JPH01108172A - 超伝導材の製造方法 - 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】 ［産！、１−の利用分野Ｊ 本発明は超伝導材の製造方法に関し、さらに詳しくは、
特に超伝導物質の板材たとえばシート。

テープなどの製造に道を開く超伝導材の製造方法に関す
る。

［従来の技術およびその問題点］ 近年、超伝導物質はそのマイスナー効果、臨界温度に達
すると抵抗が０になること、およびジョセフソン効果に
よって、注目され、その１ｉ的生産方法およびその用途
の開発が行なわれている。

特に、工Ｘ的用途に使用することができる超伝導物質と
して、臨界温度が高く、加工の容易な超伝導物質が探索
されていると共に、セラミックス系超伝導物質について
は、その加工性の容易な物質、あるいはその成形加工方
法の開発が日夜研究されている。

現状においては、超伝導物質を簡単な形状の成形体にし
、これを焼結する技術が模索されていると言っても過言
ではない。

超伝導物質が産業界で広範に使用されるようになるため
には、単に超伝導材が成形回部であると言うだけでは足
らず、その接合、切削、薄膜化などの加工技術が開発さ
れねばならない、特に、超伝導物質の板材が開発される
と、電気分野での広範囲な利用が期待される。

しかるに、たとえば超伝導性物質を用いた板材を製造す
る技術に未だ１−分なものが見当たらない。

ところで、近縁の技術にセラミックスと金属との接合技
術がある。

そこで、この接合技術を応用して、超伝導膜の板材を製
造することが考えられる。

しかしながら、前記接合技術には、接合面を互いに鏡面
に近づく程の表面精度が要求されると共に、接合１ｍ　
１ｉｆｔに金属インサートが必要であるなどの繁雑な問
題点を抱えている。

したがって、前記接合技術とをそのまま超伝導物質の板
材製造技術に応用することはできない。

この発明は前記ｊｌＧ情にノ＾いてなされたものである
。

未発ＩＪＩの目的は、超伝導能を右する物質の板材とす
ることかでさる超伝導材の製造方法を提供することであ
る。

［前記目的を達成するための手段］ 前記目的を達成するためにこの発明者が研究したところ
、金属表面とセラミックス表面との一般的な接合におい
ては表面精度の高い接合面を高圧で押圧するのが一般常
識であったところ、ｆｆｉ＜ことには、特定の物質の成
形体表面と金属表面またはセラミックス表面とをわずか
の加圧状態で加熱することによって、超伝導材を形成す
ることができることを見出してこの発明に到達した。

すなわち、本発明の構成は、加圧および加熱下に、超伝
導膜を有する物質の成形体表面と金属表面またはセラミ
ックス表面とを接合することを特徴とする超伝導材の製
造方法である。

前記超伝導能を有する物質とは、第１図に示すように、
対象となる物質の粉末から形成した芯材をコイル中に挿
入したときのインダクタンスＬを示す第１式において、 Ｌ＝Ｋ　（ＩＬｗａ２　）　Ｎ／ｌ　　　　（１）（た
だし、前記第１式において、Ｋは定数であり、終は透磁
率であり、ａはコイルの半径であり、Ｎはコイルの巻き
数であり、！ｌはコイルの長さである。） ａが４ｍｍであり、Ｎが５０であり、愛が１０ｍ−であ
るときのインダクタンスＬの低下（芯材を挿入しないと
きに比較して）がＩＪＬＨ以−Ｌとなるような性質を有
する物質である。

Ｉγｉ記超伝導俺を有する物質としては、たとえば鋼含
有酸化物が挙げられ、具体的には、イツトリウム系酸化
物、ストロンチウム系酸化物、ユーロピウム系酸化物、
ランタン系酸化物などが挙げられる。

いずれの酸化物がこの発ＩＪＪに好適であるかは実験に
より適宜に決定することができるのであるが、イツトリ
ウム系酸化物が好適な酸化物の一つである。

超伝導膜を有する前記イツトリウム系酸化物は、通常、
　Ｙ　Ｂａ２ＣｕｚＯ７−Ｘとして表わされる（ただし
、又は７−Ｘが６．５〜６．８の範囲となるような数で
ある。）のであるが、前記式中においてＢａの全部また
は一部がストロンチウムなどの原子で置換されていても
良い。

