JPH05105449A - ビスマスを含有する超伝導性材料及びその製造方法 - Google Patents

ビスマスを含有する超伝導性材料及びその製造方法

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JPH05105449A
JPH05105449A JP4063335A JP6333592A JPH05105449A JP H05105449 A JPH05105449 A JP H05105449A JP 4063335 A JP4063335 A JP 4063335A JP 6333592 A JP6333592 A JP 6333592A JP H05105449 A JPH05105449 A JP H05105449A
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JP4063335A
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Bernhard Hettich
ベルンハルト・ヘテイヒ
Peter Majewski
ペーター・マイエウスキー
Klaus Schulte
クラウス・シユルツ
Guenter Petzow
ギユンター・ペツオウ
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B35/45Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on copper oxide or solid solutions thereof with other oxides
    • C04B35/4521Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on copper oxide or solid solutions thereof with other oxides containing bismuth oxide
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N60/80Constructional details
    • H10N60/85Superconducting active materials
    • H10N60/855Ceramic superconductors
    • H10N60/857Ceramic superconductors comprising copper oxide
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 特に高比率の2223相を特徴とする新規な
ビスマス含有酸化物セラミック超伝導性材料、並びにそ
の製造法の提供。 【構成】 ビスマス、ストロンチウム、カルシウム及び
銅を含み、BiyCa2Sr2Cu3x(但し、yは2.
35乃至2.6の数であり、xは約10乃至12であ
る)なる総合組成を有する酸化物セラミック超伝導性材
料。この材料は、105°Kを超える臨界温度Tcを有
し、Bi2Sr2Ca2Cu3xの比率は85容量%以上
である。ビスマス、ストロンチウム、カルシウム及び銅
の酸化物又は酸化物前駆体を850乃至890℃の範囲
内の温度に複数の時間長にわたって保持し、かつ、B
i:Cu>2:3;Ca:Sr=0.9乃至1.50;
Σ(Sr+Ca):Cu=4.2:3乃至4:3.3
3;Bi:Σ(Sr+Ca)=2.35:4乃至3.
1:4;なる原子比にすることを含むビスマス含有超伝
導性材料を製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ビスマス、ストロンチ
ウム、カルシウム及び銅を含有する酸化物セラミック超
伝導性材料及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】Bi23−SrO−CaO−CuO四元
系は、三種の超伝導相すなわちBi2Sr2CuO6(T
c=9°Kの「2201相」又は「ラボー(Raveau)
相」)、Bi2Sr2CaCu28(Tc=90°Kの
「2212相」)及びBi2Sr2Ca2Cu310(Tc
=110°Kの「2223相」)が存在する点で注目す
べきものである。最も重要な超伝導相である2223相
の同定は、タロン(J.L.Tallon)等、ナテューレ(Natur
e)333(1988年)第153頁に逆上る。そのため、純粋な2
223相試料の製造が試みられた。しかしながら、これ
は粉末冶金の手段では困難である。更には、2223相
はT=850−890℃の範囲で安定な独立化合物であ
ること及びこの系内のビスマスの比率が理想組成222
3での比率よりも高い場合には特に安定であることが知
られている(シュルツ(K.Schulze)等、ツァイトシュリ
フト フュル メタルクンデ(Zeitschrift fur Metallk
unde)、第81巻(1990年)第836頁)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特に
高比率の2223相を特徴とする新規なビスマス含有酸
化物セラミック超伝導性材料、並びにビスマス含有酸化
物セラミック超伝導性材料の製造に際し、できるだけ高
比率の2223層を容易に形成することができる新規な
方法を提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】この目的は、BiyCa2
Sr2Cu3x(但し、yは2.35乃至2.6、xは
約10乃至12)なる総合組成を有し、臨界温度Tcが
105°Kを以上であって、85容量%以上のBi2
2Ca2Cu3x相を有する冒頭で述べた型の材料によ
り達成される。yが2.45乃至2.55の範囲にあっ
て、Bi2Sr2Ca2Cu3x相が90容量%を越える
比率であることが好ましい。
【0005】本発明の目的は、更に、ビスマス、ストロ
ンチウム、カルシウム及び銅を含有する酸化物セラミッ
ク超伝導性材料の製造方法であって、ビスマス、ストロ
ンチウム、カルシウム及び銅の酸化物又は酸化物前駆体
を複数の時間長にわたって850乃至890℃の範囲の
温度に保持し、かつ、下記の原子比 Bi:Cu>2:3 Ca:Sr=0.9乃至1.50 Σ(Sr+Ca):Cu=4.2:3乃至4:3.33 Bi:Σ(Sr+Ca)=2.35:4乃至3.1:4 にすることからなる方法により達成される。
【0006】混合酸化物中のCa:Srの原子比は0.
