JPH03272840A - 超電導物品の製造方法 - Google Patents

超電導物品の製造方法

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JPH03272840A
JPH03272840A JP2072472A JP7247290A JPH03272840A JP H03272840 A JPH03272840 A JP H03272840A JP 2072472 A JP2072472 A JP 2072472A JP 7247290 A JP7247290 A JP 7247290A JP H03272840 A JPH03272840 A JP H03272840A
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JP
Japan
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superconducting
mixture
superconducting film
raw material
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Application number
JP2072472A
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English (en)
Inventor
Yukio Shinpo
幸雄 真保
Makoto Kabasawa
樺沢 真事
Moriaki Ono
守章 小野
Shigechika Kosuge
小菅 茂義
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Laminated Bodies (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (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〕 この発明は、超電導物品の製造方法、特に、高い臨界電
流密度(以下、単にJcという)を得ることができる、
超電導物品の製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
超電導材は、粒子加速器、医療診断器具等において、超
電導磁石の形で既に実用化されている。
また、超電導材は、発電機、エネルギー貯蔵装置リニア
モーターカー、磁気選別機、核融合炉、送電ケーブル、
磁気遮蔽器等への応用が期待されている。夏に、ジョセ
フソン効果を利用した超電導素子は、超高速フンビュー
ター、赤外線センサ、低雑音増幅器等への応用が期待さ
れており、これらが本格的に実用化された場合の産業的
、社会的インパクトの大きさは、未だ測りがたい1、こ
れまでに開発された超電導材の代表的なものの1つとし
て、N b−T を合金がある。これは、現在、磁界発
生用線材として広く実用に供されている。Nb−Ti合
金の臨界温度、即ち、超電導状態が生じる臨界温度(以
下、単にTeという)は、9にである。また、Nb−T
i合金よりも格段に高いTeを有する超電導材として化
合物系超電導材が開発され、現在、Nb、5n(Te 
 : 18K>とV*Ga(Te:15K>が線材化さ
れ実用に供せられている。
近年、L述した、合金系および化合物系の超電導材より
もさらに高いT cを有する超電導材として、CuvO
y基を含む複合酸化物超電導材が開発された。例えば、
Y−Ba−Cu系の超電iJi祠のTeは、約93にで
ある。液体窒素の温度は、77にであるから、複合酸化
物超電導材については、液体ヘリウムより安価な液体窒
素を冷却祠サシ、て使用することができる。液体窒素温
度で使用可能な高温超電導材料の発見は、前述し、た応
用分野への期待度をますまず高めるものであるが、実際
の応用化に当たっては、超ml導材を皮膜化および練絹
化4−ることは勿論、このようへ超電導物品の、J c
をいかにして高めるかが問題となる。
、Jcを高くするには、超i[沸皮膜の組織を緻密にし
、且つ、超電導皮膜を超電導相単相にする必要がある。
従来、上述した目的を達成するために、以下に述べる超
電導物品の製造方法が、1988年8月に発行されたr
JAPANEAsE JOllRNAL OF APP
L[ED PHYSICSJ  VOL、27、k8 
PP l、+501−1)503 (以下、先行技術と
いう)に開示されでいる。以F、先行技術を図面を参照
しながら説明する。
第4図および第5図は、先行技術の、超電導物品の製造
方法の工程図である。
先づ、粉末焼結法によって、Y、BaCuO3からなる
第1層(バルク状の基材)を形成する。次いで、Baと
Cuとの割合がモル比で3対5となるように、れC0,
