JPH04154623A - Bi系又はBi―Pb系酸化物超伝導材料 - Google Patents
Bi系又はBi―Pb系酸化物超伝導材料Info
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- JPH04154623A JPH04154623A JP2278566A JP27856690A JPH04154623A JP H04154623 A JPH04154623 A JP H04154623A JP 2278566 A JP2278566 A JP 2278566A JP 27856690 A JP27856690 A JP 27856690A JP H04154623 A JPH04154623 A JP H04154623A
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- 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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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (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。
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、酸化物超伝導材料に関し、より詳しくは、磁
化ヒステリシスの温度及び磁場依存性の優れたBi系又
はBi−Pb系酸化物超伝導材料であって、特に強磁場
下で臨界温度に近い高温において高臨界電流密度(J
c)を有する材料に関するものである。
化ヒステリシスの温度及び磁場依存性の優れたBi系又
はBi−Pb系酸化物超伝導材料であって、特に強磁場
下で臨界温度に近い高温において高臨界電流密度(J
c)を有する材料に関するものである。
(従来の技術及び解決しようとする課題)従来、高温酸
化物超伝導材料としては、YBCO系が開発され、また
希土類元素で置換されたものも開発されている。
化物超伝導材料としては、YBCO系が開発され、また
希土類元素で置換されたものも開発されている。
しかし、最近では、これらのYBCO系を超える100
K〜110にのTcを示し、希土類元素を使用しない高
温酸化物超伝導材料としてBi系又はBi−Pb系が開
発され、注目されている。
K〜110にのTcを示し、希土類元素を使用しない高
温酸化物超伝導材料としてBi系又はBi−Pb系が開
発され、注目されている。
ところで、高温超伝導材料の実用化を進めるには、磁場
中での臨界重置密度(Jc)を上げることが非常に重要
である。
中での臨界重置密度(Jc)を上げることが非常に重要
である。
しかし、従来のBi系又はBi−Pb系では、温度或い
は磁場を上げるにつれて磁化ヒステリシスとこれに関係
してくるJcが急激に小さくなるという問題があった。
は磁場を上げるにつれて磁化ヒステリシスとこれに関係
してくるJcが急激に小さくなるという問題があった。
本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、磁化ヒステリ
シスの温度及び磁場依存性に優れ、特番:強磁場中で高
い臨界電流密度(Jc)を有するBJ又はBi−Pb系
酸化物超伝導材料を提供することを目的とするものであ
る。
シスの温度及び磁場依存性に優れ、特番:強磁場中で高
い臨界電流密度(Jc)を有するBJ又はBi−Pb系
酸化物超伝導材料を提供することを目的とするものであ
る。
(課題を解決するための手段)
前記課題を解決するため1本発明者は、従来のBi系又
はBi−Pb系酸化物超伝導材料においてJcが温度上
昇につれて小さくなる原因並びにその防止策について鋭
意研究を重ねた結果、MgやNbのような不純物元素イ
オンをドーピングすることによって可能であることを見
い出し、ここに本発明をなしたものである。
はBi−Pb系酸化物超伝導材料においてJcが温度上
昇につれて小さくなる原因並びにその防止策について鋭
意研究を重ねた結果、MgやNbのような不純物元素イ
オンをドーピングすることによって可能であることを見
い出し、ここに本発明をなしたものである。
すなわち、本発明は、Bi−8r−Ca−Cu−0系又
はBi−Pb−Sr−Ca−Cu−0系において、不純
物元素のドーピングにより、該元素の酸化物又は該元素
を含む酸化物が非超伝導相として微細に析出しているこ
とを特徴とするBi系又はBi−pb系酸化物超伝導材
料を要旨とするものである。
はBi−Pb−Sr−Ca−Cu−0系において、不純
物元素のドーピングにより、該元素の酸化物又は該元素
を含む酸化物が非超伝導相として微細に析出しているこ
とを特徴とするBi系又はBi−pb系酸化物超伝導材
料を要旨とするものである。
以下に本発明を更に詳述する。
(作用)
Bi系又はBi−Pb系超伝導材料は、YBCO材(例
、Ba2YCu、○、)と比較すると、Tcは高いもの
の、30〜60にの如くより低温のうちに高磁界(0,
5T以上)下での臨界電流密度が温度上昇と共に急速に
劣化するという欠点があった。
、Ba2YCu、○、)と比較すると、Tcは高いもの
