JPH0446052A - 酸化物超電導体テープ - Google Patents
酸化物超電導体テープInfo
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- JPH0446052A JPH0446052A JP2151606A JP15160690A JPH0446052A JP H0446052 A JPH0446052 A JP H0446052A JP 2151606 A JP2151606 A JP 2151606A JP 15160690 A JP15160690 A JP 15160690A JP H0446052 A JPH0446052 A JP H0446052A
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- Japan
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- superconductor
- contg
- oxide
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- superconducting
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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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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (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。
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T1−Ba−Ca−Cu−
0系酸化物超電導体テープに関するものである。
0系酸化物超電導体テープに関するものである。
[従来の技術]
従来、 Tl−Ba−Ca−Cu−0系超電導体(以下
Tl系超電導体ともいう)にTl*BatCazCus
Oy (以下2223相ともいう) 、 TlaBaz
CaCu20y (以下2212相ともいう) 、
TlBa*CamCu40y (以下1234相とも
いう)ほか多くの相があり、そのほとんどの相の臨界温
度は液体窒素温度(77K)より高いことが知られてい
る。Tl系超電導体のテープの製造方法としては、上言
己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。
Tl系超電導体ともいう)にTl*BatCazCus
Oy (以下2223相ともいう) 、 TlaBaz
CaCu20y (以下2212相ともいう) 、
TlBa*CamCu40y (以下1234相とも
いう)ほか多くの相があり、そのほとんどの相の臨界温
度は液体窒素温度(77K)より高いことが知られてい
る。Tl系超電導体のテープの製造方法としては、上言
己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。
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。
Tl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T
1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。
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T
1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。
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Tl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ピ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F!iEとしての利用が中心に考えられている
。そこで、Tl系超電導テープの実用化には、緻密に結
晶の方向が揃った組織を作り、さらにピン止め力を強く
するためのピ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。
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Tl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ピ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F!iEとしての利用が中心に考えられている
。そこで、Tl系超電導テープの実用化には、緻密に結
晶の方向が揃った組織を作り、さらにピン止め力を強く
するためのピ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。
ピ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、REzBaCu
Oa相(REは希土類元素)ほか結晶中に細か(分散し
た非超電導相の微粒子がピン止め中心になりうることが
知られている。Tl系超電導体は約910℃以上の温度
で部分溶融し、これを冷却すると凝固初期には2212
相結晶が生成し、そのまま徐冷すると容易に2223相
などに相変態する。T1系超電導体にはREJaCuO
a相のような超電導結晶中に析出する非超電導相はなく
、超電導体と全く別の非超電導物質を結晶中に導入した
報告もない。
られる。希土類系超電導体については、REzBaCu
Oa相(REは希土類元素)ほか結晶中に細か(分散し
た非超電導相の微粒子がピン止め中心になりうることが
知られている。Tl系超電導体は約910℃以上の温度
で部分溶融し、これを冷却すると凝固初期には2212
相結晶が生成し、そのまま徐冷すると容易に2223相
などに相変態する。T1系超電導体にはREJaCuO
a相のような超電導結晶中に析出する非超電導相はなく
、超電導体と全く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、T1. Ba、 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数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
電導体テープを提供するものである。
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数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
電導体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はABO
m(A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)の駐成式で表されるものであることが好ましい、
この場合ABOI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T1系超電導体の部分溶融温度で
ある910〜980℃の温度ではTl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。
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はABO
m(A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)の駐成式で表されるものであることが好ましい、
この場合ABOI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T1系超電導体の部分溶融温度で
ある910〜980℃の温度ではTl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Tl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5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。
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5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ピン止め力の強化
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
を印加してもあまり低下しない。
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ピン止め力の強化
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
を印加してもあまり低下しない。
ABOs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0.5
wt%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ABO3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
ABO,の添加量は1〜10wt%である。
%以上かつ20wt%以下が好ましい。添加量が0.5
wt%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ABO3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
ABO,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
金属板もしく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、この結果、融液から結晶が成長する
ときに、融液の表面張力によって金属の面に対して超電
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。
金属板もしく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、この結果、融液から結晶が成長する
ときに、融液の表面張力によって金属の面に対して超電
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。
はこれらを主成分とする合金が好ましい。
本発明の超電導テープは、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で溶融凝固
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して溶融凝固する方法などにより
製造される。
た原料粉末を含むグリーンシートを金属板上で溶融凝固
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して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
Ba:Ca:Cuの原子比が2:3:4となるようにB
aC0m、CaCO5,CuOを秤量、混合し、これを
電気炉を用いて空気中880 ”Cで10時間焼成した
。この焼成した粉末にTIJsをTl:Ba:Ca:C
