JPH0640775A - 酸化物超電導材料の接合体及びその作製方法 - Google Patents
酸化物超電導材料の接合体及びその作製方法Info
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- JPH0640775A JPH0640775A JP5098383A JP9838393A JPH0640775A JP H0640775 A JPH0640775 A JP H0640775A JP 5098383 A JP5098383 A JP 5098383A JP 9838393 A JP9838393 A JP 9838393A JP H0640775 A JPH0640775 A JP H0640775A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/80—Constructional details
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い臨界電流密度を有する酸化物超電導材料
の接合体およびその作製方法を提供する。 【構成】 方位の揃った酸化物超電導材料が、これと同
じ結晶方位を有しかつこれよりも包晶温度の低い同種の
超電導相をはさんで接合されている接合体。接合面で接
合しようとする酸化物超電導材料の結晶方位を合わせ、
これよりも包晶温度の低い酸化物超電導体の構成元素で
構成された物質をソルダーとして挿入し、接合しようと
する材料の包晶温度以下でソルダーの包晶温度以上まで
加熱し、さらに徐冷し接合界面に同種の酸化物超電導体
を配向成長させる接合方法。 【効果】 電流を妨げる粒界のない高い臨界電流密度を
有する酸化物超電導材料の接合体が得られ、マグネッ
ト、磁気シールド、電流リード用材料として利用でき
る。
の接合体およびその作製方法を提供する。 【構成】 方位の揃った酸化物超電導材料が、これと同
じ結晶方位を有しかつこれよりも包晶温度の低い同種の
超電導相をはさんで接合されている接合体。接合面で接
合しようとする酸化物超電導材料の結晶方位を合わせ、
これよりも包晶温度の低い酸化物超電導体の構成元素で
構成された物質をソルダーとして挿入し、接合しようと
する材料の包晶温度以下でソルダーの包晶温度以上まで
加熱し、さらに徐冷し接合界面に同種の酸化物超電導体
を配向成長させる接合方法。 【効果】 電流を妨げる粒界のない高い臨界電流密度を
有する酸化物超電導材料の接合体が得られ、マグネッ
ト、磁気シールド、電流リード用材料として利用でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高い臨界電流密度を有す
るＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系酸化物超電導接合体とこの接
合体を製造する方法を提供する。
るＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系酸化物超電導接合体とこの接
合体を製造する方法を提供する。
【０００２】
【従来の技術】ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導体は液体
窒素温度を超える高い臨界温度を有することから実用化
された時の経済的なメリットが大きい。しかしながら、
結晶粒界が弱結合として働き、粒界を横切って高い超電
導電流を流すことができず、特に磁場中では臨界電流密
度が極端に低下するため、強電分野での実用化は実現し
ていない。
窒素温度を超える高い臨界温度を有することから実用化
された時の経済的なメリットが大きい。しかしながら、
結晶粒界が弱結合として働き、粒界を横切って高い超電
導電流を流すことができず、特に磁場中では臨界電流密
度が極端に低下するため、強電分野での実用化は実現し
ていない。
【０００３】この中で、ＱＭＧ法（特公平４−４０２８
９号公報）に代表されるような酸化物超電導材料の作製
法である溶融法により、体積が５０ｃｍ3 以上の大きな
結晶粒をもつＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導バルク材料
の製造が可能になった（Ｍ．Ｍｏｒｉｔａら：Ａｄｖａ
ｎｃｅｓ ｉｎ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
３， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｔｏｋｙ
ｏ，１９９０．Ｐ７３３−７３６）。溶融法は基本的に
はＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導体の原料物質を加熱し
て、ＲＥ2 ＢａＣｕＯ5 相とＢａ，Ｃｕ，Ｏを主成分と
した液相の共存する半溶融状態にし、包晶温度直上から
徐冷することによりＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx相を結晶成長
させる方法である。この方法で作製された大きな結晶粒
内には、結晶方位が数度ずれた小傾角粒界はあるが、弱
結合となるような大きな傾角を有する粒界が存在しな
い。このため、この材料の粒内の臨界電流密度は７７
Ｋ、１Ｔで１００００Ａ／ｃｍ2 以上と高く、超電導コ
イル、バルク磁石、磁気シールド、電流リード等の材料
として用いることが考えられている。
９号公報）に代表されるような酸化物超電導材料の作製
法である溶融法により、体積が５０ｃｍ3 以上の大きな
結晶粒をもつＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導バルク材料
の製造が可能になった（Ｍ．Ｍｏｒｉｔａら：Ａｄｖａ
ｎｃｅｓ ｉｎ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
３， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｔｏｋｙ
ｏ，１９９０．Ｐ７３３−７３６）。溶融法は基本的に
はＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導体の原料物質を加熱し
て、ＲＥ2 ＢａＣｕＯ5 相とＢａ，Ｃｕ，Ｏを主成分と
した液相の共存する半溶融状態にし、包晶温度直上から
徐冷することによりＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx相を結晶成長
させる方法である。この方法で作製された大きな結晶粒
内には、結晶方位が数度ずれた小傾角粒界はあるが、弱
結合となるような大きな傾角を有する粒界が存在しな
い。このため、この材料の粒内の臨界電流密度は７７
Ｋ、１Ｔで１００００Ａ／ｃｍ2 以上と高く、超電導コ
イル、バルク磁石、磁気シールド、電流リード等の材料
として用いることが考えられている。
【０００４】溶融法で作製されたＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
系超電導バルク材料がこれらの材料として使用されるた
めには、より大型化、大面積化または長尺化が必要であ
るが、溶融法は基本的に溶融状態からの徐冷によって粒
界のない酸化物超電導体を得る手法であることから大型
化に限界がある。また、溶融法で作製された材料に対し
て結晶粒をこわすような圧延、曲げ等の加工ができな
い。したがって、高い臨界電流密度を有する接合の作製
が可能になれば、材料の大型化、形状付与が容易にな
り、上記の応用の実現に寄与するものと考えられる。
系超電導バルク材料がこれらの材料として使用されるた
めには、より大型化、大面積化または長尺化が必要であ
るが、溶融法は基本的に溶融状態からの徐冷によって粒
界のない酸化物超電導体を得る手法であることから大型
化に限界がある。また、溶融法で作製された材料に対し
て結晶粒をこわすような圧延、曲げ等の加工ができな
い。したがって、高い臨界電流密度を有する接合の作製
が可能になれば、材料の大型化、形状付与が容易にな
り、上記の応用の実現に寄与するものと考えられる。
【０００５】酸化物超電導体の接合方法は、固相拡散を
利用したものや液相を生じさせて接合させる方法などが
以前から報告されている。しかし、これらの接合法の多
くは、焼結体同士の接合法を対象としているものが多
く、接合部に粒界が生じないようなプロセス上の対策が
施されていない。したがって、接合部に結晶粒界が生成
することが避けられない。この場合、結晶粒界が弱結合
となり高い臨界電流密度は得られない。また、磁気シー
ルド材としても、粒界から磁場が侵入してしまうために
大きなシールド特性が得られない。これまで、臨界電流
密度の高い粒界のない材料を対象にし、かつ接合部にも
粒界が生じないような接合プロセスに関するものは報告
されていない。以下具体例をいくつか挙げて説明する。
利用したものや液相を生じさせて接合させる方法などが
以前から報告されている。しかし、これらの接合法の多
くは、焼結体同士の接合法を対象としているものが多
く、接合部に粒界が生じないようなプロセス上の対策が
施されていない。したがって、接合部に結晶粒界が生成
することが避けられない。この場合、結晶粒界が弱結合
となり高い臨界電流密度は得られない。また、磁気シー
ルド材としても、粒界から磁場が侵入してしまうために
大きなシールド特性が得られない。これまで、臨界電流
密度の高い粒界のない材料を対象にし、かつ接合部にも
粒界が生じないような接合プロセスに関するものは報告
されていない。以下具体例をいくつか挙げて説明する。
【０００６】配向したＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導体
間の接合に関するものとしては、これと同じ超電導体の
単結晶状粉末を接合層間に挿入し、磁場中で加圧焼結を
行う方法（特開平２−２７０２７９号公報）や、接合界
面を研磨した後、圧力を加えながら固相焼結する方法
（Ｋ．Ｓａｌａｍａら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．６０（１９９２），８９８．）が挙げられる。しか
し、固相接合では十分な強度と高い臨界電流密度を有す
る接合は得られないと考えられる。
間の接合に関するものとしては、これと同じ超電導体の
単結晶状粉末を接合層間に挿入し、磁場中で加圧焼結を
行う方法（特開平２−２７０２７９号公報）や、接合界
面を研磨した後、圧力を加えながら固相焼結する方法
（Ｋ．Ｓａｌａｍａら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．６０（１９９２），８９８．）が挙げられる。しか
し、固相接合では十分な強度と高い臨界電流密度を有す
る接合は得られないと考えられる。
【０００７】強度の点からは接合界面に一旦液相を生じ
させて接合させるプロセスが有利と考えられる。液相を
生じさせ、この接合界面も超電導体化させる方法とし
て、レーザーを用いて接合部を局所的に包晶温度以上に
加熱し、凝固させて接合する方法（特開平２−８２４８
２号公報）や融点（包晶温度）は低く凝固すると超電導
体化するろう材を用いる方法（特開昭６３−２９１３７
７号公報、特開平１−２４２４７３号公報、特開平３−
２３７０７３号公報、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ、Ｎｏ．５
１１６８１０、Ｎｏ．５０７９２２６）がある。しか
し、これらの方法は単に溶融・凝固させるものであり、
接合界面部に粒界を生じさせない手段が施されていな
