JPH04275920A - Bi−Sr−Ca−Cu−O 型の高温超電導体及びその製造法 - Google Patents

Bi−Sr−Ca−Cu−O 型の高温超電導体及びその製造法

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JPH04275920A
JPH04275920A JP3271600A JP27160091A JPH04275920A JP H04275920 A JPH04275920 A JP H04275920A JP 3271600 A JP3271600 A JP 3271600A JP 27160091 A JP27160091 A JP 27160091A JP H04275920 A JPH04275920 A JP H04275920A
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melting
temperature
superconductor
melting point
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トーマス ブーマン
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ABB AB
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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】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明はセラミック高温超電導体
の分野に関する。特に、本発明はBi−Sr−Ca−C
u−O 型の高温超電導体及びその製造法に関する。か
かる超電導体は、例えばDE−A1−3,830,09
2 に記載されている。 【0002】 【技術的背景】微結晶の特別な配向が無い場合、現在知
られているセラミック高温超電導体は、77Kに於て、
特にほとんどの用途のための磁界中で、あまりに低い輸
送電流密度(臨界輸送電流密度Jc(B))を有する。 この理由は (a) 個々の微結晶間のいわゆる“弱結合(weak
−link)”カップリング(これに関しては、 Y−
Ba−Cu−O system : J. Ekin 
et al., J. Appl. Phys.62、
4821−4828(1987)参照)、及び (b) いわゆる“磁束流(flux flow)、す
なわち磁束管の貧弱な固定〔いわゆる“磁束ピンニング
”〕(これに関しては、 Y−Ba−Cu−O sys
tem :Y. Yeshurunet al., P
hys. Rev. Lett.60、2202−22
05頁参照)である。 【0003】YBa2Cu3Ox ,Tl 化合物に及
びBi3層化合物に於けるJc の磁界挙動は“弱結合
”カップリングを特徴とするが、Bi2層化合物Bi−
2212(理想的化学量論:Bi2Sr2Ca1Cu2
Ox ) では、それが溶融法で製造されていれば、こ
れが無い。他方、磁束フロー、すなわち磁束線流動(f
lux line flowing)はより顕著である
。現在の所、非配向(unoriented) Bi−
2212セラミック中のJc (77K)の最高値は0
磁界で1,200A/cm2 (Ag 管中のセラミッ
ク導体;Jc 規準:0.1μV/cm;これに関して
はK. Heine et al., Appl. P
hys. Lett.55、2441−2443頁(1
989)参照)又は1,600A/cm2 (2×3×
20mmのセラミックブロック;Jc規準及び磁界挙動
不明;これに関してはEP−A2−0,351,844
 参照)である。 【0004】両方の方法の特徴は、超電導体の製造に於
ける最高溶融温度が一致しない溶融方法(incong
ruent melting process)の出発
温度、すなわちBi−2212の融点(空気中でTm 
約890℃)より僅か10−50℃高いということであ
る。しかし、これら既知のBi−2212超電導体中の
1,200−1,500A/cm2 のJc の高い値
自体は低い磁界でもかなり減少し、かくして、例えばJ
c (500G)は零磁界の僅か約1%であり、適用可
能性に狭い限界が置かれる。 【0005】この理由のため、かなり高い磁界の場合で
も高い臨界電流密度を得るために臨界的“弱結合”カッ
プリングを避けるかあるいは磁束ピンニングを改良する
企画が無かったことはない。かくして、YBa2Cu3
Oxでは、特別な非常に緩徐な溶融プロセスで得られる
テクスチャー(texture)効果(いわゆる“メル
ト−テクスチャード成長(melt−textured
 growth) が数10,000A/cm2の電流
密度を有しかつもはや“弱結合”挙動を示さないmm−
m サイズ試料をもたらす(これに関しては、S. J
in et al., Appl. Phys. Le
tt.52、2072−2076頁参照)。 【0006】しかし、これらの結果は単一粒(この製造
法では1cm以上になり得る)についての測定であり、
この場合、単一粒界(少なくとも)は Jc 値を標準
セラミック粒の通常の値に限定する。一方、YBa2C
u4Ox のYBa2Cu3Ox への分解は微結晶中
に顕微鏡で見えない沈殿を生ずる。この沈殿は次に多分
ピンニング中心として作用する(これに関しては、S.
 Jin et al., Appl.Phys. L
ett.56、1287頁(1990)参照)。この結
果、粒中のJc の増加をもたらす。微結晶間の電流密
度の増加もそれによって得られるかどうかは不明である
。 【0007】LaBa2Cu3Ox 中(H. Mas
uda et al., Jpn. J. Appl.