95乃至1.35、特に0.95乃至1.05の範囲に
保つことが好ましい。本発明の更に好適な実施態様にお
ける混合酸化物中のΣ(Sr+Ca):Cu原子比は
4.1:3乃至4:3.1、特に4:3乃至4:3.1
である。本発明では、混合酸化物中のBi:Σ(Sr+
Ca)原子比が2.4:4乃至2.6:4、特に2.4
5:4乃至2.55:4の範囲内であると更に好適であ
る。ストロンチウム、カルシウム及び銅の酸化物の代り
に、反応温度で分解して酸化物を形成するような前記元
素のその他塩、云わゆる酸化物前駆体の塩を用いてもよ
い。そのような塩の代表例は炭酸塩及び硝酸塩である。
【0007】この混合酸化物を先ず700−800℃に
2時間以上加熱すると有利である。冷却後、この焙焼し
た混合物を均質化し、次に850乃至890℃の温度に
加熱する。700乃至800℃で得られた生成物を均質
化後に再度800−860℃に2時間以上加熱し、冷却
後に再度均質して、今度は860乃至890℃に加熱す
ると更に良好である。
【0008】860乃至890℃に加熱する混合物を予
め圧縮成形しておくと、驚くべきことに例えばタブレッ
ト形態の超伝導性成形物を得ることができる。
【0009】860乃至890℃から室温までの冷却
は、ゆっくりと進めることが好ましい。この混合物を炉
自身の中で放冷すると有利である。この関連では、2乃
至10°/分の冷却温度が最善であると判明した。
【0010】本発明では、700乃至800℃で50時
間以上加熱すると、特に830℃、56時間の加熱を追
加すると、超伝導性材料中の超伝導性2223相の比率
が特に高くなる。加熱は酸素の存在下、特に空気中で行
うことが好ましい。850乃至890℃での混合物の処
理を24時間以上、特に40乃至200時間の範囲、特
には60乃至150時間にわたって、かつまた、酸素の
存在下で行うことが好ましい。概して、低い焼結温度
(T<880℃)で2223相の体積比を相当の比率に
するには、長め(t>150時間)の焙焼時間が必要で
あり、その逆も成立する。しかしながら、890℃を越
えてはならない。
【0011】本発明の方法にて得られる生成物は、約9
2容量%の2223相、2乃至3容量%の2212相及
び約5容量%の酸化銅プラスアルカリ土類銅(II)酸塩
(cuprate)を含有する。
【0012】本発明を以下の実施例により更に詳しく説
明する。しかしながら、本発明は以下に開示する具体的
実施態様に限定されるわけではない。
【0013】
【実施例1】使用した出発材料は、Bi23、SrCO
3、CaCO3、及びCuO(純度99%)であった。重量
比でBi2.5Sr2Ca2Cu3Xなる試料を調製した。
この出発粉末を均質化して次のプログラムに従ってか焼
した。
【0014】a)空気中で790℃に60時間保持し、 b)空気中で830℃に2×60時間保持。
【0015】各焙焼の間、この粉末をメノウ乳鉢で均質
化した。均質化を繰り返した後、この粉末から長さ約
1.5cm×直径5mmの円筒体を成形した。この成形
物を885乃至890℃で90時間にわたり焼結した。
【0016】相の定性的同定は以下の手段を用いて行っ
た。
【0017】・偏光入射型光学顕微鏡(構造解析) 装置:ツァイス(Zeiss)AXIOMAT 倍率:25乃至100× ・粉末試料のX線回折測定(XRD) 測定装置:フィリップス(Phillips)社製の粉末回折計P
W 1050(40kV、25mA) X線:Cu Kα、λ=0.154056nm、黒鉛モノクロメ
ータ付 ・走査電子顕微鏡(SEM) 装置:ケンブリッジマスター(Cambridge Muster)S 2
00(15kV、1.10mA) 倍率:200乃至2000× エネルギー分散型X線放出解析装置付属(EDX)又は
(EDAX)、 型式:リンク(Link)社製 AN 10 000 解像度:約1μm この相の定性的同定の結果、試料成分として2212相
及び2223相、酸化銅及び銅酸塩(Ca,Sr)2
uO3が種々の量で観察された。
【0018】個々の相の容量百分率を以下の方法で定量
した。
【0019】a)2212相、2223相、銅(II)酸