い。実施例も焼結体の接合に関するものである。すなわ
ち焼結体は、焼結体を構成している粒子同士の結晶方位
が揃っていない多結晶体である。
させて接合させるプロセスが有利と考えられる。液相を
生じさせ、この接合界面も超電導体化させる方法とし
て、レーザーを用いて接合部を局所的に包晶温度以上に
加熱し、凝固させて接合する方法（特開平２−８２４８
２号公報）や融点（包晶温度）は低く凝固すると超電導
体化するろう材を用いる方法（特開昭６３−２９１３７
７号公報、特開平１−２４２４７３号公報、特開平３−
２３７０７３号公報、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ、Ｎｏ．５
１１６８１０、Ｎｏ．５０７９２２６）がある。しか
し、これらの方法は単に溶融・凝固させるものであり、
接合界面部に粒界を生じさせない手段が施されていな
い。実施例も焼結体の接合に関するものである。すなわ
ち焼結体は、焼結体を構成している粒子同士の結晶方位
が揃っていない多結晶体である。
【０００８】したがって、以上のような方法で作製され
た接合体では結晶粒界が弱結合となり大きな臨界電流密
度は得られない。特に磁場中においては、臨界電流密度
の低下が顕著になるため、弱結合を有する接合体は、強
磁場を発生するマグネット、中強磁場をシールドするた
めのシールド材あるいは大きな電流を流す電流リード材
を構成する材料として適当ではない。
た接合体では結晶粒界が弱結合となり大きな臨界電流密
度は得られない。特に磁場中においては、臨界電流密度
の低下が顕著になるため、弱結合を有する接合体は、強
磁場を発生するマグネット、中強磁場をシールドするた
めのシールド材あるいは大きな電流を流す電流リード材
を構成する材料として適当ではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、接合部に大
きな傾角の粒界がないＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導材
料の接合体およびその接合方法を提供することを目的と
する。
きな傾角の粒界がないＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導材
料の接合体およびその接合方法を提供することを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、結晶方位の揃った複数のＲＥＢａ2
Ｃｕ3 Ｏx （ＲＥはＹ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群から選ば
れた１種以上の元素）系超電導材料が、その接合面でこ
れよりも分解・溶融温度（包晶温度）が低く、かつこれ
と同じ結晶方位を有するＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相を介し
て接合されていることを特徴とする酸化物超電導材料の
接合体である。また、結晶方位の揃った複数のＲＥＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導材料が、その接合面でこれよりも
包晶温度が低く、かつこれと同じ結晶方位を有するＲＥ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相を接合層として挟んで接合されてい
ることを特徴とする酸化物超電導材料の接合体である。
ここにおいて、接合部分のＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相とこ
れを介して接合されているＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相のｃ
軸（ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の単位格子の最長軸）方向お
よびａ・ｂ軸（ｃ軸以外の２つの軸であって双晶による
ａ軸，ｂ軸の混在を含む）方向の結晶方位差がそれぞれ
１５度以内であることも特徴とする。
するものであって、結晶方位の揃った複数のＲＥＢａ2
Ｃｕ3 Ｏx （ＲＥはＹ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群から選ば
れた１種以上の元素）系超電導材料が、その接合面でこ
れよりも分解・溶融温度（包晶温度）が低く、かつこれ
と同じ結晶方位を有するＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相を介し
て接合されていることを特徴とする酸化物超電導材料の
接合体である。また、結晶方位の揃った複数のＲＥＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導材料が、その接合面でこれよりも
包晶温度が低く、かつこれと同じ結晶方位を有するＲＥ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相を接合層として挟んで接合されてい
ることを特徴とする酸化物超電導材料の接合体である。
ここにおいて、接合部分のＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相とこ
れを介して接合されているＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相のｃ
軸（ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の単位格子の最長軸）方向お
よびａ・ｂ軸（ｃ軸以外の２つの軸であって双晶による
ａ軸，ｂ軸の混在を含む）方向の結晶方位差がそれぞれ
１５度以内であることも特徴とする。
【００１１】さらにまた、接合しようとする配向した２
つ以上のＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料の結晶方位を合わ
せ、それらの接合しようとする面間に前記ＲＥＢａ2 Ｃ
ｕ3Ｏx 系材料よりも包晶温度の低いＲＥＢａ2 Ｃｕ3
Ｏx 系物質またはこれらの元素で構成される物質をソル
ダーとして挿入し、このソルダーの包晶温度より高く、
前記接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料の包
晶温度より低い温度まで加熱し、前記接合しようとする
ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料間に液相を生じさせ、前記
ソルダーの包晶温度近傍でこれを徐冷することによって
接合することを特徴とする酸化物超電導材料の接合体の
作製方法である。またここにおいて、接合しようとする
配向したＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料を、ｃ軸およびａ
・ｂ軸方向の結晶方位差が１５度以内になるように合わ
せることも特徴とする。
つ以上のＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料の結晶方位を合わ
せ、それらの接合しようとする面間に前記ＲＥＢａ2 Ｃ
ｕ3Ｏx 系材料よりも包晶温度の低いＲＥＢａ2 Ｃｕ3
Ｏx 系物質またはこれらの元素で構成される物質をソル
ダーとして挿入し、このソルダーの包晶温度より高く、
前記接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料の包
晶温度より低い温度まで加熱し、前記接合しようとする
ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料間に液相を生じさせ、前記
ソルダーの包晶温度近傍でこれを徐冷することによって
接合することを特徴とする酸化物超電導材料の接合体の
作製方法である。またここにおいて、接合しようとする
配向したＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料を、ｃ軸およびａ
・ｂ軸方向の結晶方位差が１５度以内になるように合わ
せることも特徴とする。
【００１２】本発明は、接合しようとする高配向ＲＥＢ
ａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料の結晶方位を合わせ、この接合材
よりも包晶温度の低い組成を有するＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x 系物質またはこれと同じ元素で構成される物質からな
るソルダーを挿入し、接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏx が安定で、かつソルダーがＲＥ2 ＢａＣｕＯ5相
とＢａ，Ｃｕ，Ｏを主成分とした液相の共存した半溶融
状態になる状態にまで加熱し、ソルダーの包晶温度近傍
でこれを徐冷することによって、接合しようとするＲＥ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx の結晶方位を保ちながら、ソルダー部
分も包晶反応によりＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を生成・成長
させ、結果として大傾角粒界を生じさせることなく、高
い臨界電流密度を有する接合を作製する手段を設けたも
のである。
ａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料の結晶方位を合わせ、この接合材
よりも包晶温度の低い組成を有するＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x 系物質またはこれと同じ元素で構成される物質からな
るソルダーを挿入し、接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏx が安定で、かつソルダーがＲＥ2 ＢａＣｕＯ5相
とＢａ，Ｃｕ，Ｏを主成分とした液相の共存した半溶融
状態になる状態にまで加熱し、ソルダーの包晶温度近傍
でこれを徐冷することによって、接合しようとするＲＥ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx の結晶方位を保ちながら、ソルダー部
分も包晶反応によりＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を生成・成長
させ、結果として大傾角粒界を生じさせることなく、高
い臨界電流密度を有する接合を作製する手段を設けたも
のである。
【００１３】すなわち、本発明の接合プロセスにおいて
は、以下の条件が不可欠である。 （１）接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料が
配向したものであること。 （２）接合しようとする配向したＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
系材料同士の結晶方位を合わせ、接合しようとする面間
にソルダーを密着・配置すること。 （３）ソルダーは接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x 系超電導体材料よりも包晶温度が低く、かつ溶融・凝
固させると、接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3Ｏx と
同じ結晶構造を有する超電導体になる物質であること。
