JPH0531490B2 - - Google Patents
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- JPH0531490B2 JPH0531490B2 JP62200926A JP20092687A JPH0531490B2 JP H0531490 B2 JPH0531490 B2 JP H0531490B2 JP 62200926 A JP62200926 A JP 62200926A JP 20092687 A JP20092687 A JP 20092687A JP H0531490 B2 JPH0531490 B2 JP H0531490B2
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- Japan
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- superconducting
- superconducting material
- base material
- temperature
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は、超電導材の製造方法に関するもの
である。 〔従来の技術およびその問題点〕 超電導材料は、既に高エネルギー粒子加速器、
医療診断用MRI−CT物性研究装置等において、
超電導マグネツトの形で実用化されている。ま
た、発電機、エネルギーの貯蔵や変換、リニアモ
ーターカー、資源回収用磁気分離装置、核融合
炉、送電ケーブル、磁気シールド材等への応用、
さらには、ジヨセフソン効果を用いた超電導素子
は、超高速コンピユーター、赤外線検出器、低雑
音の増幅器等への応用が期待されており、これら
が本格的に実用化された場合の産業的、社会的イ
ンパクトの大きさは、未だ測りがたい。 これまでに開発された超電導材料の代表的なも
のとして、Nb−Ti合金があり、現在9Tまでの磁
界発生用線材として広く使用されている。Nb−
Ti合金のTc（超電導状態が存在する臨界温度）
は、9Kである。また、Nb−Ti合金よりも格段に
高いTcを有する材料として化合物系超電導材料
が開発され、現在Nb3Sn（Tc：18K）とV3Ga
（Tc：15K）が線材化され実用に供せられてい
る。さらに、Nb3Geでは23KのTcが得られてい
る。 このように長年に亘つて高Tc超電導材料を得
るための努力がなされてきたが、従来の合金系お
よび化合物系超電導材料においては、Tc23Kが
大きな壁になつている。Tcが23K以下の超電導
材料の冷却には、高価な液体Heが必要であり、
このことが超電導材料の広範な応用を阻害してい
る。このTcの壁を打破する材料として、1986年
にIBMチユーリツヒのMuller氏等が、Ba−La−
Cu−Ｏ系の酸化物で超電導の徴候が認められた
と発表して以来、酸化物系超電導材料の開発競争
に拍車がかかつた。1986年にはTc40Kであつた
ものが、1987年の初には、早くも77Kの液体窒素
温度を超えるＹ−Ba−Cu−Ｏ系超電導材料が開
発され、Tcは約93Kに達した。さらに、その後
も精力的な開発が続けられており、今のところ安
全性等に問題はあるものの室温で超電導現象を示
す超電導材料の開発も報告されている。液体窒素
温度で使用可能な高温超電導材料の発見は、前述
した応用分野への期待度を増々高めるものである
が、実際の応用化に当つては、線材化、皮膜化な
どの加工技術の開発が伴わなければならない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 超電導物質を皮膜化するには、超電導物質を溶
射法や蒸着法によつて基材上に付与させることが
考えられるが、これらの方法によれば、安定して
形成できる皮膜の厚さはたかだか1μm程度であ
り、給電容量が制限されること、加えて皮膜形成
速度が小さく、所定の膜形成に多大の時間を要す
る等の問題が残されている。 この発明の目的は、厚被膜を安定に形成させ、
加えて大きな成膜速度で超電導物質からなる皮膜
を基材上に形成させることができる、超電導材の
製造方法を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、基材の表面上に、溶射法によつて