塩及び酸化銅の相成分は、入射光顕微鏡にて点計測法(t
he point countingmethod)により測定した。
【0020】b)2212相と2223相は入射光顕微
鏡では互いに区別できない。従って、2212相と22
23相の容量百分率は、キルシュナー(H.Kirschner)、
アインフュールンク イン ディー レントゲンファイ
ンストゥルクトゥールアナリゼ(Einfuhrung in die Ron
tgenfeinstrukturanalyse)(X線微小構造解析入門)、
フィーヴェク−フェルラーク社(Vieweg-Verlag)(1980
年)、第1乃至4章に記載されたX線回折(XRD)法を
用いて定量した。この目的で、2212相(hkl=1
15、2θ=27.5°)と2223相(hkl=11
7、2θ=28.78°)の各ケースでの最強回折像面
積積分比を求めた(図1)。a)及びb)は前記化合物
の体積百分率の相対値を2乃至5%の精度で与える。
【0021】c)この2種の超伝導相2212及び22
23の超伝導比率の容量%は、ブッケル(W.Buckel)、シ
ュプライトゥンク(Supraleigung)(超伝導)、フェラル
ークヘミー(Verlag Chemie)(1990年)及びゲルトセン
(Gerthsen)等、フィジク(Physik)(物理学)、シュプリ
ンガー フェルラーク社(Springer Verlag)(1977年)
に記載されたように v=10kHz、T=3乃至300°K の誘導測定ブリッジ(induction measuring bridge)内で
試料の磁化率を測定して定量した。100%超伝導性に
なる理想的反磁性材料は、外部磁界を100%程度まで
排除する。この状態は定義により−1に等しく且つ無次
元である。温度低下による反磁性信号の部分飽和度(0
と−1との間の数)は、%で表示される。図2乃至図4
の縦軸に外挿すると、個々の試料中の超伝導層の比率が
求まる。
【0022】実施例1の材料中の2223相の比率は、
92容量%であることが両法により確認された。
【0023】
【実施例2】出発組成をBi2.6Sr2.3Ca1.9Cu3
Xにして実施例1を繰り返した。しかしながら、磁化率
の測定による2223相の比率は70容量%に過ぎなか
った(図3)。
【0024】
【比較例3】総括組成Bi2.3Sr2Ca2Cu3Xの出
発混合物を用いて実施例1を繰り返した。2223相の
比率は20容量%未満であった(図4)。
【0025】
【比較例4】出発混合物の組成を2223相の外見組成
と同じにしても比較例3と同様な結果が得られた(図
5)。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた試料の波長154,056pmで
測定した2θ(=回折角)反射X線の強度(任意単位)
である。
【図2】実施例1で得られた試料の絶対温度に対してプ
ロットした超伝導比率(容量%)である。
【図3】実施例2で得られた試料のTに対してプロット
した超伝導比率(容量%)である。
【図4】比較例3で得られたBi2.3Sr2Ca2Cu3
X試料のTに対してプロットした超伝導比率(容量%)
である。
【図5】比較例3で得られたBi2Sr2Ca2Cu3X
試料のTに対してプロットした超伝導比率(容量%)で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス・シユルツ ドイツ連邦共和国デー−7000 シユトウツ トガルト 80,シユヴアルツヴアルトシユ トラーセ 110 (72)発明者 ギユンター・ペツオウ ドイツ連邦共和国デー−7022 ラインフエ ルデン−エツヒターデインゲン,タンネン ヴエーク 7

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビスマス、ストロンチウム、カルシウム
    及び銅を含有して、BiyCa2Sr2Cu3x(但し、
    yは2.35乃至2.6の数であり、xは約10乃至1
    2である)なる総合組成を有し、かつ、105°Kを越