とCuOとを混合して、第2層用原料を調製する、次い
で、第2層用原料を800°Cの温度で24時間加熱し
、次いで、900℃の温度で24時間、再度、加熱する
。次いで、このように熱処理を施した第2層用原料を粉
砕す′る。次いで、第4図に示すように、第2層用原料
の粉末を第1層1の表面上に塗布して、第1層1の表面
上に第2層2を形成する。次いで、第2層2を930か
ら950℃の温度で1から24時間加熱して、溶融させ
る。第2層2が溶融すると、第2層2の融液が第1層l
中に浸透して、前記融液と第1層lのY2BaCuOx
が反応する。この結果、第5図に示すように、未反応の
第1層1上にYBa、CuJ、からなる超電導皮膜3が
形成される。。
上記超電導皮膜3は、その組織か緻密で且−)超電導相
単相からな、っ〔いる。往っで、このように(5て製造
1.た超電導物品は、高いJ cを有する。
(発明が解決しよ・)とイる課題1 しかしなから、上述した先行技術は、次のよ・うな問題
を有している。
■ 第2層2が溶融しで、超電導皮膜3か形成される際
に、超電導皮膜3に割れか1)じる。これは、第1層1
を構成する Y、BaCuO1第2層2の融液と反応す
ると、第1層lの体積か膨張するため、および、第1層
iの熱膨張率と超電導皮膜3の熱膨張率とに差があるた
めである。
■ 基材上に超電導皮膜を形成するために、前記基材上
に第1層lおよび第2層2を形成する場合、少なくとも
表面部分が銀からな一層でいる基材を使用イるのが好ま
しい。これは、銀は、超電導皮膜3を構成するYBa2
Cu、、0.と反応しに<<、良好な超電導特性を有す
る超電導皮膜3が得られるからである。しかし、銀の融
点は、第2層2の融点に近いので、基材として銀を使用
することができない。
〔課題を解決するための手段〕
この発明は、少なくとも表面部分が銀からなっている基
材の表面上に、Ln28aCuO,およびLnBa 2
CosO5の混合物からなる第1層を形成し、次いで、
前記第1層の表面上に、加熱されることにより、前記第
1層の一部を構成する前記LnJaCuO,と反応して
、LnBa2Cu3Ox生成される成分組成からなる第
2層を形成しく但し、Lnは、Yおよび希土類元素を表
す)、次いで、前記第2層を、oolから20%の酸素
含有雰囲気中で加熱して溶融させ、次いで、前記第2層
に、20%以上の酸素含有雰囲気中で熱処理を施し、か
くして、前記基材の表面上に、LnBa2CusO9か
らなる超電導皮膜を形成することに特徴を有するもので
ある。
次に、この発明の、超電導物品の製造方法の一実施態様
を、図面を参照しながら説明する。
第1図から第3図は、この発明の、超電導物品の製造方
法を示す工程図である。
第1図に示すように、少なくとも表面部分が銀からなっ
ている基材4の表面上に、LnzBaCuO,およびL
nBazCusO,混合物からなり、前記混合物中のL
n、BaCuOにの割合がモル比で5から80%の第1
層5を、プラズマ溶射法等によって形成する。
基材4として、少なくとも表面部分が銀からなっている
ものを使用したのは、前述したように、銀は、YBa、
Cu!0.からなる超電導皮膜と反応しにくいからであ
る。
前記混合物中のLn2BaCuO1の割合を、5から8
゜Vol、%の範囲内に限定したのは、次の理由による
。即ち、Ln2BzCuO,の割合が5νof、 X未
満では、後述するように、第1層5に浸透した第2層の
融液に対して十分な量のLn、BaCu0kが第1層5
中に存在しないために、未反応のが超電導皮膜中に残存
して、超電導皮膜の超電導特性が悪くなる。−方、Ln
JxCuO,の割合が80Vol.%を超えると、Ln
、BxCuO,の割合が多すぎるために、前述したよう
に、LnBa2Co、0.とLnzBgCuO,との熱
膨張率の違いにより、超電導皮膜に割れが生じるからで
ある。ここで、Lnは、Yおよび希土類元素を表す。
次いで、第2図に示すように、第1層5の表面上に、第
1層5の一部を構成するLn2BaCuOxと反応して
LnBa2Cu、0.が生成される成分組成を有する第
2層6を、プラズマ溶射法等によって形成する。第2層
6は、次のような成分組成からなっている。即ち、Cu
の酸化物およびBaの酸化物の混合物からなり、前記混
合物中のCuとBaとの割合は、モル比で、Cu  :
 Ba = 1 :O,]がら0.95であるか、また
は、Cuの酸化物、Baの酸化物およびYの酸化物の混
合物からなり、前記混合物中のCuとDaとYとの割合
は、モル比で、Cu  : Ba  : Y= I :
Q、Iから0.95 : 0.001から0、330で
ある。
次いで、第2層6を0.01から20%の酸素含有雰囲
気中で加熱して溶融させる。第2層6が溶融すると、そ
の融液が第1層5中に浸透する。前記融液は、第1層5
