JPH03109213A - 超電導体 - Google Patents

超電導体

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JPH03109213A
JPH03109213A JP1245850A JP24585089A JPH03109213A JP H03109213 A JPH03109213 A JP H03109213A JP 1245850 A JP1245850 A JP 1245850A JP 24585089 A JP24585089 A JP 24585089A JP H03109213 A JPH03109213 A JP H03109213A
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superconducting
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Hitoshi Nobumasa
均 信正
Kazuharu Shimizu
一治 清水
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (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) この発明は、核融合炉、電磁流体発電機、加速器、回転
電気機器(電動機や発電機等)、磁気分離機、磁気浮上
列車、核磁気共鳴測定装置、磁気推進船、電子線露光装
置等のマグネットコイル用材料として適し、また、′送
電線、電気エネルギー貯蔵機、変圧器、整流器等の電力
損失が問題になる用途に適し、また、ジョセフソン素子
、5QUID素子、超電導トランジスタなどの各種素子
として適し、さらに、赤外線探知材料、磁気遮蔽材料等
として適した超電導体に関する。
(従来の技術) 従来、超電導転移温度の高い超電導体としては、一般式
、(5l−xCex ) 2  (Bat−y Ey 
) 2Cu、 01a−a (ただし、εはNd、Sm
、Eu)で表わされる銅複合酸化物系のものが知られて
いる(Journal of Ph7sical 5o
ciet7 of Japan 。
Vol。18、第2252頁、1989) 、しかしな
がら、この超電導体は、零抵抗超電導転移温度が約20
にと低いばかりか、超電導体積率も、4.2にで約22
%と小さい。
(発明が解決しようとする課題) この発明の目的は、格子定数を制御し、しかも、正孔濃
度を高めることによって、零抵抗超電導転移温度と超電
導体積率とを向上させてなる超電導体を提供するにある
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、この発明は、下記一般式で
表される超電導体を提供する。
(αp  (Bat−えβx ) 1−p ) y(C
eQ 71−Q ) x Cu30aただし、 a :Nd、Sm、EuおよびGdから選ばれた少なく
とも1種の元素 β:SrおよびCaから選ばれた少なくとも1種の元素 7 :Nd55m、EuおよびGdから選ばれた少なく
とも1種の元素 0、2<p<0. 5 Q、  Q<x<0. 6 1、8<y<2.2 0、05<q<0.4 1、8<z<2.2 8.0<δ<10.0 この発明の超電導体は、上記従来の、(ε1−xCe、
)、(Ba、−、e、)、Cu、O,、、なる超電導体
と類似の構造をしているが、希土類元素は、Nd、Sm
、Eu、Gdのなかから、また、アルカリ土類金属元素
は、Sr、Caのなかからそれぞれ選択することができ
る。これらは、1種を選択、使用してもよく、また、2
種以上を任意の混合比で選択、使用してもよい。
さて、銅酸化物系超電導体の超電導転移温度を決定する
因子はいくつか考えられているが、結晶内のCu原子を
とりまく0とCuの結合距離、配位の状態と、正孔濃度
とが最も重要な因子であると考えられる。
すなわち、Cu原子をとりまく0とCuの結合距離、配
位の状態は、結晶構造の格子定数に反映される。この発
明においては、希土類元素とアルカリ土類元素との組み
合せにより、結晶構造のa軸長、C軸長を変化させるこ
とができる(この発明の超電導体は正方品であるから、
b軸長はa軸長に等しい)。特に、上記式中のxsps
Qによって格子定数を系統的に変化させることができる
そうして、この発明の超電導体の超電導転移温度は、a
