JPS63288947A - 超電導体とその製造方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、一定の温度で電気抵抗がゼロになる所謂超電
導体に係り、特に液体窒素温度以上で超電導を示す超電
導体に関する。

Ｂ、発明の概要 本発明は、出発物質としてバリウム炭酸化物を用いたイ
ツトリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）及び
酸素（Ｏ）の成分からなる焼結体で、液体窒素温度（絶
対温度７７度）以上で超電導を示す超電導体とその製造
方法にある。

Ｃ０従来の技術 西暦１９１１年カメリング・オンネスにより超電導現象
が発見されていらい、実用化に向けてさまざまな研究開
発が進められている。実用化には、臨界温度（Ｔ　ｃ）
が高ければ高い程、冷却コストが安くて済むため、より
高温での超電導の可能性をめぐってその超電導材料の激
しい開発競争が展開されている。

これまでに明らかにされている超電導材料は、液体ヘリ
ウム温度（Ｔｃ約４に、−２６９℃）で冷却して使用す
るものがほとんどであり、これはヘリウムガスを液化し
た冷却剤で冷却しなければならない。ヘリウムは希少材
料で高価格であるうえ、臨界温度まで下げるための冷却
コストが非常に高くつくため、超電導材料の普及を遅ら
せる最大の原因となっている。

ごく最近、超電導材料に２いての研究開発が世界的にら
進められ、これまでの概念を破る材料が登場しつつある
。

これまで知られた超電導材料の最高のＴｃは、ニオブ３
ゲルマニウム（Ｎｂ＊Ｇｅ）の２２．３Ｋにとどまって
いたが、Ｌａ（ランタン）の一部をＢａ（バリウム）で
置換したランタン・ストロンチウム・銅酸化物（ＬａＳ
ｒ）ｔｃｕｏａによって、これまでの限界を超えた３７
にで超電導現象が始まり、３３にで電気抵抗がゼロにな
ったことが発表され、続いて今年始め同しくＬａ−８ｒ
−ＣｕＯ４系で５４Ｋを、また同物質系で８５Ｋを実現
したと発表された。更に続いて、物質名を１酸化物」と
しか明らかにされないが、ランタン・ストロンチウム・
同酸化物系と思われる新物質によってＴｃ７７Ｋを達成
したと発表されるに至った。更に近年、１００Ｋを超え
るバリウム・イブテルビウム・銅酸化物。

イツトリウム系銅酸化物の超電導材料が発見されたと発
表されるに至っている。

Ｄ８発明が解決しようとする問題点 上記のように液体ヘリウムの温度は、常圧で４．２にで
あり、ヘリウムは希少材料で且つ高価格で、加えて臨界
温度まで下げるための膨張タービンなどを必要とし、冷
却コストが極めて高くっき実用化の一つの障害となって
いた。また、７７に以上であれば液体窒素を使用でき、
液体ヘリウムの使用と比較してすべての点において有利
であり、実用化が極めて容易となるため、Ｔｃが７７に
以上の超電導材料の開発が望まれているが、その開発は
、上述の通り未だ緒についたばかりであるのが現状であ
る。

これらの点に鑑み、本発明は、７７にで超電導状態とな
る超電導体とその製造方法を提供しようとするものであ
る。

Ｅ３問題点を解決するための手段と作用液体窒素冷却で
超電導体が使用できれば、電力。

運輸、エネルギー変換等の広い分野で利用できる点に着
目し、種々の材料の配合、焼成温度等の実験を重ねた結
果、イツトリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ
）及び酸素（Ｏ）の成分からなる焼結体で、且つ焼結体
の成分のＹ−Ｂａ−Ｃｕにおいて、 Ｙが１０≦Ｙ≦６０原子％ Ｂａが２０≦Ｂａ≦５０原子％ Ｃｕが３０≦Ｃｕ≦６５原子％ の範囲であって、しかもバリウムの出発物質としてバリ
ウム炭酸化物を用いることにより、液体窒素による冷却
で抵抗ゼロの緻密でしかも特性の安定した超電導体が得
られることを見出した。

しかも、これらＹ、Ｂａ、Ｃｕ元素を各々主成分にした
イツトリウム酸化物の粉末、バリウム炭酸化物の粉末、
及び銅酸化物の粉末を混合して造粒粉を作り、これを圧
縮成形して酸化性雰囲気中で９５０℃〜１２００℃の範
囲の温度で焼結することにより、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０の
成分からなる超電導体を容易に得られることを見出した
。

なお、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕにおいて、 Ｙが１０原子％未満、６０原子％超過 Ｂａが２０原子％未満、５０原子％超過Ｃｕが３０原子
％未満、６５原子％超過の場合には、液体窒素で超電導
が生じる焼結体を得ることができなかった。

Ｆ、実施例 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。先ず、出発
原料として粒径１０μｍ以下としたイツトリウム酸化物
＜　ｙ　ｔｏ　３）の粉末、バリウム炭酸化物（ＢａＣ
Ｏ−）の粉末、銅酸化物（Ｃｕｂ）の粉末をそれぞれ２
０ｍｏ１％、３（１ｗｏ１％、５０ｍｏ１％となるよう
秤量する。

次に、これらの粉末をボールミル等で十分に混合すると
共にエチルアルコールと玉石を入れ数時間十分に混合し
、得られたスラリーを約１００℃の温度で乾燥させる。

次に、バインダーとしてポリビニルアルコールを、原料
粉末に対し１重量％となるようにポリビニルアルコール
水溶液の形で添加する。そしてアルコールを更に加え十
分混練した後、乾燥し、ふるいにて１５０メツシユ以下
の顆粒状の造粒粉を得る。