    える臨界温度Tcを有して、Bi2Sr2Ca2Cu3x
    相の比率が85容量%以上である酸化物セラミック超伝
    導性材料。
  2. 【請求項2】 yが2.45乃至2.55の数であり、
    かつ、Bi2Sr2Ca2Cu3x相の比率が90容量%
    より大である請求項1の酸化物セラミック超伝導性材
    料。
  3. 【請求項3】 ビスマス、ストロンチウム、カルシウム
    及び銅の酸化物又は酸化物前駆体を850乃至890℃
    の範囲の温度の複数の時間長にわたって保持すること及
    び Bi:Cu>2:3 Ca:Sr=0.9乃至1.50 Σ(Sr+Ca):Cu=4.2:3乃至4:3.33 Bi:Σ(Sr+Ca)=2.35:4乃至3.1:4 なる原子比にすることを含むビスマス含有超伝導性材料
    を製造する方法。
  4. 【請求項4】 先ず混合酸化物を2時間以上700−8
    00℃に加熱し、引き続き冷却後に均質化する請求項3
    の方法。
  5. 【請求項5】 均質化した反応生成物を2時間以上80
    0−860℃に加熱し、引き続き冷却後に均質化する請
    求項4の方法。
  6. 【請求項6】 得られた粉末を圧縮して成形物にし、該
    成形物を860乃至890℃で焼結する請求項5の方
    法。
  7. 【請求項7】 該材料を860乃至890℃に加熱した
    後、炉内で冷却する請求項3の方法。
  8. 【請求項8】 700−800℃で50時間以上加熱す
    る請求項4の方法。
  9. 【請求項9】 830℃で50時間以上加熱する請求項
    5の方法。
  10. 【請求項10】 BiyCa2Sr2Cu3x(但し、y
    は2.35乃至2.6の数であり、xは約10乃至12
    である)なる総合組成を有し、成形物の材料が105°
    Kを越える臨界温度を有し、かつ、該材料のBi2Sr2
    Ca2Cu3x相の比率が85容量%以上である超伝導
    性成形物。
  11. 【請求項11】 yが2.45乃至2.55の数である
    請求項10の超伝導性成形物。
  12. 【請求項12】 Bi2Sr2Ca2Cu3x相の比率が
    90容量%以上である請求項10の超伝導性成形物。
JP4063335A 1991-03-19 1992-03-19 ビスマスを含有する超伝導性材料及びその製造方法 Pending JPH05105449A (ja)

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DE4108869A DE4108869A1 (de) 1991-03-19 1991-03-19 Verfahren zur herstellung eines bismut enthaltenden supraleitenden materials
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EP (1) EP0504840B1 (ja)
JP (1) JPH05105449A (ja)
AT (1) ATE159703T1 (ja)
AU (1) AU649114B2 (ja)
CA (1) CA2063313A1 (ja)
DE (2) DE4108869A1 (ja)
DK (1) DK0504840T3 (ja)
ES (1) ES2109955T3 (ja)
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EP0504840A2 (de) 1992-09-23
DE59208988D1 (de) 1997-12-04
EP0504840B1 (de) 1997-10-29
AU1300492A (en) 1992-09-24
EP0504840A3 (en) 1993-03-31
GR3025432T3 (en) 1998-02-27
ES2109955T3 (es) 1998-02-01
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