JPH04182394A - 単結晶超電導体の製造方法 - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、超電導デバイスにおける超電導基板として使
用することができる単結晶超電導体の製造方法に関する
。

（ロ）従来の技術 超電導デバイスにおける超電導基板としては、単結晶基
板が望まれ、現在のところ、超電・淳焼結体のバルクを
スライスしたり、蒸着等による薄膜を形成することによ
り基板としている。

しかし、超電導焼結体のバルクをスライスしたものは、
空孔が多く緻密のものが得られないので超電導基板とし
ては好ましくなく、また、薄膜により基板を形成するに
は時間を要し、量産には不向きである。

一方、酸化物超電導体の単結晶化において、半導体製造
に用いられているブリッジマン法及びチョコラルスキー
法による単結晶作成法は、酸化物超電導材料の性質、Ｅ
極めて困難であるとされている。そこで、超電導単結晶
体を得る技術としてフラックス法が開発されている。こ
れは、まず、ある１つの組成系（例えばＢｉ　２ｓｒｃ
ａｃｕ２０＊　）の酸化物超電導体の原料粉末（例えば
Ｂｉ、Ｏ，、ＳｒＣＯ３、ＣａＣ０１及びＣｕＯ）をそ
の組成系の組成比（例えばＢ１：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２
　：　１　：　］　：　２）に秤量してアルミナのルツ
ボに入れて混合する。その後、適当な温度条件で熱処理
する。例えば室温から１時間で１０００℃に昇温しでそ
の温度を２４時間保持して原料粉末を溶融し、その後７
５０℃まで徐冷することにより、その系の超電導単結晶
を得る方法である。

（ハ）発明が解決しようとする課題 前述のフラックス法により得られる単結晶の大きさは高
々０．１〜３ｍｍ角程度のものしか得られないので、超
電導デバイス用基板として使用することができなく、利
用分野が大きく制限されるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑み発明さｉｔたものにして、超
電導デバイス用基板として使用することができる少なく
とも５ｍｍ角以−にの大きさの超電導基板を形成するこ
とができる単結晶超電導体の製造方法を提案しようとす
るものである。

（ニ）課題を解決するための手段 かかる課題を解決するために、本発明による単結晶超電
導体の製造方法は、１つの組成系の酸化物超電導体の原
料粉末をその組成系の組成比に応じて秤量し、この秤量
した原料粉末５０ｇ当り、その組成系の酸化物超電導体
の種結晶を１〜］Ｏｇの割合で混合し、その組成系の単
結晶析出温度１ｉｉｉ後の温度で溶融した後、用結晶超
、し導体を形成するものである。

（ホ）作用 ある１つの組成系の酸化Ｏ１超Ｘ１：ｉ、専体の原料粉
末をその組成系の組成比に応じて秤量し、この秤量した
原料粉末５０ｇに対して、その組成系の酸化物超電導体
の種結晶を１〜１０ｇの割合で混合し、その組成系の単
結晶析出温度０１ｊ後の温ｌｙで溶融した後、単結晶超
電導体を形成するので、前述の従来例で得らｈるものよ
り大きい単結晶超電導１本が得られる。

前記秤量した原料粉末５０　ｇ　！＝、ｋｔ　して、そ
のイ１１成系の酸化物超電導体の種結晶を１ｇより少な
い割合で混合する場合には、この種結晶を混合しないと
きと同様に、高々３ｍｉ角以ドの大きさの６のしか得ら
れない。

一方、ｄ１１記種結晶を１０ｇより多く混合するときに
は、種結晶が多いため結晶数が多くなり、単結晶にはな
らない。

くべ）実施例 本発明の一実施例として、１つの組成系がＢｉ２５ｒＣ
ａＣｕ、Ｏ，である単結晶超電導体の製造方法を説明す
る。

まず、この組成系の酸化物超電導体の原料粉末を、その
組成比に応じて秤量する。

即ち、原料粉末として例えばＢｉ、Ｏ，、Ｓ　ｒｃｏ　
ｓ、ＣａＣＯ５及びＣｕＯを用い、これらの原料粉末を
その組成系の組成比Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２　：　
１°１：２に秤量してアルミナのルツボに入れて混合す
る。

具体的には、純度９９．９９９％のＢｉｔＯ，を３５．
　Ｏｇ、純度９９．９９％の５ｒＣＯｓを２２．１　ｇ
、純度９９．９９％のＣａＣ０１を１５．Ｏｇ、純度９
９．９９％のＣｕＯを２３．９　ｇ、それぞれ秤量し、
これらの原料粉末を混合する。この混合物にエタノール
、メタノールなどの有機溶媒を加えてスタークにて撹拌
した後、有機溶媒を蒸発させ、乳鉢にてすりつぶして粉
末状とし、原料粉末を得る。

次に、この原料粉末５０ｇ当り、従来の方法で得たＢｉ
２５ｒＣａＣｕｔ帆の種結晶を１−１０ｇの割合でアル
ミナのルツボに入れて混合するっ具体的には原料粉末５
０ｇ当り種結晶を５ｇの割合で、即ち前述の原料粉末の
量９６ｇに対して種結晶を９．６ｇ混合した。

