JPH02160623A - Method for manufacturing Bi-based composite oxide superconductor - Google Patents

Method for manufacturing Bi-based composite oxide superconductor

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JPH02160623A
JPH02160623A JP1224210A JP22421089A JPH02160623A JP H02160623 A JPH02160623 A JP H02160623A JP 1224210 A JP1224210 A JP 1224210A JP 22421089 A JP22421089 A JP 22421089A JP H02160623 A JPH02160623 A JP H02160623A
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JP
Japan
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composite oxide
bismuth
oxide
intermediate composite
thin film
Prior art date
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Application number
JP1224210A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Itozaki
糸崎 秀夫
Keizo Harada
敬三 原田
Shuji Yatsu
矢津 修示
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02160623A publication Critical patent/JPH02160623A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

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体の新規な製造方法に関す
るものであり、特に、Bi −3r −Ca−Cu系の
複合酸化物超電導体のようなビスマスを含む複合酸化物
超電導体の新規な製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a novel method for manufacturing composite oxide superconductors, and in particular, to a method for producing composite oxide superconductors such as Bi-3r-Ca-Cu composite oxide superconductors. The present invention relates to a novel method for producing a composite oxide superconductor containing bismuth.

従来の技術 電子の相転移であるといわれる超電導現象は、特定の条
件下で導体の電気抵抗が零の状態となり完全な反磁性を
示す現象である。即ち、超電導下では、超電導体に電流
を流しても電力損失が全(無く、密度の高い電流が永久
に流れ続ける。例えば、超電導技術を送電に応用すれば
、現在送電に伴って生じているといわれる約7%の送電
損失を大幅に減少できる。また、5QUIDを用いた微
弱な磁気を感知する計測分野、π中間子治療を用いた医
療の分野、さらには、高エネルギー物理実験装置などへ
の利用が期待されている。さらに、核融合、MHD発電
、磁気浮上電車、磁気推進船等の強力な磁場の発生が必
要な分野でも超電導体が要求されている。また、超電導
材料は各種の電子素子への応用も提案されている。代表
的なものとしては、超電導材料どうしを弱く接合した場
合に印加電流によって量子効果が巨視的に現れるジョセ
フソン効果を利用した素子が挙げられる。トンネル接合
型ジョセフソン素子は、超電導材料のエネルギーギャッ
プが小さいことから、極めて高速な低電力消費のスイッ
チング素子として期待されている。また、電子回路の集
積度が高くなるにつれて単位面積当たりの消費電力が冷
却能力の限界に達するものと見られている。そこで超高
速計算機には超電導素子の開発が要望されている。しか
し、過去10年間、超電導材料の超電導臨界温度Tcは
Nb、Geの23Kを越えることができなかった。
BACKGROUND OF THE INVENTION Superconductivity, which is said to be a phase transition of electrons, is a phenomenon in which the electrical resistance of a conductor becomes zero under certain conditions and exhibits complete diamagnetic properties. In other words, under superconductivity, even when current is passed through a superconductor, there is no power loss, and a high-density current continues to flow forever. For example, if superconductivity technology is applied to power transmission, It can significantly reduce the approximately 7% power transmission loss that is said to occur.It is also useful in the measurement field that uses 5QUID to sense weak magnetism, the medical field that uses pi-meson therapy, and even high-energy physics experiment equipment. Furthermore, superconductors are required in fields that require generation of strong magnetic fields, such as nuclear fusion, MHD power generation, magnetic levitation trains, and magnetic propulsion ships.In addition, superconductors are used in various electronic applications. Applications to devices have also been proposed.A typical example is a device that utilizes the Josephson effect, in which quantum effects appear macroscopically depending on the applied current when superconducting materials are weakly joined together.Tunnel junction type Because the energy gap of superconducting materials is small, Josephson devices are expected to be extremely high-speed switching devices with low power consumption.Also, as the degree of integration of electronic circuits increases, the power consumption per unit area increases with cooling capacity. Therefore, there is a demand for the development of superconducting elements for ultra-high-speed computers.However, in the past 10 years, the superconducting critical temperature Tc of superconducting materials has not exceeded 23K for Nb and Ge. could not.

高温超電導体の存在は、ペドノーツェおよびミューラー
による複合酸化物系高Tc超電導材料の発見によって明
らかにされた(Bednorz、 Muller。
The existence of high-temperature superconductors was revealed by the discovery of complex oxide-based high Tc superconducting materials by Bednorz and Muller (Bednorz, Muller).

” Z、Phys、”864. 1986年、189頁
)。
"Z, Phys," 864. (1986, p. 189).

これまでにも複合酸化物系のセラミック材料が超電導特
性を示すということ自体は知られていた。
It has been known for some time that composite oxide ceramic materials exhibit superconducting properties.

