JPH01192760A - Ag↓2O↓2含有酸化物超電導体とその製造方法 - Google Patents

Ag↓2O↓2含有酸化物超電導体とその製造方法

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JPH01192760A
JPH01192760A JP63015821A JP1582188A JPH01192760A JP H01192760 A JPH01192760 A JP H01192760A JP 63015821 A JP63015821 A JP 63015821A JP 1582188 A JP1582188 A JP 1582188A JP H01192760 A JPH01192760 A JP H01192760A
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JP
Japan
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powder
sintered
oxide superconductor
oxygen
sintering
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JP63015821A
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English (en)
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Eishiyuu Sugawara
英州 菅原
Hideyuki Tanaka
秀之 田中
Yoshitami Saito
斉藤 好民
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Original Assignee
Tokin Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

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Y及びLn(ランタノイド)系とBa。
Cu、Oからなる酸素欠損三重構造ペロブスカイト塑成
化物Bt導体に関し、特に加工性、焼結性が良好で、均
質なAg含有酸化物超電導体とその製造方法に関するも
のである。
[従来技術] 一般に、Y及びLn(ランタノイド)系とBa、。
Cu、Oとからなる酸化物超電導体は、酸素欠損型三重
構造へロブスカイトとしで広く知られている材料である
。この材料は酸化物である為に弾性がなく、塑性変形能
がない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
それ故、従来の超電導体材料は、線材加工等の圧延、線
引、引き抜き、押し出しがなされても、結晶自体に塑性
変形能がないため、結晶粒界での接着及び融着が起こり
にくい状態にある。しかも、結晶粒界の表面は酸素の出
入りが容易で簡単に酸素など元素の拡散が進みやすいと
いう特徴を有している。その為、多結晶体の場合、結晶
粒界は不純物及びLn (Y)、Bat Cu* 0y
−y等の化学量論組成から外れた元素が集まる等、拡散
が活発におこなわれている。また、□酸化物は呼吸して
いるかのごとくに温度の上昇、下降に伴って、酸素の吸
収、放出が行なわれている。その結果、酸素含有量が低
下してくると、Tc(臨界温度)の低下、結晶梢滝の変
化が生じるという間層があった。
それ故、酸化物を多量に供給することが良質の超電導体
を製造する為の条件である。そこで酸素量を多量に供給
するシステムが特に線材について検討されてきている。
そこで、本発明の技術的課題は、上記欠点に鑑み、酸化
物への酸素供給をコントロールし、かつ、塑性変形能を
付与した、加工性、焼結性が良好で、かつ、焼結体が均
質な空孔のない酸化物超電導体及びその製造方法を提供
することである。
[発明の概要] Ln (Y)BaCuO系酸化物超電導体は酸化物を構
成する酸素のコントロールが非常に重要である。酸素含
