JPH04242018A - 酸化物超電導線材の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、酸化物超電導線材の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、より高い臨界温度を示す超電導材
料として、セラミック系のもの、すなわち酸化物超電導
材料は注目されている。

【０００３】その中で、Ｙ（イットリウム）系は９０Ｋ
、Ｂｉ（ビスマス）系は１１０Ｋ、Ｔｌ（タリウム）系
は１２０Ｋ程度の高い臨界温度を示しており、その実用
化が期待されている。特に、Ｔｌ系超電導材料は、この
中でも最も高い臨界温度を有している点において注目さ
れている。

【０００４】Ｔｌ系超電導材料は、Ｔｌ−Ｃａ−Ｂａ／
Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏの成分、またはこの成分の一部をＰｂ、
Ｂｉまたは希土類元素で置換した成分を有している。こ
のような、Ｔｌ系超電導材料には異なる結晶構造および
臨界温度を有する複数の超電導相が存在することが知ら
れている。また、原料粉末を熱処理してＴｌ系超電導材
料を製造しようとするとき、揮発性の高いＴｌおよびＰ
ｂが原料から飛散しやすく、その結果、いくつかの超電
導相が混在しやすいこと、および非超電導相が一部にお
いて現れることが知られている。

【０００５】また、このような酸化物超電導材料を用い
て、長尺の超電導線材を得る方法として、原料粉末を金
属シースで被覆したり、あるいは長尺の基材上にコーテ
ィングしたり、あるいは原料粉末をファイバ化して、こ
れを熱処理することにより、原料粉末を超電導体化して
、超電導線材を製造する方法が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超電導
線材をケーブルまたはマグネットに応用しようとすると
きには、高い臨界温度に加えて、高い臨界電流密度を有
していることが必要である。従来の製造方法により製造
される酸化物超電導線材は、この臨界電流密度の点で満
足できるものではなく、さらに高い臨界電流密度を示す
酸化物超電導線材の製造方法が求められている。

【０００７】この発明の目的は、臨界電流密度をさらに
向上することのできる酸化物超電導線材の製造方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、臨界電流
密度の向上を目的として、高い臨界電流密度を有する超
電導相の形成促進のための熱処理条件を見いだすべく鋭
意研究を重ねた結果、高揮発性元素を含む酸化物超電導
材料を、高揮発性元素を含む蒸気中で熱処理することに
より、所望の超電導相の形成を促進できることを見い出
した。この発明は、このような知見に基づきなされたも
のである。

【０００９】すなわち、この発明は、高揮発性元素を含
む酸化物超電導材料の原料を調製するステップと、原料
を線材に成形加工するステップと、高揮発性元素を含む
蒸気中で線材を熱処理するステップとを備えている。

【００１０】この発明において、熱処理は、線材のみを
密閉した容器中に入れて実施してもよい。この場合、線
材から高揮発性元素が飛散し、高揮発性元素を含む蒸気
中で熱処理することができる。しかしながら、より好ま
しくは、熱処理すべき線材とは別に設けた高揮発性元素
を含む化合物を容器内に入れ、この化合物から高揮発性
元素を発生させて、高揮発性元素を含む蒸気中で熱処理
する。あるいは、開管中で、高揮発性元素を含む化合物
から連続的に高揮発性元素を含む蒸気を線材に供給する
方法も効果的である。

【００１１】密閉容器の材料としては、ステンレス、ニ
ッケル、インコネル、白金、白金合金、金、金合金、銀
または銀合金を用いることが好ましい。これらの材料は
、Ｔｌ酸化物および原料粉末と反応しない。

【００１２】この発明が適用される酸化物超電導材料の
種類は、特に限定されるものではないが、高揮発性元素
を含む酸化物超電導材料としては、Ｔｌ系の酸化物超電
導材料がよく知られている。この酸化物超電導材料にお
いては、Ｔｌが高揮発性元素となって熱処理の際に飛散
する。またＰｂをこの酸化物超電導材料に添加する場合
には、Ｐｂも高揮発性元素となる。