は、以下の条件が不可欠である。 （１）接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料が
配向したものであること。 （２）接合しようとする配向したＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
系材料同士の結晶方位を合わせ、接合しようとする面間
にソルダーを密着・配置すること。 （３）ソルダーは接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x 系超電導体材料よりも包晶温度が低く、かつ溶融・凝
固させると、接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3Ｏx と
同じ結晶構造を有する超電導体になる物質であること。
【００１４】接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系
超電導体は、先に述べたＱＭＧ法等の溶融法で作製され
た材料や配向膜等が考えられる。また接合しようとする
ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料よりも包晶温度が低く、冷
却後これと同種のＲＥＢａ2Ｃｕ3 Ｏx 系超電導物質に
なるソルダーの作製方法は以下の方法が考えられる。
超電導体は、先に述べたＱＭＧ法等の溶融法で作製され
た材料や配向膜等が考えられる。また接合しようとする
ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料よりも包晶温度が低く、冷
却後これと同種のＲＥＢａ2Ｃｕ3 Ｏx 系超電導物質に
なるソルダーの作製方法は以下の方法が考えられる。
【００１５】第一はＲＥの置換である。図４はＲＥＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏx 系物質の擬二元系状態図の概略図である。
ここでＲＥはＹ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群から選ばれた１種以上
の元素である。この物質は高温でＲＥ2 ＢａＣｕＯ5 相
とＢａ，Ｃｕ，Ｏを主成分とする液相に分解し、冷却す
ると包晶反応によってＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を生成す
る。この包晶温度はＲＥの種類によって異なる。表１は
ＲＥが１つの元素で構成される代表的なＲＥＢａ2Ｃｕ3
Ｏx の包晶温度を示す。これらは、大気中での値であ
り、酸素分圧によって異なる。例えば１気圧の純酸素中
では包晶温度が約３０℃程度高くなる。一般的にイオン
半径が小さくなるにしたがって、包晶温度は低下する。
また、ＲＥが２種類の元素で構成される場合、包晶温度
はその中間温度になる。Ｎｄは高温においてもＲＥ2 Ｂ
ａＣｕＯ5 は生成しないが、ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx のＲ
Ｅの一部をこれと置換することにより、包晶温度を上昇
させることができる。
2 Ｃｕ3 Ｏx 系物質の擬二元系状態図の概略図である。
ここでＲＥはＹ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群から選ばれた１種以上
の元素である。この物質は高温でＲＥ2 ＢａＣｕＯ5 相
とＢａ，Ｃｕ，Ｏを主成分とする液相に分解し、冷却す
ると包晶反応によってＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を生成す
る。この包晶温度はＲＥの種類によって異なる。表１は
ＲＥが１つの元素で構成される代表的なＲＥＢａ2Ｃｕ3
Ｏx の包晶温度を示す。これらは、大気中での値であ
り、酸素分圧によって異なる。例えば１気圧の純酸素中
では包晶温度が約３０℃程度高くなる。一般的にイオン
半径が小さくなるにしたがって、包晶温度は低下する。
また、ＲＥが２種類の元素で構成される場合、包晶温度
はその中間温度になる。Ｎｄは高温においてもＲＥ2 Ｂ
ａＣｕＯ5 は生成しないが、ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx のＲ
Ｅの一部をこれと置換することにより、包晶温度を上昇
させることができる。
【００１６】
【表１】
【００１７】これを利用して、ソルダーのＲＥを置換し
た接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の包晶温度よ
り低い系を選択することによって、接合しようとするＲ
ＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の分解温度（包晶温度）以下の温度
で、接合部に液相を生じさせ、これを冷却することによ
って、接合部にＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を生成させ、接合
を通して超電導電流が流せる接合をつくることができ
る。ソルダーは、熱処理前はＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の形
になっている必要はなく、これらを構成する元素の酸化
物や複合酸化物などの形になっていてもよい。また、組
成はストイキオメトリーになっている必要はなく、超電
導特性をそこなわない範囲であれば、ＲＥとＢａとＣｕ
の比が１：２：３からずれていてもかまわないし、多少
の不純物が入ってもよい。
た接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の包晶温度よ
り低い系を選択することによって、接合しようとするＲ
ＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の分解温度（包晶温度）以下の温度
で、接合部に液相を生じさせ、これを冷却することによ
って、接合部にＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を生成させ、接合
を通して超電導電流が流せる接合をつくることができ
る。ソルダーは、熱処理前はＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の形
になっている必要はなく、これらを構成する元素の酸化
物や複合酸化物などの形になっていてもよい。また、組
成はストイキオメトリーになっている必要はなく、超電
導特性をそこなわない範囲であれば、ＲＥとＢａとＣｕ
の比が１：２：３からずれていてもかまわないし、多少
の不純物が入ってもよい。
【００１８】第二の方法はソルダーにＲＥＢａ2 Ｃｕ3
Ｏx の包晶温度を低下させるＡｇまたはＡｕ元素を添加
する方法である。この方法では接合しようとするＲＥと
ソルダー中のＲＥが同じでもよいが、得られる包晶温度
差は第一の方法と比較して大きくはないため、望ましく
はＲＥ元素の置換と組み合わせるのがよい。これらの元
素は例えばＡｇ2 Ｏなどの酸化物の形で導入してもよ
い。
Ｏx の包晶温度を低下させるＡｇまたはＡｕ元素を添加
する方法である。この方法では接合しようとするＲＥと
ソルダー中のＲＥが同じでもよいが、得られる包晶温度
差は第一の方法と比較して大きくはないため、望ましく
はＲＥ元素の置換と組み合わせるのがよい。これらの元
素は例えばＡｇ2 Ｏなどの酸化物の形で導入してもよ
い。
【００１９】ソルダーの挿入方法は、単にソルダー粉末
を敷き詰める方法、ソルダー粉末を成形、焼結あるいは
溶融・固化したものをはさむ方法、有機バインダーと混
合したものを塗布する方法、ゾル・ゲル法、あるいはス
パッタリング装置等の成膜装置で接合面に成膜する方法
等が挙げられる。
を敷き詰める方法、ソルダー粉末を成形、焼結あるいは
溶融・固化したものをはさむ方法、有機バインダーと混
合したものを塗布する方法、ゾル・ゲル法、あるいはス
パッタリング装置等の成膜装置で接合面に成膜する方法
等が挙げられる。
【００２０】接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系
材料の結晶方位が揃っていないと結局接合相間に結晶格
子のずれ、すなわち粒界が生じこれが弱結合になって、
臨界電流密度を低下させてしまう。したがって、接合し
ようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3Ｏx 系材料は配向した弱結
合のないもので、かつこの方位を揃えなくてはならな
い。結晶方位のずれは、接合相である程度緩和すること
が可能と考えられるが、特にｃ軸およびａ軸・ｂ軸方向
の結晶方位のずれが１５度以内であることが望ましい。
ここでｃ軸とは、斜方晶構造を有するＲＥＢａ2 Ｃｕ3
Ｏx の単位格子の最長軸、ａ軸とｂ軸はこれ以外の２つ
の軸をさす。これらの軸がこれ以上ずれると後に実施例
で示すように、本発明の特徴である高い臨界電流密度を
有する接合体が得られていない。
材料の結晶方位が揃っていないと結局接合相間に結晶格
子のずれ、すなわち粒界が生じこれが弱結合になって、
臨界電流密度を低下させてしまう。したがって、接合し
ようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3Ｏx 系材料は配向した弱結
合のないもので、かつこの方位を揃えなくてはならな
い。結晶方位のずれは、接合相である程度緩和すること
が可能と考えられるが、特にｃ軸およびａ軸・ｂ軸方向
の結晶方位のずれが１５度以内であることが望ましい。
ここでｃ軸とは、斜方晶構造を有するＲＥＢａ2 Ｃｕ3
Ｏx の単位格子の最長軸、ａ軸とｂ軸はこれ以外の２つ
の軸をさす。これらの軸がこれ以上ずれると後に実施例
で示すように、本発明の特徴である高い臨界電流密度を
有する接合体が得られていない。
【００２１】ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導体は斜方晶で
あるが、微視的には双晶構造を有し、ａ軸とｂ軸が互い
に９０度ずれて混在し、巨視的にみてａ軸とｂ軸は区別
されない。結晶軸が９０度ずれた双晶境界は弱結合とは
ならないが、これらの軸から中間的な角度（したがって
最大で４５度）にずれると、ｃ軸が揃っていてもこの部
分が弱結合になってしまう。ａ軸・ｂ軸方向の結晶方位
のずれが１５度以内であることが望ましいとは、ＲＥＢ
ａ2 Ｃｕ3 ＯX が双晶構造をとってａ軸とｂ軸が巨視的
にみて９０度ずれて混在していてもよいが、これらの軸
からのずれが１５度以内であることが望ましいというこ
とである。以下、巨視的に区別されないａ軸とｂ軸をａ
・ｂ軸と表記する。
あるが、微視的には双晶構造を有し、ａ軸とｂ軸が互い
に９０度ずれて混在し、巨視的にみてａ軸とｂ軸は区別
されない。結晶軸が９０度ずれた双晶境界は弱結合とは
ならないが、これらの軸から中間的な角度（したがって
最大で４５度）にずれると、ｃ軸が揃っていてもこの部
分が弱結合になってしまう。ａ軸・ｂ軸方向の結晶方位
のずれが１５度以内であることが望ましいとは、ＲＥＢ
ａ2 Ｃｕ3 ＯX が双晶構造をとってａ軸とｂ軸が巨視的
にみて９０度ずれて混在していてもよいが、これらの軸
からのずれが１５度以内であることが望ましいというこ
とである。以下、巨視的に区別されないａ軸とｂ軸をａ
・ｂ軸と表記する。
【００２２】接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系