有量は超電導体の結晶構造、及び超電動特性(Tc、x
)をほぼ決定する。その為、線材に加工した場合には酸
素量が低下するとか、酸化物特有の性質として塑性変形
能がない為に、−マイクロクラックが発生し、Jc(臨
界電流密度)が低下するなどの問題がある。
そこで、本発明ではAg2Oi(過酸化銀)の粉末を添
加することで酸素含有量のコントロール、及び供給を計
った。
Agの添加効果はJapanese Journal 
ofapplied physics vol、26 
No、5 Hay 1987 PPL832〜833で
説明されておりCuOとAg2Oとの置換効果によりT
c付近で電気抵抗の消失が急峻となり、さらにAgをC
uと50%置換しても、Tcに大幅な変化がないことが
報告されている。
本発明はA g 202を加えることを特徴とする。
つまり、これらLn (Y)BaCuO系の焼結温度を
950℃以上に昇温すると、一部溶融がはじまる。この
一部溶融の起きたサンプルは酸素を放出して酸素欠損が
進み、結晶構造が斜方晶から正方晶へと変態する。その
際、酸素は酸化物外である酸化物と、シース材の間に拡
散して出てゆくのが常である。そこで本発明では前にも
記載した様にA g 202を加えることでAgi o
2の酸素を放出して、空間を酸素過剰とし、酸素元素の
酸素物外への放出を防ぎ、又溶融時は酸素を吸着させ、
凝固時に酸素を放出させるようにしたものである。
ここでAgの一般的性質について説明する。
銀は一般的には硫化物として産出し、輝銀鉱(Ag□S
)、濃紅銀鉱(3Ag*S。
AgtSs)、脆銀鉱(5Ag2S−3bi Si )
などが知られている。また相当量の銀が銅、亜鉛の金属
精製に際し、副産物として得られている。
又、銀は銀白色の光沢のある金属で、その溶融状態で多
量の酸素(O□20.28 ml/ 1 ml  A 
g at973℃)を吸蔵し、凝固時に吸蔵酸素を放出
し、5hittina (飛びはね)現象を引き起こす
、電気、及び熱伝導性は金属中で最大、展延性は金につ
いで大きい。
化学的には水および酸素に対して安定であるが、オゾン
により黒色の過酸化銀を生成する。N2゜N2.Cとは
高温でも反応しないが、Aロゲン及びイオウとは容易に
反応する。塩酸のような非酸化性酸には侵されないが、
硝酸には溶け、熱硫酸にもよく溶ける。
以上の様な性質の為、Ag及び酸化銀、過酸化銀は比較
的安定であり、Ag、202を酸化物超電導体と一緒に
添加することで、酸素の吸着、放出をコントロールでき
、Ln (Y)BaCuOに十分な酸素量を供給するこ
とが可能である。
さらにAg2O2粉末は焼結体の粉砕粉末を微細にする
ことで、容易に均質に混しりあう、この様なAg202
とYBaCuO混合粉末とをプレス成形し、焼結すると
、Ag2o2と YBaCuO粉末とが相互拡散を起し、焼結密度の向上
が奸られ、結晶粒の拡大及び結晶構造の均一化が計られ
る。
さらに、又、Ag2o2粉末とYBaCuO混合粉末と
Ag及びAg合金などのシース材に封入して圧延又は線
引きなどの塑性加工を施こすと、AgxO2が入ってい
ないものに比較して焼結性が向上し、より均質な酸化物
が作製できる様になる。
以上の効果の理由としては、次の様に説明できる。
酸素中で焼結を行ったLn (Y)BaCuO粉末は一
般に十分に酸素を吸蔵している。このLn (Y)Ba
CuO粉末の特徴として室温から昇温すると550℃以
上で酸素を放出するという性質があり、900〜950
℃から冷却すると550℃位まで酸素を吸収するという
性質がある。又、Ag202の性質としては室温におい
て、オゾン酸化させることで作製するで過飽和の状態で
酸素と結合している。そこで、これら Ln (Y)BaCuO粉末とAgxotとを混合させ
、プレス成形、及びシース材に封入して加熱するとAg
202は酸素を放出し、又溶融を始める。溶融したAg
は酸素を多量に吸蔵することができる。その際、YBa
CuOから放出された酸素を吸蔵して溶融Ag内に内蔵
する。又、この溶融Agは周りのLn (Y)BaCu
Oと反応してLn (Y)BaCuAgO含CuAg、
酸素を多量に含有する。凝固時には溶融Agは酸素を放
