JPH0360404A - 酸化物超電導体の製造方法 - Google Patents

酸化物超電導体の製造方法

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JPH0360404A
JPH0360404A JP1203883A JP20388389A JPH0360404A JP H0360404 A JPH0360404 A JP H0360404A JP 1203883 A JP1203883 A JP 1203883A JP 20388389 A JP20388389 A JP 20388389A JP H0360404 A JPH0360404 A JP H0360404A
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Haruo Shimada
島田 春男
Wataru Ito
渉 伊藤
Muneyuki Imafuku
今福 宗行
Yasuo Takagi
康夫 高木
Toru Ito
叡 伊藤
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    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (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、Y、Lla2Cu30X(以下、yoco
とする)などの酸化物超電導組成体である薄膜やバルク
材を超電導体とする熱処理方法に関するものである。
[従来の技術] 従来、Yl)GOなどの酸化物超電導組成体を超電導体
とする方法は、1気圧の酸素ガス中で、超電導組成体を
加熱・保持した後、ゆっくり冷却する方法が一般的であ
る(例えば、Donglu Shi et al:八p
p1.Phys、Lett、、5:]、No、2,15
9.(1988)や[1,八san。
ct al:J、J、Appl、Phys、、27.N
o、8,11487.(1988)など)。即ち、超電
導構造を晶出させる温度は、焼結体などでは900℃以
上、数ミクロンの薄膜などでは880℃付近で、その保
持時間は、数時間から数十時間となっている。また、超
電導構造体に酸素を吸収させることを目的として、10
0℃/hr程度のゆっくりとした冷却とともに600℃
付近の温度で数時間の保持が行なわれている。
しかしなから、従来法の酸素雰囲気中の熱処理(以下、
酸素アニール処理とする)は、複雑な装置を必要としな
い利点を持っているが、酸素アニール処理に長時間を要
するなどの欠点をもっている。
また、超電導デバイス製造には、従来法の酸素アニール
処理温度では高く低温化が、またドライブロセス工程で
の超電導体製造を考えると従来法よりもガス圧の低FE
化が必要となっている。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、上記課題を解決しプラズマ酸化による超7じ
導構込体への酸素源カロ、酸素アニール処理にプラズマ
酸化を活用し、酸素アニール時間の短縮、デバイス製造
上必要なアニール温度の低温化、さらには酸素圧の低圧
化によるドライプロセス超電導体製造工程への適用を可
能とする超電導体製造方法を提供することを目的とする
。
[課題を解決するための手段] 密閉容器内の酸素を含む電離ガス中に少なくとも一対の
酸化物超電導組成体と対極を配置し、前記一対の間に酸
化物M電導組成体をDOV以−1500V以下のマイナ
スまたは!00 VHi500 V以下のプラスの直流
電圧の印加し、または、マイナス60V以上500v以
下とプラス100V超500v以下のプラスの直流電圧
を組合せ印加し、前記酸化物超電導組成体を酸素圧がO
,Iz 100 Torrで、380℃から融点までの
所望の温度に加熱し、超電導特性に優れたM?tt導体
を得ようとするものである。
以下酸化物超電導組成体を用いた例をもとに、本発明の
超電導体の製造方法について図面に基すいて説明する。
第2図は、本発明の製造方法を説明するための基本構成
を示したもので、酸素を含む電離ガス中に少なくとも一
対の超電導組成体と対極を配置した状態で超電導組成体
と対極間に電圧を印加し、超電導組成体を所望の温度に
加熱し超電導特性に優れた超電導体を得ようとするもの
である。
本製造方法の装置は、発明者が既に特開昭63−170
923号公報において開示している装置構成に基すいて
なされたものであり、第2図中の1および2は、密閉容
器3内の雰囲気および圧力を制御するためのガス導入[
1、ガス流出口であり、4および5は電離ガスを発生さ
せる放電電極を、7.8は放電用電極の間に適当な間隔
を置き設置された超電導組成体および対極、3はそれら
を収納し、内部の雰囲気圧力を任意の状態に調節できる
密閉容器、10は放電極に印加する高圧電源、9は超電
導組成体および対極との間に印加する電圧電源、6は超
電導組成体を所望の温度に加熱する加熱機構である。
第3図は、前述の原理による製造方法を説明すための模
式図を示したもので、この模式図に基ずいて製造方法を
説明する。本発明に適用てきる酸化物超電44組成体と
しては、YIICO系、B1Ca5rCu系むどの酸化
物超電導組成体を挙げることができる。
まず、密閉容器内の放電極の間に超電導組成体および対
極を適当な間隔をとって設置する。その後密閉容器3内
を真空状態にしたのち、ガス導入II 1をあけ、密封
容器内の圧力を所望の圧力に調節した後、放電電極4.