uの原子比が2:2:’3:4となるように加え(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ABO,粉末(平均粒径0.5μm)を5wt
%加え混合した。
aC0m、CaCO5,CuOを秤量、混合し、これを
電気炉を用いて空気中880 ”Cで10時間焼成した
。この焼成した粉末にTIJsをTl:Ba:Ca:C
uの原子比が2:2:’3:4となるように加え(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ABO,粉末(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 lOmmX 50II1m金板状にスクリ
ーン印刷し乾燥した。これを内径16mmφのアルミナ
管中に封入し、950’Cで5分溶融し室温まで急冷し
た後、さらに89G’ Cまで加熱し8時間保持し急冷
した。
1mm X lOmmX 50II1m金板状にスクリ
ーン印刷し乾燥した。これを内径16mmφのアルミナ
管中に封入し、950’Cで5分溶融し室温まで急冷し
た後、さらに89G’ Cまで加熱し8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2223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ABO,粒
子が層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。
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2223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ABO,粒
子が層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。
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2I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
流密度は液体家素温度において、外部磁場を2テスラ印
加した状態で同じく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。
テープを2I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
流密度は液体家素温度において、外部磁場を2テスラ印
加した状態で同じく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1
実施例2
実施例1中の粉末Xに、表2に示した^とBの組合せか
らなるABOa粉末(平均粒径0.5μm)を5wt%
加え混合した粉末を、外径4.6■ψ、内径3 ++v
φ、長さ100 mmの金管に充填した後、線引き加工
し外径を1.5mmφとしこれをプレスにより幅3 a
m厚さ0.2m国のテープ状にした。得られたテープの
両端を溶接機で封じた後、950℃で5分溶融し室温ま
で急冷した後、さらに890℃まで加熱し8時間保持し
急冷した。
らなるABOa粉末(平均粒径0.5μm)を5wt%
加え混合した粉末を、外径4.6■ψ、内径3 ++v
φ、長さ100 mmの金管に充填した後、線引き加工
し外径を1.5mmφとしこれをプレスにより幅3 a
m厚さ0.2m国のテープ状にした。得られたテープの
両端を溶接機で封じた後、950℃で5分溶融し室温ま
で急冷した後、さらに890℃まで加熱し8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2223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ABO,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。
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2223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ABO,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2に示す
。
。
表
実施例3
実施例1中の粉末Xに、表3に示したAとBの組合せか
らなるABO,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 xlommX 50
mm金板状にスクリーン印刷し乾燥した。これを内径1
6)φのアルミナ管中に封入し、950°Cで5分溶融
し室温まで急冷した後、さらに890°Cまで加熱し8
時間保持し急冷した。
らなるABO,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 xlommX 50
mm金板状にスクリーン印刷し乾燥した。これを内径1
6)φのアルミナ管中に封入し、950°Cで5分溶融
し室温まで急冷した後、さらに890°Cまで加熱し8
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2223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ABO,
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。
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2223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ABO,
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0.1mm X lOa+mX 5’01llf
fl金扱状にスクリーン印刷し乾燥した。これを内径1
6mmφのアルミナ管中に封入し、950’Cで5分溶
融し室温まで急冷した後、さらに890’ Cまで加熱
し8時間保持し急冷した。
これを0.1mm X lOa+mX 5’01llf
fl金扱状にスクリーン印刷し乾燥した。これを内径1
6mmφのアルミナ管中に封入し、950’Cで5分溶
融し室温まで急冷した後、さらに890’ Cまで加熱
し8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2223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V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。
鏡およびX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2223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V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ところ、臨界温度は12
2にで、液体窒素温度における臨界電流密度は340A
/am”であった。
2にで、液体窒素温度における臨界電流密度は340A
/am”であった。
比較例2
実施例1中の粉末Xを、外径4. BT5mφ、内径3
nunφ、長さ100 mmの金管に充填した後、線
弓き加工し外径を1.5 mmφとしこれをプレスによ
り幅3 mm厚さ0.2mmのテープ状にした。得られ
たテープの両端を溶接機で封じた後、950°Cで5分
溶融し室温まで急冷した後、さらに890’Cまで加熱
し8時間保持し急冷した。
nunφ、長さ100 mmの金管に充填した後、線
弓き加工し外径を1.5 mmφとしこれをプレスによ
り幅3 mm厚さ0.2mmのテープ状にした。得られ
たテープの両端を溶接機で封じた後、950°Cで5分
溶融し室温まで急冷した後、さらに890’Cまで加熱
し8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2223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。
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2223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12
0にで、液体窒素温度における臨界電流密度は300A
/cm”であった。
0にで、液体窒素温度における臨界電流密度は300A
/cm”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相が
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。
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。
第1図は、焼結法で製造したTl系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3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。 ′1−′本1(1t1:ニ 図 図2 鞄 鎚 ヲ
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3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。 ′1−′本1(1t1:ニ 図 図2 鞄 鎚 ヲ
Claims (3)
- 1.TI,Ba,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体 テープ。 - 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の酸化物超電導体テープ。 - 3.TI,Ba,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
超電導体テープ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2151606A JPH0446052A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 酸化物超電導体テープ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2151606A JPH0446052A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 酸化物超電導体テープ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0446052A true JPH0446052A (ja) | 1992-02-17 |
Family
ID=15522207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2151606A Pending JPH0446052A (ja) | 1990-06-12 | 1990-06-12 | 酸化物超電導体テープ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0446052A (ja) |
-
1990
- 1990-06-12 JP JP2151606A patent/JPH0446052A/ja active Pending
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