超伝導能を有する前記イツトリウム系酸化物は、酸化イ
ツトリウムと炭酸バリウムと酸化銅とをＹ：Ｂａ：Ｃｕ
　　（原子比Ａ）＝ｌ：２：３の割合で混合し、焼成す
ることにより得ることができる。

なお、面形酸化イツトリウムと炭酸バリウムと酸化銅と
の混合物を焼成する場合、各成分の平均粒径を０．７〜
ＩＢｍの粒度に調製しておくのが好ましい。

前記焼成としては、前記原料を前記組成式における組成
比となるような比率で配合し、その後、たとえば９００
〜９７０℃の範囲内の温度で１時間〜１０時間かけて加
熱処理をし、この加熱処理を２〜４回鰻り返すのが望ま
しい。

加熱処理の際の温度が９００℃未満であると、超伝導能
を有するイツトリウム系酸化物を得ることができないこ
とがあり、また前記温度が９７０℃を超えると結晶構造
が変化して超伝導能を有するイツトリウム系酸化物を得
ることができないことがある。

この発明においては超伝導能を有する物質の成形体の表
面と金ビ表面またはセラミック表面とを接合する。

ここで、＋Ｗｊ記成形成形体ては、前記超伝導能を有す
る物質を特に板状たとえばシート状、フィルム状に成形
した焼結体もしくは未焼結体を使用することができる。

超伝導能を有する物質の焼結体は、ａ伝導能を有する物
質を特に板状に成形してからこれを焼結することにより
得ることができる。

焼結方法としては、たとえば、常温焼結、加圧焼結、高
温等方加圧焼結などの方法を採用することができる。

超伝導能を有する物質の未焼結体は、超伝導能を有する
物質を特に板状に成形して得ることかでさる。

その成形法としては、たとえば、圧延法、金型プレス成
形法、ラバープレス成形法、射出成形法、押出し成形法
、ホットプレス法などを採用することができる。

一方、前記金屈としては、ニッケル、コバルト、鉄など
のニッケル系金属およびステンレスなどの合金、ならび
に銅などの銅系金属を使用することができる。

前記セラミックスとしては、ジルコニアおよびアルミナ
などの酸化物系セラミックス、ならびに炭化ケイ素およ
び窒化ケイ素などの非酸化物系セラミックスを使用する
ことができる。

この発明において、板材としての超伝導材を形成するの
であれば、前記金属およびセラミックスはシート状ある
いはテープ状であるのが良い。

接合に際し、前記成形体、金属、セラミックスは、その
表面精度に特に制約がなく、たとえ表面精度が３４ｍ程
度であっても、この発明により良好に接合することがで
きる。この’ｌＧ実は、従来、金属とセラミックスとの
接合において、それぞれの接合面をｌｐｍ以下としなけ
ればならなかったことに比べると尼〈べきことである。

この発明の方法においては、接合に際し、接合面間に、
成形体を形成したのと同じ超伝導能を右する物質の粉末
、または成形体を形成したのと同じ超伝導能を有する物
質のペーストを存在させると、良好な接合結果を得るこ
とができる。

また、超伝導能を有する物質が銅含有酸化物である場合
、　Ｊ１ｉ合面間に酸化第二銅の粉末または酸化第二銅
のペーストを存在させると、良好な接合結果を得ること
ができる。これは、接合時の加熱に際して生じる銅およ
び／または酸素の欠損を酸化第二銅が補うからであろう
と推定される。

この酸化第二銅は、何の前処理を施さない所謂グリーン
パウダーであっても良く、また、前処理としての加熱処
理をした酸化第二銅であっても良い、もっとも、好まし
いのは、加熱処理してなる酸化第二銅である。この加熱
処理の条件として、加熱温度は９００〜９７０℃が好ま
しく、加熱時間は１〜１０時間であり、加８雰囲気につ
いては特に制限がないが酸化性雰囲気であるのが好まし
い。

