JPS63298983A - 導電物質を付設した酸化物系超伝導体 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば磁気浮上列車および粒子加速器等の磁
気コイル部分や電子デバイス等に使用される酸化物系超
伝導体に関するものである。

〔背景技術及び先行技術〕

現在、超伝導体はＮｂｚＧｅ：Ｎｂ３Ｓｎに代表される
金属系超伝導体が実用化されているが、その臨界温度（
Ｔｃ）はたかだか２３．２に程度までである。

しかし乍ら、近時希土類元素、アルカリ土類元素及び酸
化銅の混合物からなる酸化物系超伝導体はその臨界温度
が金属系超伝導体と比べ著しく高いものであることが発
表（例えば東京大学工学グループの米国物理学会では９
０Ｋを達成したと発表）され、高価で極低温（４，２Ｋ
・−２６８，８℃）の液体ヘリウム中に換え、安価で比
較的高温（７７Ｋ・−１９６℃）である液体窒素（Ｌｉ
ｑ・ＮＺ）中において充分使用可能となったことから、
この酸化物系超伝導体の各種利用分野における実用化の
百度に大きな前進が見られた。これらの発表に伴い、こ
の酸化物系超伝導体の臨界温度（Ｔｃ）をさらに常温に
まで高めようとする研究がさかんに行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし乍ら、上記酸化物系超伝導体の製造においては、
酸化物粉末の粉砕・混合・焼成過程をふむため生成され
る超伝導を引き起こす結晶（以下超伝導結晶と称し、例
えば層状ペロプスカイト型構造を有する結晶等）が不安
定となり易く、焼成体全体に均一かつ密にこの結晶を生
成させることが容易でない。したがって、そのために焼
成体中の超伝導結晶を均一かつ密にするための手段を見
出すか、又は超伝導結晶を何らかの方法で連結すること
により焼成体全体を超伝導化させ、超伝導現象を安定化
させる必要がある。

一方、酸化物系超伝導体に電極を付設する必要性につい
て現在のところ報告がなされていない。

超伝導体にわざわざ高抵抗な電極を付設することは無意
味なことの様に思われるが、例えば電子デバイス等の外
部周辺回路と接続する必要がある場合、外部リードとの
接合用、電極接合用若しくはそれ自身が電極用として利
用できる導電物質を付設した超伝導体が要求される。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者は上記問題点に鑑みて鋭意研究の結果
、酸化物系超伝導体の表面に液体窒素中の低温度に有効
な物性からなる導電物質を塗付して、この超伝導体表面
に不均一に散在又は部分的に散在する超伝導結晶相互間
を前記導電物質により連結させることにより焼成体の略
全体を超伝導化させ得ること、及びこの酸化物系超伝導
体が外部周辺回路と何らかの接続を必要とする場合には
、前記導電物質が外部リードとの接続用、電極接合用若
しくはそれ自身が電極として使用することができ、外部
周辺回路と接続可能な酸化物系超伝導体が得られること
を見出した。

本発明においては酸化物系超伝導体の焼成体全体を超伝
導化して安定した超伝導現象が得られ、かつ外部周辺回
路と接続可能な導電物質を付設した酸化物系超伝導体を
提供することを目的とする。

本発明に依れば、常温以下で抵抗が零となる酸化物系超
伝導体の表面にガリウム（Ｇａ）が４０〜８５重量％と
、インジウム（Ｉｎ）が１５〜６０重量％との合金から
なる導電物質を形成したことを特徴とする導電物質を付
設した酸化物系超伝導体が提供される。

ガリウム（Ｇａ）とインジウム（Ｉｎ）との合金（以下
単にＧａ−Ｉｎ合金と称す）が液体窒素（Ｌｉｑ・Ｎ、
）等の低温度中で使用される酸化物系超伝導体に有効な
理由は、先ずガリウム（Ｇａ）とインジウム（Ｉｎ）と
を接触させるとほぼ常温（Ｇａ−Ｉｎ合金の組成比によ
り異なる約１６℃前後）において融解状の合金となる。

これに対し、従来電極や、接合導体として提供されてい
る金属として例えばロウ材、ウッドメタル及び銀ロウが
あり、これら金属の融点はロウ材が約２５０〜３００℃
、ウッドメタルが約６０℃、銀ロウが約７００℃とＧａ
−Ｉｎ合金と比べ極めて高い融点を有する。この様な金
属を高温で酸化物系超伝導体表面に溶着すると、その超
伝導体表面の溶着領域に存在する前述の超伝導結晶が溶
着時の温度により破壊され超伝導現象を不安定化させる
恐れがある。従って、Ｇａ−Ｉｎ合金はほぼ常温で酸化
物系超伝導体表面に付着させることができるので、この
超伝導体表面の結晶を破壊することなく有効に使用でき
る。