CuxOy基を含む複合酸化物超電導物質の皮膜を形
成させ、次いで、このようにして得られた前記基
材と前記皮膜とからなる超電導素材を、酸素含有
雰囲気中において500℃から980℃の温度に加熱
し、次いで、20℃／min以下の速度で冷却し、か
くして、前記皮膜の結晶構造および酸素量を制御
することによつて、前記皮膜に超電導特性を付与
することに特徴を有するものである。 次に、この発明の、超電導材の製造方法の一実
施態様を図面を参照しながら説明する。 第１図は、この発明の、超電導材の製造方法の
一実施態様を示す断面図である。 第１図に示すようなプラズマ溶射装置１を使用
して、銅製基材２の表面上に、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ
系等のCuxOy基を含む複合酸化物超電導物質の皮
膜３を形成する。溶射装置１は、熱源としてプラ
ズマを用いるもの以外であつても良い。 プラズマ溶射装置１は、真空容器４と、真空容
器４内に設けられた溶射ノズル５と、溶射ノズル
５内に設けられたタングステン電極６と、溶射ノ
ズル５と電極６との間に接続されたプラズマ電源
７とからなつている。 真空容器４内に、溶射ノズル５と対向して板状
または棒状の基材２を設置し、真空容器４内のガ
スを吸引しながら、溶射ノズル５内にアルゴン、
ヘリウム等の作動ガスおよびCuxOy基を含む複合
酸化物超電導物質の粉末（10から100μm）をそれ
ぞれ連続的に供給し、そして、プラズマ電源７を
作動させて、溶射ノズル５から電極６に向けてプ
ラズマジエツトを発生させる。 このようにして、基材２と皮膜３とからなる超
電導素材８を得たら、次に、超電導素材８を酸素
含有雰囲気中において500から980℃の温度に加熱
し、この後、必要に応じて、超電導素材８を所定
時間、前記温度範囲に保持した後、超電導素材８
を20℃／min以下の速度で冷却する。 ここで、熱処理温度を500〜980℃としたのは、
500℃未満では、均質な斜方晶を得ることが難し
く、且つ、酸素欠損量が大きく、十分な超電導特
性を得ることが困難であり、一方、熱処理温度が
980℃を超えると、基材と皮膜とが反応し、皮膜
中に基材物質が侵入し、超電導特性を示さなくな
るためである。 また、冷却速度を20℃／min以下としたのは、
20℃／minを超える冷却速度においては、皮膜に
割れが生じる危険性が高まること、皮膜と基材が
ハクリし易いこと、および結晶中の酸素欠損量が
大きくなるためである。 このように、超電導素材８に熱処理を施こすの
は、次の理由による。 超電導素材８の溶融粒子が、溶射によつて基材
２の表面に付着すると、溶融粒子は直ちに冷却さ
れる。従つて、基材２の表面上に形成される皮膜
３の大部分の結晶構造は、高温度で安定な正方晶
に近い斜方晶となる。また、皮膜３の含有酸素量
も減少する。この結果、皮膜３に超電導現象が十
分に現われない。そこで、皮膜３を上述した温度
に加熱すると、もともと斜方晶になり易すい性質
を有する皮膜３の結晶構造が正方晶に近い斜方晶
から斜方晶に容易に変わる。これによつて、皮膜
３には完全に超電導現象が現われる。 次に、この発明の実施例について説明する。 第１図に示すプラズマ溶射装置１の真空容器４
内に、銅製の板状基材２をセツトし、プラズマガ
スとして、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合
ガス（Ar：20／min、He：40／min）を溶
射ノズル５内に連続的に供給し、プラズマ電源７
から溶射ノズル５と電極６との間に15Kwの電力
を供給し、Y0.3−Ba0.7−Cu1−O3-yからなる超電
導物質の粉末（粒径10から100μm）を溶射ノズル
５内に供給し、そして、真空容器４内の気圧を
80mbarに減圧して、基材２の表面上に150μmの
膜厚を有する、超電導物質からなる皮膜３を形成
した。 次いで、このようにして得た、基材２と皮膜３
とからなる超電導素材８を真空容器４から取り出
し、超電導素材８を500℃の温度に加熱し、大気
中において、20℃／minの速度で室温まで冷却し
て、板状の超電導材を製造した。 次に、超電導素材８の加熱温度を800℃とした
以外は、上述した実施例と同一条件に従つて別の
板状超電導材を製造した。 このようにして製造した超電導材の試験片（基
材厚：２mm、皮膜厚：150μm、幅：５mm、長さ：
