JPH07109170A - Bi系酸化物超電導体の製造方法及びその形成材料 - Google Patents

Bi系酸化物超電導体の製造方法及びその形成材料

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JPH07109170A
JPH07109170A JP5281668A JP28166893A JPH07109170A JP H07109170 A JPH07109170 A JP H07109170A JP 5281668 A JP5281668 A JP 5281668A JP 28166893 A JP28166893 A JP 28166893A JP H07109170 A JPH07109170 A JP H07109170A
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JP
Japan
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oxide superconductor
phase
based oxide
powder
ratio
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JP5281668A
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English (en)
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Makoto Hiraoka
誠 平岡
Shigenori Yuutani
重徳 祐谷
Katsunobu Hosoya
勝宣 細谷
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Publication date
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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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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導特性、就中、臨界電流密度がより一層
向上したBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体を安定し
て得ること。 【構成】 Bi2212相とBi2201相を前者/後者
のX線強度比に基づいて1/0.3〜2の割合で含有す
るBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体の粉末又は層を
焼結処理又は加熱処理するBi系酸化物超電導体の製造
方法。 【効果】 高性能の超電導線材やマグネット等を容易に
形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導特性、就中、臨
界電流密度に優れるBi2212系の酸化物超電導体の
製造方法及びその形成材料に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、Bi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電
導体の粉末を用いて金属シース法、あるいはドクターブ
レード法やディップコート法等の展開法などの種々の方
法で線材等の任意な形態からなるBi2212系の酸化
物超電導体の製造方法としては、仮焼処理で実質的にB
i2212(Bi2Sr2CaCu2Oy)相の単独相を形成さ
せたものを粉砕して粉末とし、その粉末を用いて金属シ
ース法などにより目的とする形態としたのち当該粉末を
焼結させてBi系酸化物超電導体とする方法が知られて
いた。
【0003】前記の粉末材料を用いて得られるBi系酸
化物超電導体の超電導特性、就中、臨界電流密度は、通
例5万A/cm2(4.2K、0T)程度であり、臨界電流
密度のより一層の向上が望まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、超電導特
性、就中、臨界電流密度がより一層向上したBi2Sr2C
aCu2Oy系酸化物超電導体を得ることを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、Bi2212
相とBi2201相を前者/後者のX線強度比に基づい
て1/0.3〜2の割合で含有するBi2Sr2CaCu2Oy
系酸化物超電導体の粉末又は層を焼結処理又は加熱処理
することを特徴とするBi系酸化物超電導体の製造方法
を提供するものである。なお本発明において前記のX線
強度比は、粉末X線回折法により測定したBi2212
相とBi2201相との(115)ピーク強度の高さの
比を意味する。
【0006】
【作用】超電導相であるBi2212(Bi2Sr2CaCu2
Ox)相と半導体相であるBi2201(Bi2Sr2Cu1O
z)相を前者/後者のX線強度比に基づいて1/0.3
〜2の割合で含有するBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電
導体の粉末又は層を焼結処理又は加熱処理する前記の方
法により、Bi2201相を実質的に含有しないBi22
12相の単独相からなるBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超
電導体のバルクを形成でき、これは優れた超電導特性、
就中、臨界電流密度を示す。通例、その臨界電流密度は
10万A/cm2以上、就中20万A/cm2程度(4.2
K、0T)である。
【0007】
【実施例】本発明の製造方法は、Bi2212相とBi2
201相を前者/後者のX線強度比に基づいて1/0.
3〜2の割合で含有するBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超
電導体の粉末又は層を焼結処理又は加熱処理してBi系
酸化物超電導体を得るものである。Bi2212相とBi
2201相の含有割合が前記範囲外のものを用いたので
は、その焼結処理でBi2212相の単独相からなるBi
系酸化物超電導体が形成されにくく、臨界電流密度の向
上効果に乏しくなる。
【0008】前記含有割合のBi2Sr2CaCu2Oy系酸化