例えば、米国特許第3.932.315号には、Ba−
Pb−B1系の複合酸化物が超電導特性を示すというこ
とが記載されており、また、特開昭60−173.88
5号公報にはBa−B1系の複合酸化物が超電導特性を
示すということが記載されている。しかし、これまでに
知られていた複合酸化物超電導材料のT。は、10に以
下と全般的に極めて低く、超電導現象を得るには高価且
つ稀少な液体ヘリウム(沸点4.2 K >の使用が不
可避であった。
For example, U.S. Pat. No. 3,932,315 describes Ba-
It has been described that Pb-B1-based composite oxides exhibit superconducting properties, and JP-A-60-173.88
No. 5 describes that a Ba-B1-based composite oxide exhibits superconducting properties. However, the T of the complex oxide superconducting materials known so far. is generally extremely low, less than 10%, and the use of expensive and rare liquid helium (boiling point >4.2 K) was unavoidable in order to obtain superconducting phenomena.

ベドノーツおよびミニーラーによって発見された酸化物
超電導体は(La、 Ba) 2Cu 04で、これは
、に、N1F4型酸化物と呼ばれるもので、従来から知
られていたペロブスカイト型超電導酸化物と結晶構造が
似ているが、そのTcは従来の超電導材料に比べて飛躍
的に高い約30にという値である。その後、数多くの複
合酸化物系高温超電導体が報告され、高温超電導体の実
用化の可能性が出てきた。
The oxide superconductor discovered by Bednotes and Minnieler is (La, Ba) 2Cu 04, which is called an N1F4 type oxide and has a crystal structure different from the previously known perovskite type superconducting oxide. Although similar, its Tc is about 30, which is significantly higher than that of conventional superconducting materials. Since then, many complex oxide-based high-temperature superconductors have been reported, and the possibility of practical application of high-temperature superconductors has emerged.

チュー達はYBa2Cu30t−wで表わされる90に
クラスの臨界温度を示すYBCOといわれる別の系の複
合酸化物を報告している(Physical Revi
ew Letters、  (58) 9.908頁1
987年)。
Chu et al. have reported another type of complex oxide called YBCO, which exhibits a critical temperature of 90°C expressed by YBa2Cu30t-w (Physical Rev.
ew Letters, (58) 9.908 pages 1
987).

前田達はBi −3r −Ca−Cu−系の別の超電導
複合酸化物を報告している( Japanese  J
ournal ofApplied  Physics
、  (27)2.1209〜1210頁)。このビス
マス系の複合酸化物は上記YBCO系の複合酸化物より
も化学的に安定であるだけでなく、希土類元素を用いず
に100に以上のTcが実現できるので、製造コストを
下げることができるという利点がある。
Maeda et al. reported another superconducting composite oxide based on Bi-3r-Ca-Cu-(Japanese J
our own of Applied Physics
, (27) 2. pp. 1209-1210). This bismuth-based composite oxide is not only chemically more stable than the above-mentioned YBCO-based composite oxide, but also can achieve a Tc of 100 or more without using rare earth elements, which can reduce manufacturing costs. There is an advantage.

これらの複合酸化物超電導材料は、いずれも、一般に同
相反応によって製造することができる。
All of these composite oxide superconducting materials can generally be manufactured by in-phase reaction.

すなわち、構成金属元素の酸化物または炭酸塩等の粉末
を構成金属元素が所定の原子比となるような比率で混合
した原料混合粉末を焼結することによって焼結体として
得ることができる。
That is, a sintered body can be obtained by sintering a raw material mixed powder in which powders of oxides or carbonates of constituent metal elements are mixed in a ratio such that the constituent metal elements have a predetermined atomic ratio.

また、RFスパッタリング法、真空蒸着法、イオンブレ
ーティング法、MBE等の物理蒸着(pvo)法または
熱CVD法、プラズマCVD法、光CVD法、MOCV
D法等のCVD法を用いて基板上に薄膜として成膜する
ことができる。
In addition, RF sputtering method, vacuum evaporation method, ion blating method, physical vapor deposition (PVO) method such as MBE, thermal CVD method, plasma CVD method, photoCVD method, MOCV
A thin film can be formed on a substrate using a CVD method such as the D method.

しかし、上記のBi系の複合酸化物系超電導材料は、T
Iまたは81の蒸気圧が他の構成元素と大きく異なるた
めに、組成の制御が困難である。
However, the above Bi-based composite oxide superconducting material
Since the vapor pressure of I or 81 is significantly different from that of the other constituent elements, it is difficult to control the composition.