の、30〜60にの如くより低温のうちに高磁界(0,
5T以上)下での臨界電流密度が温度上昇と共に急速に
劣化するという欠点があった。
この理由は、ピン止め中心による磁束線の固定力がYB
COよりも低い温度で劣化するためであることが判明し
た。したがって、Bi系又はBi−pb系材料において
も、より高温までピン止め効果のあるピン止め中心を見
い出すことができれば、この問題を解決することができ
る。
COよりも低い温度で劣化するためであることが判明し
た。したがって、Bi系又はBi−pb系材料において
も、より高温までピン止め効果のあるピン止め中心を見
い出すことができれば、この問題を解決することができ
る。
一方、焼結したバルク材の臨界電流の値は、グレイン間
の臨界電流によって決められる。グレイン間のJcは、
超伝導状態にあるグレインの間の結合の強さに関係して
おり、グレイン内のJcはグレインの中にある双晶面や
転位、微細な析出のような構造欠陥での磁束のピニング
力によって決まる。このため、Jcは物質のミクロ構造
にかなり影響を受けることが予想される。
の臨界電流によって決められる。グレイン間のJcは、
超伝導状態にあるグレインの間の結合の強さに関係して
おり、グレイン内のJcはグレインの中にある双晶面や
転位、微細な析出のような構造欠陥での磁束のピニング
力によって決まる。このため、Jcは物質のミクロ構造
にかなり影響を受けることが予想される。
そこで1本発明者は、ミクロ構造面からピン止め中心と
なり得る添加物質について研究した結集積極的に異種元
素をドーピングすることによって超伝導体中に該元素の
酸化物を非超伝導相として微細析出させることにより可
能であることを見い出したのである。
なり得る添加物質について研究した結集積極的に異種元
素をドーピングすることによって超伝導体中に該元素の
酸化物を非超伝導相として微細析出させることにより可
能であることを見い出したのである。
また、この場合、添加物はマトリックス相の超伝導性(
Tcなと)を劣化させるものであってはならないことか
ら、より効果的な酸化物について更に研究を重ねた結果
、Mg、Nb及びTiの少なくとも1種の酸化物或いは
該元素を含む酸化物、例えば、MgO、Sr(Ca、N
b)O,などを微細析出させることが効果的であること
が判明した。
Tcなと)を劣化させるものであってはならないことか
ら、より効果的な酸化物について更に研究を重ねた結果
、Mg、Nb及びTiの少なくとも1種の酸化物或いは
該元素を含む酸化物、例えば、MgO、Sr(Ca、N
b)O,などを微細析出させることが効果的であること
が判明した。
なお、本発明におけるB i −S r−Ca −Cu
−0系又はBi−Pb−Sr−Ca−Cu−〇系は、
構成金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、有機酸塩或いは
他の酸塩を用いて通常の同相反応或いは溶融などによっ
て製造されるもので、種々の組成比のものが可能である
0例えば、最も110に相を多く含む材料としては、B
i: pb: Sr: Ca: Cuが原子組成比でそ
れぞれ0.90:0.21:1.0:1.0 :1.6
となる組成が挙げられる。
−0系又はBi−Pb−Sr−Ca−Cu−〇系は、
構成金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、有機酸塩或いは
他の酸塩を用いて通常の同相反応或いは溶融などによっ
て製造されるもので、種々の組成比のものが可能である
0例えば、最も110に相を多く含む材料としては、B
i: pb: Sr: Ca: Cuが原子組成比でそ
れぞれ0.90:0.21:1.0:1.0 :1.6
となる組成が挙げられる。
(実施例)
次に本発明の実施例を示す。
1菫上
Bi−Pb−Sr−Ca−Cu−0系がそれぞれ原子組
成比で0.90:0.21:1.0:1.0:l。
成比で0.90:0.21:1.0:1.0:l。
6となるようにBi20J、PbO、SrC03、Ca
Co、、CuOを粉末で混合した。
Co、、CuOを粉末で混合した。
その際、これにO〜1.0の組成比となるように種々の
量のMgOを混合添加した。
量のMgOを混合添加した。
また、同様にO〜1.0の組成比となるように種々の量
のNbO又はNb2O,を添加した。この場合、Sr(
Ca、Nb)O,となるよ・うにNbの1量に対してS
rを1.5、Caを0.5の割合で増量して加えた。
のNbO又はNb2O,を添加した。この場合、Sr(
Ca、Nb)O,となるよ・うにNbの1量に対してS
rを1.5、Caを0.5の割合で増量して加えた。
これらの混合粉末をそれぞれ810℃で10分間予備焼
成し、これを粉砕混合後、1.000kg/C112の
圧力によりペレット状に成形し、840〜85.0℃で
72〜350時間、空気中で本焼成を行った。
成し、これを粉砕混合後、1.000kg/C112の
圧力によりペレット状に成形し、840〜85.0℃で
72〜350時間、空気中で本焼成を行った。
得られた試料を粉末X線回折したところ、殆どが高Tc
相であり、僅かに(10%ぐらい)低Tc相と不純物相
が含まれていた。Tcオンセットは105にであった(
以下、rllOK高Tc試料」という)。
相であり、僅かに(10%ぐらい)低Tc相と不純物相