5に電圧を印加し、h交電TE K1間に放電を発生さ
せ、放電電極間のガスを電離イオン化する。
本発明による製造方法において、超電導特性に優れた超
電導体を得るためには、真空容器内の酸素圧は、0.I
 Torr以にが、また安定な放電状態を得るためには
、IQQ Torr以)−であることが必要である。
放電電極間に発生させる放電用電源には、特別な制約は
ない。従来、放電用電源として、高周波が通常使用され
ているが家庭用交流電源(50〜60]IZ)でもよい
。むしろ家庭用交流電源使用で、高周波′rf、源より
も電気的なノイズが少なくなり超電導組成体の温度ft
+lJ御が容易となる。安定な放電を放電電極間に発生
させた後、電源9で発生させた所望の電圧を超電導組成
体7と対極8に作力11’l−る。
本発明は、超電導組成体とともに対極を放電極から独立
させ超電導組成体に印加する電圧を安定化させた。
本発明で、印加する電圧の大きさは、ガス圧、ガス種、
超電導組成体と対極の電極間距離および超電導組成体と
対極の表面積比などにより選択するが、Mii導特性に
優れた超電導体を得るには超電導組成体を60V以上5
00V以下のマイナスまたは100 VMi500 V
以下のプラスの直流電圧の印加、または、マイナス60
V以上500■以下とプラス100 V!500 V以
下のプラスの直流電圧の組合せ印加が望ましい。
プラスの印加電圧が100vより低くても電圧印加効果
が認められるものの優れた超電導特性は得られす、50
0■よりも高い印加電圧ではMi重重織組成体表面泪傷
が発生し易くデハーfスなどの製造には灯ましくない。
マイナスの印加’C圧が60Vより低くても電圧印加効
果かjabめられるちのの優れたMii導特性は得られ
ず、500■よりも高い印加電圧ではMii導組成体表
面に損傷か発生し易くデバイスなどの製造には奸ましく
ない。また、マイナスの印加電圧では、臨界温度がプラ
スの印加電圧に比べ若干劣るものの、超電導結晶構造体
か一方向に揃い晶出する。
マイナス60V以上500v以下とプラス100V[5
00V以下の直流電圧の組合せ印加では、例えば、マイ
ナスの電圧印加により超電導結晶構造体を一方向に揃わ
せ、プラスの電圧印加により臨界塩度を高めることがで
きる。なお、プラスとマイナス直流電圧印加の組合せに
は特別な制約はない。
また、印加する電圧波形には特別な制約はなく直流また
は交流あるいは直流に交流を重畳してもよい。
超電導組成体と対極の表面積比には特別な制約はないが
、表面積は超電導組成体よりも対極の表面積を大きくす
ることが望ましい。
次に、加熱機構6によって所望の加熱履歴で超電導組成
体の温度を加熱制御する。本発明において、加熱温度の
範囲は超電導体構造、11.出が前提であり、380℃
以下の温度では超電導体構造の晶出か難しく、また超電
導組成体の加熱温度のト限は、M jM導組成体の融点
以下であることが必要である。
本発明の加熱方式には特別な制約はないが、加熱による
不純ガス成分の混入などの少ない赤外加熱方式などが適
している。
[実施例コ 第3図に示した超電導体製造Jf法に基ずく装置を用い
1M電導組成体から超電導特性に優れた超電導体を製造
した。
第4図は、超電導組成体の加熱パターンを示す。横軸は
時間、縦軸は温度で第4図中のaは昇温速度を、bは冷
却速度を、Tは温度を示す。本製造7去による超電導体
製造にあたっては、図中のaを440 (”C/ l+
r )、bを200 (’C/ m1n)、 Tの温度
範囲を380〜950℃とし、この温度(T)での保持
階間を5 minとした。
本製造法による超電導体製造にあたっては、超電導組成
体の厚さ〔l、5μの薄膜および1.0mmのバルク材
・YBCO系構造未晶出超7’L導組成体を用いた。
超定導体化条件として、酸素圧5.OTorr、酸素電