材料の組成はストイキオメトリーになっている必要はな
く、超電導特性を損なわない範囲であれば、ＲＥとＢａ
とＣｕの比が１：２：３からずれていてもかまわない
し、多少の不純物が入っていてもよい。
材料の組成はストイキオメトリーになっている必要はな
く、超電導特性を損なわない範囲であれば、ＲＥとＢａ
とＣｕの比が１：２：３からずれていてもかまわない
し、多少の不純物が入っていてもよい。
【００２３】接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系
材料の包晶温度以下で、接合ソルダーの包晶温度以上に
加熱された接合体は、接合ソルダー部分がＲＥ2 ＢａＣ
ｕＯ5 相とＢａ，Ｃｕ，Ｏを主成分とする液相に分解
し、液相と接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超
電導体の界面部分でＲＥ元素同士が若干拡散する。接合
強度を大きくするために、この温度は接合しようとする
ＲＥ2 ＢａＣｕ3 Ｏx 系材料の結晶構造が損なわれ、結
果的に特性が劣化しない限りは高い方が望ましい。ま
た、このような特性劣化を避けるために、補助的にレー
ザー等を用いて接合部を局所的に加熱しても良い。また
接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料とソルダ
ーの密着性をあげるために、接合面の垂直方向から加圧
させることが望ましい。
材料の包晶温度以下で、接合ソルダーの包晶温度以上に
加熱された接合体は、接合ソルダー部分がＲＥ2 ＢａＣ
ｕＯ5 相とＢａ，Ｃｕ，Ｏを主成分とする液相に分解
し、液相と接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超
電導体の界面部分でＲＥ元素同士が若干拡散する。接合
強度を大きくするために、この温度は接合しようとする
ＲＥ2 ＢａＣｕ3 Ｏx 系材料の結晶構造が損なわれ、結
果的に特性が劣化しない限りは高い方が望ましい。ま
た、このような特性劣化を避けるために、補助的にレー
ザー等を用いて接合部を局所的に加熱しても良い。また
接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料とソルダ
ーの密着性をあげるために、接合面の垂直方向から加圧
させることが望ましい。
【００２４】その後、冷却させるとソルダーの包晶温度
近傍でＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx が生成するが、この温度近
傍で徐冷を行うことにより、ソルダー部分で接合しよう
とするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を核としてこの方位を引き
継いで結晶成長する。接合面の両側から新たに生成した
ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx は結晶成長していき、最終的には
その中間部分で接合される。この時、新たに生成したＲ
ＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の結晶方位は揃っているため、接合
面に結晶粒界が生せず、弱結合にならない。この温度近
傍で徐冷を行わないと過冷度が大きくなりすぎ、ＲＥＢ
ａ2 Ｃｕ3 Ｏxの核生成がソルダー中間部で起こった
り、成長速度が追随しなくなったりするため、接合部が
多結晶化したり、結晶がきれいに連結されなかったりす
る。ここで、ソルダーの包晶温度近傍としたのは、ソル
ダーと接合しようとするＲＥＢａ2Ｃｕ3 Ｏx の界面で
は相互拡散が起こっており、界面での包晶温度がソルダ
ー自体の包晶温度より、高くなっていると考えられるた
めである。
近傍でＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx が生成するが、この温度近
傍で徐冷を行うことにより、ソルダー部分で接合しよう
とするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を核としてこの方位を引き
継いで結晶成長する。接合面の両側から新たに生成した
ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx は結晶成長していき、最終的には
その中間部分で接合される。この時、新たに生成したＲ
ＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の結晶方位は揃っているため、接合
面に結晶粒界が生せず、弱結合にならない。この温度近
傍で徐冷を行わないと過冷度が大きくなりすぎ、ＲＥＢ
ａ2 Ｃｕ3 Ｏxの核生成がソルダー中間部で起こった
り、成長速度が追随しなくなったりするため、接合部が
多結晶化したり、結晶がきれいに連結されなかったりす
る。ここで、ソルダーの包晶温度近傍としたのは、ソル
ダーと接合しようとするＲＥＢａ2Ｃｕ3 Ｏx の界面で
は相互拡散が起こっており、界面での包晶温度がソルダ
ー自体の包晶温度より、高くなっていると考えられるた
めである。
【００２５】冷却速度はソルダーの厚さや炉の温度勾配
などにもよるが、これまでの研究でこの物質が半溶融状
態で、結晶方位を保ちながら成長する速度が最大で２ｍ
ｍ／ｈ程度であることから、結晶成長速度がこれを超え
ないような冷却速度にすることが望ましい。また、熱応
力によるクラックの生成を避ける意味からも徐冷が望ま
しい。
などにもよるが、これまでの研究でこの物質が半溶融状
態で、結晶方位を保ちながら成長する速度が最大で２ｍ
ｍ／ｈ程度であることから、結晶成長速度がこれを超え
ないような冷却速度にすることが望ましい。また、熱応
力によるクラックの生成を避ける意味からも徐冷が望ま
しい。
【００２６】接合体はその用途に合わせて、様々な形を
とりうる。本発明における接合の構成単位として、例え
ば図１〜図３のようなパターンが考えられる。これらの
図において１が接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
系材料、２が接合ソルダーである。図１、図２のよう
に、接合層の形で挿入される形や、図３のように接合相
自体が最終的な超電導接合体の構成部分の大きな部分を
占めても良い。接合しようとする面は必ずしも平面であ
る必要はなく、凹凸をつけるなど接合面を修飾する手段
が施されても良い。すなわち本発明の酸化物超電導材料
の接合体において、接合材としてのＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x 相を介して接合されているという概念の中には、図
１，図２のごときＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相を接合層とし
て挟んで接合されているものに限らず、たとえば図３の
ような接合にかかわるＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相が超電導
電流の径路となるすべてのものが包含される。
とりうる。本発明における接合の構成単位として、例え
ば図１〜図３のようなパターンが考えられる。これらの
図において１が接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
系材料、２が接合ソルダーである。図１、図２のよう
に、接合層の形で挿入される形や、図３のように接合相
自体が最終的な超電導接合体の構成部分の大きな部分を
占めても良い。接合しようとする面は必ずしも平面であ
る必要はなく、凹凸をつけるなど接合面を修飾する手段
が施されても良い。すなわち本発明の酸化物超電導材料
の接合体において、接合材としてのＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x 相を介して接合されているという概念の中には、図
１，図２のごときＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相を接合層とし
て挟んで接合されているものに限らず、たとえば図３の
ような接合にかかわるＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相が超電導
電流の径路となるすべてのものが包含される。
【００２７】上記のように本発明により、接合しようと
するＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導体より包晶温度が低
く、冷却すると同種の酸化物超電導体になるソルダーを
用い、結晶方位を合わせて、接合部を部分溶融・配向成
長させることによって、接合部に結晶粒界がなく、接合
部分を通して高い臨界電流密度を有する接合体を作製す
ることが可能になる。
するＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導体より包晶温度が低
く、冷却すると同種の酸化物超電導体になるソルダーを
用い、結晶方位を合わせて、接合部を部分溶融・配向成
長させることによって、接合部に結晶粒界がなく、接合
部分を通して高い臨界電流密度を有する接合体を作製す
ることが可能になる。
【００２８】
実施例１ 溶融法で作製されたＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料の接合を
試みた。この材料は内部にＹ2 ＢａＣｕＯ5 相が平均２
μｍ以下の大きさで分散しているが、マトリックスは大
傾角粒界のない配向したＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 超電導相に
なっている。この材料から、板状試料を切り出し、図５
に示されるように配置した。図中の４と５で示される接
合しようとするＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 体の大きさは１×４
×１０ｍｍ、３で示される接合しようとするＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 ＯX 体の大きさは１×２×８ｍｍ、接合面の面積は
２ｍｍ×２ｍｍである。方位は接合面と垂直な方向がｃ
軸になっており、それぞれのａ・ｂ軸も揃えた。結晶方
位は、劈開面、クラック、双晶模様から判断した。劈開
およびクラックはａｂ面内に生じ、双晶境界はｃ軸に平
行でａ・ｂ軸に４５度をなす面に入ることがわかってい
る。
試みた。この材料は内部にＹ2 ＢａＣｕＯ5 相が平均２
μｍ以下の大きさで分散しているが、マトリックスは大
傾角粒界のない配向したＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 超電導相に
なっている。この材料から、板状試料を切り出し、図５
に示されるように配置した。図中の４と５で示される接
合しようとするＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 体の大きさは１×４
×１０ｍｍ、３で示される接合しようとするＹＢａ2 Ｃ
ｕ3 ＯX 体の大きさは１×２×８ｍｍ、接合面の面積は
２ｍｍ×２ｍｍである。方位は接合面と垂直な方向がｃ
軸になっており、それぞれのａ・ｂ軸も揃えた。結晶方
位は、劈開面、クラック、双晶模様から判断した。劈開
およびクラックはａｂ面内に生じ、双晶境界はｃ軸に平
行でａ・ｂ軸に４５度をなす面に入ることがわかってい
る。
【００２９】これらの材料の接合界面には図６の断面図