が含まれていた。Tcオンセットは105にであった(
以下、rllOK高Tc試料」という)。
また、得られた試料をEPMA(電子プローブマイクロ
アナライザー)で観測したところ、10%以上のMg又
はNbを添加した試料で、明らかにMgO又はSr(C
a、 Nb)03の析呂微粒子が生成していた。その粒
子径は典型的には1〜4μm程度であった。
アナライザー)で観測したところ、10%以上のMg又
はNbを添加した試料で、明らかにMgO又はSr(C
a、 Nb)03の析呂微粒子が生成していた。その粒
子径は典型的には1〜4μm程度であった。
また、析出物を含む試料であって、Mgが0.2又はN
bが0.2の比の試料について、ピン止め力を評価した
。
bが0.2の比の試料について、ピン止め力を評価した
。
第1図はMgを添加した試料での磁化曲線の温度依存性
(様々な温度での磁化曲線)を示している。
(様々な温度での磁化曲線)を示している。
Mg添加試料(第1図)もNb添加試料(図示せず)も
、これらの曲線は定性的には無添加の試料と同様である
。
、これらの曲線は定性的には無添加の試料と同様である
。
しかし、詳細に検討すると第2図に示すように差が見ら
れる。すなわち、第2図は2テスラ(T)の磁界のもと
てのヒステリシスの大きさ(ΔM)の対数を温度に対し
て示したものである。ここで、ΔMは磁場を上げていく
時と下げていく時とのMの差であり、これによりJc(
臨界電流密度)を評価し得る。
れる。すなわち、第2図は2テスラ(T)の磁界のもと
てのヒステリシスの大きさ(ΔM)の対数を温度に対し
て示したものである。ここで、ΔMは磁場を上げていく
時と下げていく時とのMの差であり、これによりJc(
臨界電流密度)を評価し得る。
同図より明らかなように、無添加の試料では。
温度が30Kを超すと急激にヒステリシスの大きさが減
少し、50にではもはや測定が不可能となる。
少し、50にではもはや測定が不可能となる。
これに対して、Mg又はNbを添加して析出物が生成し
ている試料では、50〜60Kにおいても未だ急激な劣
化は見られない。このことは、ピン止め力が50に以上
でも依然として保持されていることを意味している。
ている試料では、50〜60Kにおいても未だ急激な劣
化は見られない。このことは、ピン止め力が50に以上
でも依然として保持されていることを意味している。
実施例2
実施例1で得たll0K高Tc試料の作成と同様の要領
にて、Mg添加、Nb添加、無添加の8OK低Tc試料
をそれぞれ作成した。
にて、Mg添加、Nb添加、無添加の8OK低Tc試料
をそれぞれ作成した。
第3図は無添加の80に低Tc試料(a)と無添加の1
10に高Tc試料(b)における様々な温度でのΔMと
磁場との関係(磁場依存性)を示している。いずれの試
料も低温でΔMはほぼ指数関数的に減少しているが、温
度を上げていくと、20Kから30に付近で下にずれ始
めており、ずれ始める温度が磁場の関数になっている。
10に高Tc試料(b)における様々な温度でのΔMと
磁場との関係(磁場依存性)を示している。いずれの試
料も低温でΔMはほぼ指数関数的に減少しているが、温
度を上げていくと、20Kから30に付近で下にずれ始
めており、ずれ始める温度が磁場の関数になっている。
また、第4図は無添加の110に高Tc試料における様
々な磁場でのΔMと温度との関係(温度依存性)を示し
ている。
々な磁場でのΔMと温度との関係(温度依存性)を示し
ている。
一方、第5図はMgを添加したll0K高Tc試料(a
)とNbを添加した110に高Tc試料(b)における
様々な温度でのΔMと磁場との関係を示したものであり
、これを、第3図及び第4図の無添加のll0K高Tc
試料の場合と比較すると明らかなように、MgやNbを
添加するとΔMの温度依存性、磁場依存性が改善されて
いることがわかる。例えば、3テスラ(T)で40にの
場合、Mgを添加した試料のΔMは無添加試料の3倍に
なっている。Nbを添加した試料は4.2にでかなり小
さなΔMを示しているものの、40にでは無添加試料よ
り顕著に改善されている。
)とNbを添加した110に高Tc試料(b)における
様々な温度でのΔMと磁場との関係を示したものであり
、これを、第3図及び第4図の無添加のll0K高Tc
試料の場合と比較すると明らかなように、MgやNbを
添加するとΔMの温度依存性、磁場依存性が改善されて
いることがわかる。例えば、3テスラ(T)で40にの
場合、Mgを添加した試料のΔMは無添加試料の3倍に
なっている。Nbを添加した試料は4.2にでかなり小
さなΔMを示しているものの、40にでは無添加試料よ
り顕著に改善されている。
以」二の結果より、不純物元素をドーピングして微細な
欠陥を作ることは、より高温及び高磁場中でのピン止め
力を増大するのに有効であることがわかる。
欠陥を作ることは、より高温及び高磁場中でのピン止め
力を増大するのに有効であることがわかる。
なお、不純物元素としてT1をドーピングした場合はT
iO2などの酸化物が析出し、ピン止め力はMg添加や
Nb添加の場合より小さいものの、効果がある。
iO2などの酸化物が析出し、ピン止め力はMg添加や
Nb添加の場合より小さいものの、効果がある。
(発明の効果)
以上詳述したように、本発明によれば、Bi系又はBi
−Pb系酸化物超伝導材料において、不純物元素のドー