前記酸化第二銅の平均粒度としては、超伝導能を有する
物質の原料の平均粒度とほぼ同等のモ均粒径を有してい
るのが好ましいが、多くの場合、１０μｍ以下であって
も良く、９Ｊましくは数ｇｍ以下である。

接合面間に介在させる酸化第二銅の−１としては、酸化
第二銅の平均粒径にもよるが、接合学位面積（■膳？）
ちり（０，０１〜０．１　）　Ｘｌ０−２ｇ、好ましく
は（０，０３〜０．０６）　Ｘ１０１ｇである。

超伝導能を有する物質がイツトリウム系酸化物である場
合、前記酸化第二銅の代りに、ＹＢａ２ＣＬＩ３０７−
Ｘ　　（ただし、Ｘは前記と同じ意味を表わす、）で表
わされる銅含有縫過多のイツトリウム系酸化物を介在さ
せても良い。

前記ペーストは、加熱により揮散する溶剤で面形酸化第
二銅あるいは超伝導能を有する物質などの粉末を練った
ものである。

この発明では、接合面を加圧、加熱する。

接合圧としては、少なくとも０．１ｋｇ／■層２であれ
ば良く、より好ましくは０．３　ｋｇ／ｓ＋ｍ２以上で
ある。

従来の金属とセラミックスとの接合においては、少なく
とも１　ｋｇ／■■２の圧力を要したのであるから、接
合圧においても本発明の優れた利点を認めることができ
る。

加熱温度および加圧時間としては、前記成形体が未焼結
の成形体である場合、その成形体と金属またはセラミッ
クスとを接合する場合、通常、９００〜９７０℃で５時
間以上、好ましくは９３０〜９５０℃で５時間以上であ
る。なお、このとき、前記温度での加圧時間の経過後に
、酸素含有雰囲気下で３５０〜５００℃で８時間程度の
後処理をしておくのが好ましい、また、前記成形体が焼
結体である場合、その成形体と金属またはセラミックス
との接合にあっては、加熱温度および加圧時間としては
１通常、　７００〜１．０００℃で１０分以上、好まし
くは１時間程度である。

加圧、加熱め際の雰囲気としては、特に制限がなく、大
気中、不活性ガス雰囲気中のいずれであっても良いので
ある。

加圧、加熱の際の雰囲気圧としては、特に制限がなく、
減圧、常圧、加圧のいずれであっても良い。

接合に際して、前記成形体の接合表面と金属の接合表面
またはセラミックスの接合表面とは、ｌ：ｌの同一面積
でなくても良い。

たとえば、：５２図に示すように、大面積を有する金属
ｌの表面に小接合面積の前記板材２を重ねて接合しても
よい、このような手法によると、小接合面積を有する複
数の油温板材２を大面積の金属ｌの表面に並べて超伝導
材の大面積板材を製造することができる。

また、第３図に示すように、長尺のテープ状なの金属３
あるいはセラミックスの表面に短いテープ状の超伝導物
質の板材４を一列に並べ接合すると、超伝導材を製造す
ることができる。

なお、超伝導能を有する前記板を並べる場合。

前記板材の端面同士を、加圧加熱して接合することによ
り大面積の超伝導材を形成することができる。

このときの接合条件は、前記板材の端面に酸化第二銅あ
るいは超伝導能を有する粉末またはペーストを含ませて
おくことのが良い。

以Ｅ詳述したこの発明の方法に従って、超伝導能を有す
る物質の成形体と金属またはセラミックスとを接合する
ことにより、長尺の板材たとえばシート、テープ竿を得
ることができる。

この版材たとえばシート、テープ等は、複雑形状の各種
部材の製造、電子機器おける回路の製造を実現すること
ができる。

［実施例］ 次に本発明の実施例および比較例を示して本発明をさら
に具体的に説明する。

（実施例１） モ均粒ＰＦ−Ｉ　ＪＬ　ｍの酸化第一銅、モ均粒径０．
７終ｍの酸化イツトリウムおよびモ均粒径０．７ｇｍの
炭酸バリウムとをＹ：Ｂａ：Ｃｕ　　（原子比Ａ）＝１
：２：３の；１合で混合した。この混合物を９５０℃で
８時間かけて加熱する高温熱処理を２回行なった。

