JPH0446051A - 酸化物超電導テープ - Google Patents

酸化物超電導テープ

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JPH0446051A
JPH0446051A JP2151604A JP15160490A JPH0446051A JP H0446051 A JPH0446051 A JP H0446051A JP 2151604 A JP2151604 A JP 2151604A JP 15160490 A JP15160490 A JP 15160490A JP H0446051 A JPH0446051 A JP H0446051A
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JP
Japan
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superconducting
tape
superconducting tape
oxide superconducting
group
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JP2151604A
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English (en)
Inventor
Junichi Shimoyama
淳一 下山
Toshiya Matsubara
俊哉 松原
Eiji Yanagisawa
栄治 柳沢
Takeshi Morimoto
剛 森本
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は新規な組織を有するB1−5r−Ca−Cu−
0系の酸化物超電導テープに関するものである。
[従来の技術] 従来、 B1−5r−Ca−Cu−0系超電導体(以下
Bi系超超電導体もいう)にBi*5rxCa*Cu5
Oy (以下2223相ともいう) 、 B1mSr*
CaCu50y  (以下2212相ともいう) 、 
B1m5rtCuOy (以下2201相ともいう)の
3種の構造があり、それぞれの臨界温度がおよそll0
K、 90に、 20にであることが知られている。
液体窒素温度(77K)における実用をめざした研究開
発は臨界温度が高い2223相、2212相を中心に行
われている。Bi系超超電導体テープの製造方法として
は、上記の組成を有する結晶粉末を合成した後、これを
金属管中に封入し焼結または溶融凝固する方法がある。
[発明が解決しようとする問題点] 焼結する方法により製造された超電導テープの断面は、
第1図のように多孔質な多結晶体である。それぞれの結
晶粒が無秩序な方向に配列し、かつ粒間の結合が弱い。
Bi系超電導体は、結晶粒子内で電流の流れやすい方向
が決まっているので、向きが異なる結晶粒子間では電流
が流れにくい流れにくい性質がある。また粒同士の結合
面積が小さいことは実効的な電流経路が細くなっている
ことを意味する。このため、第1図のような多結晶のB
i系超電導体では高い臨界電流密度を有するものが得ら
れなかった。
多結晶体をプレスするなどして、結晶粒の方向を制御す
ると、結晶粒の方向が揃うため、臨界電流密度は向上す
る。また同様に、溶融凝固法により製造すると、結晶粒
が大きく成長すること、緻密になり粒同士の結合が強く
なることにより臨界電流密度が向上する。
これらいずれの手法において製造した場合にも、液体窒
素温度での臨界電流密度は磁場中において著しく低下し
てしまう。これはBi系超電導体の下部臨界磁場以上の
磁場中で結晶を貫通する磁束のビン止め力が弱いことに
よると考えられている。
超電導体の応用分野としては、線材またはテープ材料を
コイル状に加工し、強力な磁場を作る電磁石としての利
用が中心に考えられている。そこで、Bi系超超電導テ
ープ実用化には、緻密に結晶の方向が揃った組織を作り
、さらにビン止め力を強くするためのビン止め中心を結
晶中に導入することにより、強磁場中で高い臨界電流密
度を有する材料を作製することが必要と考えられている
ビン止め中心としては微析出物、粒界、各種欠陥が考え
られる。希土類系超電導体については、REJaCuO
i相(REは希土類元素)ばか結晶中に細かく分散した
非超電導相の微粒子がビン止め中心になりうることが知
られている。Bi系超電導体は約880℃以上の温度で
部分溶融し、それを冷却すると凝固初期には2201相
結晶が生成し、そのまま徐冷すると容易に2212相に
相変態する。Bi系超電導体にはREJaCuOs相の
ような超電導結晶中に析出する非超電導相がなく、超電
導体と全(別の非超電導物質を結晶中に導入した報告も
ない。
[課題を解決するための手段] 本発明は、Bi、 Sr、 Ca、 Cu、 0を構成
元素として含む結晶中に、2A族元素から選ばれた少な
くとも1種以上の金属と4A族、4B族および希土類元
素から選ばれた少なくとも1種以上の金属との複合酸化
物の粒状結晶が島状に分散した組織を有する酸化物超電
導膜が金属と積層されていることを特徴とする酸化物超
電導テープを提供するものである。
本発明において2A族元素から選ばれた少な(とも1種
以上の金属と4A族、4B族および希土類元素から選ば
れた少な(とも1種以上の金属との複合酸化物はABO
s (^はMg、 Ca、 Sr、 Baから選ばれた
1種以上、BはZr、 Sn、 Ce、 Tiから選ば
れた1種以上)の組成式で表されるものであることが好
ましい。この場合ABO3はペロブスカイト型構造の結
晶となる。この結晶はいずれも大気中では1200°C