で示されるように粉末の接合ソルダー６を０．５ｍｍの
厚さに敷き詰めた。接合ソルダーはＹｂ2 Ｏ3 粉末、Ｂ
ａＣＯ3 粉末とＣｕＯ粉末をＹｂ，Ｂａ，Ｃｕの元素比
が１．２：１．８：２．６になるように秤量した後、白
金るつぼ中にて１４５０℃で５分間加熱し、銅ハース上
で急冷し、粉砕したものである。
で示されるように粉末の接合ソルダー６を０．５ｍｍの
厚さに敷き詰めた。接合ソルダーはＹｂ2 Ｏ3 粉末、Ｂ
ａＣＯ3 粉末とＣｕＯ粉末をＹｂ，Ｂａ，Ｃｕの元素比
が１．２：１．８：２．６になるように秤量した後、白
金るつぼ中にて１４５０℃で５分間加熱し、銅ハース上
で急冷し、粉砕したものである。
【００３０】以上のように配置された試料は、アルミナ
板上にて２時間で９８５℃まで加熱され、この温度から
８８０℃まで１℃／ｈで徐冷され、その後室温まで炉冷
された。このように熱処理された試料は、その接合界面
にて接合されていた。更にこの試料を、図７の７ないし
１２で示される部分にスパッタリング装置にて銀を成膜
し酸素気流中で６００℃に加熱し、この温度から１０℃
／ｈで３００℃まで徐冷し、その後室温まで炉冷した。
ここで銀を成膜する操作は、電流を流し電気抵抗を測定
するためであり、酸素中での熱処理は測定時の接触抵抗
を下げる意味および試料を超電導体とするためである。
板上にて２時間で９８５℃まで加熱され、この温度から
８８０℃まで１℃／ｈで徐冷され、その後室温まで炉冷
された。このように熱処理された試料は、その接合界面
にて接合されていた。更にこの試料を、図７の７ないし
１２で示される部分にスパッタリング装置にて銀を成膜
し酸素気流中で６００℃に加熱し、この温度から１０℃
／ｈで３００℃まで徐冷し、その後室温まで炉冷した。
ここで銀を成膜する操作は、電流を流し電気抵抗を測定
するためであり、酸素中での熱処理は測定時の接触抵抗
を下げる意味および試料を超電導体とするためである。
【００３１】この試料について、電極７−１２間に電流
を流し、電極８−９と１０−１１間で電圧を測定した。
測定温度は液体窒素温度である。この結果２００Ａの電
流を流しても２つの電圧端子間のいずれも電圧は生じな
かった（０．５μＶ以下）。したがって、この接合部は
７７Ｋで５０００Ａ／ｃｍ2 以上の臨界電流密度を有す
ることになる。
を流し、電極８−９と１０−１１間で電圧を測定した。
測定温度は液体窒素温度である。この結果２００Ａの電
流を流しても２つの電圧端子間のいずれも電圧は生じな
かった（０．５μＶ以下）。したがって、この接合部は
７７Ｋで５０００Ａ／ｃｍ2 以上の臨界電流密度を有す
ることになる。
【００３２】また、電極８−９間の接合面の断面部分を
偏光顕微鏡で観察した結果、図８で示されるように接合
部分が区別できない程度に接合されていた。偏光顕微鏡
では結晶方位の異なる粒界は、コントラストの差として
判別できるはずである。写真の中で試料の長手方向に平
行な黒く見える筋および黒く見える点は、それぞれａｂ
面に平行に入っているクラックとボイドである。
偏光顕微鏡で観察した結果、図８で示されるように接合
部分が区別できない程度に接合されていた。偏光顕微鏡
では結晶方位の異なる粒界は、コントラストの差として
判別できるはずである。写真の中で試料の長手方向に平
行な黒く見える筋および黒く見える点は、それぞれａｂ
面に平行に入っているクラックとボイドである。
【００３３】図９はその接合界面近傍の吸収電子像であ
る。写真中で濃く見える部分が原子量の大きいＹｂが含
まれている部分で接合層である。図に見られるように接
合体は約１００μｍの接合層を形成して接合しているこ
とがわかった。図１０はその接合界面を直角に横切る直
線のＹｂの分布である。この様なＥＰＭＡによる分析を
Ｙ，Ｂａ，Ｃｕについて行った結果、この接合層はＹが
若干固溶したＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相を主体として形成
していることがわかった。以上のことは、２つの方位の
揃ったＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導相が同じ方位を有する
ＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 接合相を介して接合していること
を示すものである。
る。写真中で濃く見える部分が原子量の大きいＹｂが含
まれている部分で接合層である。図に見られるように接
合体は約１００μｍの接合層を形成して接合しているこ
とがわかった。図１０はその接合界面を直角に横切る直
線のＹｂの分布である。この様なＥＰＭＡによる分析を
Ｙ，Ｂａ，Ｃｕについて行った結果、この接合層はＹが
若干固溶したＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相を主体として形成
していることがわかった。以上のことは、２つの方位の
揃ったＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導相が同じ方位を有する
ＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 接合相を介して接合していること
を示すものである。
【００３４】実施例２ 溶融法で作製されたＳｍＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ系超電導材料の
接合を試みた。この材料は内部にＳｍ2 ＢａＣｕＯ5 相
が分散しているが、マトリックスは大傾角粒界のない配
向したＳｍＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導相になっている。こ
の材料から、実施例１と同様に試料を切り出し配置し
た。これらの材料の接合界面には図６の断面図で示され
るように粉末状の接合ソルダー６を０．５ｍｍの厚さに
敷き詰めた。接合ソルダーはＹ2 Ｏ3 粉末，ＢａＯ粉末
とＣｕＯ粉末をＹ，Ｂａ，Ｃｕの元素比が１：２：３に
なるように秤量・混合し、酸素気流中で８００℃、１０
時間の熱処理を行った粉末である。
接合を試みた。この材料は内部にＳｍ2 ＢａＣｕＯ5 相
が分散しているが、マトリックスは大傾角粒界のない配
向したＳｍＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導相になっている。こ
の材料から、実施例１と同様に試料を切り出し配置し
た。これらの材料の接合界面には図６の断面図で示され
るように粉末状の接合ソルダー６を０．５ｍｍの厚さに
敷き詰めた。接合ソルダーはＹ2 Ｏ3 粉末，ＢａＯ粉末
とＣｕＯ粉末をＹ，Ｂａ，Ｃｕの元素比が１：２：３に
なるように秤量・混合し、酸素気流中で８００℃、１０
時間の熱処理を行った粉末である。
【００３５】以上のように配置された試料は、アルミナ
板上にて２時間で１０４５℃まで加熱され、この温度か
ら９５０℃まで１℃／ｈで徐冷され、その後室温まで炉
冷された。このように熱処理された試料は、その接合界
面にて接合されていた。この後、実施例１と同様の銀成
膜処理と酸素中での熱処理がなされ、この試料につい
て、図７における電極７−１２間に電流を流し、電極８
−９と１０−１１間で電圧を測定した。測定温度は液体
窒素温度である。この結果２００Ａの電流を流しても２
つの電圧端子間のいずれも電圧は生じなかった（０．５
μＶ以下）。したがって、この接合部は７７Ｋで５００
０Ａ／ｃｍ2 以上の臨界電流密度を有することになる。
板上にて２時間で１０４５℃まで加熱され、この温度か
ら９５０℃まで１℃／ｈで徐冷され、その後室温まで炉
冷された。このように熱処理された試料は、その接合界
面にて接合されていた。この後、実施例１と同様の銀成
膜処理と酸素中での熱処理がなされ、この試料につい
て、図７における電極７−１２間に電流を流し、電極８
−９と１０−１１間で電圧を測定した。測定温度は液体
窒素温度である。この結果２００Ａの電流を流しても２
つの電圧端子間のいずれも電圧は生じなかった（０．５
μＶ以下）。したがって、この接合部は７７Ｋで５００
０Ａ／ｃｍ2 以上の臨界電流密度を有することになる。
【００３６】実施例３ 溶融法で作製されたＹＢａ2 Ｃｕ3 ＯX 系超電導材料の
接合を試みた。この材料は内部にＹ2 ＢａＣｕＯ5 相が
平均２μｍ以下で均一に分散しているが、マトリックス
は大傾角粒界のない配向したＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導
相になっている。この材料から、実施例１と同様に試料
を切り出し、配置した。これらの材料の接合界面には図
６の断面図で示されるように粉末状の接合ソルダー６を
０．５ｍｍの厚さに敷き詰めた。接合ソルダーはＹｂ2
Ｏ3 粉末、ＢａＣＯ3 粉末とＣｕＯ粉末をＹｂ，Ｂａ，
Ｃｕの元素比が１．６：２．３：３．３になるように秤
量し、白金るつぼ中に１４５０℃で５分間加熱後、銅ハ
ース上で急冷したものを粉砕し、更に重量比で１０％の
Ａｇ2 Ｏを加えたものである。
接合を試みた。この材料は内部にＹ2 ＢａＣｕＯ5 相が
平均２μｍ以下で均一に分散しているが、マトリックス
は大傾角粒界のない配向したＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導
相になっている。この材料から、実施例１と同様に試料
を切り出し、配置した。これらの材料の接合界面には図
６の断面図で示されるように粉末状の接合ソルダー６を
０．５ｍｍの厚さに敷き詰めた。接合ソルダーはＹｂ2
Ｏ3 粉末、ＢａＣＯ3 粉末とＣｕＯ粉末をＹｂ，Ｂａ，
Ｃｕの元素比が１．６：２．３：３．３になるように秤
量し、白金るつぼ中に１４５０℃で５分間加熱後、銅ハ
ース上で急冷したものを粉砕し、更に重量比で１０％の
Ａｇ2 Ｏを加えたものである。
【００３７】以上のように配置された試料は、実施例１
と同様の熱処理と銀成膜処理がなされた。この試料につ
いて、図７における電極７−１２間に電流を流し、電極
８−９と１０−１１間で電圧を測定した。測定温度は液
体窒素温度である。この結果２００Ａの電流を流しても
２つの電圧端子間のいずれも電圧は生じなかった（０．
５μＶ以下）。したがって、この接合部は７７Ｋで５０
００Ａ／ｃｍ2 以上の臨界電流密度を有することにな
る。
と同様の熱処理と銀成膜処理がなされた。この試料につ
いて、図７における電極７−１２間に電流を流し、電極
８−９と１０−１１間で電圧を測定した。測定温度は液
体窒素温度である。この結果２００Ａの電流を流しても
２つの電圧端子間のいずれも電圧は生じなかった（０．
５μＶ以下）。したがって、この接合部は７７Ｋで５０
００Ａ／ｃｍ2 以上の臨界電流密度を有することにな
る。
【００３８】実施例４ 溶融法で作製されたＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導材料の
接合および接合部の磁場中における特性評価を実施し
た。この材料は内部にＹ2 ＢａＣｕＯ5 相が平均２μｍ
以下の大きさで分散しているが、マトリックスは大傾角
粒界のない配向したＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導相になっ
ている。この材料および結合ソルダーを、図１１の斜視
図に示されるように配置した。接合しようとする３つの
ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導材料１３Ａ，１３Ｂ，１３
Ｃは長さ（電流の方向）８ｍｍ，幅４ｍｍ，厚さ２ｍ