また、Ｇａ−Ｉｎ合金は酸化物である超伝導体に対し、
ファンデルワース力（金属粒子間の引力）が強く、この
超伝導体表面に対し強固な結合力で接合することができ
、その結合力は低温になればなる程強固となるものと考
えられ、液体窒素中において有効に使用できる。また、
Ｇａ−Ｚｎ合金は他の金属（金・銀・銅）と比べ酸化物
と接する界面電位差が非常に小さいので他の金属と比べ
界面の接触部分で印加電流に対し電圧の立上りが早く、
またコイル状として使用した場合一定の磁場を安定して
作ることができる。

Ｇａ−Ｉｎ合金の組成比は、ガリウム（Ｇａ）が４０重
量％未満、インジウム（Ｉｎ）が６０重量％を越えて含
有すると、インジウムが溶は難く超伝導体表面に付着し
難い。ガリウム（Ｇａ）が８５重量％を越え、インジウ
ム（Ｉｎ）が１５重量％未満で含有すると、Ｇａ−Ｉｎ
合金としては完全に溶解して粘性が極めて低くなり過ぎ
、表面張力が働くため酸化物系超伝導体表面に逆に付着
し難くなる。

〔実験例１　〕 Ｙ２Ｏ，が約１５重量％、ＢａＣ０，が約５３重量％及
びＣｕＯが約３２重量％となる混合粉末を湿式回転ボー
ルミルにより約２０時間部合し、この混合粉末をＩＣｍ
”当たり約１０００Ｋｇの圧力でプレス成形した。得ら
れた成形体を８５０〜９５０℃の温度にて空気中又は窒
素中で焼成することにより第１図に示す如き１０　Ｘ　
４．５　Ｘ　１．５ｍｍの試料片１を得た。

得られた試料片に第１表に示す組成比を有するＧａ−Ｉ
ｎ合金を常温にて塗布し、この合金が塗布された各試料
を液体窒素（ＬｉｃＩ−Ｎｚ）中に浸漬し、塗布面を針
先端で剥がしてみた。この時の付着性を評価した結果を
第１表に示す。

第１表 ＊印を付した試料番号のものは本発明の範囲外である。

第１表から理解されるように、Ｇａ／Ｉｎが重量百分率
（χ）で２０／８０及び９０／１０の組成比を有する試
料番号１及び６のものは容易に剥離したものに対し、試
料番号２〜５の本発明の試料については剥離せず試料片
表面に強固に付着していた。

第１表の結果からガリウム（Ｇａ）が４０〜８５重景％
、インジウム（Ｉｎ）が１５〜６０重量％の範囲の合金
組成比が酸化物系超伝導体に好適であることが理解され
る。好ましくはガリウム（Ｇａ）が４５〜８０重景％、
インジウム（Ｉｎ）が２０〜５５重景％である。

−〔実験例２　〕 前記実験例１と同一の試料片３を３個ずつ４組作成し、
１組目には前記実験例１の試料番号５の組成比を有する
Ｇａ−Ｉｎ合金を（常温で２乃至３組目にはロウ材、ウ
ッドメタル及び銀ロウを夫々第２図に示す如く各試料片
周囲に４つの電極として帯状に前述した温度で溶着させ
た。両側の２つの電極２．３は定電圧印加用、内側の２
つの電極４．５は測定用電極としてこれらを治具に固化
し、液体窒素へ徐々に近づけ四端子法により抵抗値（比
抵抗）を測定した。抵抗値（ρ）は−測定電極４．５間
の距離を（Ｌ）、その間の断面積（■−■線断面）を（
Ａ）試料片ｌに定電圧■を印加した時のＶ／Ｉから求め
られる抵抗（Ｒ）としたとき、抵抗値をρ＝Ａ　−Ｒ／
Ｌで求めた。

そして、前記４組の各試料が抵抗値が３個中何個が零と
なったか、又は零となった場合の臨界温度（Ｔｃ）を測
定し第２表に示す。

第２表 第２表から理解されるように、溶着温度が高いロウ材、
ウッドメタル及び銀ロウを電極材料として使用したもの
は夫々抵抗値が零となったものとならなかったものとの
バラツキがあり、また臨界温度も７９に以下であった。

これに対し、Ｇａ−Ｉｎ合金を電極材料として使用した
ものは全て臨界温度８４〜８７Ｋにおいて抵抗値が零と
なった。

第２表の結果から溶着温度の高い電極材料を酸化物系超
伝導体に付着させると、溶着時の温度の影響で超伝導体
である焼成体表面近傍に存在する超伝導結晶が破損され
るものと考えられ、安定した超伝導現象が得られず、か
つ臨界温度も低くなる傾向にあることが理解される。

〔実験例３　〕 実験例２においてＧａ−Ｉｎ合金の電極を付した試料を
液体窒素中に徐々に近づけ抵抗値が零になることを確認
したが、その時の温度降下に伴う抵抗値変化を読取り、
その温度特性曲線Ｘを第３図の温度特性図に実線で示し
た。