また、固相反応法によって得られる複合酸化物系超電導
材料は焼結体・であり、材料としての密度が低く、微視
的には多孔質で品質も均一ではないため、超電導技術の
実用が最も速いといわれる電子回路の分野の使用には相
応しくなかった。
In addition, composite oxide-based superconducting materials obtained by solid-phase reaction methods are sintered bodies, which have low density, microscopic porousness, and uneven quality, making it difficult to put superconducting technology into practical use. It was not suitable for use in the field of electronic circuits, which are said to be the fastest.

発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、特に
高い超電導臨界温度(TC)を有する高い品質のビスマ
ス系複合酸化物超電導体、例えば、Di−3r −Ca
−Cu系の複合酸化物超電導体を、より容易且つ確実に
製造するための新規な方法を提供することにある。
Problems to be Solved by the Invention An object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, and to provide a high quality bismuth-based composite oxide superconductor having a particularly high superconducting critical temperature (TC), such as Di-3r- Ca
An object of the present invention is to provide a new method for manufacturing a -Cu-based composite oxide superconductor more easily and reliably.

課題を解決するための手段 本発明の提供するビスマスを含む複合酸化物超電導体の
製造方法は、複合酸化物超電導を構成するビスマス以外
の金属元素のみより成る中間複合酸化物を作り、この中
間複合酸化物を酸化ビスマス蒸気の雰囲気下で750〜
950℃の温度範囲で熱処理することによってビスマス
を上記中間複合酸化物と反応させることを特徴としてい
る。
Means for Solving the Problems The method for manufacturing a bismuth-containing composite oxide superconductor provided by the present invention involves producing an intermediate composite oxide consisting only of metal elements other than bismuth, which constitutes the composite oxide superconductor; 750~ in an atmosphere of bismuth oxide vapor
It is characterized in that bismuth is reacted with the intermediate composite oxide by heat treatment in a temperature range of 950°C.

上記の中間複合酸化物は、ブロックまたは成形体のよう
なバルク形状の母材でも、あるいは、基板上に形成され
た薄膜であってもよい。
The above-mentioned intermediate composite oxide may be a bulk-shaped base material such as a block or a molded body, or a thin film formed on a substrate.

本発明は、ビスマスを含む任意の複合酸化物に適用する
ことができる。本発明が適用可能な典型的なビスマス系
複合酸化物は下記一般式で表わされる: B i<(Sr+−+l 、  Ca、I)JIJhO
p+yここで、m、 n、 xおよびyはそれぞれ下記
:6≦m≦16.4≦n≦12゜ 0.2<X<0.8、−2<y<+2 の範囲を満足する数を表し、p・(5+m+n)である
The present invention can be applied to any composite oxide containing bismuth. A typical bismuth-based composite oxide to which the present invention is applicable is represented by the following general formula: B i <(Sr+-+l, Ca, I) JIJhO
p+y where m, n, x and y are numbers satisfying the following ranges: 6≦m≦16.4≦n≦12゜0.2<X<0.8, -2<y<+2 The expression is p·(5+m+n).

この系の複合酸化物の例としては下記のものを挙げるこ
とができる; B I 4 S r 4 [:a 4 CU s 02
 Q + yB12Sr2[:a2CU30+o+y本
発明は」1記以外のビスマス含有複合酸化物にも適用す
ることができる。その例としては、下記のような系を挙
げることができる: Bi −Y −Ba−Cu −0系(100K)[]i
 −Pb−3r−Ca −Cu −0系(107K)B
+ −Pb−3b−3r −Ca −Cu −0系(1
32K)Bi−(Sr、 Ln)−4:u−0系(30
〜42K)([]i、 TI、 Pb)−Ca −3r
 −Cu−0系(110K)(注) Lnはランタノイ
ド元素 作用 既に述べたように、一般に、複合酸化物系の高温超電導
材料は、焼結法または蒸着法によって製造することがで
きるが、ビスマス系複合酸化物の場合には、各構成元素
の蒸気圧に大きな隔たりがあるため、従来方法では組成
の制御を有効に行うことが極めて困難であった。
Examples of this type of complex oxide include the following; B I 4 S r 4 [:a 4 CU s 02
Q + yB12Sr2[:a2CU30+o+y The present invention can also be applied to bismuth-containing composite oxides other than those listed in 1. As an example, the following system can be mentioned: Bi -Y -Ba-Cu -0 system (100K) []i
-Pb-3r-Ca -Cu -0 system (107K)B
+ -Pb-3b-3r -Ca -Cu -0 system (1
32K) Bi-(Sr, Ln)-4: u-0 system (30
~42K) ([]i, TI, Pb)-Ca-3r
-Cu-0 series (110K) (Note) Ln is a lanthanoid element.As already mentioned, complex oxide-based high-temperature superconducting materials can generally be manufactured by sintering or vapor deposition, but bismuth-based In the case of composite oxides, since there are large differences in the vapor pressures of the constituent elements, it has been extremely difficult to effectively control the composition using conventional methods.