【００１３】Ｔｌ系酸化物超電導材料の場合、原料の配
合比は、Ｔｌ：ＳｒまたはＢａ：Ｃａ：Ｃｕ＝０．６〜
１．８：２：２〜３：３〜４の比率が知られている。ま
たＰｂおよび／またはＢｉをこの超電導材料に添加する
場合には、１〜２０重量％のＰｂＯおよび／またはＢｉ
２　Ｏ３　が添加される。

【００１４】

【作用】高揮発性元素を含む酸化物超電導材料を熱処理
するとき、超電導相への変化とともに、高揮発性元素の
散逸が競争的に起こる。

【００１５】熱処理の雰囲気中に高揮発性元素が存在し
ない場合には、この高揮発性元素の散逸は非可逆的に起
こる。この結果、従来の方法では、熱処理の際、高揮発
性元素が散逸して、超電導材料の組成が熱処理とともに
変化し、所望の超電導相の形成が阻害され、また非超電
導相も現れた。

【００１６】この発明では、高揮発性元素を含む蒸気中
で線材を熱処理することによって、高揮発性元素の散逸
を抑制し、所望の高い臨界温度を有する超電導相をより
多く形成させることが可能となる。

【００１７】

【発明の効果】この発明に従えば、熱処理の際の高揮発
性元素の蒸発を防止し、所望の高い臨界温度を有する超
電導相の単相化を促進させることによって、臨界電流密
度の高い酸化物超電導線材を得ることができる。

【００１８】したがって、この発明に従い製造される酸
化物超電導線材は、ケーブルおよびマグネットなどでの
実用化の可能性が高められる。

【００１９】

【実施例】実施例１ Ｔｌ２　Ｏ３　、ＢａＯ２　、ＣａＯ、およびＣｕＯの
各粉末を、Ｔｌ：Ｂａ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８：２：２：
３の配合比となるように秤量し、混合してペレットに成
形した。その後、このペレットを８６５℃で１２時間焼
成し、超電導材料のための原料を得た。その後、この原
料を粉砕して、原料粉末とし、銀シース内に充填した後
、テープ状に加工した。その後、このテープ状線材を銀
製の容器内に酸化タリウムとともに入れて密閉した（実
験Ｎｏ．１）。また、もう１つのテープ状線材を、酸化
タリウムを入れずに銀製容器内に入れて密閉し熱処理を
施した（実験Ｎｏ．２）。次に、線材を所定の超電導相
が十分に形成される温度条件にまで加熱した。８１０℃
で１０時間とした。また、酸化タリウムは８４０℃に加
熱した。

【００２０】また、比較として、大気中で上記実験Ｎｏ
．１および２と同一の温度および時間で熱処理したもの
を作製した。

【００２１】このようにして得られた酸化物超電導線材
の超電導相の割合をＸ線回折測定で求めるとともに、液
体窒素温度（７７．３Ｋ）における臨界電流密度を測定
した。この結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】表１に示されるように、この発明に従う実
験Ｎｏ．１および２のものは、超電導相の割合が多く、
かつ高い臨界電流密度を示している。

【００２４】実施例２ Ｔｌ２　Ｏ３　、ＰｂＯ、ＢａＣＯ３　、ＣａＣＯ３　
、およびＣｕＯの各粉末原料を、Ｔｌ：Ｐｂ：Ｂａ：Ｃ
ａ：Ｃｕ＝１．４：０．６：２：３：４の比率で配合し
て混合し、成形して、８８０℃で１２時間焼成し、酸化
物超電導材料のための原料を得た。

【００２５】その後、実施例１と同様にして、この原料
を粉砕して原料粉末とし、銀シース内に充填した後、テ
ープ状に加工した。このテープ状線材を酸化タリウムと
ともに銀製容器内に密閉した（実験Ｎｏ．１）。また、
別のテープ状線材は、酸化タリウムと共存させずに銀製
の容器内に密閉した（実験Ｎｏ．２）。この状態で所定
の超電導相が十分に形成される熱処理条件で熱処理した
。すなわち、８２０℃で６時間熱処理した。また、酸化
タリウムは８６０℃に加熱した。