物超電導体の粉末の形成は、例えば原料化合物をBi:
Sr:Ca:Cuが2:2:1:2のモル比等となる割合
で混合し、それを1回又は2回以上仮焼処理する方式、
あるいは既存の粉末状等のBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物
超電導体を再度、1回又は2回以上仮焼処理する方式な
どにより行うことができる。
【0009】ちなみに原料化合物をBi:Sr:Ca:Cu
が2:2:0.64:1.64のモル比となる割合で混
合した場合には、仮焼条件を例えば、大気中、800
℃、20時間の加熱保持とすることで目的のBi221
2相/Bi2201相のX線強度比が1/0.3〜2の
ものを効率よく得ることができる。
【0010】なお前記のBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超
電導体の粉末を形成するための原料化合物については特
に限定はなく、公知物のいずれも用いうる。ちなみにそ
の例としては、酢酸塩の如き有機酸塩、硝酸塩の如き無
機酸塩、塩化物、フッ化物、アルコキシド、水酸化物、
水溶性等のキレート化合物などの化合物形態などがあげ
られ、酸化物超電導体を形成する元素以外の構成元素が
酸化物等としてガス化し、揮散しやすい化合物形態のも
のが好ましく用いうる。なお用いる原料化合物は、焼結
工程等で酸素成分を補給できることより酸素を含有する
化合物形態である必要はない。
【0011】Bi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体の粉
末は、得られた仮焼体を適宜に粉砕することにより得る
ことができる。粉末の粒径は任意であるが、通例100
μm以下、就中0.1〜10μmである。
【0012】本発明によるBi系酸化物超電導体は、Bi
2212相とBi2201相を所定の割合で含有するBi
2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体の粉末を焼結処理す
ることにより得られるが、その焼結処理は例えば金属シ
ース法や展開法、成形法、電気泳動電着法などの種々の
方式で任意な形態としたものに対して行うことができ
る。従って、焼結処理する際の当該粉末の成形状態等に
ついて特に限定はなく、コイル等の二次形態に成形され
ていてもよい。
【0013】ちなみに前記した金属シース法は、例えば
銀、金、白金、銀・白金合金、銀・パラジウム合金等の
適宜な金属からなる管にBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超
電導体の粉末を充填し、それを必要に応じてダイスや圧
延ロール、スウェージング装置等の適宜な伸線処理手段
を介しテープ状や細体等の所定の形態に加工して焼結処
理に供するものである。その際、品質の向上や安定化等
を目的に焼結処理に先立って1回又は2回以上のプレス
処理を施す場合もある。また2回以上のプレス処理を施
す場合、プレス処理間に加熱工程が設けられることもあ
る。
【0014】また展開法は、Bi2Sr2CaCu2Oy系酸化
物超電導体の粉末を必要に応じワックスやポリマー等か
らなるバインダと共に分散媒に添加し、それを例えばド
クターブレード法やディップコート法、スピンコート
法、スプレー法等の適宜な方式で前記の金属や各種のセ
ラミック等からなる適宜な形態の耐熱性等の支持体上に
展開し、その展開層を焼結処理に供するものである。前
記の展開層は、展開乾燥膜を2層以上重畳させた積層体
とされる場合もある。
【0015】成形法は、Bi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超
電導体の粉末とワックスやポリマー等のバインダなどか
らなる成形用混合物を押出成形等の適宜な成形機を用い
て線材や板等の適宜な形態に成形し、その成形品を焼結
処理に供するものである。電気泳動電着法は、Bi2Sr2
CaCu2Oy系酸化物超電導体の粉末の分散液に前記金属
からなる導体を浸漬し、電位差の付与下に当該粉末を導
体に電着させてそれを焼結処理に供するものである。
【0016】一方、Bi2212相とBi2201相を所
定の割合で含有するBi2Sr2CaCu 2Oy系酸化物超電導
体層の形成は、例えば上記した原料化合物の溶液や分散
液等を耐熱性支持体上に展開してその原料化合物を加熱
分解させる、ゾル・ゲル法や有機酸塩塗布・熱分解法な
どにより行うことができる。その場合に原料化合物の加
熱分解を上記した粉末を得る場合の仮焼条件に準じるこ
とにより目的のBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体層
を効率よく得ることができる。
【0017】なお前記のゾル・ゲル法や有機酸塩塗布・
熱分解法の例としては、原料化合物の濃度が0.1mmol
/l〜2mol/l程度のカルボン酸系溶液や有機溶媒溶
液をスピンコート方式等で耐熱性支持体上に展開し、厚
さが20μm以下の展開層を形成してそれを必要に応じ
真空方式等を併用しつつ150℃程度の高温で乾燥させ
たのち大気や不活性ガス雰囲気下、200〜1500℃
で10分間〜2時間加熱処理して原料化合物を熱分解す
る方式などがあげられる。かかる熱分解層は、展開・熱
分解操作を複数回繰り返して原料化合物の熱分解層を重
畳させて必要な厚さとされる場合もある。
【0018】本発明において、Bi2Sr2CaCu2Oy系酸
化物超電導体の粉末又は層の焼結処理又は加熱処理は、
当該酸化物超電導体の粉末又は層をバルク化して一体化
させ、Bi2201相を実質的に含有しないBi2212
相の単独相からなるBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導
体を形成するためのものである。本発明では上記したと
おり、コイル等の二次形態としたものに対して焼結処理
等を施してもよい。
【0019】前記の焼結処理又は加熱処理に際しては、
部分熔融法ないし熔融法を適用することもできる。これ
は通例の処理温度である850〜870℃よりも高温の
890℃〜950℃に加熱してBi2Sr2CaCu2Oy系酸
化物超電導体の粉末又は層を部分熔融又は全体を熔融さ
せたのち冷却する方式である。なお焼結処理又は加熱処
理の雰囲気は、大気中等の従来方式に準じることができ
る。
【0020】実施例1 硝酸ビスマス2モル、硝酸ストロンチウム2モル、硝酸
カルシウム1モル、硝酸銅2モルの割合でそれらを80
℃の水に溶解させて混合し、それを150℃で乾燥させ