離化には、50)lzの交流で4Wの重力を投入し、超
′、H導釦成体と対梅間には、超電導組成体にプラスま
たはマイナスとし直流電圧を印加、または、プラスとマ
イナスの直流電圧を組合せ印加し、赳′−宣導組成体に
第4図に示す熱履歴を与えた。
なお、本製造法の効果を確認するために、酸素圧760
および5 Torrの雰囲気で、YBCO系構造未晶出
赳電導組成体に軍4図に示す熱履歴を与え超電導特性を
調べた。
笛1図は、+lA Jrl o 、 5μの所収につい
て木製造方法(酸素圧5.OTorr)で、第4図中の
Tを800℃とした場合の超電導組成体と対極間に超電
導組成体をマイナスまたはプラスとして直流重圧印加に
よる超電導体の臨界温度変化を示す。第1図の横軸は直
流電圧値を示し、縦軸は超電導体の臨界温度を示す。印
加電圧がマイナスの領域では、約60Vから500■の
範囲の印加電圧で80K Mの臨界温度を示した。また
、印加電圧がプラスの領域では、約100vから500
Vの範囲の印加電圧で臨界電流がマイナスの印加電圧領
域に比べて約10に高い90Kをンバした。
第5図は、膜厚0.5μの薄膜について本製造方法(酸
素圧5.0 Torr)で、第4図中のTを800℃と
した場合の超電導組成体と対極間に超電導組成体をマイ
ナスとプラスの直流電圧組合せ印加とプラス直流電圧の
みの印加の場合での印加電圧による臨界電流密度変化を
示す。第5図の横軸はプラスの直流電圧値を示し、縦軸
は臨界電流密度を示す。
曲線Iは、プラス直流電圧のみの印加による臨!l1l
L布流密度変化を示す。曲線Jは、マイナスの直流印加
′−゛江圧を100vに固定し、プラスとマイナスの直
流7f H組合せ印加による臨界電流密度変化をツバす
。
いずれのプラス直流電圧においても、曲線Jは+lb線
【よりも高い臨界′S流密度値を示している。
これは、マイナスの電圧印加により超電導結晶構込体の
晶出か−・方向に揃うことによる効果と思われる。
笛6図は、1漠)50 、5μの薄膜について、従来法
(酸素圧760 Torr)と本製造方法(酸素圧5.
0’rorr、印加電圧150V)での第4図中のTで
示した最高加熱温度による臨界温度変化を示す。第6図
の横軸は最高加熱温度を示し、縦軸は臨界温度を示し、
図中の曲線Aは本製造方法(酸素圧5.0Torr、印
加電圧150V)の場合を、曲線Bは従来法(酸素圧7
60 Torr)の場合を示す。80に以上の臨界温度
は、曲線Bよりも曲線Aの方が低い加熱温度から認めら
れる。
第7図は、1.0mmバルク材について、従来法(酸素
圧760 Torr)と本製造方法(酸素圧5,0To
rr、印加電圧150V)での第4図中のTで示した最
高加熱温度による臨界温度変化を示す。第7図の横軸は
最高加熱温度を示し、縦軸は臨界温度を示し、図中の曲
線Cは本製造方法(酸素圧5.0Torr、印加電圧1
50V)の場合を、曲線りは従来広(酸素圧760 T
orr)の場合を示す。80に以上の臨界4度は、曲線
りよりも曲線Cの方が低い加熱温度から認められる。
第8図は、膜厚0.5μの薄膜について、酸素圧5.0
 Torrでの従来法と本製造方法(印加電圧150V
)による超電導特性を示す。第8図の横軸は温度を示し
、縦軸は比抵抗を示す。第8図中の曲線Eは従来法の場
合を、曲線Fは本製造方法の場合を示す。また、第8図
中の曲線Eの臨界温度をT1、lTo線Fの臨界温度を
T2で示ず。曲線Fの臨界温度T2は、曲線Eの臨界温
度T1よりも高い。
第9図は、1.omn+バルク材について、酸素圧5、
OTorrでの従来法と本製造方法(印加電圧150■
)による超電4特性を示す。第9図の横軸は温度を示し
、縦軸は比抵抗を示す。第9図中の曲線Gは従来法の場
合を、曲線Hは本製造方法の場合を示す。また、第9図
中の曲線Gの臨界温度をT3 、 +Ib線Hの臨界温