本発明方法の特徴は、最終目的物の複合酸化物を直接合
成するのではなく、先ず、ビスマスを含まない中間複合
酸化物を作り、これをさらに酸化ビスマスを反応させる
ことによって最終目的物の複合酸化物を得る点にある。
The feature of the method of the present invention is that instead of directly synthesizing the final target composite oxide, an intermediate composite oxide containing no bismuth is first prepared, and this is further reacted with bismuth oxide to synthesize the final target composite oxide. The point is to obtain oxides.

すなわち、本発明の方法では、第1段階で、蒸気圧が極
端に高いビスマスを除いた他の構成元素のみで先ず中間
複合酸化物を作り、次に、第2段階で、この中間複合酸
化物にさらに酸化ビスマスを添加する。
That is, in the method of the present invention, in the first step, an intermediate composite oxide is first prepared using only other constituent elements except bismuth, which has an extremely high vapor pressure, and then, in the second step, this intermediate composite oxide is Bismuth oxide is further added to.

この中間複合酸化物は、ブロックまたは成形体のような
バルク形状の母材でも、基板上に形成された薄膜であっ
てもよい。すなわち、本発明の方法では、ビスマスが後
で添加されるので、超電導層は主として中間複合酸化物
の表面付近に形成される。従って、中間複合酸化物は薄
膜であってもよい。
This intermediate composite oxide may be a bulk-shaped base material such as a block or molded body, or a thin film formed on a substrate. That is, in the method of the present invention, since bismuth is added later, the superconducting layer is mainly formed near the surface of the intermediate composite oxide. Therefore, the intermediate composite oxide may be a thin film.

ビスマス以外の構成金属元素の中間複合酸化物を製造す
る第1段階は、従来公知の任意の固相反応法または蒸着
方法を用いることができる。
In the first step of producing an intermediate composite oxide of a constituent metal element other than bismuth, any conventionally known solid phase reaction method or vapor deposition method can be used.

中間複合酸化物として、バルク形状の母材を作る場合に
は固相反応法を利用する。この場合には、先ず、ビスマ
ス以外の構成金属元素の化合物粉末、特に、これらの酸
化物、炭酸塩またはフッ化物の粉末を所定原子比となる
ように混合し、得られた原料混合粉末を焼結する。焼結
の前に仮焼−粉砕を数回反復するのが好ましい。
When producing a bulk-shaped base material as an intermediate composite oxide, a solid phase reaction method is used. In this case, first, compound powders of constituent metal elements other than bismuth, especially powders of their oxides, carbonates, or fluorides, are mixed in a predetermined atomic ratio, and the obtained raw material mixed powder is sintered. conclude. Preferably, the calcination-grinding process is repeated several times before sintering.

具体的には、例えば5r−Ca−Cu −0系の中間複
合酸化物の焼結ブロックを製造する場合には、酸化スト
ロンチウム、酸化カルシウムおよび酸化銅の粉末を混合
し、900℃で焼結することによって中間焼結体を作る
ことができる。ビスマス以外の構成金属元素の場合には
、極端に蒸気圧の相違するものがないので、この焼結は
通常の操作で行うことができる。
Specifically, for example, when manufacturing a sintered block of a 5r-Ca-Cu-0-based intermediate composite oxide, powders of strontium oxide, calcium oxide, and copper oxide are mixed and sintered at 900°C. An intermediate sintered body can be produced by this. In the case of constituent metal elements other than bismuth, there is no extreme difference in vapor pressure, so this sintering can be performed by normal operations.

中間複合酸化物として薄膜を用いる場合には、物理蒸着
(pvo)法または化学的蒸着(CVD)法を用いる。
When using a thin film as the intermediate composite oxide, a physical vapor deposition (PVO) method or a chemical vapor deposition (CVD) method is used.

物理蒸着法としてRFマクネトロンスパッタリング法、
真空蒸着法、イオンブレーティング法を用いる場合には
、蒸発源またはターゲットの金属元素の原子比は各元素
の蒸着速度および基板に対する結合力の差に応じて調節
する。この蒸発源またはターゲットは金属元素および/
またはその酸化物または炭酸塩の粉末原料を粉末焼結法
によって焼結した焼結体か、この焼結体を粉砕して得ら
れる焼結粉末にするのが好ましい。また、この蒸発源ま
たはターゲットは複数に分けることもできる。分子線エ
ピタキシー(MBE)法を用いる場合には構成金属元素
またはその酸化物をにセルまたは電子銃を用いて蒸発さ
せる。この場合には、必要に応じて酸素を蒸着雰囲気中
に別途供給する。
RF McNetron sputtering method as physical vapor deposition method,
When using a vacuum evaporation method or an ion blating method, the atomic ratio of metal elements in the evaporation source or target is adjusted depending on the evaporation rate of each element and the difference in bond strength to the substrate. This evaporation source or target is a metal element and/or
Alternatively, it is preferable to use a sintered body obtained by sintering a powder raw material of an oxide or carbonate thereof by a powder sintering method, or a sintered powder obtained by pulverizing this sintered body. Moreover, this evaporation source or target can also be divided into multiple parts. When using the molecular beam epitaxy (MBE) method, the constituent metal elements or their oxides are evaporated using a cell or an electron gun. In this case, oxygen is separately supplied to the deposition atmosphere as needed.