50mm）を液体窒素（77K）中に浸漬し、四端子抵
抗測定法によつて、臨界電流密度（Jc）について
調べた。また、臨界温度（Tc）の測定も同様に
四端子抵抗測定法により行なつた。この結果を、
超電導素材８に熱処理を施こさない場合、即ち、
溶射ままの場合と合わせて第１表に示す。なお、
溶射ままの場合、皮膜は超電導現象を示さなかつ
た。
である。 〔従来の技術およびその問題点〕 超電導材料は、既に高エネルギー粒子加速器、
医療診断用MRI−CT物性研究装置等において、
超電導マグネツトの形で実用化されている。ま
た、発電機、エネルギーの貯蔵や変換、リニアモ
ーターカー、資源回収用磁気分離装置、核融合
炉、送電ケーブル、磁気シールド材等への応用、
さらには、ジヨセフソン効果を用いた超電導素子
は、超高速コンピユーター、赤外線検出器、低雑
音の増幅器等への応用が期待されており、これら
が本格的に実用化された場合の産業的、社会的イ
ンパクトの大きさは、未だ測りがたい。 これまでに開発された超電導材料の代表的なも
のとして、Nb−Ti合金があり、現在9Tまでの磁
界発生用線材として広く使用されている。Nb−
Ti合金のTc（超電導状態が存在する臨界温度）
は、9Kである。また、Nb−Ti合金よりも格段に
高いTcを有する材料として化合物系超電導材料
が開発され、現在Nb3Sn（Tc：18K）とV3Ga
（Tc：15K）が線材化され実用に供せられてい
る。さらに、Nb3Geでは23KのTcが得られてい
る。 このように長年に亘つて高Tc超電導材料を得
るための努力がなされてきたが、従来の合金系お
よび化合物系超電導材料においては、Tc23Kが
大きな壁になつている。Tcが23K以下の超電導
材料の冷却には、高価な液体Heが必要であり、
このことが超電導材料の広範な応用を阻害してい
る。このTcの壁を打破する材料として、1986年
にIBMチユーリツヒのMuller氏等が、Ba−La−
Cu−Ｏ系の酸化物で超電導の徴候が認められた
と発表して以来、酸化物系超電導材料の開発競争
に拍車がかかつた。1986年にはTc40Kであつた
ものが、1987年の初には、早くも77Kの液体窒素
温度を超えるＹ−Ba−Cu−Ｏ系超電導材料が開
発され、Tcは約93Kに達した。さらに、その後
も精力的な開発が続けられており、今のところ安
全性等に問題はあるものの室温で超電導現象を示
す超電導材料の開発も報告されている。液体窒素
温度で使用可能な高温超電導材料の発見は、前述
した応用分野への期待度を増々高めるものである
が、実際の応用化に当つては、線材化、皮膜化な
どの加工技術の開発が伴わなければならない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 超電導物質を皮膜化するには、超電導物質を溶
射法や蒸着法によつて基材上に付与させることが
考えられるが、これらの方法によれば、安定して
形成できる皮膜の厚さはたかだか1μm程度であ
り、給電容量が制限されること、加えて皮膜形成
速度が小さく、所定の膜形成に多大の時間を要す
る等の問題が残されている。 この発明の目的は、厚被膜を安定に形成させ、
加えて大きな成膜速度で超電導物質からなる皮膜
を基材上に形成させることができる、超電導材の
製造方法を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、基材の表面上に、溶射法によつて
CuxOy基を含む複合酸化物超電導物質の皮膜を形
成させ、次いで、このようにして得られた前記基
材と前記皮膜とからなる超電導素材を、酸素含有
雰囲気中において500℃から980℃の温度に加熱
し、次いで、20℃／min以下の速度で冷却し、か
くして、前記皮膜の結晶構造および酸素量を制御
することによつて、前記皮膜に超電導特性を付与
することに特徴を有するものである。 次に、この発明の、超電導材の製造方法の一実
施態様を図面を参照しながら説明する。 第１図は、この発明の、超電導材の製造方法の
一実施態様を示す断面図である。 第１図に示すようなプラズマ溶射装置１を使用
して、銅製基材２の表面上に、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ
系等のCuxOy基を含む複合酸化物超電導物質の皮
膜３を形成する。溶射装置１は、熱源としてプラ