ピングにより、該元素の酸化物又は該元素を含む酸化物
を非超伝導相として微細に析出させるので、特に強磁場
下で臨界温度に近い高温において高臨界@流密層(J
c)を有する材料が得られる。
−Pb系酸化物超伝導材料において、不純物元素のドー
ピングにより、該元素の酸化物又は該元素を含む酸化物
を非超伝導相として微細に析出させるので、特に強磁場
下で臨界温度に近い高温において高臨界@流密層(J
c)を有する材料が得られる。
第1図はMgを添加した試料での磁化曲線の温度依存性
を示す図、 第2図はMg添加、Nb添加及び無添加の各試料におけ
る磁場2テスラでのヒステリシスの大きさの温度依存性
を示す図、 第3図(a)、(b)は無添加の80に低Tc試料と無
添加の110に高Tc試料における様々な温度でのΔM
と磁場との関係(磁場依存性)を示す図で、(a)は8
0に低Tc試料の場合、(b)はll0X高Tc試料の
場合であり、 第4図は無添加の110に高Tc試料における様々な磁
場でのΔMと温度との関係(温度依存性)を示す図、 第5図はMgを添加した110に高Tc試料とNbを添
加した110に高Tc試料における様々な温度でのΔM
と磁場との関係を示す図で、(a)はMgを添加した場
合、(b)はNbを添加した場合を示している。
を示す図、 第2図はMg添加、Nb添加及び無添加の各試料におけ
る磁場2テスラでのヒステリシスの大きさの温度依存性
を示す図、 第3図(a)、(b)は無添加の80に低Tc試料と無
添加の110に高Tc試料における様々な温度でのΔM
と磁場との関係(磁場依存性)を示す図で、(a)は8
0に低Tc試料の場合、(b)はll0X高Tc試料の
場合であり、 第4図は無添加の110に高Tc試料における様々な磁
場でのΔMと温度との関係(温度依存性)を示す図、 第5図はMgを添加した110に高Tc試料とNbを添
加した110に高Tc試料における様々な温度でのΔM
と磁場との関係を示す図で、(a)はMgを添加した場
合、(b)はNbを添加した場合を示している。
Claims (3)
- (1)Bi−Sr−Ca−Cu−O系又はBi−Pb−
Sr−Ca−Cu−O系において、不純物元素のドーピ
ングにより、該元素の酸化物又は該元素を含む酸化物が
非超伝導相として微細に析出していることを特徴とする
Bi系又はBi−Pb系酸化物超伝導材料。 - (2)前記不純物元素がMg、Nb及びTiの少なくと
も1種である請求項1に記載のBi系又はBi−Pb系
酸化物超伝導材料。 - (3)前記非超伝導相がMgO、Sr(Ca、Nb)O
_3の少なくとも1種である請求項1に記載のBi系又
はBi−Pb系酸化物超伝導材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2278566A JPH04154623A (ja) | 1990-10-17 | 1990-10-17 | Bi系又はBi―Pb系酸化物超伝導材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2278566A JPH04154623A (ja) | 1990-10-17 | 1990-10-17 | Bi系又はBi―Pb系酸化物超伝導材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04154623A true JPH04154623A (ja) | 1992-05-27 |
Family
ID=17599053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2278566A Pending JPH04154623A (ja) | 1990-10-17 | 1990-10-17 | Bi系又はBi―Pb系酸化物超伝導材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04154623A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996017808A1 (en) * | 1994-12-07 | 1996-06-13 | Nationaal Onderzoekprogramma Hoge-Temperatuur Supergeleiders | High temperature superconductors |
-
1990
- 1990-10-17 JP JP2278566A patent/JPH04154623A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996017808A1 (en) * | 1994-12-07 | 1996-06-13 | Nationaal Onderzoekprogramma Hoge-Temperatuur Supergeleiders | High temperature superconductors |
| NL9402054A (nl) * | 1994-12-07 | 1996-07-01 | Nationaal Onderzoekprogramma H | Hoge-temperatuur supergeleiders. |
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