ｍ，接合ソルダー１４の厚さは１ｍｍ，接合面の面積は
４ｍｍ×４ｍｍである。方位は厚さ方向がｃ軸で、長さ
および幅方向がａ・ｂ軸になるように合わせた。図中の
矢印１５はｃ軸の向き、格子模様はａ・ｂ軸を表してい
る。
接合および接合部の磁場中における特性評価を実施し
た。この材料は内部にＹ2 ＢａＣｕＯ5 相が平均２μｍ
以下の大きさで分散しているが、マトリックスは大傾角
粒界のない配向したＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導相になっ
ている。この材料および結合ソルダーを、図１１の斜視
図に示されるように配置した。接合しようとする３つの
ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導材料１３Ａ，１３Ｂ，１３
Ｃは長さ（電流の方向）８ｍｍ，幅４ｍｍ，厚さ２ｍ
ｍ，接合ソルダー１４の厚さは１ｍｍ，接合面の面積は
４ｍｍ×４ｍｍである。方位は厚さ方向がｃ軸で、長さ
および幅方向がａ・ｂ軸になるように合わせた。図中の
矢印１５はｃ軸の向き、格子模様はａ・ｂ軸を表してい
る。
【００３９】接合ソルダーはＹｂ2 Ｏ3 粉末、ＢａＯ2
粉末とＣｕＯ粉末をＹｂ，Ｂａ，Ｃｕの元素比が１．
３：１．７：２．４になるように秤量し、更に０．５重
量％の金属白金を添加後混練し、酸素気流中で８００
℃、１０時間仮焼したものを、粉砕・成形し、８９０℃
にて２４時間焼成したものを切り出したものである。
粉末とＣｕＯ粉末をＹｂ，Ｂａ，Ｃｕの元素比が１．
３：１．７：２．４になるように秤量し、更に０．５重
量％の金属白金を添加後混練し、酸素気流中で８００
℃、１０時間仮焼したものを、粉砕・成形し、８９０℃
にて２４時間焼成したものを切り出したものである。
【００４０】以上のように配置された試料を、接合部の
密着性を上げるために、中心の試料上方から１５０ｇの
重りを乗せることによって加圧しながら、アルミナ板上
にて４時間で９７５℃まで昇温した後、この温度で４時
間保持し、９２０℃まで１時間で冷却し、９２０℃から
８４０℃まで５℃／ｈで徐冷し、その後室温まで炉冷し
た。また、比較のために、９２０℃から室温まで炉冷し
た試料も作製した。この比較試料の９２０℃から８４０
℃までの平均の冷却速度は約３００℃／ｈであった。こ
こで、５℃／ｈで徐冷した試料を試料Ａ、冷却速度が３
００℃／ｈであったものを試料Ｂとする。
密着性を上げるために、中心の試料上方から１５０ｇの
重りを乗せることによって加圧しながら、アルミナ板上
にて４時間で９７５℃まで昇温した後、この温度で４時
間保持し、９２０℃まで１時間で冷却し、９２０℃から
８４０℃まで５℃／ｈで徐冷し、その後室温まで炉冷し
た。また、比較のために、９２０℃から室温まで炉冷し
た試料も作製した。この比較試料の９２０℃から８４０
℃までの平均の冷却速度は約３００℃／ｈであった。こ
こで、５℃／ｈで徐冷した試料を試料Ａ、冷却速度が３
００℃／ｈであったものを試料Ｂとする。
【００４１】試料Ａ、試料Ｂとも、その接合界面にて強
固に接合されていた。更にこの試料に、実施例１と同様
の銀成膜処理と酸素気流中での熱処理がなされ、接合部
を挟む両端の臨界電流を磁場中にて測定した。磁場とｃ
軸の向きは直角である。この結果を図１２に示す。この
グラフの中で、白丸は試料Ａ、黒丸は試料Ｂのものであ
る。図に示したとおり、試料Ｂの臨界電流は低く、また
磁場中急激に低下するのに対して、試料Ａは１０Ｔの磁
場で１５０Ａの臨界電流を有する。８Ｔ以下の臨界電流
特性は試料ホルダーの容量の関係で測定ができなかっ
た。
固に接合されていた。更にこの試料に、実施例１と同様
の銀成膜処理と酸素気流中での熱処理がなされ、接合部
を挟む両端の臨界電流を磁場中にて測定した。磁場とｃ
軸の向きは直角である。この結果を図１２に示す。この
グラフの中で、白丸は試料Ａ、黒丸は試料Ｂのものであ
る。図に示したとおり、試料Ｂの臨界電流は低く、また
磁場中急激に低下するのに対して、試料Ａは１０Ｔの磁
場で１５０Ａの臨界電流を有する。８Ｔ以下の臨界電流
特性は試料ホルダーの容量の関係で測定ができなかっ
た。
【００４２】これらの試料の接合部の組織を偏光顕微鏡
で観察した。図１３、図１４はそれぞれ試料Ａ、試料Ｂ
の接合面に垂直な面の写真であり、写真中央の上下方向
に接合層が存在する。これらの写真でわかるように、試
料Ａの接合部は粒界は観察されなかったのに対し、冷却
速度の速かった試料の接合界面は多結晶化していた。試
料Ｂの臨界電流密度が低かったのは、接合部が多結晶化
し、粒界が弱結合として働いたためである。
で観察した。図１３、図１４はそれぞれ試料Ａ、試料Ｂ
の接合面に垂直な面の写真であり、写真中央の上下方向
に接合層が存在する。これらの写真でわかるように、試
料Ａの接合部は粒界は観察されなかったのに対し、冷却
速度の速かった試料の接合界面は多結晶化していた。試
料Ｂの臨界電流密度が低かったのは、接合部が多結晶化
し、粒界が弱結合として働いたためである。
【００４３】試料Ａの接合面を機械研磨によりＹＢａ2
Ｃｕ3 Ｏx のａｂ面に平行に削り露出させ、４軸のゴニ
オメーターを用いて、接合面のωスキャンを行いＸ線回
折ピークをとった。Ｘ線のスポットは４ｍｍ2 程度であ
る。図１５は（００６）面のロッキングカーブである
が、このピークの半値幅は１度程度であることがわかっ
た。ωスキャンは配向性の高い結晶の配向性を調べるの
に一般的に用いられる手法であり、これによって得られ
るロッキングカーブは結晶の配向性を表すものである。
この場合、横軸はｃ軸が４ｍｍ2 の領域の中で、どの程
度の角度幅をもって分布しているかを表す。
Ｃｕ3 Ｏx のａｂ面に平行に削り露出させ、４軸のゴニ
オメーターを用いて、接合面のωスキャンを行いＸ線回
折ピークをとった。Ｘ線のスポットは４ｍｍ2 程度であ
る。図１５は（００６）面のロッキングカーブである
が、このピークの半値幅は１度程度であることがわかっ
た。ωスキャンは配向性の高い結晶の配向性を調べるの
に一般的に用いられる手法であり、これによって得られ
るロッキングカーブは結晶の配向性を表すものである。
この場合、横軸はｃ軸が４ｍｍ2 の領域の中で、どの程
度の角度幅をもって分布しているかを表す。
【００４４】本実施例に用いられているＲＥＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏx バルク材料の場合、その半値幅は０．５〜１度で
ある。したがって、接合層を構成しているＹｂＢａ2 Ｃ
ｕ3Ｏx のｃ軸が接合面に対しほぼ垂直であり、かつ接
合したＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx バルクと同等に配向している
ことがわかった。また、偏光顕微鏡による接合面の双晶
模様の観察をした結果、双晶模様も周りのＹＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏx と同じ方向に入っていることから、ａ・ｂ軸も接
合層の周囲のＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx と同じ方向を向いて揃
っていることがわかった。
3 Ｏx バルク材料の場合、その半値幅は０．５〜１度で
ある。したがって、接合層を構成しているＹｂＢａ2 Ｃ
ｕ3Ｏx のｃ軸が接合面に対しほぼ垂直であり、かつ接
合したＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx バルクと同等に配向している
ことがわかった。また、偏光顕微鏡による接合面の双晶
模様の観察をした結果、双晶模様も周りのＹＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏx と同じ方向に入っていることから、ａ・ｂ軸も接
合層の周囲のＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx と同じ方向を向いて揃
っていることがわかった。
【００４５】実施例５ いくつかの結晶方位差を有する接合の臨界電流密度を調
べた。用いたＹＢａ2Ｃｕ3 Ｏx 試料と接合ソルダーの
位置関係は実施例４の場合と同等のものである。試料と
接合ソルダーの大きさも接合ソルダーの厚さが０．３ｍ
ｍであるという点以外は実施例４と同じである。
べた。用いたＹＢａ2Ｃｕ3 Ｏx 試料と接合ソルダーの
位置関係は実施例４の場合と同等のものである。試料と
接合ソルダーの大きさも接合ソルダーの厚さが０．３ｍ
ｍであるという点以外は実施例４と同じである。
【００４６】始めに、ｃ軸方向の結晶方位差をつけるた
めに、中央の接合しようとするＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を、
ｃ軸を傾けて切り出し、図１６に示すように配置した。
すなわち、図１６の１６，１８で示されるＹＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏx の結晶方位は実施例４の場合と同じで、２０で示
される矢印の方向がｃ軸で、試料の幅と長さ方向がａ・
ｂ軸である。図１６の１７で示されるＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x のａ・ｂ軸はｃ軸の回転に対しては試料１６，１８に
合わせているが、ｃ軸は傾けてあり、この角度をｚとす
る。図１６でハッチングしている面が試料１７のａｂ面
に平行な面を表し、ｃ軸は２１で示される矢印の方向で
ある。
めに、中央の接合しようとするＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx を、
ｃ軸を傾けて切り出し、図１６に示すように配置した。
すなわち、図１６の１６，１８で示されるＹＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏx の結晶方位は実施例４の場合と同じで、２０で示
される矢印の方向がｃ軸で、試料の幅と長さ方向がａ・
ｂ軸である。図１６の１７で示されるＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
x のａ・ｂ軸はｃ軸の回転に対しては試料１６，１８に
合わせているが、ｃ軸は傾けてあり、この角度をｚとす
る。図１６でハッチングしている面が試料１７のａｂ面
に平行な面を表し、ｃ軸は２１で示される矢印の方向で
ある。
【００４７】実施例１と同様な銀成膜処理をして、１６
と１８の試料間に電流を流して接合面の臨界電流密度を
測定した。ｚと７７Ｋ、５Ｔでの平均の臨界電流密度の
関係をまとめた表を表２に示す。なお、磁場はｃ軸と垂
直である。表２から、ｃ軸の結晶方位差が大きくなるほ
ど臨界電流密度が低下することがわかった。
と１８の試料間に電流を流して接合面の臨界電流密度を
測定した。ｚと７７Ｋ、５Ｔでの平均の臨界電流密度の
関係をまとめた表を表２に示す。なお、磁場はｃ軸と垂
直である。表２から、ｃ軸の結晶方位差が大きくなるほ
ど臨界電流密度が低下することがわかった。
【００４８】
【表２】
【００４９】次に、ａ・ｂ軸方向の結晶方位差をつける
ために、中央の接合しようとするＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
を、図１７に示すようにｃ軸を中心に回転させて切り出
して接合体を作製した。図１７で、格子の方向がａ・ｂ
軸の方向を示す。また、図１７の２２，２４で示される
ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の結晶方位関係は実施例４の場合と