一方、実験例１で作成した電極を有しない酸化物系超伝
導体を第４図に示す如く、その両端に針状の金電極６．
７をスプリング８．９を介して超伝導体１の側面に押圧
し、超伝導体の底面を固定して上面に同様の針状の金電
極１０．１１をスプリング１２．１３を介して超伝導体
１上面に押圧させ測定電流を出力させるようにし、これ
らを治具に固定して液体窒素中に徐々に近づけ前記と同
様、温度降下に伴う抵抗値変化を読取り、その時の温度
特性曲線Ｙを第３図の温度特性図に点線で示した。

即ち、Ｇａ−Ｉｎ合金電極を付した場合の温度特性曲線
ｘと、針状の金電極を押付けた場合の温度特性曲線Ｙと
を比較すると特性曲線Ｘに比べ特性曲線Ｙが高温時に不
安定である。

これは、金電極先端と超伝導体との界面における電位差
がＧａ−Ｉｎ合金と比べ大きいため印加電流が不安定と
なり、そのため抵抗零の超伝導状態となった場合におい
ても安定した磁場を作ることが出来なかったからだと考
えられる。

次に、本発明の詳細な説明する。

実施例１（第５図）及び実施例２（第６図）は超伝導体
の超伝導結晶を連結する場合、実施例３（第７図）、実
施例４（第８図）および実施例５（第９図）は外部接続
用として使用する場合、実施例６（第１０図イ・口）は
外部接続用にそれ自体を電極として使用する場合に、Ｇ
ａ−Ｉｎ合金を応用した例を示す。

〔実施例１　〕 第５図では超伝導体１の表面及び裏面にＧａ−Ｉｎ合金
から成る導電物質１４．１５を塗布した。これによると
、超伝導体１表裏面において超伏４結晶がバラツク場合
にこれらを有効に連結することができる。

〔実施例２　〕 第６図では超伝導体１の表面及び裏面の他、側面にＧａ
−Ｉｎ合金から成る導電物質１６．１７を塗布した。こ
れによると、超伝導体１の表裏面及び側面において超伝
導結晶がバラツク場合にこれらを有効に連結することが
出来る。

〔実施例３　〕 第７図では回路基板１８上の配線パターン１９．２０と
スルーホール２１．２２を介して裏面の配線パターン２
３．２４とに超伝導体１を接続するためにＧａ−Ｉｎ合
金からなる導電物質２５．２６を使用した。

〔実施例４　〕 第８図では超伝導体１両端の銅電極２７．２８の接合用
として超伝導体ｌと銅電極２７．２８間にＧａ−Ｉｎ合
金から成る導電物質２９．３０を介在させた。

〔実施例５　〕 第９図では超伝導体１と外部素子３１の電極とを接合す
る場合に、Ｇａ−Ｉｎ合金からなる導電物質３２を使用
した。

〔実施例６　〕 第１０図（イ）及び該図のコイル端部の拡大断面を示す
第１０図（ロ）ではコイル状超伝導体１ａの両端に電源
Ｖから電線３３を直接Ｇａ−Ｉｎ合金からなる導電物質
３４により接続したもので、Ｇａ−Ｉｎ合金はそれ自体
で電極として使用できる。

尚、本発明は上記各実施例に示すものの他、各種用途に
応じて酸化物系超伝導体上に付設することができる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明においては常温以下で抵抗が零とな
る酸化物系超伝導体の表面に、ガリウム（Ｇａ）とイン
ジウム（Ｉｎ）との連節な組成比の合金からなる導電物
質を形成することにより、超伝導体表面に不均一に散在
又は部分的に散在する超伝導結晶の相互間をこの導電物
質により連結させることができ、安定した超伝導現象が
得られる一方、外部接続用及び電極としてこの導電物質
を使用して外部接続用超伝導体が得られると共に安定し
た接続部を有する超伝導体が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実験に使用した超伝導試料片を示す図
、第２図は測定のために電極を付設した超伝導試料片を
示す図、第３図は測定のために本発明の導電物質からな
る電極を使用した場合と金電極を使用した場合とを比較
するための温度特性図、第４図は測定方法を示す説明図
、第５図及び第６図は超伝導体の結晶を連結する場合の
実施態様例を示す説明図、第７図乃至第９図はそれぞれ
外部接続用として使用する場合の実施態様例を示す説明
図、第１０図（イ）は外部接続用としてそれ自体が電極
に使用する場合の実施態様例を示す説明図、第１０図（
ロ）はその要部拡大断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）常温以下で抵抗が零となる酸化物系超伝導体の表
   面に、ガリウム（Ｇａ）が４０〜８５重量％と、インジ
   ウム（Ｉｎ）が１５〜６０重量％との合金からなる導電
   物質を形成したことを特徴とする導電物質を付設した酸
   化物系超伝導体。