付近まで組成的に安定な物質でBi系超電導体の部分溶
融温度である880〜900℃の温度ではBi系超電導
体の融液と反応せず、またほとんど粒成長しない。
本発明の超電導体は、Bi系超電導体の原料を上記複合
酸化物と混合し、これを超電導相の部分溶融温度以上に
加熱した後、冷却して凝固することにより好適に製造す
ることができる。超電導相と上記複合酸化物の混合物を
超電導相の部分溶融温度以上に加熱した後、これを冷却
して凝固した場合、仕込時に添加した粒径を保った状態
で上記複合酸化物結晶が超電導相結晶中に取り込まれる
このとき、細かい粒子だけ選粒した上記複合酸化物を用
いれば、これと同じ大きさの非超電導物質を超電導相結
晶中に分散させることができるわけでビン止め力の強化
という観点から望ましい、特に0.5μm以下の粒子だ
けを用いた場合は、臨界電流密度は飛躍的に増大し磁場
を印加しても、その低下は少ない。
ABOaを用いる場合は、その添加量は、0.5wt%
以上かつ20wt%以下が好ましい。添加量が0.5w
t%未満の場合は本発明の効果が十分発現しない恐れが
あり、また添加量が20wt%を越える場合は材料中の
一部にABOa相が偏析してしまい超電導体の不連続が
生じる恐れがあるので好ましくない。さらに好ましいA
BO*の添加量は1〜10wt%である。
本発明の超電導テープは、超電導体の融液と反応しない
金属板に積層された状態あるいは平らにプレスされた金
属管中で製造されることが好ましい、この場合、融液か
ら結晶が成長するときに結晶が融液の表面張力によって
、金属の面に対してと超電導体結晶のC軸が垂直に成長
するため結晶の方向が揃った超電導テープが得られる。
超電導体の融液と反応しない金属として金、銀、もしく
はこれらを主成分とする合金が好ましい。
本発明の起電導テープは、例えばドクターブレード法で
得られた原料粉末を含むグリーンシートを金属板上に積
層して溶融凝固する方法、金属板上にスクリーン印刷法
などで膜を形成し溶融凝固する方法、金属管中に原料粉
を充填し、金属管をプレスしテープ状にし溶融凝固する
方法などにより製造される。
[実施例] 実施例I Bi :Sr:Ca:Cuの原子比が2:2:l:2と
なるような酸化物の仮焼粉末を作り(これを粉末Xとす
る)、さらに表1に示したAとBの組合せからなるAB
Os (平均粒径0.5μm)を5wt%加え混合した
その粉末をオクチルアルコールと混合した後これを0.
1mm X 10+omX 50mmの銀板上にスクリ
ーン印刷し乾燥した。これを890’ Cで20分溶融
し870”Cまで3時間かけて冷却した後、室温まで徐
冷し、さらに500°Cに加熱し酸素分圧0.001気
圧の雰囲気中で10時間保持し急冷した。
このようにして得た凝固テープの断面を走査型電子顕微
鏡およびX 41元素分析装置を用いて観察したところ
第2図に示したような板状の2212相の結晶粒子が1
状に重なり合い、その中に粒径0.5μm程度のABO
s粒子が島状に分散した組織を萄していることが確認さ
れた。試料の全体にわたり上記のような良好な組織が認
められた。
超電導特性の測定結果を表1に示す、これらの測定には
テープを2mm幅に切断したものを用いた。臨界温度は
直流四端子法により測定し零抵抗を示した温度で、臨界
電流密度は液体窒素温度において、外部磁場を2テスラ
印加した状態で同じ(直流四端子法で測定したものであ
る。磁場は超電導結晶のC軸に平行に印加した。
表 実施例2 実施例1中の粉末Xに、表2に示したAと8の組合せか
らなる八BO1(平均粒径0.5μm)を5wt%加え
混合した粉末を、外径4.6mmφ、内径3 @mφ、
長さ100 amの鎖管に充填した後、練りき加工し外
径を1.5 m@φとしこれをプレスにより幅3■厚さ
0.2ma+のテープ状にした。得られたテープの両端
を溶接磯で封じた後、890℃で20分溶融し870℃
まで3時間かけて冷却した後、室温まで徐冷し、さらに
500°Cに加熱し酸素分圧0.001気圧の雰囲気中
で10時間保持し急冷した。
このようにして得た凝固テープの断面を走査型電子顕微
鏡およびX線元素分析装置を用いて観察したところ第3
図に示したような板状の2212相の結晶粒子が層状に
重なり合い、その中に粒径0.5μm程度のABOs粒
子が島状に分散した組織を有していることが確認された
。試料の全体にわたり上記のような良好な組織が認めら
れた。
実施例1と同様にして測定した超電導特性の測定結果を
表2に示す。
表  2 実施例3 実施例1中の粉末Xに、表3に示したAと8の組合せか
らなるABOIを平均粒径0.15μmに選粒したもの
を5wt%加え混合した。その粉末をオクチルアルコー
ルと混合した後これを0.1mm X10+wmX 5
0++m銀板上にスクリーン印刷し乾燥した。これを8
90℃で20分溶融し870℃まで3時間かけて冷却し
た後、室温まで徐冷し、さらに500“Cに加熱し酸素
分圧0.001気圧の雰囲気中で10時間保持し急冷し
た。
このようにして得た凝固テープの断面を走査型電子顕微
鏡およびX線元素分析装置を用いて観察したところ第2
図に示したような板状の2212相の結晶粒子が層状に
重なり合い、その中に粒径0.15μm程度のABOs
粒子が島状に分散した組織を有していることが確認され
た。試料の全体にわたり上記のような良好な組織が認め
られた。
実施例1と同様にして測定した超電導特性を表3に示す
表 比較例1 実施例1中の粉末Xをオクチルアルコールと混合した後
これを0.1aw X 10mmX 50mm金板上に
スクリーン印刷し乾燥した。これを890°Cで20分
溶融し、S70’Cまで3時間かけて冷却した後、室温
まで徐冷し、ざらに500’ Cに加熱し酸素分圧0.