たのち酸素雰囲気下、840℃で20時間仮焼処理し
て、Bi2212相/Bi2201相の含有X線強度比が
1/0.3のBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体を得
た。
【0021】次に前記のBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超
電導体をボールミルで粉砕して得た粒径0.1〜10μm
の粉末を、肉厚1.0mm、直径7.0mmの銀チューブに充
填し、それをダイスと圧延ロールで伸線処理して幅3m
m、厚さ0.2mm(超電導部の厚さ100μm)のテープ
に加工したのち、それを890℃で10分間加熱保持後
毎時2.5℃の降温速度で840℃まで徐冷し、その温
度で40時間保持したのち室温まで炉中で放熱させる部
分熔融焼結方式で処理して、Bi2212相の単独相を
有するBi系酸化物超電導体を得た。
【0022】実施例2 820℃で20時間仮焼処理することにより得た、Bi
2212相/Bi2201相の含有X線強度比が1/
1.3のBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体の粉末を
用いたほかは実施例1に準じて、Bi2212相の単独
相を有するBi系酸化物超電導体を得た。
【0023】実施例3 800℃で20時間仮焼処理することにより得た、Bi
2212相/Bi2201相の含有X線強度比が1/
2.0のBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体の粉末を
用いたほかは実施例1に準じて、Bi2212相の単独
相を有するBi系酸化物超電導体を得た。
【0024】実施例4 実施例2で得たBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体の
粉末を含有するスラリー状のメタノール分散液をドクタ
ーブレード法で厚さ50μmの銀箔上に展開し、それを
890℃で10分間加熱保持後毎時2.5℃の降温速度
で840℃まで徐冷し、その温度で40時間保持したの
ち室温まで炉中で放熱させる部分熔融焼結方式で処理し
て、Bi2212相の単独相を有する厚さ約40μmのB
i系酸化物超電導体層を密着性よく有する銀箔を得た。
【0025】実施例5 80℃に加温したプロピオン酸1000mlに、酢酸ビス
マス0.14モル、酢酸ストロンチウム0.14モル、酢
酸カルシウム0.07モル、酢酸銅0.14モルを溶解冷
却させて得た溶液を、スピンコート方式により厚さ50
μmの銀箔上に展開して厚さ約0.5μmの展開層を形成
し、その展開層を自然乾燥1時間後、0.1Torr、
150℃で1時間乾燥させたのち400℃で1時間、熱
分解処理した(大気中)。
【0026】次に前記に準じ、先の熱分解層の上に新た
な展開層を形成して熱分解する操作を9回繰り返して合
計10層の熱分解層からなる重畳層を形成したのち、そ
れを酸素雰囲気下、820℃で10時間仮焼処理してB
i2212相/Bi2201相の含有X線強度比が1/1
の酸化物超電導体層としたのち、845℃で2時間焼結
処理してBi2212相の単独相を有する厚さ約4μmの
Bi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体層を密着性よく有
する銀箔を得た。
【0027】比較例 850℃で20時間仮焼処理することにより得た、Bi
2212相/Bi2201相の含有X線強度比が1/
0.05のBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体の粉末
を用いたほかは実施例1に準じてBi系酸化物超電導体
を得た。これは若干量のBi2201相が混在するBi2
212相が優勢な相状態を示した。
【0028】評価試験 実施例、比較例で得たBi系酸化物超電導体についてそ
の臨界温度、臨界電流密度を調べた。その結果を表1に
示した。なお前記において、臨界温度は0.1A/cm2の
電流密度下、液体窒素で冷却しながら4端子法で電気抵
抗の温度変化を測定し、電圧端子間の発生電圧が0とな
ったときの温度である。また臨界電流密度は、パワーリ
ードと共に液体ヘリウムで冷却しながら徐々に電流値を
上げて、4端子法により電圧端子間の電圧の印加電流に
よる変化を測定し、X−Yレコーダにおいて1μv/cm
の電圧が出現したときの電流値を超電導体の断面積で除
した値である。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、超電導特性、就中、臨
界電流密度に優れるBi2Sr2CaCu2Oy系の酸化物超電
導体を安定して得ることができ、高性能の超電導線材や
マグネット等を容易に形成することができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // H01B 12/00 ZAA 7244−5G

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Bi2212相とBi2201相を前者/
    後者のX線強度比に基づいて1/0.3〜2の割合で含
    有するBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体の粉末を焼
    結処理することを特徴とするBi系酸化物超電導体の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 Bi2212相とBi2201相を前者/
    後者のX線強度比に基づいて1/0.3〜2の割合で含
    有するBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体層を加熱処
    理することを特徴とするBi系酸化物超電導体の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 Bi2212相とBi2201相を前者/
    後者のX線強度比に基づいて1/0.3〜2の割合で含
    有するBi2Sr2CaCu2Oy系酸化物超電導体の粉末から
    なることを特徴とするBi系酸化物超電導体の形成材
    料。
JP5281668A 1993-10-14 1993-10-14 Bi系酸化物超電導体の製造方法及びその形成材料 Pending JPH07109170A (ja)

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