 Phys. 28、L1226−L1229(198
9))及びBi−2212中(D. Shiet al
., Phys. Rev.B 40、5255−52
58頁(1989))へのCa又はCaCu酸化物の導
入による微結晶内の電流密度の増加も報告されている。 (Bi,Pb)3層化合物では、この方法は外部磁界の
不在下に於て平均200−400A/cm2 の輸送電
流の増加を生ずる(これに関しては、S.X. Dou
 et al., Supercond. Sci. 
Technol. 2、308−310頁(1989)
参照)。 【0008】要約すると、Bi−Sr−Ca−Cu−O
 型のセラミック高温超電導体の場合に、“弱結合”を
除去すること又は“磁束ピンニング”を改良することに
よって通常の良好な試料片の値(すなわちBi−221
2に於けるJc (500G)約10A/cm2 )を
越えて77Kに於けるJc(B)を改良することができ
る方法は今まで知られていない。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、かなり高い外部磁界に於てさえも改良された臨界電
流密度Jc を特徴とするBi−Sr−Ca−Cu−O
 型の高温超電導体を提供することでありかつその製造
法を明示することでもある。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明の目的は(a) 
成分Bi,Sr,Ca及びCuが化学量論的でないBi
:Sr:Ca:Cu比で存在し、かつ (b) 該比が2:2:1:2の化学量論比からほんの
僅かに異なる最初に挙げた型の高温超電導体で達成され
る。 【0011】本発明の第1の好ましい代表的実施態様は
Bi:Sr:Ca:Cu比が(2−x):2:1:2(
ここで0.05<x<0.6である)の範囲である点を
特徴とする。 本発明の第2の好ましい代表的実施態様はBi:Sr:
Ca:Cu比が2:2:(1+y):(2+z)(ここ
で0<y<0.5及び0<z<0.5である)の範囲で
あることを特徴とする。 【0012】本発明の製造法は (a) Bi,Sr,Ca及びCuの酸化物及び(又は
)高温、特に800℃以上で分解して酸化物を生成する
これらの化合物を、化学量論的ではなくかつ2:2:1
:2の化学量論比からほんの僅かに異なるBi:Sr:
Ca:Cu比で混合する工程、 (b) 混合物を溶融する工程、及び (c) 固化した溶融物を酸化性雰囲気中で400〜8
80℃の温度で後処理する工程を含む。 【0013】本発明の製造法の1つの好ましい実施態様
は (a) 溶融する前に、混合物を、まず、空気中で融点
Tm より下の温度、好ましくは約850℃で焼なまし
することによってBi2層化合物へ変化させ、(b) 
Bi2層化合物を溶融する前に粉砕して粉末にし、(c
) 粉末を型中へ注入又は圧縮し、かつ(d) 融点T
m よりほんの数℃高い温度で溶融することを特徴とす
る。 【0014】その他の代表的実施態様は本発明の従属請
求項から明らかになる。本発明のより完全な理解及びそ
の付随する利益の多くは、添付図面と関連させて考える
とき下記の詳細な説明を参照することによって本発明が
より良く理解されるようになるときに容易に得られるで
あろう。本発明の出発点は化学量論的Bi2層化合物B
i−2212である。この理想的な化学量論から異なる
非化学量論比で出発物質の量を選ぶ結果として、又、適
当な溶融方法の結果として、改良されたピンニング、従
って増加したJc(B)を有する超電導体が得られる。 【0015】最初に挙げた論文中でS. Shi et
 al. が提案した2:2:2:3、2:2:3:4
及び2:2:4:5の混合比を有するBi化合物からの
逸脱のように、本発明の超電導体の非化学量論はほんの
僅かである。これに関連して、Ca及びCuの過剰より
も、特に、Biの不足(Sr,Ca及びCuの過剰と等
価)によってより良い結果が得られる。 【0016】本発明の好ましい代表的な実施態様による
溶融法のための出発物質として、Bi,Sr,Ca及び
Cuの酸化物を(2−x):2:1:2(0.05<x
<0.6の場合である)の組成で秤量しかつ混合する。 別法では、酸化物の代わりに、すべて上に挙げた元素の
、高温、例えば800℃以上で分解して酸化物を生成す
る化合物を用いることができる。 【0017】次に、この混合物を次の溶融工程のために
直接用いることができる。しかし、混合物を、溶融前に
、まず融点Tm より下の温度、好ましくは約850℃
で空気中に於て焼なましすることによってBi2層化合
物へ変えるのが特に有利である。溶融工程自体は、原理
的に2つの方式で行うことができる。 (a) 粉末混合物をルツボ中で溶融し、溶融物を、例
えば最初に挙げたDF−A1−3,830,092 中
で化学量論的化合物Bi−2212について説明したよ
うに、型中へ流し込む。この方法は融点Tm (Bi−