001気圧の雰囲気中で10時間保持し急冷した。
このようにして得た凝固テープの断面を走査型電子顕微
鏡およびX線元素分析装置を用いて観察したところ第4
図に示したような板状の2212相の結晶粒子が層状に
重なり合った組織を有していることが確認された。試料
の全体にわたり上記のような組織が認められた。
実施例1と同様に測定したところ、臨界温度は89にで
、液体窒素温度における臨界電流密度は120A/cm
”であった。
比較例2 実施例1中の粉末Xを、外径4.6mmφ、内径3■φ
、長さ100mmの金管に充填した後、綽弓き加工し外
径を1.511+mφとしこれをプレスにより幅3重閣
厚さ0.2mmのテープ状にした。これを890℃で2
0分溶融し870℃まで3時間かけて冷却した後、室温
まで徐冷し、さらに500℃に加熱し酸素分圧0.00
1気圧の雰囲気中で10時間保持し急冷した。
このようにして得た凝固テープの断面を走査型電子顕微
鏡およびX線元素分析装置を用いて観察したところ第5
図に示したような板状の2212相の結晶粒子が層状に
重なり合った組織を有していることが確認された。試料
の全体にわたり上記のような組織が認められた。
実施例1と同様にして測定したところ臨界温度は87に
で、液体窒素温度における臨界電流密度は90A/cが
であった。
[発明の効果] 本発明の超電導テープは、非常に細かい非超電導体粒子
が分散しており、これが磁束の良好なビン止め中心とし
て作用するため、強磁場中でも臨界電流密度が高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は、焼結法で製造したBi系超超電導テープ組織
を示す模式図である。 第2図は、実施例1,3において得られた超電導テープ
の組織を示す模式図である。 第2図は、実施例2において得られた超電導テープの組
織を示す模式図である。 第4図は、比較例1において得られた超電導テープの組
織を示す模式図である。 第5図は、比較例2において得られた超電導テープの組
織を示す模式図である。 図 口1 手糸売ネ巾正書 (方式) %式% 1事件の表示 平成2年特許願第151604号 2、発明の名称 駿化物超電導テープ 3補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所  東京都千代田区丸の内二丁目1番2号名称 
(004)旭硝子株式会社 平成2年8月28日(発送臼) 6、補正により増710する請求項の数7、補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 8、補正の内容 (1)明細書第15頁第15行の「第2図」なし を「第3図」に訂正する。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.Bi,Sr,Ca,Cu,Oを構成元素として含む
    結晶中に、2A族元素から選ばれた少なくとも1種以上
    の金属と4A族、4B族および希土類元素から選ばれた
    少なくとも1種以上の金属との複合酸化物の粒状結晶が
    島状に分散した組織を有する酸化物超電導膜が金属と積
    層されていることを特徴とする酸化物超電導テープ。
  2. 2.2A族元素から選ばれた少なくとも1種以上の金属
    と4A族、4B族および希土類元素から選ばれた少なく
    とも1種以上の金属との複合酸化物がABO_3(Aは
    Mg,Ca,Sr,Baから選ばれた1種以上、BはZ
    r,Sn,Ce,Tiから選ばれた1種以上)である請
    求項1の酸化物超電導テープ。
  3. 3.Bi,Sr,Ca,Cu,Oを含む結晶が融液の凝
    固により得られたものである請求項1または2の酸化物
    超電導テープ。
JP2151604A 1990-06-12 1990-06-12 酸化物超電導テープ Pending JPH0446051A (ja)

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