この中間複合酸化物薄膜を形成する基板はMgO1Sr
TiO,、LaAl0.、LaGa0.等の単結晶にす
るのが好ましい。シリコン単結晶を用いる場合には、そ
の表面上にMgOや ZrO□等のバッファー層を形成
してから中間複合酸化物薄膜を形成するのが好ましい。
The substrate on which this intermediate composite oxide thin film is formed is MgO1Sr.
TiO,, LaAl0. , LaGa0. It is preferable to use a single crystal such as . When using a silicon single crystal, it is preferable to form a buffer layer of MgO, ZrO□, etc. on its surface before forming an intermediate composite oxide thin film.

本発明の超電導薄膜を形成する場合には、中間複合酸化
物を上記各単結晶基板の(001)面または(110)
面に成膜するのが好ましい。これらの基板を用いると、
中間複合酸化物薄膜の結晶構造がペロブスカイトとなり
、この中間複合酸化物層の表面を超電導体にするのに有
利である。
When forming the superconducting thin film of the present invention, the intermediate composite oxide is formed on the (001) plane or (110) plane of each of the above-mentioned single crystal substrates.
It is preferable to form a film on the surface. With these boards,
The crystal structure of the intermediate composite oxide thin film is perovskite, which is advantageous for making the surface of this intermediate composite oxide layer a superconductor.

具体的には、例えば5r−Ca−Cu −0系の中間複
合酸化物の薄膜を製造する場合には、上記で説明したS
r −Ca−Cuの複合酸化物ブロックまたはそれを粉
砕した粉末をターゲットとしてスパッタリングによって
MgOの単結晶基板上に5r−Ca−Cu −Q系の中
間複合酸化物の薄膜を形成することができる。この中間
複合酸化物層の蒸着時には、基板を一般に室温から80
0℃の範囲の温度に加熱する。
Specifically, for example, when producing a thin film of a 5r-Ca-Cu-0-based intermediate composite oxide, the S described above is used.
A thin film of a 5r-Ca-Cu-Q intermediate composite oxide can be formed on an MgO single crystal substrate by sputtering using an r-Ca-Cu composite oxide block or a powder obtained by pulverizing it as a target. When depositing this intermediate composite oxide layer, the substrate is generally heated from room temperature to 80°C.
Heat to a temperature in the range of 0°C.

第2段階では、こうして得られた中間複合酸化物のブロ
ックまたは薄膜にさらに酸化ビスマスを添加して反応さ
せる。この操作は上記で得られた中間複合酸化物のブロ
ックまたは薄膜を、酸化ビスマス蒸気の雰囲気下で75
0〜950℃の温度範囲で熱処理することによって行う
In the second step, bismuth oxide is further added to the thus obtained intermediate composite oxide block or thin film and reacted. In this operation, the block or thin film of the intermediate composite oxide obtained above is heated at 75°C in an atmosphere of bismuth oxide vapor.
This is carried out by heat treatment in a temperature range of 0 to 950°C.

具体的には、密閉されたチャンバー中に中間複合酸化物
を載置し、このチャンバー内で、ビスマス蒸気と酸素ガ
スとの混合雰囲気または酸化ビスマスガスとの混合雰囲
気を作り、中間複合酸化物を加熱する。酸化ビスマス蒸
気は酸化ビスマス粉末を加熱することによって発生させ
ることができる。
Specifically, an intermediate composite oxide is placed in a sealed chamber, and a mixed atmosphere of bismuth vapor and oxygen gas or a mixed atmosphere of bismuth oxide gas is created in this chamber, and the intermediate composite oxide is heated. Heat. Bismuth oxide vapor can be generated by heating bismuth oxide powder.

この場合の中間複合酸化物の加熱温度は750〜950
℃の範囲に保つことが好ましい。この加熱温度が750
℃未満では中間複合酸化物が活性化しないので、酸化ビ
スマス蒸気と中間複合酸化物が十分に反応しない。逆に
、加熱温度が950℃を越えると、ビスマス原子が中間
複合酸化物から再び飛び出すため目的とするビスマス系
複合酸化物が得られない。
In this case, the heating temperature of the intermediate composite oxide is 750 to 950
It is preferable to maintain the temperature within the range of ℃. This heating temperature is 750
If the temperature is lower than 0.degree. C., the intermediate composite oxide is not activated, so the bismuth oxide vapor and the intermediate composite oxide do not react sufficiently. On the other hand, if the heating temperature exceeds 950°C, the bismuth atoms will jump out of the intermediate composite oxide again, making it impossible to obtain the desired bismuth-based composite oxide.

