JPH01290530A - 複合酸化物系超電導材料およびその製造方法 - Google Patents

複合酸化物系超電導材料およびその製造方法

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JPH01290530A
JPH01290530A JP63117942A JP11794288A JPH01290530A JP H01290530 A JPH01290530 A JP H01290530A JP 63117942 A JP63117942 A JP 63117942A JP 11794288 A JP11794288 A JP 11794288A JP H01290530 A JPH01290530 A JP H01290530A
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JP
Japan
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composite oxide
superconducting material
critical temperature
powders
phase
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JP63117942A
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English (en)
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Yasuko Torii
靖子 鳥居
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • 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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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (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 本発明は複合酸化物系超電導材料とその製造方法に関す
る。より詳細には、本発明は、100に以上の臨界温度
を有するものと考えられているBi −3r −Ca−
Cu系複合酸化物超電導材料の高臨界温相に相当する高
い臨界温度を有する新規な複合酸化物系超電導材料とそ
れを製造する新規な方法に関する。
従来の技術 ベドノルツ(Bednorz) およびミュラー(Mu
ller)等によってLa−Ba−Cu系の極めて高い
臨界温度を有する酸化物超電導材料が発見されて以来、
より優れた電導物質の探索が続けられている。更に、B
a−Y−Cu系の超電導材料が90にという液体窒素温
度以上の臨界温度を有していることが見出され、高温超
電導材料の探索にさらに拍車がかかっている。その結果
、科学技術庁金属材料研究所の前出等によって、100
に以上で超電導現象の兆候を呈するBi −3r −C
a−Cu系の超電導材料が発見され、大きな反響を呼ん
でいる。
このBi −3r −Ca−Cu系超電導材料は、稀少
な希土類元素を含まないことから工業的に有利であるば
かりでなく、経時変化あるいは耐水性等の点でも安定で
、更に、特性の再現性にも優れており、酸化物系超電導
材料の中でも最も重要なものであると考えられている。
ところで、一般に、Bi −3r −Ca−Cu系超電
導材料では、100に以上の高い臨界温度を示す相と7
5乃至85に級の比較的低い臨界温度を示す相とが混在
していることが知られている。最近の動向によれば、無
機材質研究所(科学技術庁)等の発表で、上述の2種の
相のうち、低い臨界温度を有する相については、800
乃至850℃の熱処理温度で再現性良く単相生成するこ
とができ、この相がB12(Sr。
Ca) 、Cu、 O、なる化学量論的組成でB14T
i、012型構造を基本とする結晶構造を有することが
明らかになっている。しかしながら、100に以上の高
い臨界温度を示す相については組成並びに構造の解明お
よび単一相の生成方法は共に見出されていない。
このため、現状のBi −3r−Ca−Cu系複合酸化
物の超電導特性は低い臨界温度を示す相の特性によって
専ら規定されており、例えば、液体窒素温度での臨界電
流密度は10μA程度と、元来低い焼結体超電導材料に
おいても極端に低い値しか達成されていない。
発明が解決しようとする課題 そこで、本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し
、Bi −3r −Ca−Cu系複合酸化物超電導材料
において見出された高い臨界温度を示す新規な超電導材
料とその製造方法を提供することにある。
課題を解決するための手段 即ち、本発明に従い、 一般式: (B11−1IPtljn Srx Cay
Cu ox〔但し、m、nSx、y、zはそれぞれ0.