の一部を構成するLn2BaCuOxと反応して、第3
図に示すように、基材4の表面上にLnBatCu、0
.からなる超電導皮膜7が形成される。
第2層6の加熱雰囲気の酸素含有量を0.Olから20
Xの範囲に限定したのは、次の理由による。即ち、第2
層6の加熱雰囲気の酸素含有量が少ない程、第2層6の
融点が下がり、基材4の溶融を防止できる。しかし、酸
素含有量が0.01%未満では、第2層6の融液と第1
層5の一部を構成するLnJaCuO,とが反応して生
成される LnBazC++sO。
が分解して、超電導皮膜が形成されない。一方、酸素含
有量が20%を超えると、第2層6の融点は上昇して銀
の融点に近づき、基材4の表面部分の銀が溶融する虞れ
が生じる。従って、第2層6の加熱雰囲気の酸素含有量
は、0.01から20%の範囲に限定すべきである。
このようにして形成された超電導皮膜7に、割れは生じ
にくい。これは、次の理由による。即ち、第1層5に超
電導皮膜7を構成するLnBi、Cu。
0、が予め含まれているので、第1層5中のLn、−B
aCuO,が第2層6の融液と反応する際の第1層5の
体積膨張率が減少し且つ第1層5の熱膨張率と超電導皮
膜7の熱膨張率との差が小さくなるノ。
めである。
次いで、このようにして生成された、LnBa2Cu。
0、からなる超電導皮膜゛lに酸素含有雰囲気中で熱処
理を施す。これは、次の理南による。即ち、1!2M1
0に、上達)7た低酸素含有雰囲気中で熱処理を施すと
、超電導皮膜7に酸素欠損が生じて、超電導皮膜7の超
1!導特性が悪くなる。従って、超電導度1)I7の超
電導特性を向上させるために、20%以上の高酸集金を
雰囲気中で超電導皮膜7に熱処理を施すべきである。
次に、この・発明的、超電導物品の製造方法を実施例に
よって更に詳細に説明ず゛る。
実施例I YとBaとCuとの割合がモル比で3対3刻4となるよ
うに、Y2O5とB1C0a とCuOとをそれぞれ混
合したものからなる第1層用原料を、900℃f)温度
で10時間1次焼成し、粉砕した。次いで、この1次焼
成し、粉砕した原料を、920℃の温度で10時間2次
焼成し、粉砕した。次いで、この2次焼成(2、粉砕(
5た原料を、950 ”Cの温顔73次焼成し2、粉砕
(1,26から44μ船の平均粒径を有tも第1層用粉
末原料を調製し、た。こθ)よ・)にして調製(、た第
1FJ用粉末原利は、セル比で50X 0)Y2BaC
an、および50%のYBa2CuJ、からな−ぶてイ
fl。
次に、B aとCoとの割合がモル比で1対2となるよ
−)ζご、 BaC0,(LCuOとをそ1)ぞれ混合
したものからなる第2層用原料を、900℃山温度で1
0時間1次焼成(7、粉砕(また。次いで、この1次焼
成し、粉砕した原料を、920 ”Cの温度で10時間
2次焼成し、粉砕した。次いで、この2次焼成し、粉砕
した原料を、950℃の温序で3次焼成し、粉砕し、2
6から44μmの平均粒径を有する第2履用粉末原料を
調製した。
次に、■積がlc!lの銅製基板の表面上に、Jlll
、紀第1層用粉末原料を、プラズマ溶射法によって吹き
付けて、基板の表面上に厚さ100μCの第iPaを形
成(7た。次いで、第1層の表面ユ、に、上記第2層用
粉末原料を、プラズマ溶射法によって吹き付けて、第1
層の表面14ご厚さ50μMの第2履を形成した。次い
で、このようにし°C第1層および第2層を形成(、た
基板を、酸素含有量が01%、残りがアルゴンガスの雰
囲気に維持【、た加熱炉に入れ、900℃の温度に30
飴間加熱(1,て、第2屓を溶融させた。次いで、基板
を純酸素雰囲気に維持した加熱炉に入れ、900℃の温
度に1時間加熱し、そして、徐冷した。
この結果、基板の表面上に“は、未反応の厚さ75μ首
の第1層を介し、で、YBa、Cu3Ozからなる厚さ
50μ櫛の超電導皮膜か形成された。基材の溶融は、全
く見られなか−)た。
このように(,1基板上に形成された超電導皮膜を観察
(7たところ、割り、 4−1生じておらず、その組織
は、緻密で且つ超電導相単相からなっていた。
そ(7て、超電導皮膜の77Kにおける。Je測測定た
結果、4500A/−であり、極めτ高いJet得るこ
とができた。
実施例2 YとBaとCoとの割合がモル比で3対3対4となるよ
うに、Y、0.とBaC01とCu口とをそれぞれ混合
[、たちのからなる第1層用原料苓、900℃σ)温度
で10時間1次焼成し、粉砕した。次いで1.″の1次
焼成(5、粉砕した原料を、920°Cの温度で10時
間2次焼成(2、粉砕した。次いで5.Xの?次焼成し
、粉砕した原料を、950°Cの温瑣で3次焼成(2、
粉砕し、26から44μmの平均粒径を有する第1)用
粉末原料イ・調製(、た。このJ、うにI2て調製I、
た第1)用粉末原料は、モル比で5096 +7) Y
2BaCub、才)よび50%σ)YBa2Cu、0.