一般に、中間複合酸化物の加熱温度よりも、蒸発源であ
る酸化ビスマス粉末の加熱温度を高くするのが好ましい
。また、適当なフラックスを使用して、蒸発源である酸
化ビスマスの蒸気圧を高くすることもできる。この酸化
ビスマス蒸気雰囲気での加熱処理は一般に5分〜5時間
行うのが好ましい。
Generally, it is preferable to heat the bismuth oxide powder, which is the evaporation source, higher than the heating temperature of the intermediate composite oxide. Moreover, the vapor pressure of bismuth oxide, which is an evaporation source, can be increased by using a suitable flux. This heat treatment in a bismuth oxide vapor atmosphere is generally preferably carried out for 5 minutes to 5 hours.

なお、最終的な複合酸化物超電導体の酸素含有量を制御
する目的で、上記の熱処理雰囲気内には適当な分圧の酸
素を含有させておくのが好ましい。
Note that, for the purpose of controlling the oxygen content of the final composite oxide superconductor, it is preferable to contain oxygen at an appropriate partial pressure in the heat treatment atmosphere.

この酸素分圧は最終製品の複合酸化物超電導体の種類に
よって適宜選択することができるが、一般には0.1〜
1気圧程度である。
This oxygen partial pressure can be appropriately selected depending on the type of composite oxide superconductor of the final product, but is generally 0.1 to
It is about 1 atm.

また、本発明の方法は、酸化ビスマス添加処理に長時間
を必要としないので、中間複合酸化物を線材にするか、
芯材の上に中間複合酸化物の薄膜を形成し、この線材ま
たは薄膜層に酸化ビスマスを添加することによって長尺
の物品を連続処理することもできる。
In addition, the method of the present invention does not require a long time for the bismuth oxide addition treatment, so the intermediate composite oxide may be used as a wire or
It is also possible to continuously process long articles by forming a thin film of intermediate composite oxide on the core material and adding bismuth oxide to this wire or thin film layer.

以下、添付図面を用いて、本発明方法を実施するのに用
いることのできる装置を説明する。
The apparatus that can be used to carry out the method of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明方法を実施するために一実施例の装置
の構成を概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of the configuration of an apparatus according to an embodiment for carrying out the method of the present invention.

この装置は、弁9により閉鎖可能な供給孔7と、弁lO
により閉鎖可能な排出口8とを備えた気密な炉1内に、
基板ホルダ4と、ビスマス含有化合物、例えば酸化ビス
マスを収容するボート5と、このボート5を加熱するヒ
ータ6とを有している。また、炉1の外部にはヒータ2
が設けられていて、炉全体を加熱することができるよう
に構成、されている。また、ボート5と基板ホルダ4と
は対面して配置されており、ボート5から揮発した酸化
ビスマスを含む蒸気が効率良く母材に到達するように構
成されている。なお炉1には加圧安全弁が備えられてい
る。
The device has a supply hole 7 which can be closed by a valve 9 and a valve lO
In an airtight furnace 1 equipped with an outlet 8 that can be closed by
It has a substrate holder 4, a boat 5 containing a bismuth-containing compound such as bismuth oxide, and a heater 6 for heating the boat 5. Additionally, a heater 2 is installed outside the furnace 1.
The furnace is constructed and constructed in such a way that it can heat the entire furnace. Further, the boat 5 and the substrate holder 4 are arranged to face each other, so that the steam containing bismuth oxide volatilized from the boat 5 efficiently reaches the base material. Note that the furnace 1 is equipped with a pressure safety valve.

本発明方法を実施する場合には、ビスマス以外の構成金
属元素の複合酸化物のブロックまたは薄膜よりなる中間
複合酸化物3を上記基板ホルダ4に固定し、上記ボート
5中にビスマス含有化合物、例えば、酸化ビスマス粉末
を収容した後、−旦、炉中を排気した後、バルブ10を
閉じ、弁9を開けて炉中に酸素ガスを導入する。この弁
9を閉じた後、ヒータ2を付勢してボート5中のビスマ
ス含有化合物を蒸発させとともに、炉1の外部のヒータ
2を付勢して中間複合酸化物3を加熱する。各加熱温度
は、例えば、ヒータ2により炉内を例えば880℃に加
熱し、ヒータ6によりボートを例えば1040℃に加熱
する。
When carrying out the method of the present invention, an intermediate composite oxide 3 consisting of a block or thin film of a composite oxide of a constituent metal element other than bismuth is fixed to the substrate holder 4, and a bismuth-containing compound, e.g. After accommodating the bismuth oxide powder, the furnace is evacuated, valve 10 is closed, and valve 9 is opened to introduce oxygen gas into the furnace. After closing the valve 9, the heater 2 is energized to evaporate the bismuth-containing compound in the boat 5, and the heater 2 outside the furnace 1 is energized to heat the intermediate composite oxide 3. For example, the heater 2 heats the inside of the furnace to, for example, 880°C, and the heater 6 heats the boat to, for example, 1040°C.