1 ≦rn<[]、4 0.5≦n≦1.5 0.5≦x≦1.5 0.5 ≦y≦1.5 1.0≦2≦2.5を満たす数である〕で示される組成
を有する複合酸化物を主として含むことを特徴とする複
合酸化物系超電導材料が提供される。
また、上記本発明に係る複合酸化物系超電導材料を製造
する方法として、本発明により、複合酸化物系超電導材
料を製造する方法であって、原子比(Pb+Bi)  
: Sr : Ca : Cuをn:x:y:lとした
ときに、 0.5 ≦n≦1.5 0.5 ≦x≦1.5 0.5 ≦y≦1.5 であり、且つ、原子比Bi:Pbが (1−m):m 〔但し、mは0.1≦m<Q、4を満たす数である〕 となるようにPb5Bi、 5rSCaおよびCuのそ
れぞれの単体粉末、酸化物粉末または炭酸塩粉末を混合
して得た原料粉末を、750℃〜800℃の温度範囲で
焼結処理する第1工程と、該第1工程を経た焼結体を8
10℃〜870℃の温度範囲で再焼結する第2工程とを
含むことを特徴とする複合酸化物系超電導材料の製造方
法が提供される。
作用 本発明に係る複合酸化物系超電導材料は、B11Sr、
 Ca、 Cuおよびpbを含む複合酸化物であること
をその主要な特徴としており、所謂固相反応法によって
製造すことが可能である。但し、後述するように、高い
臨界温度を示す相は本発明に係る特徴的な焼結処理によ
ってより効率良く生成される。
前述のように、Bi −3r −Ca−Cu系複合酸化
物超電導材料は、高臨界温度相と低臨界温度相との2種
の相の混合状態となっており、従来の方法で作製した焼
結体材料では低臨界温度相が支配的であった。本発明者
等が従来の方法で作製した試料をX線解析(リートベル
ト法)により調べたところでは、この複合酸化物の結晶
構造は層構造であり、1対のB1−0層の間に2層ある
いは3層のCu−0層が間挿されているものと思われる
。ここで、Cu−0層が2層の場合が低臨界温度相とな
り、Cu −0層が3層の場合が高臨界温度相となって
いるものと考えられる。
このように、B1を含む複合酸化物では、高臨界温度相
と低臨界温度相とは極めて類似した結晶構造を有してい
ることから混合相が容易に形成されるものと考えられる
が、本発明に従うpbを含む複合酸化物では、高臨界温
度相の割合が増加していることが直流5QUID帯磁率
測定とTEM観察によって確認された。即ち、本発明に
より提供されるPbを含む複合酸化物では、B1のサイ
トが特定の割合でpbに置換されているものと考えられ
、これが高臨界温度相の生成に寄与しているものと思わ
れる。
尚、本発明により提供される複合酸化物超電導材料は、
一般式: (Bi、−a Pb、)、、 Sr、Cay
Cu Oz〔但し、m、n、xSySzはそれぞれ0.
1 ≦m<Q、4 0.5 ≦n≦1.5 0.5 ≦x≦1.5 0.5≦y≦1.5 1.0≦2≦2.5を満たす数である〕で示される組成
を有する複合酸化物を主として含むものと考えられる。
現在のところ、pb置換がどのように機能しているかは
解明されていない。即ち、pb置換が前述のような特徴
的な高臨界温度相の構造の形成を促進し且つその安定化
にも寄与しているものと思われる。また、低臨界温度相
の形成を阻害する機能を果たしているとも考えられる。
尚、本発明によれば、pbの置換量は、複合酸化物を構
成する各元素の原子比が、上記一般式の各数値m、n、
xSy、zを満たす範囲内であることが好ましい。ここ
で、特にpbの添加量が上記範囲を越えた場合は、寧ろ
超電導物質の生成が阻害され、得られた焼結体は有効な
超電導特性を示さない。一方、上記範囲よりも少ない場
合はpb置換をしないものと比較して有意な特性の差が
見出せなかった。
酸化物系超電導材料の代表的な製造方法である固相反応
法では、目的とする複合酸化物に含まれる各元素の酸化
物粉末あるいは炭酸塩粉末等を混合した原料粉末を酸素
含有雰囲気下で熱処理に付すことにより実施される。即
ち、Bi −5r −Ca −Cu系超電導材料の場合
は、一般にB12O3、SrCO2、CaCO3および
CuOの各粉末を使用することが一般的である。これら
の粉末を、目的とする複合酸化物中の組成比が適切にな
るように調製した後、通常は一旦予備焼成して特に炭酸
塩基を揮散し、得られた焼成体を粉砕/成形した後焼結
して目的の焼結体とする。
ここで、本発明者等は、前述の本発明に係る複合酸化物
の超電導特性に対して最も有効な製造条件を模索したと
