JPH0393607A - 超伝導体の製造方法 - Google Patents

超伝導体の製造方法

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JPH0393607A
JPH0393607A JP1227426A JP22742689A JPH0393607A JP H0393607 A JPH0393607 A JP H0393607A JP 1227426 A JP1227426 A JP 1227426A JP 22742689 A JP22742689 A JP 22742689A JP H0393607 A JPH0393607 A JP H0393607A
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Akira Enomoto
亮 榎本
Tetsushi Ono
哲史 大野
Masanori Tamaki
昌徳 玉木
Fumihiko Takei
武居 文彦
Hiroyuki Takeya
浩幸 竹屋
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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、基材の表面に超伝導特性に優れた超伝導セラ
ミックス薄膜を形成せしめる超伝導体の製造方法に関し
、特に本発明は、複雑なプロセスや特別な装置を必要と
しない超伝導体の製造方法に関する。
(従来の技術) 近年、液体窒素温度領域でも使用可能な超伝導セラミッ
クスが発見され、工業的にも大きなインパクトを与えて
いる.その代表的なものとして、Y−Ba−Cu−0系
酸化物超伝導セラミックスが良く知られている。また、
最近、希土類元素を含まない新しいタイプの超伝導セラ
ミックスとしてBi−Sr−Ca−Cu−0系、或いは
T Q−Ba−Ca−Cu−0系酸化物超伝導セラミッ
クスが報告され、これら酸化物超伝導セラミックスは大
気中の水分や炭酸ガスなどに対する安定性に優れ、且つ
酸化含有量が一定で超伝導特性が安定しているという特
徴がある。
しかしながら、これら超伝導セラミックスを実用化する
に当っては、堅くて脆いセラミックスを超伝導組成を保
ったまま如何に緻密に焼結して所望の形に成形するかが
重要な技術課題となっていた。
このような超伝導体の製造方法としては、例えば、(1
)特開昭63−248021号公報に記載の、超伝導酸
化物の構成元素からなるアルコキシドを加水分解し、ゾ
ル化物とし、これをファイバー、基板などに被着させる
ことにより表面にゾル・ゲルを形成し、これを加熱焼結
する方法、 (2)1989年8月8日発行の化学工業日報記載の、
Bi系超伝導組成物を、純銀製パイプに充填し、線引加
工後、圧延、焼結お−よびプレス加工を繰返し、Tcs
77.3K, Jc=2万A/cfltなる超伝導特性
をもち、結晶粒の配向性が良好な超伝導セラミックから
なるテープを得る方法、 (3)特開昭64−10530号公報に記載の、Y或い
はLa系の超伝導化合物の溶融液に基板を浸漬し、引き
上げた後、急冷してアニール処理し、超伝導薄膜を製造
する方法、及び (4)特開昭64−31310号公報に記載の、超伝導
酸化物の溶融液を線材に被覆した後、熱処理を行なって
超伝導酸化物溶融液被覆物を結晶化させる方法などが提
案されている。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、(1)の方法では、基板又は、母材が焼
結の際、超伝導セラミックスと反応する可能性が考えら
れ、前記基板又は母材は、超伝導セラミックスとの反応
性が低いものに限られていた。
また、(2)の方法では、結晶粒の配向性を向上させる
ためプレス加工と焼結を繰り返す必要があり、煩雑であ
った.更に、(3)或いは(4)の方法では、超伝導酸
化物の融点が非常に高く、使用できる基材は、耐熱性が