同じで、矢印方向が３つの試料のｃ軸である。すなわ
ち、図１７の２３で示されるＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx のｃ
軸は２２，２４に合わせているが、ａ・ｂ軸はずれてお
り、この角度をｙとする。図でハッチングしている面は
試料２３のｃ軸とａ・ｂ軸で囲まれる面と平行な面であ
る。
ために、中央の接合しようとするＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx
を、図１７に示すようにｃ軸を中心に回転させて切り出
して接合体を作製した。図１７で、格子の方向がａ・ｂ
軸の方向を示す。また、図１７の２２，２４で示される
ＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の結晶方位関係は実施例４の場合と
同じで、矢印方向が３つの試料のｃ軸である。すなわ
ち、図１７の２３で示されるＹｂＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx のｃ
軸は２２，２４に合わせているが、ａ・ｂ軸はずれてお
り、この角度をｙとする。図でハッチングしている面は
試料２３のｃ軸とａ・ｂ軸で囲まれる面と平行な面であ
る。
【００５０】実施例１と同様な銀成膜処理をして、２２
と２４の試料間に電流を流して接合面の臨界電流密度を
測定した。ｙと７７Ｋ、５Ｔでの平均の臨界電流密度の
関係をまとめた表を表３に示す。なお、磁場はｃ軸と垂
直である。表３から、ａ・ｂ軸の結晶方位差が大きくな
るほど臨界電流密度が低下することがわかった。
と２４の試料間に電流を流して接合面の臨界電流密度を
測定した。ｙと７７Ｋ、５Ｔでの平均の臨界電流密度の
関係をまとめた表を表３に示す。なお、磁場はｃ軸と垂
直である。表３から、ａ・ｂ軸の結晶方位差が大きくな
るほど臨界電流密度が低下することがわかった。
【００５１】
【表３】
【００５２】以上の実験結果より、結晶軸がｃ軸および
ａ・ｂ軸がそれぞれ１５度以上ずれると、高い臨界電流
密度が得られなくなることがわかる。必要な臨界電流密
度はその用途によって異なるが、１５度以上軸がずれた
接合体の臨界電流密度は多結晶材料と同等になるため、
実質的に本発明の特徴が失われる。
ａ・ｂ軸がそれぞれ１５度以上ずれると、高い臨界電流
密度が得られなくなることがわかる。必要な臨界電流密
度はその用途によって異なるが、１５度以上軸がずれた
接合体の臨界電流密度は多結晶材料と同等になるため、
実質的に本発明の特徴が失われる。
【００５３】実施例６ 図２の型の接合についての実験を行った。接合する材料
は内部にＹ2 ＢａＣｕＯ5 相が平均２μｍ以下の大きさ
で分散しているが、マトリックスは大傾角粒界のない配
向したＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導相になっている。この
材料２７Ａ，２７Ｂおよび接合ソルダー２８を、図１８
に示されるように配置した。接合しようとする２つのＹ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導材料は、直径３０ｍｍ、厚さ
７ｍｍの円盤を円盤の中心から切断したものである。試
料の結晶方位は、円盤の厚さ方向がｃ軸になっている。
は内部にＹ2 ＢａＣｕＯ5 相が平均２μｍ以下の大きさ
で分散しているが、マトリックスは大傾角粒界のない配
向したＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導相になっている。この
材料２７Ａ，２７Ｂおよび接合ソルダー２８を、図１８
に示されるように配置した。接合しようとする２つのＹ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系超電導材料は、直径３０ｍｍ、厚さ
７ｍｍの円盤を円盤の中心から切断したものである。試
料の結晶方位は、円盤の厚さ方向がｃ軸になっている。
【００５４】また接合ソルダーは、実施例４で示したも
のと同じ材質で、３１×７．５×０．５ｍｍの大きさに
切り出したものである。このように配置された材料は接
合面が水平になるように炉内に設置し、上方から４００
ｇの荷重をかけながら、９２０℃から８４０℃の徐冷速
度が２℃／ｈであること以外は、実施例４と同様な接合
熱処理を施した。また、実施例４に記載の場合と同様比
較のために、９２０℃から８４０℃まで３００℃／ｈで
冷却された試料も作製した。冷却速度が２℃／ｈであっ
たものを試料Ｃ、３００℃／ｈであったものを試料Ｄと
する。
のと同じ材質で、３１×７．５×０．５ｍｍの大きさに
切り出したものである。このように配置された材料は接
合面が水平になるように炉内に設置し、上方から４００
ｇの荷重をかけながら、９２０℃から８４０℃の徐冷速
度が２℃／ｈであること以外は、実施例４と同様な接合
熱処理を施した。また、実施例４に記載の場合と同様比
較のために、９２０℃から８４０℃まで３００℃／ｈで
冷却された試料も作製した。冷却速度が２℃／ｈであっ
たものを試料Ｃ、３００℃／ｈであったものを試料Ｄと
する。
【００５５】以上のように熱処理された２つの試料は、
その接合界面３１（図１９，図２０）にて強固に接合さ
れていた。しかし、接合面における２つの試料の組織は
異なっており、試料Ｃの接合部は粒界は観察されなかっ
たのに対し、試料Ｄの接合界面は多結晶化していた。
その接合界面３１（図１９，図２０）にて強固に接合さ
れていた。しかし、接合面における２つの試料の組織は
異なっており、試料Ｃの接合部は粒界は観察されなかっ
たのに対し、試料Ｄの接合界面は多結晶化していた。
【００５６】次に、これら２つの試料を酸素気流中で４
５０℃で１００時間の酸素富加処理を行った後、磁場中
冷却後の捕捉磁束を測定した。始めに室温で円盤の厚さ
方向に１．３Ｔの磁場を印加し、磁場を保持したまま超
電導体を液体窒素で冷却し、磁場を取り除いた。２つの
超電導体は磁化していた。この円盤の表面に図１９，図
２０に示された位置３０にホール素子を密着させ、試料
表面垂直方向の磁束密度を測定した。
５０℃で１００時間の酸素富加処理を行った後、磁場中
冷却後の捕捉磁束を測定した。始めに室温で円盤の厚さ
方向に１．３Ｔの磁場を印加し、磁場を保持したまま超
電導体を液体窒素で冷却し、磁場を取り除いた。２つの
超電導体は磁化していた。この円盤の表面に図１９，図
２０に示された位置３０にホール素子を密着させ、試料
表面垂直方向の磁束密度を測定した。
【００５７】この結果を図２１に示す。このグラフの中
で、白丸は試料Ｃ、黒丸は試料Ｄのものである。試料Ｃ
の磁束密度分布は大きな山形をしているのに対し、冷却
速度が速く接合界面が多結晶化した試料Ｃでは接合界面
で磁束密度がほぼ０になっている。このことはすなわ
ち、試料Ｃ内部では図１９に示すように、大きな超電導
永久電流２９Ａが接合面を通って試料全体を還流してい
るのに対し、接合界面が多結晶した試料では接合を通し
て大きな超電導電流が流せないために、図２０に示すよ
うに超電導電流２９Ｂが迂回していることを意味する。
磁束密度分布から見積もった試料Ｃの接合を通して流れ
る超電導永久電流は、おおよそ８０００Ａ／ｃｍ2 の大
きさであった。また、この実験結果から試料Ｃを無磁場
冷却した場合、試料Ｃの中心ではおおよそ０．５Ｔ近く
までシールドが可能であることが類推できる。
で、白丸は試料Ｃ、黒丸は試料Ｄのものである。試料Ｃ
の磁束密度分布は大きな山形をしているのに対し、冷却
速度が速く接合界面が多結晶化した試料Ｃでは接合界面
で磁束密度がほぼ０になっている。このことはすなわ
ち、試料Ｃ内部では図１９に示すように、大きな超電導
永久電流２９Ａが接合面を通って試料全体を還流してい
るのに対し、接合界面が多結晶した試料では接合を通し
て大きな超電導電流が流せないために、図２０に示すよ
うに超電導電流２９Ｂが迂回していることを意味する。
磁束密度分布から見積もった試料Ｃの接合を通して流れ
る超電導永久電流は、おおよそ８０００Ａ／ｃｍ2 の大
きさであった。また、この実験結果から試料Ｃを無磁場
冷却した場合、試料Ｃの中心ではおおよそ０．５Ｔ近く
までシールドが可能であることが類推できる。
【００５８】実施例７ 図３の型の接合についての実験を行った。接合する材料
は溶融法で作製した大傾角粒界のない配向した（Ｙ0.9
Ｇｄ0.1 ）Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導体である。この材料
および接合ソルダーを、図３に示されるように配置し
た。接合しようとする２つの（Ｙ0.9 Ｇｄ0.1 ）Ｂａ2
Ｃｕ3 Ｏx 系超電導材料は長さ（電流の方向）８ｍｍ、
幅２ｍｍ、厚さ（図３の上下方向）２ｍｍで、接合面の
面積は２ｍｍ×２ｍｍである。方位は厚さ方向がｃ軸に
なっている。接合ソルダーは長さ６ｍｍ、幅２ｍｍ、厚
さ２ｍｍで、Ｙｂ，Ｂａ，Ｃｕの元素比が１．２：１．
８：２．６である他は、実施例４と同じ原料・熱処理方
法で作製したものである。
は溶融法で作製した大傾角粒界のない配向した（Ｙ0.9
Ｇｄ0.1 ）Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏx 超電導体である。この材料
および接合ソルダーを、図３に示されるように配置し
た。接合しようとする２つの（Ｙ0.9 Ｇｄ0.1 ）Ｂａ2
Ｃｕ3 Ｏx 系超電導材料は長さ（電流の方向）８ｍｍ、
幅２ｍｍ、厚さ（図３の上下方向）２ｍｍで、接合面の
面積は２ｍｍ×２ｍｍである。方位は厚さ方向がｃ軸に
なっている。接合ソルダーは長さ６ｍｍ、幅２ｍｍ、厚
さ２ｍｍで、Ｙｂ，Ｂａ，Ｃｕの元素比が１．２：１．
８：２．６である他は、実施例４と同じ原料・熱処理方
法で作製したものである。
【００５９】以上のように配置された試料を、アルミナ
板上にて４時間で９９５℃まで昇温した後、この温度で
４時間保持し、９２０℃まで１時間で冷却し、９２０℃
から８５０℃まで１℃／ｈで徐冷し、その後室温まで炉
冷した。
板上にて４時間で９９５℃まで昇温した後、この温度で
４時間保持し、９２０℃まで１時間で冷却し、９２０℃
から８５０℃まで１℃／ｈで徐冷し、その後室温まで炉
冷した。
【００６０】このように熱処理された試料は、その接合
界面にて接合されていた。更にこの試料を、実施例１と
同様の銀成膜処理と酸素中での熱処理がなされ、両端の
試料間に電流を流し、２つの接合部を挟む両端の臨界電
流を磁場中にて測定した。この結果、１．６Ｔの磁場中
において、５０００Ａ／ｃｍ2 の臨界電流密度を有する
ことがわかった。
界面にて接合されていた。更にこの試料を、実施例１と
同様の銀成膜処理と酸素中での熱処理がなされ、両端の
試料間に電流を流し、２つの接合部を挟む両端の臨界電
流を磁場中にて測定した。この結果、１．６Ｔの磁場中
において、５０００Ａ／ｃｍ2 の臨界電流密度を有する
ことがわかった。
【００６１】
【発明の効果】この接合法は、特にＱＭＧ法などの溶融
法で作製されたバルク超電導材料の接合に有効であると
考えられる。先に述べたように、この材料は結晶成長を
利用して作製された単結晶状（大傾角粒界のない）の材
料であって、ある程度以上の大型の材料の作製は困難で
あり、高い臨界電流密度を損なう粒界が生じる加工、接
合ができないため、応用の範囲が狭められている。この
方法で作製された接合部に臨界電流を低下させるような
粒界がない接合は、例えば図２２〜図２４に示したよう
な形で、電流リード、中強磁場の磁気シールド、バルク