ズマを用いるもの以外であつても良い。 プラズマ溶射装置１は、真空容器４と、真空容
器４内に設けられた溶射ノズル５と、溶射ノズル
５内に設けられたタングステン電極６と、溶射ノ
ズル５と電極６との間に接続されたプラズマ電源
７とからなつている。 真空容器４内に、溶射ノズル５と対向して板状
または棒状の基材２を設置し、真空容器４内のガ
スを吸引しながら、溶射ノズル５内にアルゴン、
ヘリウム等の作動ガスおよびCuxOy基を含む複合
酸化物超電導物質の粉末（10から100μm）をそれ
ぞれ連続的に供給し、そして、プラズマ電源７を
作動させて、溶射ノズル５から電極６に向けてプ
ラズマジエツトを発生させる。 このようにして、基材２と皮膜３とからなる超
電導素材８を得たら、次に、超電導素材８を酸素
含有雰囲気中において500から980℃の温度に加熱
し、この後、必要に応じて、超電導素材８を所定
時間、前記温度範囲に保持した後、超電導素材８
を20℃／min以下の速度で冷却する。 ここで、熱処理温度を500〜980℃としたのは、
500℃未満では、均質な斜方晶を得ることが難し
く、且つ、酸素欠損量が大きく、十分な超電導特
性を得ることが困難であり、一方、熱処理温度が
980℃を超えると、基材と皮膜とが反応し、皮膜
中に基材物質が侵入し、超電導特性を示さなくな
るためである。 また、冷却速度を20℃／min以下としたのは、
20℃／minを超える冷却速度においては、皮膜に
割れが生じる危険性が高まること、皮膜と基材が
ハクリし易いこと、および結晶中の酸素欠損量が
大きくなるためである。 このように、超電導素材８に熱処理を施こすの
は、次の理由による。 超電導素材８の溶融粒子が、溶射によつて基材
２の表面に付着すると、溶融粒子は直ちに冷却さ
れる。従つて、基材２の表面上に形成される皮膜
３の大部分の結晶構造は、高温度で安定な正方晶
に近い斜方晶となる。また、皮膜３の含有酸素量
も減少する。この結果、皮膜３に超電導現象が十
分に現われない。そこで、皮膜３を上述した温度
に加熱すると、もともと斜方晶になり易すい性質
を有する皮膜３の結晶構造が正方晶に近い斜方晶
から斜方晶に容易に変わる。これによつて、皮膜
３には完全に超電導現象が現われる。 次に、この発明の実施例について説明する。 第１図に示すプラズマ溶射装置１の真空容器４
内に、銅製の板状基材２をセツトし、プラズマガ
スとして、アルゴンガスとヘリウムガスとの混合
ガス（Ar：20／min、He：40／min）を溶
射ノズル５内に連続的に供給し、プラズマ電源７
から溶射ノズル５と電極６との間に15Kwの電力
を供給し、Y0.3−Ba0.7−Cu1−O3-yからなる超電
導物質の粉末（粒径10から100μm）を溶射ノズル
５内に供給し、そして、真空容器４内の気圧を
80mbarに減圧して、基材２の表面上に150μmの
膜厚を有する、超電導物質からなる皮膜３を形成
した。 次いで、このようにして得た、基材２と皮膜３
とからなる超電導素材８を真空容器４から取り出
し、超電導素材８を500℃の温度に加熱し、大気
中において、20℃／minの速度で室温まで冷却し
て、板状の超電導材を製造した。 次に、超電導素材８の加熱温度を800℃とした
以外は、上述した実施例と同一条件に従つて別の
板状超電導材を製造した。 このようにして製造した超電導材の試験片（基
材厚：２mm、皮膜厚：150μm、幅：５mm、長さ：
50mm）を液体窒素（77K）中に浸漬し、四端子抵
抗測定法によつて、臨界電流密度（Jc）について
調べた。また、臨界温度（Tc）の測定も同様に
四端子抵抗測定法により行なつた。この結果を、
超電導素材８に熱処理を施こさない場合、即ち、
溶射ままの場合と合わせて第１表に示す。なお、
溶射ままの場合、皮膜は超電導現象を示さなかつ
た。
【表】
第１表から明らかなように、本発明法によれ
ば、熱処理によつて、皮膜３の結晶構造が正方晶
に近い斜方晶から均質な斜方晶に変るために、超
電導現象が明確に認められる。 次に、皮膜３の強度について調べた。これは、
第２図に示すように、超電導材の試験片（基準
厚：２mm、皮膜厚：150μm、幅：５mm、長さ50
mm）を三点曲げ試験に供し、皮膜３の割れ発生時
の試験片の曲げ角度によつて評価した。この結果
を、溶射ままの場合と合わせて第２表に示す。
ば、熱処理によつて、皮膜３の結晶構造が正方晶