出するが、放出された酸素は Ln (Y)BaCuAgO系が冷却とともに酸素を吸
着する。
さらに、Agシース材を通して拡散して入ってくる酸素
はLn (Y)BaCuAgO系へ供給されることとな
り、化学量論比率 ’W’+ Ba2 (Cu、Ag)s Oa、*から酸
素が解離することによって生ずる異相の発生がなく、良
好な超電導特性(Tc、x)を示し、さらに焼結性が良
くなるので、Jcの向上も計ることができ、A g x
 O2添加の効果は非常に大きい。
勿論、バルク材の場合にはも、Ag202から解離した
Agがあるので多孔質とならず、焼結密度が向上し、そ
の結果容易にクラックが入りにくくなり、加工性が向上
してる。
以上の様に、本発明ではAFK202をLn (Y)B
aCuO系の酸化物超電導体に混合することでLn (
Y)BaCuO粉末の焼結性の改善、及びバルク焼結体
の均質化による加工性の改善が計られた。さらに、Ag
202の添加により酸素元素を十分にLn (Y)Ba
CuOに供給できるので結晶構造の安定化による良好な
超電導特性(Tc、x)及びJcを示し、酸化物超電導
体の応用に際し、非常に有益な方法である。
即ち、本発明は、Ln (Y)BaCuO系酸化物にA
glow(過酸化銀)を加えることにより酸化物の酸素
供給源とし、かつ、Ag*02から遊離した純AgがL
n (Y)BaC’uO内に拡散置換固溶し、酸化物超
電導体の加工性、焼結性が良好で、かつ、焼結体が均質
な空孔のない酸化物超電導体となる様にしたものである
その製造方法としては、Ln (Y)BaCuO系焼結
済み粉末に不安定な過酸化銀を混合拡販し、粉砕する0
作製した粉末は焼結及びシース材につめ込んで焼結され
、昇温に伴い、Agz O2からの酸素の遊離がうなが
され、 Ln (Y)BaCuOへ酸素が供給される。さらに遊
離したAg元素をマトリックス内に拡散させることで、
加工性、焼結性の改善、均質な構造を有し、良好な超電
導特性を付与している。
[課題を解決するための手段] 本発明によれば、L−B−Cu−0酸化物結晶粒(ここ
で、LはYを含むランタノイド系元素、BはBa、Sr
及びCaからなるグループから選択された少なくとも一
種以上の元素を表す、)と、Agt02を出発原料とす
るAg固溶体を含有し、該Ag固溶体は前記酸化物結晶
粒の少なくとも粒界近傍に配置されていることを特徴と
するAgx Ox含有酸化物超電導体が得られる。
更に、本発明によれば、L−B−Cu−0酸化物結晶粒
(ここで、LはYを含むランタノイド系元素、BはBa
、Sr及びCaからなるグループから選択された少なく
とも一種以上の元素を表す)を生成するための出発原料
粉末を粉砕する第1の粉砕工程と、該粉砕された出発原
料粉末を仮焼して仮焼粉末を生成する仮焼工程と、該仮
焼粉末を粉砕して、プレス用粉末を生成する第2の粉砕
工程と、該プレス用粉末をプレス成形してプレス体を生
成するプレス工程と、該プレス体を酸素雰囲気内で焼結
して第1の焼結体を生成する第1の焼結工程と、該第1
の焼結体を粉砕する第3の粉砕工程と、該粉砕された第
1の焼結体粉末に、Ag2o2粉末を添加する添加工程
と、該Ag2Ot粉末を添加した第1の焼結体粉末を、
シース材に充填後成形加工を施す成形工程と、該成形体
を酸素雰囲気内で焼結して、第2の焼結体を生成する第
2の焼結工程と、該第2の焼結体を徐冷する徐冷工程と
を有することを特徴とするAgi o2含有酸化物超電
導体の製造方法が得られる。
[実施例] 次に、本発明に係るA g * 02含有酸化物超電導
体の実施例について説明する。
第1図はYBaCuO系にAgx Ot粉末を添加した
酸化物超電導体の作製工程である。まず、Y20s 、
 B aCOs 、 Cu Oなどの粉末原料を準備し
■、乳鉢及び他の方法で微細に粉砕する■。
その後、空気中で900℃X5hrの仮焼を行ない■、
焼き上った粉末を再度粉砕する■、その後焼結のし易い
形状に成形して■、900〜1000℃x 10hr(
酸素中)で焼結する■、その後、炉冷(50〜b する。その後、その焼結体を再度微細に粉砕し10μを
以下とする■、この粉砕粉末に、A g * Ox(過