マグネット、また図２５に示したような超電導コイルな
どに幅広く応用できる。これらの図において、３６は超
電導材料、３３は接合部分、３２は超電導電流の流れを
示している。なお図２５において３５は切り込み等によ
って絶縁された部分、３４は電流リード線を示し、３２
に示したように接合部分３３を介して多回巻のコイルと
して電流が流れる。
法で作製されたバルク超電導材料の接合に有効であると
考えられる。先に述べたように、この材料は結晶成長を
利用して作製された単結晶状（大傾角粒界のない）の材
料であって、ある程度以上の大型の材料の作製は困難で
あり、高い臨界電流密度を損なう粒界が生じる加工、接
合ができないため、応用の範囲が狭められている。この
方法で作製された接合部に臨界電流を低下させるような
粒界がない接合は、例えば図２２〜図２４に示したよう
な形で、電流リード、中強磁場の磁気シールド、バルク
マグネット、また図２５に示したような超電導コイルな
どに幅広く応用できる。これらの図において、３６は超
電導材料、３３は接合部分、３２は超電導電流の流れを
示している。なお図２５において３５は切り込み等によ
って絶縁された部分、３４は電流リード線を示し、３２
に示したように接合部分３３を介して多回巻のコイルと
して電流が流れる。
【図１】接合の構成単位の例を示す断面図
【図２】接合の構成単位の例を示す断面図
【図３】接合の構成単位の例を示す断面図
【図４】ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の擬二元系状態図
【図５】実施例における接合の位置関係を示す斜視図
【図６】実施例における接合する試料と接合ソルダーと
の位置関係を示す断面図
の位置関係を示す断面図
【図７】実施例における銀電極の位置関係を示す断面図
【図８】接合部の光学顕微鏡写真
【図９】接合界面近傍の吸収電子像（電子顕微鏡写真）
【図１０】ＥＰＭＡにより測定した接合層を横切るＹｂ
の濃度分布のグラフ
の濃度分布のグラフ
【図１１】実施例における接合する試料と接合ソルダー
との位置関係を示す斜視図
との位置関係を示す斜視図
【図１２】実施例において測定した接合の磁場中の臨界
電流
電流
【図１３】接合部の光学（偏光）顕微鏡写真
【図１４】接合部の光学（偏光）顕微鏡写真
【図１５】接合面のＸ線回折による（００６）面の回折
ピーク
ピーク
【図１６】実施例における接合する試料と接合ソルダー
との位置関係を示す斜視図
との位置関係を示す斜視図
【図１７】実施例における接合する試料と接合ソルダー
との位置関係を示す斜視図
との位置関係を示す斜視図
【図１８】実施例における接合する試料と接合ソルダー
との位置関係を示す斜視図
との位置関係を示す斜視図
【図１９】本発明による試料の磁場中冷却後の電流の流
れを示した斜視図
れを示した斜視図
【図２０】比較例における試料の磁場中冷却後の電流の
流れを示した斜視図
流れを示した斜視図
【図２１】実施例において測定した磁場中冷却後の捕捉
磁束密度分布のグラフ
磁束密度分布のグラフ
【図２２】接合体を電流リード導体に用いた例
【図２３】接合体を磁気シールド材、バルクマグネット
に用いた例
に用いた例
【図２４】接合体を磁気シールド材、バルクマグネット
に用いた例
に用いた例
【図２５】接合体を超電導コイルに用いた例
１ 接合しようとするＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料 ２，６，１４，１９，２５，２８ 接合ソルダー ３，４，５，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１６，１７，１
８，２２，２３，２４，２７Ａ，２７Ｂ 接合しようと
するＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料 ７，８，９，１０，１１，１２ 銀電極を成膜させた位
置 １５，２６ 接合しようとするＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx のｃ
軸方向 ２０ 試料１６，１８のｃ軸方向 ２１ 試料１７のｃ軸方向 ２９Ａ，２９Ｂ，３２ 電流の流れ ３０ ホール素子 ３１，３３ 接合部分 ３４ 電流リード線 ３５ 切り込み等によって絶縁された部分 ３６ 超電導材料
８，２２，２３，２４，２７Ａ，２７Ｂ 接合しようと
するＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料 ７，８，９，１０，１１，１２ 銀電極を成膜させた位
置 １５，２６ 接合しようとするＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx のｃ
軸方向 ２０ 試料１６，１８のｃ軸方向 ２１ 試料１７のｃ軸方向 ２９Ａ，２９Ｂ，３２ 電流の流れ ３０ ホール素子 ３１，３３ 接合部分 ３４ 電流リード線 ３５ 切り込み等によって絶縁された部分 ３６ 超電導材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｒ 43/00 ＺＡＡ Ｚ 7161−5Ｅ (72)発明者 橋本 操 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 結晶方位の揃った複数のＲＥＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏx （ＲＥはＹ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群から選ばれた１
種以上の元素）系超電導材料が、その接合面でこれより
も分解・溶融温度（包晶温度）が低く、かつこれと同じ
結晶方位を有するＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相を介して接合
されていることを特徴とする酸化物超電導材料の接合
体。 - 【請求項２】 結晶方位の揃った複数のＲＥＢａ2 Ｃｕ
3 Ｏx （ＲＥはＹ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群から選ばれた１
種以上の元素）系超電導材料が、その接合面でこれより
も包晶温度が低く、かつこれと同じ結晶方位を有するＲ
ＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相を接合層として挟んで接合されて
いることを特徴とする酸化物超電導材料の接合体。 - 【請求項３】 接合部分のＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相とこ
れを介して接合されているＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 相のｃ
軸（ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の単位格子の最長軸）方向お
よびａ・ｂ軸（ｃ軸以外の２つの軸であって双晶による
ａ軸，ｂ軸の混在を含む）方向の結晶方位差がそれぞれ
１５度以内であることを特徴とする請求項１または２記
載の酸化物超電導材料の接合体。 - 【請求項４】 接合しようとする配向した２つ以上のＲ
ＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx（ＲＥはＹ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群か
ら選ばれた１種以上の元素）系材料の結晶方位を合わ
せ、それらの接合しようとする面間に前記ＲＥＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏx 系材料よりも包晶温度の低いＲＥＢａ2 Ｃｕ3
Ｏx 系物質またはこれらの元素で構成される物質をソル
ダーとして挿入し、このソルダーの包晶温度より高く、
前記接合しようとするＲＥＢａ2Ｃｕ3 Ｏx 系材料の包
晶温度より低い温度まで加熱し、前記接合しようとする
ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx 系材料間に液相を生じさせ、前記
ソルダーの包晶温度近傍でこれを徐冷することによって
接合することを特徴とする酸化物超電導材料の接合体の
作製方法。 - 【請求項５】 接合しようとする配向したＲＥＢａ2 Ｃ
ｕ3 Ｏx 系材料を、ｃ軸（ＲＥＢａ2 Ｃｕ3 Ｏx の単位
格子の最長軸）およびａ・ｂ軸（ｃ軸以外の２つの軸で
あって双晶によるａ軸，ｂ軸の混在を含む）方向の結晶
方位差が１５度以内になるように合わせることを特徴と
する請求項４記載の酸化物超電導材料の接合体の作製方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5098383A JPH0640775A (ja) | 1992-04-03 | 1993-04-02 | 酸化物超電導材料の接合体及びその作製方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-109088 | 1992-04-03 | ||
| JP10908892 | 1992-04-03 | ||
| JP5098383A JPH0640775A (ja) | 1992-04-03 | 1993-04-02 | 酸化物超電導材料の接合体及びその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0640775A true JPH0640775A (ja) | 1994-02-15 |
Family
ID=26439564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5098383A Pending JPH0640775A (ja) | 1992-04-03 | 1993-04-02 | 酸化物超電導材料の接合体及びその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0640775A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7001870B2 (en) | 2001-06-29 | 2006-02-21 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | Method for joining oxide superconductors and joined oxide superconductor |
| US7126060B2 (en) | 2001-01-16 | 2006-10-24 | Nippon Steel Corporation | Low resistance conductors, processes of production thereof, and electrical members using same |
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| JP2022169922A (ja) * | 2021-04-28 | 2022-11-10 | 住友電気工業株式会社 | 高温超電導線材の接続構造 |
-
1993
- 1993-04-02 JP JP5098383A patent/JPH0640775A/ja active Pending
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