続いて、このルツボを電気炉に入れて熱処理する。図面
に熱処理時間に対する熱処理温度特性を示す。この図面
から明らかなように、ます室温から単結晶超電導体の析
出温度Ｔまで１〜５時間かけて昇温する。この析出温度
Ｔは、各原料粉末の溶融温度９２５℃より高く、９５０
℃より低い温度にされる。

この析出温度Ｔの状態を２〜２・１時間保持して原料粉
末を全て溶融するとともに溶融原料を種結晶になじませ
て析出可能状態にする。

その後、６００〜８００℃の温度まで３０〜８０時間か
けて徐冷する。この間に溶融していた原料が種結晶を核
として徐々に結晶化していき、結晶が成長する。この徐
冷の段階で温度の下げ方を２段階以−にに分けてもよい
。例えば、８００℃まで４０時間かけて降温し、その後
６００℃まで５時間かけて降温を行うなどしてもよい。

その後、室温まで降温して電気炉からルツボを取り出し
、ルツボを割って単結晶超電導体を取り出す。この単結
晶超電導体はその大きさが直径１０ｍｍのものであり、
単結晶超電導基板として少なくとも７ｍｍ角のらのが得
られる。従って、単結晶襞間面上・＼の電子デバイスの
バターニングが容易になる。

次に、前述の秤量した原料粉末５０ｇに対して種結晶を
１ｇの割合で混合して単結晶超電導体を形成したところ
、直径１０ｍｍのものが得られ、単結晶超電導基板とし
て少なくとも７ｍｍ角のものが得られる。

同様に、前述の秤量した原料粉末５０ｇに対して種結晶
を１０ｇの割合で混合して単結晶超電導体を形成したと
ころ、直径７ｍｍの６のが得られ、単結晶超電導基板と
して少なくとも５ｍ１ｌｌ角のものが得られる。

これに対して、前述の秤量した原料粉末５０ｇに対して
種結晶を０．５ｇの割合で混合して単結晶超電導体を形
成したところ、直径５ｍｍのものが得られ、単結晶超電
導基板としては大きくても；）野角のものが得られるに
過ぎず、用結晶基板として１−分な大きさのものか得ら
れない。

同様に、１ｔｊ述の秤量した原料粉末５０ｇ１：対して
種結晶をｌ１ｇの割合で混合シ、て超電導体を形成した
ところ、直径１０ｍｍのものが得られるが、種結晶が多
いため結晶数が多くなり、単結晶のものではなかった。

以−ヒの結果から、秤量した原料粉末５（Ｉｇに対する
種結晶の混合割合は、１〜１０ｇか適当である。

また、前述のようにして得た単結晶超電導体を種結晶に
用いて、−１−述した製造方法を繰り返すことにより、
さらに３０％の大型化が可能である。

以−Ｌの実施例においては、１つの組成系がＢ　ｉ　、
　５ｒｃａｃｕｚ帆である場合について説明したが、Ｌ
ｎＢａ、ＣＵ、帆系（Ｌｎは、）、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｅｕ、
Ｎｏ、Ｓｍ、＼ｄの一種又は複数種からなる）　、］’
１ＢａＣａＣｕＯ系あるいは実施例とは異なるＢ１５ｒ
ＣａＣｕ（１，系等の単結晶超電導体の形成に本発明を
適用することかできる。

たとえば、ＬｎＢａ＋Ｃｕ５Ｏ，系に本発明を適用する
場合には、その原料粉末（例えばＩ２Ｏ３、ＢａＣ０，
、及びＣ１１０＞を組成比Ｌｎ：　Ｂａ：Ｃｕ＝　１　
：　２°３．５に秤量して混合すればよく、単結晶超電
導体の析出温度Ｔを各原料粉末の溶融温度１０００℃よ
り高く、１０５０℃より低い温度に設定すればよい。

（ト）発明の効果 本発明による単結晶超電導体の製造方法は、ある１つの
組成系の酸化物超電導体の原料粉末をその組成系の組成
比に応じて秤量し、この秤量した原料粉末５０ｇ当り、
その組成系の酸化物超電導体の種結晶を１〜１０ｇの割
合で混合し、その組成系の単結晶析出温度前後の温度で
溶融した後、単結晶超電導体を形成するものであるから
、従来例で得られるものより大きい単結晶超電導体を得
ることができ、超電導デバイス用基板として使用するこ
とができる少なくとも５ｍｍ角以］、の大きさの超電導
基板として利用することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例における単結晶超電導体を形成
する熱処理時間に対する熱処理温度特性を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１つの組成系の酸化物超電導体の原料粉末をその
   組成系の組成比に応じて秤量し、この秤量した原料粉末
   ５０ｇ当り、その組成系の酸化物超電導体の種結晶を１
   〜１０ｇの割合で混合し、その組成系の単結晶析出温度
   前後の温度で溶融した後、単結晶超電導体を形成する単
   結晶超電導体の製造方法。