酸化銀)粉末を原子比で、x=0.01〜0.7、(Y
+ Bat  (Cut−x Agx )s 07−y
 )に加え、均等に拡販混合して十分にすり合せる■、
その後、シース材に充填し加工成形■後、950〜10
5G’Cx 10hr (酸素中)で一部溶融の焼結を
施こし■、炉冷する11.その際、加熱の過程でAg2
02は酸素を放出するが、シース材中において回りが密
封されており、さらに酸素との反応が起りにくい材料を
用いるのが一般的なので、シース材中で酸素過飽和の状
態になる。これら過飽和酸素は950〜1050℃で一
部溶融する銀に吸収される。又、この銀は酸化物から発
生離脱する酸素をも多量に吸蔵しうる。それ故、酸化物
中への銀の拡散、及び粒弄べ拡散した銀が酸素を保有し
ているので冷却の際の酸化物内への酸素の拡散に際して
酸素供給源として働き、十分なる酸素を供給することが
できる0以上の様な工程で作製したすンプルはTc、x
、ρ、組織、及び組成の分析等各11111I定に供さ
れた0組成比は原子比でY 20 s 。
BaCo5 、Cub、Agt ofの粉末原料を使用
してY: Ba : (Cu十Ag)=1 : 2 : 3の比率
がTc−90°に付近を示す代表的な組成である。
第2図(a)(b)に、上記組成比のYBaCuO系の
破断面構造写真を示した。このサンダルは、900℃で
焼結したY+ Baz Cus 07−Fであり、代表
的な酸化物超電導体の組織を表わしている。
この写真からも解る様にYBaCuOの組織は数μmの
結晶粒からなっており、結晶粒間には空間が見られる。
この為、超電動特性はTc、xは単結晶と比較しても大
きな違いはないが、Lcは結晶粒界の為、103分の1
と非常に小さい、又化学的安定性も多孔性であり結晶粒
界に不純物及び化学量論比からずれた元素が集積しやす
く、拡散が不十分で変質しやすい組成及び結晶構造とな
っている。
本発明で作製したサンプルはAg2Oを粉末の添加効果
により焼結性、及び超電動特性Tc、xが改善され、多
孔質でなく緻密な組織となっている。
第3図に、電気抵抗の温度変化の代表的な例を示した0
組成は Y+ Bat  (Cua、a Ago、2)s 0t
−yである。
縦軸の電気抵抗は4端子法で測定され、その測定条件は
電流値が100nAで電圧測定の分解能は1×10−’
Vである。試料温度は81半導体温度計を用いて測温さ
れた。サンプルは初め液体窒素に漬けることで77°に
が測定され、その後自然昇温により第3図に示した通り
約99°に付近で電気抵抗がゼロとなっており超電導体
であることを示している。又、電気抵抗は99°に以上
の温度域では温度の上昇と共に直線的に上昇して金属的
電気電導体の温度変化の性質を示している。
第4図はY B a Cu A g O系のTc(臨界
温度)付近の電気抵抗の温度変化の一例である0本発明
のTcの定義はTc O(onset TC:抵抗の9
0%)、Tcm (lid pornt Tc :抵抗
の50%)、Tce(end point Tc :抵
抗の90%)としている。
第5図は第4図で定義したTco、Tcm。
T c eについてA g 20□含有量を’1’+ 
Ba2 (CuI−g Agx )i 07−yのXを
0〜0.6まで変化させた時の結果を示したものである
。このサンプルは一部溶融させたサンプルである。x=
0.4付近まではTcに大きな変化は見られないが、x
=0.6ではTcは大幅に低下している。またx=0.
1の組成ではTcoとTceの間、つまり10〜90%
の温度幅がΔT=0.9°にとX=0のΔT=4゛にに
比較して大幅に低下している。
このことはA g 20□粉末を添加することで焼結性
が向上し、酸素が十分に供給され、組成の不均質の改善
、及び構造が均一化された為である以上の様にA g 
x O2の添加により焼結性の改善、超電導特性の向上
、とくにΔT、Jcの改善に効果がある。
第6図には、 Y+ Ba2(Cul−x Agt )s 07−Fの
Jcの測定結果を示した。A g 202を添加するに
つれてJcが大幅に向上しているのがわかる。JcはA
g202の含有量、x=0.4まで上昇するがX=0.