高温熱処理後の混合物を細長のガラス容器に詰めてこれ
を芯材とし、第１図に示すコイル装置により、芯材を入
れないときと入れたときとのインダクタンスの変化を調
べたところ、３．２　、Ｈのインダクタンス低下があっ
た。

すなわち、熱処理後のこの素材は超伝導能を有する。

この超伝導能を有する前記素材を静水圧プレス成形して
厚み２謬層の板状体を製造した。

一方、９５０℃で８時間の高温処理を行ない、かつｔ均
粒径が３２〜５３＃Ｌｍとなるように分級して酸化第二
銅の焼成粉末を得た。

次いで、前記板状体の表面と銅板表面との間に０．３５
Ｘ　１０−７ｇの前記酸化第二銅の焼成粉末を介在させ
て前記板状体と銅板とを重ねた。

高周波誘導加熱方式の拡散接合炉巾で、重犯板材と前記
銅板とを重ね合せたものを、板の表面に対して０．５　
ｋｇ／ｃｍ２の圧力を付与し、そのままの状態で８時間
の間１（１’丁ｏｒｒ以下の真空雰囲気下にて９５０℃
に加熱し続けた。

その結果、超伝導能を有する板材と銅板とが接合した接
合積層体を得た。

前記接合積層体の接合強力は、インストロン試験機にて
測定したところ、前記板状体の強力とほぼ同じであった
。

また、第１図に示すコイル装置によりＩＮｉＮｉ合接合
板状体れた場合と入れない場合とのインダクタンスの変
化を調べたところ、　２．９　ＪＬＨのインダクタンス
低下が観測された。接合前の円筒体の前記と同様のイン
ダクタンスの変化は３．４１ＬＨである。

［発明の効果］ 本発明によると、超伝導能を有する物質の成形体と金属
またはセラミックスとを接合して、たとえば板状の超伝
導物質を有するシート、テープなどの板材等を製造する
ことができる。

本発明は、Ｊｔｃ合面の表面精度および接合圧について
特に制限が少ないので簡便な手順の製膜方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図はインダクタンスを測定するコイル装置の説明図
、第２図および第３図はこの発明の実施例を示す説明図
である。 １・・・金属、２拳・・板材、３・・・テープ状金属、
４・会・板材。 特許出願人　　　口機装株式会社 第１図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）加圧および加熱下に、超伝導能を有する物質の成
   形体表面と金属表面またはセラミックス表面とを接合す
   ることを特徴とする超伝導材の製造方法。
2. （２）前記超伝導能を有する物質が銅含有物質である前
   記特許請求の範囲第１項に記載の超伝導材の製造方法。
3. （３）前記超伝導能を有する物質がイットリウム系酸化
   物である前記特許請求の範囲第１項に記載の超伝導材の
   製造方法。
4. （４）前記超伝導能を有する物質が、酸化イットリウム
   、炭酸バリウムおよび酸化銅をＹ：Ｂａ：Ｃｕ（原子比
   Ａ）：１：２：３の割合で配合した混合物を熱処理して
   なるイットリウム系酸化物である前記特許請求の範囲第
   １項に記載の超伝導材の製造方法。
5. （５）Ｂ伝導能を有する物質の成形体表面と金属表面ま
   たはセラミックス表面とを、前記超伝導能を有する物質
   の粉末または前記超伝導能を有する物質のペーストを介
   して、接触させる前記特許請求の範囲第１項〜第４項の
   いずれかに記載の超伝導材の製造方法。
6. （６）前記超伝導能を有する物質の成形体表面と金属表
   面またはセラミックス表面とを、酸化第二銅の粉末また
   は酸化第二銅のペーストを介して、接触させる前記特許
   請求の範囲第２項〜第４項のいずれかに記載の超伝導材
   の製造方法。
7. （７）前記酸化第二銅が加熱処理されたものである前記
   特許請求の範囲第６項に記載の超伝導材のの製造方法。