次に、この造粒粉を金型に充填した後、７００ｋｇ／ａ
ｘ”程度の圧力で圧縮成形して外径４０ｘｍ。

厚み約６Ｈの成形体を作る。

次に、この成形体を焼成器に設置し、酸化性雰囲気で、
且つ約ｌ０５０℃の温度で数時間加熱して焼結体（セラ
ミックス）を得る。

上記の製造方法により得られた焼結体を、中４３１Ｊ１
１．厚さ４５１１．長さ４０ｘｍの形状に切り出して第
１図に示すように電極を設けて４端子法により、焼結体
の抵抗を測定した。

即ち第１図は、抵抗値を測定するための説明図で、焼結
体Ｓの長手方向の両端側に電流を流すための端子ａ、　
ａ’を設け、その内側に抵抗値を測定するための電圧端
子す、　ｂ’を設ける、これを液体窒素の低温槽に入れ
、端子ａ、　ａ’　にｌアンペアの安定化電流を流して
端子す、　ｂ’間の電圧を電圧計（Ｖ、）で測定して端
子す、　ｂ’間の電圧降下によって抵抗値を測定する。

なお、Ａは電流計を示す。

第２図は、その測定結果を示すもので、絶対温度約９３
にで超電導現象が始まり、約８９Ｋに至って電気抵抗が
ゼロになることが確認された。

他の組成比についても同様な実験を行なったので、前述
の例を含めて記載する。

但し、表の実施例１が上述したものを示す。

なお、Ｙ、０．が５ｍｏ１％未満、３０ｓｏ１％超過Ｂ
ａＣＯ３が２０ｎｏ１％未満、５０ｍｏ１％超過 ＣｕＯが３０ｍｏ１％未満、６５ｍｏ１％超過では、超
電導を生じる焼結体を得ることができなかった。

要は、出発物質換算でイツトリウム酸化物（Ｙ、Ｏｌ）
が５〜３０１１ｏ１％、バリウム炭酸化物（ＢａＣＯ８
）が２０〜５０ｍｏ１％、銅酸化物（Ｃｕｂ）が３０〜
６５ｍｏ１％であれば液体窒素で抵抗ゼロとなることが
判った。

すなわち、焼結体を構成する成分のＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０
における、Ｙ−Ｂａ　−Ｃｕにおいて、Ｙが１０〜６０
原子％、Ｂａが２０〜５０原子％。

Ｃｕが３０〜６５原子％であれば超電導体が得られるこ
とが判った。

更に、前述の実施例Ｉの組成条件のＹｔＯ３＝２０ｍｏ
１％、　ＢａＣ０，＝３０ａｏ１％、　Ｃｕ０＝　５０
ｍｏ１％のものについて、焼結温度を変えて調べた結果
、９５０℃〜１２００℃の温度において焼結すれば所望
の超電導体を得ることができた。

しかし、温度が９５０℃未満、１２００℃超過では所望
の超電導現象を生ずる焼結体を得ることができなかった
。

Ｇ８発明の効果 以上のように本発明による超電導体は、液体窒素温度（
７７Ｋ）において完全に超電導状態となる。

現在明らかにされている超電導体は、ヘリウムガスを液
化した冷却剤で冷却しなければならず、液体ヘリウムの
温度は４．２にで、しかも希少材料で高価であり、且つ
液化コストも高いため、超電導材料の実用化の壁となっ
ていた。

しかし、液体窒素はどこででも、しかも安く入手でき、
従来の実用化の壁は完全に取り除かれ、特に電力、運輸
等に関連した電気抵抗、及び精密計測素子、その他エネ
ルギー変換などの分野に利用可能となる等極めて優れた
効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の焼結体の抵抗値測定の方法を説明する
ための説明図、第２図は本発明の焼結体の絶対温度（Ｋ
）に対する抵抗値（１０−３Ωｃｍ）の特性曲線図を示
す。 ａ、　ａ’　・・・電流供給用端子、ｂ、　ｂ’・・・
電圧測定端子、Ｓ・・・焼結体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イットリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃ
   ｕ）及び酸素（Ｏ）の成分から成る焼結体で、該焼結体
   の主要部を形成するＹ−Ｂａ−Ｃｕにおける成分が イットリウム（Ｙ）を１０≦Ｙ≦６０原子％バリウム（
   Ｂａ）を２０≦Ｂａ≦５０原子％銅（Ｃｕ）を３０≦Ｃ
   ｕ≦６５原子％ とし、且つバリウムの出発物質としてバリウム炭酸化物
   を用いたことを特徴とした超電導体。
2. （２）イットリウム酸化物、バリウム炭酸化物、銅酸化
   物の粉末を混合すると供に圧縮成形した後、酸化雰囲気
   中で９５０℃〜１２００℃の範囲の温度で焼成してイッ
   トリウム（Ｙ）−バリウム（Ｂａ）−銅（Ｃｕ）−酸素
   （Ｏ）から成る焼結体を得、該焼結体の主要部を形成す
   るＹ−Ｂａ−Ｃｕにおける成分が、 イットリウム（Ｙ）を１０≦Ｙ≦６０原子％バリウム（
   Ｂａ）を２０≦Ｂａ≦５０原子％銅（Ｃｕ）を３０≦Ｃ
   ｕ≦６５原子％ であることを特徴とした超電導体の製造方法。