【００２６】比較として、大気中で同一の温度および時
間で熱処理したものも作製した（実験Ｎｏ．３）。

【００２７】以上のようにして得られた酸化物超電導材
料の超電導相の割合をＸ線回折測定で求めるとともに、
液体窒素温度（７７．３Ｋ）における臨界電流密度を測
定した。この結果を表２に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２から明らかなように、この発明に従う
実験Ｎｏ．１および２のものは、超電導相の割合が多く
、かつ臨界電流密度が高い。

【００３０】実施例３ Ｔｌ２　Ｏ３　、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ３　、ＣａＣＯ３　
、およびＣｕＯの各粉末を原料とし、Ｔｌ：Ｓｒ：Ｃａ
：Ｃｕ＝１．４：０．６：２：３：４の比率で配合して
混合し成形した。この成形物を８７０℃で１０時間焼成
し、酸化物超電導材料のための原料を得た。

【００３１】次に、この原料を粉砕して、原料粉末とし
、銀シース内に充填した後、テープ状に加工した。この
テープ状線材を酸化タリウムとともに銀製の容器内に密
閉した（実験Ｎｏ．１）。別のテープ状線材は、酸化タ
リウムと共存させることなく銀製の容器内に密閉した。 次に、所定の超電導相が十分形成される条件、すなわち
、８００℃で１２時間熱処理を行なった。また、酸化タ
リウムは８５０℃に加熱した。

【００３２】比較として、従来の方法に従い、大気中で
同一の温度および時間で熱処理した（実験Ｎｏ．３）。

【００３３】以上のようにして得られた酸化物超電導材
料の超電導相の割合をＸ線回折測定で求めるとともに、
液体窒素温度（７７．３Ｋ）における臨界電流密度を測
定した。結果を表３に示す。

【００３４】

【表３】

【００３５】表３から明らかなように、この発明に従う
実験Ｎｏ．１および２は、超電導相の割合が多く、かつ
高い臨界電流密度を示している。

【００３６】実施例４ 原料に配合するＰｂＯの代わりにＢｉ２　Ｏ３　を用い
、Ｔｌ：Ｂｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．４：０．６：２
：２：３の比率で配合する以外は、実施例３と同様にし
てそれで実験Ｎｏ．１〜３に対応するものを作製し、超
電導相の割合および臨界電流密度を測定した。結果を表
４に示す。

【００３７】

【表４】

【００３８】表４から明らかなように、この発明に従う
実験Ｎｏ．１および２は超電導相の割合が多く、高い臨
界電流密度を示している。

【００３９】実施例５ ＰｂＯの代わりにＢｉ２　Ｏ３　およびＰｂＯを用い、
Ｔｌ：Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．４：０．３
：０．３：２：２：３の比率で配合する以外は、実施例
３と同様にして実験Ｎｏ．１〜３に対応するものを作製
した。これらの超電導相の割合および臨界電流密度を表
５に示す。

【００４０】

【表５】

【００４１】表５から明らかなように、この発明に従う
実験Ｎｏ．１および２は、超電導相の割合が多く、高い
臨界電流密度を示している。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高揮発性元素を含む酸化物超電導材料
   の原料を調製するステップと、前記原料を線材に成形加
   工するステップと、前記高揮発性元素を含む蒸気中で前
   記線材を熱処理するステップとを備える、酸化物超電導
   線材の製造方法。
2. 【請求項２】　　前記熱処理ステップが、熱処理すべき
   線材とは別に設けた前記高揮発性元素を含む化合物から
   高揮発性元素を供給するステップを備える、請求項１に
   記載の酸化物超電導線材の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記高揮発性元素がＴｌまたはＰｂで
   あり、高揮発性元素を含む化合物がこれらの酸化物であ
   る、請求項２に記載の酸化物超電導線材の製造方法。