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
、以下の開示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。
The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the disclosure below is merely one example of the present invention and does not limit the technical scope of the present invention in any way.

実施例 中間複合酸化物の製造 先ず、中間複合酸化物を以下のようにして作製した。Example Production of intermediate composite oxide First, an intermediate composite oxide was produced as follows.

Sr、 CaおよびCuの各酸化物粉末を、Sr:Ca
:Cuの原子比が2:2:3となるように混合して得た
混合粉末を900℃で12時間焼結して焼結体を作った
Each oxide powder of Sr, Ca and Cu was converted into Sr:Ca
:The mixed powder obtained by mixing Cu in an atomic ratio of 2:2:3 was sintered at 900° C. for 12 hours to produce a sintered body.

こうして得られた焼結体を粉砕して得られる焼結体粉末
をターゲットとして用いて、RFマグネトロンスパッタ
リング法により、MgO単結晶基板上に中間複合酸化物
の薄膜を形成した。この薄膜はMgO単結晶の(110
)面上に形成した。成膜条件は以下の通りである。
Using the sintered body powder obtained by pulverizing the sintered body thus obtained as a target, a thin film of the intermediate composite oxide was formed on an MgO single crystal substrate by RF magnetron sputtering method. This thin film is made of MgO single crystal (110
) was formed on the surface. The film forming conditions are as follows.

基板温度  ニア60℃ 圧   力   : 0.01〜0.l Torrスパ
ッタガス: Ar/ 02 = 1 + 1高周波電力
 :  100W 薄膜厚さ  二0.2μm 複合酸化物超電導体の製造 次に、上記のようにして得られたSr −Ca−Cuの
中間複合酸化物薄膜を有する14g0単結晶基板3を第
1図に示した装置の基板ホルダ4に下方に向けて固定し
、ボート5中には酸化ビスマスの粉末を収容した。
Substrate temperature: Near 60℃ Pressure: 0.01~0. l Torr sputtering gas: Ar/02 = 1 + 1 Radio frequency power: 100 W Thin film thickness: 20.2 μm Production of composite oxide superconductor Next, intermediate composite oxidation of Sr-Ca-Cu obtained as described above. A 14g0 single crystal substrate 3 having a thin film was fixed facing downward to a substrate holder 4 of the apparatus shown in FIG. 1, and a boat 5 contained bismuth oxide powder.

次いで、炉1内を一端排気した後、弁IOを閉じ、弁9
を開放して炉内に酸素を満たした。続いて、ヒータ2に
より炉内を880℃に加熱し、ヒータ6によりボートを
1040℃まで加熱した。
Next, after evacuating the inside of the furnace 1, valve IO is closed, and valve 9 is closed.
The furnace was opened and filled with oxygen. Subsequently, heater 2 heated the inside of the furnace to 880°C, and heater 6 heated the boat to 1040°C.

ボート5が1040℃に達した後、1時間その状態を保
持してからヒータ2と6を止めた。
After boat 5 reached 1040° C., the temperature was maintained for 1 hour, and then heaters 2 and 6 were turned off.

以上のような処理を経たMgO単結晶基板3を炉から取
り出して、超電導臨界温度を測定した。
The MgO single crystal substrate 3 subjected to the above-described treatment was taken out of the furnace, and the superconducting critical temperature was measured.

超電導臨界温度は、上記処理を経たMgO単結晶基板3
をタラビオスタット中で液体ヘリウムに浸し、−旦8K
まで冷却して試料が超電導を示すことを確認した後、徐
々に昇温して、試料が超電導を失い始め、常態と同じ電
気抵抗を示す温度Tcを測定した。
The superconducting critical temperature is the MgO single crystal substrate 3 that has undergone the above treatment.
was immersed in liquid helium in a Tarabiostat and heated to -18K.
After confirming that the sample exhibited superconductivity by cooling the sample to a temperature of 100°C, the temperature was gradually raised and the temperature Tc at which the sample began to lose its superconductivity and at which the electrical resistance was the same as normal was measured.

こうして測定された試料の超電導臨界温度Tcは97に
であった。
The superconducting critical temperature Tc of the sample thus measured was 97.