5で急激に減少している。これは第5図のTcの低下の
為である。勿論、x=0.6ではTcは77°に以下と
なりJcは測定できない。
以上より、Ag202の含有量がふえる程、Jcの向上
が確認された。もちろんYをLn(ランタノイド系)の
La、Ce、Pr、Nd、Pm。
Sm、Eu、Gd、Td、Dy、Ho、Er。
Tm、Yb、Lu、又BaをSr、Caなどに置換して
も同一の効果があることは云うまでもない。
以上の結果から、本特許のAgi 02粉末を添加する
際の組成範囲としてx=0.01〜0.7に限定した。
Agt0.2がx<0.01ではJcの向上、及び加工
性の改善に効果がない、又Ag2o2がX〉0.7以上
では超電導を示さなくなるので範囲を限定した。
勿論、常温付近にTcを有する常温超電導体にも適用し
うろことは明白である。
[発明の効果] 以上、述べてきた様に、本発明によればLn(Y)Ba
t   (Cut−xAgt)sow−yのAg20t
の含有量をx=o、01〜0.7まで添加することで、
焼結密度の向上、Tcの安定化、ΔTの低下、Jcの向
上、結晶構造の均一化、組成の均質化ができた0本発明
によりJcの高い、又加工性の良い酸化物超電導体を作
製することが可能となり線材への応用が可能となった。
4、発明の詳細な説明 第1図はY  Ba  Cu  O+Ag*O*粉末3
図はY+ B at  (Cu o、a Ago、* 
) s 0y−yの電気抵抗の温度変化相関図、第4図
はYHBa2 (Cuo、t Ago、s )v O?
−yの電気抵抗の温度変化相関図、第5図は Y+  Bai   (Cu  l−K  Agg  
)  s  07−F  のT c  o  。
Tcm、TceのA g 202含有量依存性相関図、
第6図はY+ Bat  (Cu l−K Agg )
 s 07−Fの77°にでの線材の臨界温度Jc(A
/aJ)相関図である。
第4図 第5図 Ag(x)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.L−B−Cu−O酸化物結晶粒(ここで、LはYを
    含むランタノイド系元素、BはBa,Sr及びCaから
    なるグループから選択された少なくとも一種以上の元素
    を表す。)と、 Ag_2O_2を出発原料とするAg固溶体を含有し、
    該Ag固溶体は前記酸化物結晶粒の少なくとも粒界近傍
    に配置されていることを特徴とする Ag_2O_2含有酸化物超電導体。
  2. 2.第1の請求項記載のAg_2O_2含有酸化物超電
    導体において、前記Ag_2O_2を、式、L_0_.
    _5〜_1_._5−Ba_1_._0〜_3_._0
    −(Cu_1_−_x−Ag_x)_1_._5〜_4
    _._0−O_b_a_l(ただし、x=0.01〜0
    .7である。)を実質的に満足する原子比を以て含有す
    ることを特徴とするAg_2O_2含有酸化物超電導体
  3. 3.L−B−Cu−O酸化物結晶粒(ここで、LはYを
    含むランタノイド系元素、BはBa,Sr及びCaから
    なるグループから選択された少なくとも一種以上の元素
    を表す。)を生成するための出発原料粉末を粉砕する第
    1の粉砕工程と、該粉砕された出発原料粉末を仮焼して
    仮焼粉末を生成する仮焼工程と、該仮焼粉末を粉砕して
    、プレス用粉末を生成する第2の粉砕工程と、該プレス
    用粉末をプレス成形してプレス体を生成するプレス工程
    と、該プレス体を酸素雰囲気内で焼結して第1の焼結体
    を生成する第1の焼結工程と、該第1の焼結体を粉砕す
    る第3の粉砕工程と、該粉砕された第1の焼結体粉末に
    、Ag_2O_2粉末を添加する添加工程と、該Ag_
    2O_2粉末を添加した第1の焼結体粉末を、シース材
    に充填後成形加工を施す成形工程と、該成形体を酸素雰
    囲気内で焼結して、第2の焼結体を生成する第2の焼結
    工程と、該第2の焼結体を徐冷する徐冷工程とを有する
    ことを特徴とするAg_2O_2含有酸化物超電導体の
    製造方法。
  4. 4.第3の請求項記載のAg_2O_2含有酸化物超電
    導体の製造方法において、前記添加工程におけるAg微
    粒子の添加量は、式、 L_0_._5〜_1_._5−Ba_1_._0〜_
    3_._0−(Cu_1_−_x−Ag_■)_1_.
    _5〜_4_._0−O_b_a_l(但し、x=0.
    07〜0.7である。) を満足する原子比を以て添加されることを特徴とするA
    g_2O_2酸化物超電導体の製造方法。
  5. 5.第3又は第4の請求項記載のAg_2O_2含有酸
    化物超電導体の製造方法において、前記第2の焼結工程
    は、実質的に950〜1050℃の焼結温度で、一部溶
    融焼結を施すことを特徴とする Ag_2O_2含有酸化物超電導体の製造方法。
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