ころ、特に、750℃乃至800℃の温度範囲で一旦予
備焼結した後に、再び810℃乃至850℃の温度範囲
で焼結処理することが最も有効であることを見出した。
また、上述の工程に先立って、〔予備焼成−焼成体の粉
砕−成形〕の一連の工程を原料粉末に対して反復して実
施することにより、最終製品の組織の微細化並びに均質
化を実現することができる。
ここで、予備焼成温度としては、800乃至850℃程
度の温度範囲が好ましい。また、同様の理由で、原料粉
末並びに焼成体粉末の粒径は、より細かいこと、具体的
には20μm以下程度とすることが好ましい。更に、焼
結は酸素含有雰囲気下で行うことが有利である。
尚、上述のようにして作製した焼結体をターゲットとし
て、スパッタリング法等の物理蒸着法を実施することに
より、前記組成の薄膜を作製することもできる。
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に詳述するが
、以下に開示するものは本発明の一実施例に過ぎず、本
発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
実施例 3N以上のB12O3,5rCO*、CaCO2、Cu
OおよびPbOの各粉末を、原子比(Bi+Pb)  
: Sr :Ca:Cuが1:1:1:2となるように
混合した。
但し、pbによるBiの置換の効果を確認するために、
Bi:Pbを(1−x):xとしたときに、Xが下記の
第1表に示すような各種の値をとるような原料粉末を用
意した。更に、全<pboを含まない原料粉末も用意し
た。
各原料粉末を十分に混合した後に100℃/30分で乾
燥し、100100O/cutでプレス成形し、各々の
成形体について、 予備焼結二800℃ × 8時間 本焼結 =860℃ × 8時間 という条件で熱処理を行い、前記原料粉末に対応する焼
結体試料を得た。
得られた各試料にAuペーストにより端子を設けて4端
子法による臨界温度の測定を行った。測定結果を第1表
に併せて示す。尚、第1表において[Tc ]は、試料
の抵抗が急激に減少し始める温度を意味し、[Tc1l
は、試料の電気抵抗が全く零(10−6Ω以下)となる
温度を意味している。
第1表 第1表に示すように、本発明に従って作製された複合酸
化物系超電導材料は、従来のpbを含まないBi系のも
のに比較して明らかに高臨界温度相を多く含んでおり、
試料全体の臨界温度が向上している。
発明の効果 以上詳述の如く、本発明による複合酸化物系超電導材料
は、特に100に以上の臨界温度を有する相をより多く
含んでおり、その優れた超電導特性を有効に利用するこ
とができる。
即ち、臨界温度が高いので、液体窒素等の廉価で入手並
びに取り扱いの容易な冷却媒体を使用して超電導体が実
現できるので、超電導の広範な各種応用分野において有
利な活用が可能となる。
また、この複合酸化物は、稀少で高価な希土類元素を含
んでおらず、産業上の利用においても有利である。
特許出願人  住友電気工業株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)一般式:(Bi_1_−_mPb_m)_nSr
    _xCa_yCuO_z〔但し、m、n、x、y、zは
    それぞれ 0.1≦m<0.4 0.5≦n≦1.5 0.5≦x≦1.5 0.5≦y≦1.5 1.0≦z≦2.5を満たす数である〕 で示される組成を有する複合酸化物を主として含むこと
    を特徴とする複合酸化物系超電導材料。 (2)複合酸化物系超電導材料を製造する方法であって
    、 原子比(Pb+Bi):Sr:Ca:Cuをn:x:y
    :1としたときに、 0.5≦n≦1.5 0.5≦x≦1.5 0.5≦y≦1.5 であり、且つ、原子比Bi:Pbが (1−m):m 〔但し、mは0.1≦m<0.4を満たす数である〕 となるようにPb、Bi、Sr、CaおよびCuのそれ
    ぞれの単体粉末、酸化物粉末または炭酸塩粉末を混合し
    て得た原料粉末を、750℃〜800℃の温度範囲で焼
    結処理する第1工程と、該第1工程を経た焼結体を81
    0℃〜870℃の温度範囲で再焼結する第2工程とを含
    むことを特徴とする複合酸化物系超電導材料の製造方法
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