2212の一致しない溶融の開始:Tm 約890℃)
より顕著に(例えば数10℃)高い処理温度を必要とす
る。 【0018】(b) 粉末混合物を所望の型中へ流し込
むか又は圧縮した後溶融しかつ固化させる。この場合に
は、溶融物の粘度が副次的に重要であるので、この変法
ではTmに近い、特にほんの数℃上の処理温度も可能で
ある。固化後、生成物は本質的にBi単一層化合物とし
て存在する。このBi単一層化合物は、酸化性雰囲気(
例えば空気又はO2 )中で400〜880℃の温度に
於ける後処理でBi2層化合物へ変えられる。 【0019】この試料を、次に、酸素を排除して(例え
ばN2 中で)室温へ冷却する。この方法で製造された
試料中で得られる電流密度Jc は溶融方式及び後処理
の長さに強く依存する。溶融方式(a) は、短い後処
理(約15時間)と関連して零磁界で100A/cm2
 未満のJc を有する試料をもたらす。同時に、Bi
不足を有する物質は相当する化学量論的物質より2〜3
倍良好なJc 値を示す。この値は700−850℃で
の長期(>30時間)後処理によって200−500A
/cm2 へ増加させることができる。 【0020】溶融方式(b) は実質的により高い電流
密度を可能にする。組成1.9:2:1:2の試料につ
いての零磁界に於ける最適値は2,100A/cm2 
であり、すなわち先行技術から知られている最高値より
約30%良好である。理想的に化学量論的な化合物Bi
−2212に比較した増加は磁界中でなおさらに顕著で
ある。かくして、500Gに於けるBi−(1.9)2
12中のJc はなお140A/cm2 であり、すな
わちBi−2212中の15倍である(図面も参照)。 【0021】本発明の超電導体及びその製造法について
の幾つかの代表的実施例を、又、比較実施例をも以下に
示す。2つの代表的実施例及び1つの比較実施例の実測
Jc(B)曲線を図面中に示す。 【0022】 【実施例1】Bi2O3, CuO, SrCO3 及
びCaCO3 を最終組成(1.9):2:1:2に従
って秤量し、混合し、850℃で40時間空気中で分解
し、Bi2層化合物へ変えた。 生成物をボールミル中でヘキサン下で粉砕した後、篩過
した(粒径<32μm )。この粉末から高さ約1mm
、直径約13mmの錠剤を圧縮した。該錠剤をAg 型
中で1バールのO2 下で905℃に於て1時間溶融し
、2段階方式で後処理した(1バールのO2 下で86
0℃に於て13時間及び空気中800℃で60時間)。 次の冷却は、700℃以下N2 雰囲気中で行った。磁
界無しでJc は1,600A/cm2 であった。図
面中に示した磁界依存性(曲線a)は、3物質のすべて
についてJc (B=0)は匹敵するが、B=500G
で、Jc が純Bi−2212(曲線c)より約15倍
高くかつBi−22(1.5)(2.5)(曲線b)の
約2倍であることを示す。 【0023】 【実施例2】実施例1と同じ処理工程を行った。但し、
出発物質の混合比は2:2:(1.5):(1.5)で
あった。得られた試料のJc(B)依存性は図面中に曲
線bとして示してある。 【0024】 【比較例1】実施例1と同じ処理工程を、但しHoec
hst AG Companyから市販されている粒径
<6μm の溶融処理Bi−2212粉末を用いて行っ
た。得られた試料のJc(B)依存性は図面中に曲線c
として示してある。 【0025】 【実施例3】Bi−(1.9)212の粗粒粉末(<0
.5mm)を溶融合成(1,100℃に於て空気中で2
0分溶融、粉砕及び800℃に於て12時間焼なまし)
によって製造した。その20gをAg 型中へ流し込み
、N2 下で930℃に於て20分間溶融した。O2 
中800℃で20時間後処理しかつN2 下で冷却した
後、零磁界での電流密度Jc は50A/cm2 であ
った。 【0026】 【比較例2】実施例3と同じ処理工程を、但し再びHo
echst AGの市販Bi−2212粉末を出発物質
として用いて行った。零磁界中での電流密度Jc はこ
の場合には20A/cm2 であった。 【0027】 【実施例4】実施例1の方法に従って、Bi−A212
(ここでA=1.4、1.7、1.8及び1.9である
)を製造し、圧縮して錠剤にした。溶融及び後処理は実
施例1記載の方法と同じであった。但し、800℃に於
ける後処理は4時間しか行わなかった。零磁界中でのJ
c の結果は下記の通りであった。 【0028】     組成:             (1.4)
212    (1.7)212   (1.8)21
2   (1.9)212    Jc(B=0)[A
/cm2 ]          100      
   400        890      1,
380 【0029】 【実施例5】本実施例では、方法は実施例4と同様であ
ったが、Aは1.85、1.9及び1.95であった。 800℃に於ける後処理時間はこの場合には18時間で