からム−)でいた。
次に、Yと13 aとCuとの割合かセル比でl対13
対26となるように、Y、0.とBaC0+ と(: 
u (1とをそれぞれ混合したものからなる第2層用原
料を、900°Cの温度で10時間1次焼成i1、粉砕
し、た。次いで、ご091次焼成し、粉砕(7た原料を
、920℃の温度で10時間2次焼成し5、粉砕した。
次いで、この2次焼成し、粉砕し5た原料を、950°
Cの温度で3次焼成し、粉砕し、26から44μMの平
均粒径を有する第2FJ用粉末原料を調製1.た。
次に、面積がICUlfの銀製基板の表面上6ご、上記
第1層用粉末原料を、プラズマ溶射法によ−)て吹き付
けて、基板の表面上に厚さ100μ園の第1層を形成し
た。次いで、第1層の表面上に、上記第2層用粉末原料
を、プラズマ溶射法によって吹き付けて、第1層の表面
上に厚さ50μ■の第2層を形成した。次いで、このよ
うにして第1層および第2層を形成した基板を、酸素含
有量が77%、残りがアルゴンガスの雰囲気に維持した
加熱炉に入れ、900℃の温度に30分間加熱して、第
2層を溶融させた。次いで、基板を純酸素雰囲気に維持
した加熱炉に入れ、700℃の温度に4時間加熱し、そ
して、徐冷した。
この結果、基板の表面上には、未反応の厚さ75μ口の
第1層を介して、YBa2Cu、0.からなる厚さ50
μmの超電導皮膜が形成された。基材の溶融は、全く見
られなかった。
このようにして基板上に形成された超電導皮膜を観察し
たところ、割れは生じておらず、その組織は、緻密で且
つ超電導相単相からなっていた。
そして、超電導皮膜の77KにおけるJc#I定した結
果、5000A/allであり、極めて高いJcを得る
ことができた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明によれば、優れた超電導
特性を有する超電導物品を製造することができるといっ
た有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図から第3図は、この発明の、超電導物品の製造方
法を示す工程図、第4図および第5図は、先行技術の、
超電導物品の製造方法を示す工程図である。図面におい
て、 1.5 第1層、  2.6 第2層、3.7−超電導
皮膜、   4 基材。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも表面部分が銀からなっている基材の表
    面上に、Ln_2BaCuO_xおよびLnBa_2C
    u_3O_xの混合物からなる第1層を形成し、次いで
    、前記第1層の表面上に、加熱されることにより、前記
    第1層の一部を構成する前記Ln_2BaCuO_xと
    反応してLnBa_2Cu_3O_xが生成される成分
    組成からなる第2層を形成し(但し、Lnは、Yおよび
    希土類元素を表す)、次いで、前記第2層を、0.01
    から20%の酸素含有雰囲気中で加熱して溶融させ、次
    いで、前記第2層に、20%以上の酸素含有雰囲気中で
    熱処理を施し、かくして、前記基材の表面上に、Ln−
    Ba_2Cu_3O_zからなる超電導皮膜を形成する
    ことを特徴とする超電導物品の製造方法。
  2. (2)前記混合物中のLn_2BaCuO_xの割合は
    、5から80Vol.%であることを特徴とする、請求
    項(1)記載の方法。
  3. (3)前記第2層は、Cuの酸化物およびBaの酸化物
    の混合物からなり、前記混合物中のCuとBaとの割合
    は、モル比で、Cu:Ba=1:0.1から0.95で
    あることを特徴とする、請求項(1)記載の方法。
  4. (4)前記第2層は、Cuの酸化物、Baの酸化物およ
    びYの酸化物の混合物からなり、前記混合物中のCuと
    BaとYとの割合は、モル比で、Cu:Ba:Y=1:
    0.1から0.95:0.001から0.330である
    ことを特徴とする、請求項(1)記載の方法。
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