特に高いものに限られるなどの問題があった. (課題を解決するための手段) そこで、本発明者等は、上述の如き欠点を解決すること
のできる超伝導体の製造方法を開発すベく鋭意研究した
結果、次の如き要旨構成の本発明を開発するに至った。
本発明の要旨は、超伝導組成物とアルカリハライドの混
合溶融物に基材を接触させた後、徐冷することにより、
基材表面に超伝導セラミックスを析出させて超伝導セラ
ミックス薄膜を形成することを特徴とする超伝導体の製
造方法である。
即ち、本発明においては、超伝導組威物とアルカリハラ
イドの混合溶融物に基材を接触させることにより、前記
基材の表面に、結晶配向性に優れた超伝導セラミックス
が析出し、超伝導体が得られるのである. 本発明において、前記超伝導組成物は、アルカリハライ
ドの゛溶融物に可溶の化合物であり、中でもBi系或い
はTl系超伝導組成物が好適である。
また、前記アルカリハライドは、KCQ%LiC Qお
よびNaC Qから選ばれる何れか少なくとも一種であ
り、前記基材は、融点が600℃以上が好適である. (作用) 本発明によれば、超伝導組威物とアルカリハライドの混
合溶融物に基板を接触させた後、徐冷することにより、
基材表面に超伝導セラミックスを析出することが必要で
ある。その理由は、超伝導組成物をアルカリハライドの
溶媒中に溶かした状態の混合溶融物を基材と接触させた
後、冷却して過飽和状態を作りだすことにより、組成の
ずれがなく、結晶配向性に優れた超伝導セラミックスを
析出させることができるからである。
本発明によれば、前記超伝導組成物としては、アルカリ
ハライド溶融物に可溶の化合物であり、600℃以上の
温度で結晶化するものであれば好適に使用することがで
き、例えばBi系或いはTfi系超伝導組成物であるこ
とが好ましい。
前記Bi系或いはTl系超伝導組成物は770℃〜85
0℃の温度範囲で溶融することが好ましい。この理一由
は、770℃以下では、アルカリハライドが溶融せず、
850℃以上では、超伝導組成物を構成する元素の一部
が揮発してしまい、安定した組成の融液が得られにくい
からである. 前記冷却のための速度は、0.5℃/min〜1℃/m
inの範囲が望ましい。この理由は、この速度範囲を外
れた場合、過冷却状態にならないからである。
前記Bi系超伝導組成物としては、少なくとも、ビスマ
ス、ビスマスとアルミニウム、ビスマスと鉛、ビスマス
とカリウム、ビスマスとイットリウムからなる群から選
ばれる元素、アルカリ土類金属、銅及び酸素から構成さ
れてなるものであり、例えばBiSrCaCu,0.,
 Bi,Sr,Ca.XYxCu,O,、Bi, −x
Pb,Sr, Ca, Cu, O,、Bi, −xA
 Q ,SrCaCu,O,、BISraziCan/
3Km/3Cu, O,、Bt,Sr,Cu,O, +
yなどのセラミックスを生成するものが好適である.前
記Tl系超伝導組威物としては、少なくともタリウム、
タイルムと鉛からなる群から選ばれた元素、アルカリ土
類金属、銅及び酸素から構成されてなるものであり、例
えば、T Q, 13a, Ca, Cu a O x
 s T Q−,m Pb *,sS r * C a
 * Cu r O sなどのセラミックスを生成する
ものが好適である。
前記Bi系超伝導セラミックスやT4系超伝導セラミッ
クスは、高温超伝導材料として極めて有用な素材である
が、一般には長時間の熱処理を必要としていた。しかし
、本発明の製造方法では、基材表面に超伝導セラミック
スの薄膜を容易に成長させることができ、しかも、超伝
導セラミックスの結晶配向性が比較的高く、臨界電流密
度が大きな薄膜を形成できる。
本発明によれば、前記アルカリハライドとしては、目的
とする超伝導組成物を溶解できるものを使用することが
好ましく、例えば、KCQ.Li(,QおよびNaC 
Qから選ばれる何れか少なくとも一種を使用することが
有利である。
前記アルカリハライドは、超伝導組成物に対して、モル
比でlθ〜400の範囲であることが望ましい。この理
由は、モル比で10より低い場合は、溶融液が得られに