に近い斜方晶から均質な斜方晶に変るために、超
電導現象が明確に認められる。 次に、皮膜３の強度について調べた。これは、
第２図に示すように、超電導材の試験片（基準
厚：２mm、皮膜厚：150μm、幅：５mm、長さ50
mm）を三点曲げ試験に供し、皮膜３の割れ発生時
の試験片の曲げ角度によつて評価した。この結果
を、溶射ままの場合と合わせて第２表に示す。
以上説明したように、この発明によれば、皮膜
を溶射法によつて形成することによつて、皮膜の
膜厚を厚くすることができ、しかも、皮膜を短時
間で形成することができる。さらに、皮膜を熱処
理することによつて、超電導材の粒子同士が強固
になり、同時に、結晶構造および結晶中酸素量を
適正化できるため、皮膜に超電導特性を付与する
ことができるといつたきわめて有用な効果がもた
らされる。
を溶射法によつて形成することによつて、皮膜の
膜厚を厚くすることができ、しかも、皮膜を短時
間で形成することができる。さらに、皮膜を熱処
理することによつて、超電導材の粒子同士が強固
になり、同時に、結晶構造および結晶中酸素量を
適正化できるため、皮膜に超電導特性を付与する
ことができるといつたきわめて有用な効果がもた
らされる。
第１図は、この発明の方法によつて、基材の表
面上に超電導物質からなる皮膜を形成している状
態様を示す断面図、第２図は、三点曲げ試験法を
示す正面図である。 図面において、１……プラズマアーク溶射装
置、２……基材、３……皮膜、４……真空容器、
５……溶射ノズル、６……電極、７……プラズマ
電源、８……超電導素材。
面上に超電導物質からなる皮膜を形成している状
態様を示す断面図、第２図は、三点曲げ試験法を
示す正面図である。 図面において、１……プラズマアーク溶射装
置、２……基材、３……皮膜、４……真空容器、
５……溶射ノズル、６……電極、７……プラズマ
電源、８……超電導素材。
Claims (1)
- １ 基材の表面上に、溶射法によつてCuxOy基を
含む複合酸化物超電導物質の皮膜を形成させ、次
いで、このようにして得られた、前記基材と前記
皮膜とからなる超電導素材を、酸素含有雰囲気中
において500℃から980℃の温度に加熱し、次い
で、20℃／min以下の速度で冷却し、かくして、
前記皮膜の結晶構造および酸素量を制御すること
によつて、前記皮膜に超電導特性を付与すること
を特徴とする、超電導材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62200926A JPS6445013A (en) | 1987-08-13 | 1987-08-13 | Manufacture of superconductive material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62200926A JPS6445013A (en) | 1987-08-13 | 1987-08-13 | Manufacture of superconductive material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6445013A JPS6445013A (en) | 1989-02-17 |
| JPH0531490B2 true JPH0531490B2 (ja) | 1993-05-12 |
Family
ID=16432577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62200926A Granted JPS6445013A (en) | 1987-08-13 | 1987-08-13 | Manufacture of superconductive material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6445013A (ja) |
-
1987
- 1987-08-13 JP JP62200926A patent/JPS6445013A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6445013A (en) | 1989-02-17 |
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