あった。零磁界中でのJc の結果は下記の通りであっ
た。     組成:             (1.85
)212    (1.9)212   (1.95)
212   Jc(B=0)[A/cm2 ]    
     1,900       2,040   
    2,120  これらの結果(特に、図面から
も)からわかるように、本発明の組成及び本発明の製造
法によって、かなり高い磁界中でも顕著に改良されたJ
c を特徴とするBi2層超電導体を製造することがで
きる。 【0030】明らかに、本発明の数多くの変化や変更が
上記教示に照らして可能である。従って、添付した本発
明の特許請求の範囲内で、本文中で詳述したこと以外に
本発明を実施することが可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【図1】通常のBi−2212超電導体と比較した本発
明の超電導体の2つの好ましい実施例について実測され
た臨界電流密度Jc の磁界への依存を示す。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  (a) 成分Bi,Sr,Ca及びC
    uが化学量論的でないBi:Sr:Ca:Cu比で存在
    し、かつ(b) 該比が2:2:1:2の化学量論比か
    らほんの僅かに異なるBi−Sr−Ca−Cu−O 型
    の高温超電導体。
  2. 【請求項2】  Bi:Sr:Ca:Cu比が(2−x
    ):2:1:2(ここで0.05<x<0.6である)
    の範囲である請求項1記載の超電導体。
  3. 【請求項3】  Bi:Sr:Ca:Cu比が2:2:
    (1+y):(2+z)(ここで0<y<0.5及び0
    <z<0.5である)の範囲である請求項1記載の超電
    導体。
  4. 【請求項4】  (a) Bi,Sr,Ca及びCuの
    酸化物及び(又は)高温、特に800℃以上で分解して
    酸化物を生成するこれらの化合物を化学量論的ではなく
    かつ2:2:1:2の化学量論比からほんの僅かに異な
    るBi:Sr:Ca:Cu比で混合する工程、 (b) 混合物を溶融する工程、及び (c)固化した溶融物を400℃〜880℃の温度で酸
    化性雰囲気中で後処理する工程を含む請求項1記載の高
    温超電導体の製造法。
  5. 【請求項5】  Bi,Sr,Ca及びCuの酸化物及
    び(又は)化合物を(2−x):2:1:2(ここで0
    .05<x<0.6である)のBi:Sr:Ca:Cu
    比で混合する請求項4記載の製造法。
  6. 【請求項6】  Bi,Sr,Ca及びCuの酸化物及
    び(又は)化合物を2:2:(1+y):(2+z)(
    ここで0<y<0.5及び0<z<0.5である)のB
    i:Sr:Ca:Cu比で混合する請求項4記載の製造
    法。
  7. 【請求項7】  混合物を溶融前にまず空気中で融点T
    m 以下の温度で、好ましくは約850℃で焼なましす
    ることによってBi2層化合物へ変化させる請求項5又
    は6のいずれかに記載の製造法。
  8. 【請求項8】  (a) Bi2層化合物を溶融前に粉
    砕して粉末にし、 (b) 粉末を型中へ注入又は圧縮し、かつ(c) 融
    点Tm よりほんの数℃高い温度で溶融する請求項7記
    載の製造法。
  9. 【請求項9】  混合物を融点Tm より数10℃高い
    温度で溶融して均一な溶融物を生成する請求項5又は6
    のいずれかに記載の製造法。
  10. 【請求項10】  (a) 後処理に於て、固化した溶
    融物を空気中又はO2 中で約800℃の温度で数時間
    保ち、かつ (b) 後処理後、固化した溶融物をN2 雰囲気中で
    冷却する請求項5又は6のいずれかに記載の製造法。
JP3271600A 1990-10-20 1991-10-21 Bi−Sr−Ca−Cu−O 型の高温超電導体及びその製造法 Pending JPH04275920A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP90120137A EP0482221B1 (de) 1990-10-20 1990-10-20 Verfahren zur Herstellung eines Hochtemperatur-Supraleiters vom Bi-Sr-Ca-Cu-O Typ
CH901201376 1990-10-20

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JPH04275920A true JPH04275920A (ja) 1992-10-01

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