くく、また、モル比で400を越える場合には、アルカ
リハライドが、不純物として超伝導セラミックス中に多
量に残留し、超伝導特性を低下させる可能性があるから
である。
前記アルカリハライドは、超伝導セラミックスからなる
薄膜を析出させた後、除去することが望ましい。
前記アルカリハライドの除去は、アルカリハライドを特
定の溶媒を用いて溶解除去するか、或いは表面に残留し
たアルカリハライドを研磨して除去する方法が望ましい
。
前記特定の溶媒は、アルカリハライドを溶解させるもの
であって、水或いは温水などが好適である。
本発明によれば、前記基材としては、融点が600℃以
上のものであることが望ましい。
また、前記基材としては単結晶体或いは多結晶体の何れ
も使用することができ、特に単結晶体を基材として用い
る場合は、超伝導セラミックのエビタキシャル膜を容易
に成長させることができる。
前記基材としては、例えば、貴金属、貴金属含有合金、
あるいはA Q ,O,、cZro,、SiC,石英、
ムライト、MgO, SrTiO.などの単結晶体、或
いは多結晶体が好適であり、その形状は、基板状、テー
プ状もしくは繊維状の形態であることが望ましい.前記
AQ,O,、SiC,石英、ムライトなどを基材として
使用する場合にはその表面にTie,、MgO、cZr
o,, SrTiO,、貴金属或いは貴金属含有合金な
どをコーティングすることが望ましい。
また、本発明では、特に、MgO単結晶基板、IQ,O
,および銀製テーブを基材として好適に使用できる。
更に、本発明においては、得られた超伝導セラミックス
が、低Tc相である場合、熱処理を施すことにより、こ
れをTc相とすることが好ましい。
また前記熱処理の温度は、830℃〜860℃であるこ
とが望ましい。
次に、本発明の実施例を詳細に説明する.(実施例) 実施例l (1)Bi,O.、PbO, SrCO,、CaCO,
、CuOを元素組成(モル比)、Bi:Pb:Ca:C
uを1.6:0,4:1.6:2,0:2.8の割合で
混合し、Bi系超伝導セラミックに換算して、1モルの
粉末にK(lを300モル混合し、これをアルミナるつ
ぼに入れて850℃で加熱し溶融液とした。
(2)前記(1)で得られた溶融液にアルミナ基板を浸
潰した. (3)ついで、浸漬したまま700℃まで、1℃八wi
nで冷却し、その後は炉冷した。
冷却過程において、Kiに溶解していたBi−Pb−C
a−Cuは、過飽和の状態に達し、アルミナ基板上に析
出し、超伝導薄膜が得られた。
(4)さらに、前記長超伝導薄膜を水で洗浄し、残留し
ているKCQを溶解除去した。
(5)前記(4)で得られた超伝導薄膜を845℃で2
00時間加熱処理した。
実施例2 (1)Bi,0,、PbO, SrCO,、Ca CO
 s、CuOを元素組成(モル比)、Bi:Pb:Ca
:Cuを1,6:0,4:1.6:2,0:2.8の割
合で混合し、800℃で12時間加熱した。得られた仮
焼体を粉砕し、Bi系超伝導セラミックに換算して、1
モルの粉末にNaC Qを200モル混合し、これをア
ルミナるつぼに入れて850℃で加熱し溶融液とした. (2)前記(1)で得られた溶融液に単結晶MgO(1
00)基板を浸漬した. (3)ついで、浸漬したまま700℃まで、0.56C
/winで冷却し、その後は炉冷した。
冷却過程において、NaC Qに溶解していたBi−P
b−Sr−Ca−Cuは、過飽和の状態に達し、MgO
基板上に析出し、超伝導薄膜が得られた。
(4)前記(3)で得られた超伝導薄膜の表面を研磨し
て、表面に残留していたNtaC Qを除去した。
(5)前記(4)で得られた超伝導薄膜を845℃で2
00時間加熱処理した。
実施例3 (1)Bi,O,、PbO, SrCO,、CaCO,
、CuOを元素組成(モル比)、Bi:Pb:Ca:C
uを1,6:0,4:1,6:2.0:2,8の割合で
混合し、800℃で12時間加熱した。得られた仮焼体
を粉砕し、Bi系超伝導セラミックに換算して,1モル
の粉末にKCQを200モル混合し、これをアルミナる