軸方向のCuをとりまくOとCuとの結合距離と、C軸
方向のCuをとりまく0とCuとの結合距離との大小関
係、すなわち、これを反映するa軸長とC軸長の大小関
係に依存すると考えられるので、これらの格子定数を系
統的に変化させることによって超電導特性を向上させる
ことができる。特に、C軸長が長いほど超電導転移温度
は高くなる傾向にある。ただし、xspzQが、上述し
た範囲をはずれると、結晶構造が別の結晶系になったり
、他の不純物相(絶縁体)が混在するようになって、超
電導特性は著しく低下し、最終的には超電導を示さなく
なる。
次に、正孔濃度についてであるが、この発明の超電導体
においては、電荷は正孔で与えられ、その正孔濃度は、
主に結晶内の0の量で決定される。
また、アルカリ土類金属の種類によってOのとりこみや
すさが変わるので、アルカリ土類金属の組み合せをいろ
いろ・変化させることによってOの量を上げ、超電導特
性を向上させることができる。
この点、上述した従来の超電導体は、Cuの周りにOが
6配位するべき位置のCuと同一平面内の0の欠損が多
く、そのために正孔濃度が不足し、零抵抗超電導転移温
度や超電導体積率が高くならなかったとものと考えられ
る。しかしながら、この発明の超電導体は、元素のいろ
いろな組み合せによって、0をより多くとりこみやすい
構造を形成上でおり、また、その超電導体に酸素処理を
ほどこすことで、超電導特性はさらに向上させることが
できる。
ところで、上述した式においては、理想的にはy=z=
2、δ=10であるが、現実には、原子欠損や、上述し
た酸素欠損がみられるので、y、z1δともにある程度
の幅をもつようになる。特に、0は欠損しやすいので、
yの値は10よりもかなり小さくなることが多い。
この発明の超電導体は、テープ状、線状、繊維状、シー
ト状等、いろいろな形態にして用いることができる。ま
た、炭素繊維や、セラミックスや、銀等の金属からなる
補強線材上に形成して用いることもできる。また、銀シ
ース等の補強用の中空材料に詰めて使用することもでき
る。また、銅等のマトリクスを用いて多芯線構造の超電
導線材とすることもできる。さらに、S 15Mg0S
LaGa03等の基板上に薄膜として形成し、いろいろ
な素子として、あるいは、LSIの配線として用いるこ
とができる。
この発明の超電導体は、いろいろな方法によって製造す
ることができる。
たとえば、いわゆる粉末混合法によることができる。こ
の方法は、成分元素の酸化物やその前駆体(炭酸塩、硝
酸塩等)の粉末を所望の割合で混合し、それを焼結温度
以下の温度で焼成し、さらに粉砕、混合し、所望の形状
に成形した後に焼成して超電導体とする方法である。
また、薄膜を形成する方法としては、よく知られている
、たとえば、電子ビーム蒸着法やレーザー蒸着法等の各
種蒸着法、マグネトロンスパッタ法などの各種スパッタ
法、ハロゲン化物や有機金属等を用いる化学的気相成長
法、硝酸塩や有機酸塩等を用いる霧化法、アルコキシド
等を用いる塗布法がある。
もっとも、この発明の超電導体は酸素欠損を生じやすい
ので、それを補うために、1気圧以上の酸素分圧下で熱
処理を行ったり、N20.03等の、分解時に活性な酸
素原子を作り出す気体中での製造や熱処理を行うのも好
ましい。
(実施例) 実施例l Nd201、CeO2、BaCO3,5rCO1、Cu
Oの各粉末を、Nd:Ce:Ba:Sr:Cuが2:0
.7:0.98:O,aa:3になるように計りとり、
これをメノウ乳鉢で混合した後、Al2O3の容器に入
れて空気中にて1000℃で12時間焼成した。その後
、再びメノウ乳鉢で粉砕し、ペレット状に成形し、空気
中にて1050℃で15時間焼成した。さらに、130
0気圧の酸素雰囲気中にて600℃で12時間加熱し、
徐冷した。
得られた超電導体の格子定数は、X線回折パターンによ
ると、a=3.87A、c=28.59人であった。ま
た、102発光分析法(セイコー電子工業社製シーケン
シャル型ICP、5PSI200VR)と、不活性ガス
融解・赤外線吸収法(堀場製作所製EMGA−2800
)とによる組成分析では、組成は、(N do、 35
 (B a O,75S ro、zs) 0.65) 
2  (Ceo、35Ndo、c+s) 2Cu30g
、1となっており、Oの量が多かった。
さらに、超電導特性を測定したところ、零抵抗超電導転