度をT4で示す。tub線Hの臨界温度T4は5曲線G
の臨界温度T3よりも高い。
以上のように、本発明の製造方法を適用することにより
、バルク材はもとより、薄膜超電導組成体から従来法よ
りも低い酸素圧、低い加熱温度で、かつ短い時間で超電
導特性に優れた超電導体が得られる。
[発明の効果] 本発明により、バルク材はもとより薄膜超電導組成体か
ら従来法よりも低い酸素圧、低い加熱温度で、かつ短い
時間で超電導特性に優れた超電導体が得られることから
、本発明は焼結超電導体等の製造はもとより、超電導デ
バイス製造にも有効である。
【図面の簡単な説明】 第1図は、直流印加電圧をマイナスおよびプラスに変え
ることによる超電導体の臨界温度変化を示す図、第2図
は、本発明の製造方法の基本構成を示す説明図、第3図
は、製造方法を説明するための模式図、第4図は超電導
組成体の加熱パターンを示す図、第5図は、臨界電流密
度におよぼすプラスとマイナスの直流電圧組合せ印加と
プラス直流電圧のみの印加の効果を示す図、vJB図は
、膜厚の薄膜について、従来法と本製造方法での最高加
熱温度による臨界温度変化を示す図、第7図は、バルク
材について、従来法と本製造方法での最高加熱温度によ
る臨界温度変化を示す図、第8図は、薄膜について、従
来法と本製造方法によるM1電導特性を示す図、′!J
J9図は、バルク材について、従来法と本製造方法によ
る超電導特性を示す図である。 1.2:ガス導入口、ガス流出口、3;密閉容器、4,
5;放電電極、6;加熱機構、7;超電導組成体、8;
対極、9;電圧電源、IO;放電用高圧電源、11;ガ
ス流量制御機構、+2;真空排気機構、 3 14; 導線。 特I「出願人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、密閉容器内の酸素を含む電離ガス中に少なくとも一
    対の物質と対極を配置し、前記物質を処理する方法にお
    いて、前記物質が酸化物超電導組成体であり、前記酸化
    物超電導組成体の加熱温度が380℃から融点以下の範
    囲で、酸素圧が0.1〜100Torrであるとともに
    前記一対の対極と酸化物超電導組成体間に、前記酸化物
    超電導組成体をプラスとして100V超500V以下の
    直流電圧を印加することを特徴とする酸化物超電導体の
    製造方法。 2、対極と酸化物超電導組成体間に、前記酸化物超電導
    組成体をマイナスとして60V以上500V以下の直流
    電圧を印加することを特徴とする請求項1記載の酸化物
    超電導体の製造方法。 3、密閉容器内の酸素を含む電離ガス中に少なくとも一
    対の物質と対極を配置し、前記物質を処理する方法にお
    いて、前記物質が酸化物超電導組成体であり、前記酸化
    物超電導組成体の加熱温度が380℃から融点以下の範
    囲で、酸素圧が0.1〜100Torrであるとともに
    前記一対の対極と酸化物超電導組成体間に、前記酸化物
    超電導組成体にマイナス60V以上500V以下とプラ
    ス100V超500V以下の直流電圧を組合せ印加する
    ことを特徴とする酸化物超電導体の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01153520A (ja) * 1987-12-09 1989-06-15 Nkk Corp 超電導材の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01153520A (ja) * 1987-12-09 1989-06-15 Nkk Corp 超電導材の製造方法

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