実施例2 実施例1の操作を繰り返したが、実施例1の「中間複合
酸化物の製造」の項に記載の中間複合酸化物の焼結体を
薄膜にせずに、この焼結体そのもののブロックに酸化ビ
スマス蒸気雰囲気下で実施例1の熱処理操作を行った。
Example 2 The operation of Example 1 was repeated, but instead of making the sintered body of the intermediate composite oxide described in the section "Manufacture of intermediate composite oxide" into a thin film, the sintered body itself was made into a thin film. The block was subjected to the heat treatment operation of Example 1 in a bismuth oxide vapor atmosphere.

熱処理後のブロックのTcは105にであった。The Tc of the block after heat treatment was 105.

実施例3 実施例1の操作を繰り返したが、中間複合酸化物焼結体
としてSr −Ca−[:uの複合酸化物の代わりにP
b−3r −Ca−Cuの複合酸化物を用いた。この場
合、pbは酸化鉛として添加し、Pb :Sr :Ca
 :Cuの原子比は0.3  :2  +2  :3と
し、焼結は900℃で5時間行った。
Example 3 The operation of Example 1 was repeated, but P was used instead of the Sr-Ca-[:u composite oxide as the intermediate composite oxide sintered body.
A composite oxide of b-3r -Ca-Cu was used. In this case, pb is added as lead oxide, Pb:Sr:Ca
:Cu atomic ratio was 0.3:2 +2:3, and sintering was performed at 900° C. for 5 hours.

得られた薄膜のTcは110にであった。The Tc of the obtained thin film was 110.

発明の詳細 な説明したように、本発明に係る超電導体の作製方法で
は、母材を作製した後、これを密閉された空間中で酸化
ビスマスと酸素を含む蒸気の存在下で熱処理することに
よって超電導体とする。
As described in detail, in the method for producing a superconductor according to the present invention, a base material is produced, and then heat-treated in a sealed space in the presence of steam containing bismuth oxide and oxygen. Make it a superconductor.

従って、蒸気圧の高いビスマスの拡散が防止されると共
に、精密な元素組成制御のちとに容易に超電導体を作製
することができる。
Therefore, diffusion of bismuth having a high vapor pressure is prevented, and a superconductor can be easily produced after precise elemental composition control.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明による超電導体の成膜方法を実施する
ための一実施例の装置の概念図。 〔主な参照番号〕 1 ・・・炉     2 ・・・・ ヒータ3・・・
中間複合酸化物 4・・・基板ホルダ 5・・・・ボート6・・・ ヒー
タ   7・・・・供給孔8・・・排出孔   9、l
O・・・・弁11・・・Bi含有化合物 第1図 1、、、、、炉 2、、、、、ヒータ 3、、、、、中間複合酸化物 4、、、、、基板ホルダ 5、、、、、ボート 6、、、、、ヒータ 7、、、、、供給孔 8、、、、、排出孔 9.10.、、、、弁 11 、、、、、Bi含有化合物
FIG. 1 is a conceptual diagram of an apparatus according to an embodiment for carrying out the method of forming a superconductor film according to the present invention. [Main reference numbers] 1...Furnace 2...Heater 3...
Intermediate composite oxide 4... Substrate holder 5... Boat 6... Heater 7... Supply hole 8... Discharge hole 9, l
O...Valve 11...Bi-containing compound Fig. 1 Furnace 2 Heater 3 Intermediate composite oxide 4 Substrate holder 5 , Boat 6, Heater 7, Supply hole 8, Discharge hole 9.10. , , , Valve 11 , , , Bi-containing compound

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ビスマスを含む複合酸化物超電導体の製造方法に
おいて、 複合酸化物超電導を構成するビスマス以外の金属元素の
みより成る中間複合酸化物を作り、この中間複合酸化物
を酸化ビスマス蒸気の雰囲気下で750〜950℃の温
度範囲で熱処理することによってビスマスを上記中間複
合酸化物と反応させることを特徴とする方法。
(1) In a method for producing a bismuth-containing composite oxide superconductor, an intermediate composite oxide consisting only of metal elements other than bismuth that constitutes the composite oxide superconductor is created, and this intermediate composite oxide is placed in an atmosphere of bismuth oxide vapor. A method characterized in that bismuth is reacted with the intermediate composite oxide by heat treatment at a temperature range of 750 to 950°C.
(2)上記中間複合酸化物が基板上に形成された薄膜で
あることを特徴とする請求項1に記載の方法。
(2) The method according to claim 1, wherein the intermediate composite oxide is a thin film formed on a substrate.
JP1224210A 1988-08-30 1989-08-30 Method for manufacturing Bi-based composite oxide superconductor Pending JPH02160623A (en)

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