つぼに入れて850℃で加熱し溶融液とした。
(2)前記(1)で得られた溶融液に銀テープを浸漬し
た。
(3)ついで、浸漬したまま700℃まで、1℃/mi
nで冷却し、その後は炉冷した。
冷却過程において、NaC Qに溶解していたBi−P
b−Sr−Ca−Cuは、過飽和の状態に達し、銀テー
プ表面上に析出して、超伝導テープが得られた。
(4)前記(3)で得られた超伝導テープを水に浸漬し
、3時間放置することによりNaC Qを溶解除去した
。
(5)前記(4)で得られた超伝導テープを845℃で
200時間加熱処理した。
実施例4 (1)T A ,0,、BaCO,、CaCO,. C
uOを元素組成(モル比)T Q :Ba:Ca:Cu
lI2:2:2:3の割合で混合し、Tl系超伝導セラ
ミ.ツクに換算して1モルの粉末にKCfiを300モ
ル混合し、これをアルミナるつぼに入れて850℃で加
熱し、溶融液とした. (2)前記(1)で得られた溶融液にアルミナファイバ
ーを浸漬した. (3)ツいで、浸漬したまま、700℃まで、l℃八w
inで冷却し、その後は炉冷した. 冷却過程において、KCQに溶解していたT Q −B
a−Ca−Cuは、過飽和の状態に達し、アルミナファ
イバー表面に析出し、超伝導線材が得られた。
(4)超伝導線材を水中に浸漬し、3時間放置すること
によりKCQを溶解除去した。
(5)前記(4)で得られた超伝導線材を845℃で1
80時間加熱処理した。
前記実施例1〜4で得られた超伝導テープ、線材、及び
薄膜が形成された基板を一定長さに切断して、超伝導特
性測定試料片の温度をコントロールしながらゼロ磁界中
の電気抵抗の変化を測定した。
また、液体窒素中で電流密度を測定した。
これらの結果を第1表に示した。
第  1  表 実施例     l   2   3   4臨界温度
(K)   103   105   101   1
02(発明の効果) 以上述べたように、本発明によれば超伝導特性に優れた
超伝導薄膜や、超伝導セラミックス線材、或いは超伝導
セラミックステーブ、を簡単なブロセスで、特別な装置
を用いることなく、容易に製造することができ、得られ
たこれら超伝導体は、エレクトロニクス分野、エネルギ
ー分野、医療分野など各種の分野への実用性が高い材料
であり、工業的に有益である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.超伝導組成物とアルカリハライドの混合溶融物に基
    材を接触させた後、徐冷することにより、基材表面に超
    伝導セラミックスを析出させて超伝導セラミックスから
    なる薄膜を形成することを特徴とする超伝導体の製造方
    法。
  2. 2.前記超伝導組成物は、アルカリハライドの溶融物に
    可溶の化合物である請求項1記載の超伝導体の製造方法
    。
  3. 3.前記超伝導組成物は、Bi系或いはTl系超伝導組
    成物である請求項1記載の超伝導体の製造方法。
  4. 4.前記アルカリハライドは、KCl、LiCl及びN
    aClから選ばれる少なくとも一種である請求項1記載
    の超伝導体の製造方法。
  5. 5.前記基材は、融点が600℃以上である請求項1記
    載の超伝導体の製造方法。
  6. 6.前記基材は、基板状、テープ状もしくは繊維状であ
    る請求項1記載の超伝導体の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08198700A (ja) * 1995-01-19 1996-08-06 Nec Corp タリウム系超伝導体薄膜の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08198700A (ja) * 1995-01-19 1996-08-06 Nec Corp タリウム系超伝導体薄膜の製造方法

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