸化物を作製し、この混合体を高温で反応させる
だけで、超電導体のペロブスカイト型構造の(Re 、
 M e ) CuOv組成の焼結体を得ることができ
る。又、基板上に、ReCu0xとMeCuOYの2元
系酸化物層を積層し、これを高温で反応させることによ
り、比較的容量に超電導体のペロブスカイト型構造の(
Ra。
M e ) Cu Oz組成の薄膜を得ることが出来る
なお、実施例以外の一般式で示した化合物についても実
験したが同様の効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のY 、’ B a z Cu a O
7−x超電導体の作製工程図、第2図はBaCu○2−
Y2cu20B混合体を高温で化学反応させたときの反
応生成物の粉末X線回折パターンを示す図、第3図は本
発明で合成したY。 Ba2Cu307−X焼結体の電気抵抗の温度依存性を
示す図、第4図はAQ203基板上に積層させた(Yy
 Cu、o)t  (B at Cu、o)t(Y、C
u、O)の積層構造の模式図である。 第4図において、■・・・AQ203基板。 2− (Y、Cu、O)層、3− (Ba、Cu、O)
層、4・・・(Y、Cu、O)層。 第7目 2夕 第3目

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ReCuO_X(Re:周期律表のIII族から成る
    、Sc、Y、希土類元素)とMeCuO_Y(Me:ア
    ルカリ土類金属元素)の混合体を高温下で化学反応させ
    、(Re、Me)CuO_Z組成の焼結体を作製するこ
    とを特徴とする高温超電導体の作製方法。 2、基板上にReCuO_X組成の化合物あるいは非晶
    質の層と、MeCuO_Y組成の化合物あるいは非晶質
    の層を交互に積層し、高温下で化学反応させることで、
    (Re、Me)CuO_Z組成の薄膜を作製することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高温超電導体の
    作製方法。
JP62123800A 1987-05-22 1987-05-22 高温超電導体の作製方法 Pending JPS63288944A (ja)

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