移温度は41.4に、超電導体積率は43%であった。
実施例2 Nd203、Sm201、CeO2、BaCO3、Sr
CO3、CuOの各粉末を、Nd:Sm:Ce:Ba:
Sr:Cu が1.62:0゜42:0.8:1.13
:0.13:3になるように計りとり、メノウ乳鉢で混
合した後、Al2O3の容器に入れて空気中にて100
0℃で12時間焼成した。その後、再びメノウ乳鉢で粉
砕し、ペレット状に成形し、空気中にて1030℃で1
5時間焼成した。さらに、1000気圧の酸素雰囲気中
にて800℃で2時間加熱し、徐冷した。
得られた超電導体の格子定数は、a=3. 87人、c
=28.53人であった。また、組成は、((Ndo、
5Smo、)0.4  (Bao、。
S ro、i ) 0.6 ) 2.1  (CeO,
4Ndo、a ) 2Cu 30g、 9となっており
、Oの量が多かった。
さらに、超電導特性を測定したところ、零抵抗超電導転
移温度は37.6に、超電導体積率は30%であった。
実施例3 Eu201、Sm2O3、CeO′2、BaC01、S
rCO3、CaCO3、CuOの各粉末を、Eu:Sm
:Ce:Ba:Sr:Ca:Cuが1.8:0.13:
0.57:1.12:0.21:0.07:3になるよ
うに計りとり、これをメノウ乳鉢で混合した後、Al2
O,の容器に入れて空気中にて1000℃で12時間焼
成した。その後、再びメノウ乳鉢で粉砕し、ペレット状
に成形し、空気中にて1025℃で15時間焼成した。
さらに、60気圧の酸素雰囲気中にて550℃で24時
間加熱し、徐冷した。
得られた超電導体の格子定数は、a=3. 85A、C
=28.47Aであった。また、組成は、(EuO,3
(Bao、s S rO,15Cao、os) o、t
 ) 2.0  (Ce0.3  (Eu0.9Smo
、1)o、7 )、、、Cu30.、、であり、Oの量
が多かった。さらに、超電導特性を測定したところ、零
抵抗超電導転移温度は30.3に、超電導体積率は25
%であった。
実施例4 Eu20s 、Gd2O3、CeO□、BaCO3、C
aCO3% CuOの各粉末を、Eu:Gd:Ce:B
a:Ca:Cuが1.78:0゜22:0.9:0.9
9:0.11:3になるように計りとり、メノウ乳鉢で
混合した後、A1□03の容器に入れ、空気中にて10
00℃で12時間焼成した。その後、再びメノウ乳鉢で
粉砕し、ペレット状に成形し、空気中にて1000℃で
15時間焼成した。さらに、600気圧の酸素雰囲気中
にて500℃で15時間加熱し、徐冷した。
得られた超電導体の格子定数は、a=3.85人、c=
28.41Aであった。また、組成は、(Euo、45
 (Bao、g Cao、t ) 0.55) 2.0
(Cer)、a5E uo、s Gdo、2) o、s
s) 2.OCu308.8であり、0の量が多かった
。さらに、超電導特性を測定したところ、零抵抗超電導
転移温度は33.OK、超電導体積率は27%の超電導
体であった。
(発明の効果) この発明の超電導体は、一般式、 Cap  CBa1−xβ* ) 1−p ) y(C
e.l5−a )* Cu30a ただし、 a :Nd、Sm、EuおよびGdから選ばれた少なく
とも1種の元素 β:SrおよびCaから選ばれた少なくとも1種の元素 7 :Nd、Sm1EuおよびGdから選ばれた少なく
とも1種の元素 0、 2<p<0.5 0、  O<x<0.6 1、8<y<2.2 0、 05<q<0. 4 1、 8<z<2. 2 8.0〈δ<io、。
で表されるもので、実施例にも示したように、零抵抗超
電導転移温度が高く、かつ、超電導体積率が大きい。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 下記一般式で表される超電導体。 (α_p(Ba_1_−_xβ_x)_1_p)_y(
    Ce_qγ_1_−_q)_zCu_3Oδただし、 α:Nd、Sm、EuおよびGdから選ば れた少なくとも1種の元素 β:SrおよびCaから選ばれた少なくと も1種の元素 γ:Nd、Sm、EuおよびGdから選ば れた少なくとも1種の元素 0.2<p<0.5 0.0<x<0.6 1.8<y<2.2 0.05<q<0.4 1.8<z<2.2 8.0<δ<10.0
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