JPH07247120A - Bi系超電導体及びその製造法 - Google Patents
Bi系超電導体及びその製造法Info
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- JPH07247120A JPH07247120A JP6042303A JP4230394A JPH07247120A JP H07247120 A JPH07247120 A JP H07247120A JP 6042303 A JP6042303 A JP 6042303A JP 4230394 A JP4230394 A JP 4230394A JP H07247120 A JPH07247120 A JP H07247120A
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Classifications
-
- 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
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 Tc0の低下が小さく、磁場の印加によるJ
cの低下の小さいBi系超電導体及びその製造法を提供
する。 【構成】 ビスマス、ストロンチウム、カルシウム及び
銅を主成分とし、Bi2(Sr、Ca)2.6〜3.4Cu
1.7〜2.3OX(但し数字は原子比を表わす)の組成から
なる化合物Aとストロンチウム、カルシウム及び銅を主
成分とする(Sr、Ca)2.6〜3.4Cu1.7〜2.3O
Y(但し数字は原子比を表わす)の組成からなる化合物
BとからなるBi系超電導体及び化合物Aと化合物Bと
を混合した後焼成するBi系超電導体の製造法。
cの低下の小さいBi系超電導体及びその製造法を提供
する。 【構成】 ビスマス、ストロンチウム、カルシウム及び
銅を主成分とし、Bi2(Sr、Ca)2.6〜3.4Cu
1.7〜2.3OX(但し数字は原子比を表わす)の組成から
なる化合物Aとストロンチウム、カルシウム及び銅を主
成分とする(Sr、Ca)2.6〜3.4Cu1.7〜2.3O
Y(但し数字は原子比を表わす)の組成からなる化合物
BとからなるBi系超電導体及び化合物Aと化合物Bと
を混合した後焼成するBi系超電導体の製造法。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はBi系(Bi−Sr−C
a−Cu−O系の略称)超電導体及びその製造法に関す
る。
a−Cu−O系の略称)超電導体及びその製造法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、酸化物超電導体としては、198
8年、科学技術庁金属材料技術研究所の前田総合研究官
らによって発見されたビスマス、ストロンチウム、カル
シウム及び銅を主成分とするBi系超電導体がある。し
かしながらBi系超電導体は、電気抵抗が零になる臨界
温度(以下Tc0とする)が110K付近の2223相
を生成しにくいという問題がある。その対策としてBi
の一部をPbで置換して2223相を生成しやすくする
方法があるが、この方法では2223相の生成温度領域
は狭く、かつ焼成に必要な時間も長時間、例えば100
時間になってしまうという欠点があった。
8年、科学技術庁金属材料技術研究所の前田総合研究官
らによって発見されたビスマス、ストロンチウム、カル
シウム及び銅を主成分とするBi系超電導体がある。し
かしながらBi系超電導体は、電気抵抗が零になる臨界
温度(以下Tc0とする)が110K付近の2223相
を生成しにくいという問題がある。その対策としてBi
の一部をPbで置換して2223相を生成しやすくする
方法があるが、この方法では2223相の生成温度領域
は狭く、かつ焼成に必要な時間も長時間、例えば100
時間になってしまうという欠点があった。
【0003】このためTc0は80Kから90Kと低い
ながらも短時間で生成温度領域が広い2212相を生成
するBi系超電導体が注目されている。
ながらも短時間で生成温度領域が広い2212相を生成
するBi系超電導体が注目されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のB
i系超電導体は、Y−Ba−Cu−O系(以下Y系とす
る)超電導体に比べ磁場の印加によって臨界電流密度
(以下Jcとする)が低下しやすいという問題がある。
このため超電導磁石、超電導磁気シールド材への応用は
不利であった。
i系超電導体は、Y−Ba−Cu−O系(以下Y系とす
る)超電導体に比べ磁場の印加によって臨界電流密度
(以下Jcとする)が低下しやすいという問題がある。
このため超電導磁石、超電導磁気シールド材への応用は
不利であった。
【0005】本発明は従来の2212相を生成するBi
系超電導体に比べ磁場によってJcが低下しにくく、か
つTc0がY系と変らない90K級の2212相を生成
するBi系超電導体及びその製造法を提供するものであ
る。
系超電導体に比べ磁場によってJcが低下しにくく、か
つTc0がY系と変らない90K級の2212相を生成
するBi系超電導体及びその製造法を提供するものであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の欠点
について種々検討した結果、磁場中で超電導状態を保
ち、かつJcを低下させないためには、超電導体中に磁
束をピン止めする点、例えば不純物、添加物、格子欠陥
等を導入し、磁束の自由な動きを止めることがその対策
として適切であると判断した。
について種々検討した結果、磁場中で超電導状態を保
ち、かつJcを低下させないためには、超電導体中に磁
束をピン止めする点、例えば不純物、添加物、格子欠陥
等を導入し、磁束の自由な動きを止めることがその対策
として適切であると判断した。
【0007】本発明者らはさらに検討を進めた結果、添
加しても超電導特性の劣化しない化合物を粒界等に生成
させれば、これらがピン止め点になり磁場中での特性向
上に寄与できるものと考え、具体的にはストロンチウ
ム、カルシウム及び銅を添加した2212相Bi系超電
導体は、従来のものに比べ磁場の印加によってJcが低
下しにくくなることを見い出し本発明を完成するに至っ
た。
加しても超電導特性の劣化しない化合物を粒界等に生成
させれば、これらがピン止め点になり磁場中での特性向
上に寄与できるものと考え、具体的にはストロンチウ
ム、カルシウム及び銅を添加した2212相Bi系超電
導体は、従来のものに比べ磁場の印加によってJcが低
下しにくくなることを見い出し本発明を完成するに至っ
た。
【0008】本発明はビスマス、ストロンチウム、カル
シウム及び銅を主成分としBi2(Sr、Ca)
2.6〜3.4Cu1.7〜2.3OX(但し数字は原子比を表わ
す)の組成からなる化合物Aとストロンチウム、カルシ
ウム及び銅を主成分とする(Sr、Ca)2.6〜3.4Cu
1.7〜2.3OY(但し数字は原子比を表わす)の組成から
なる化合物BとからなるBi系超電導体及び化合物Aと
化合物Bとを混合後焼成するBi系超電導体の製造法に
関する。
シウム及び銅を主成分としBi2(Sr、Ca)
2.6〜3.4Cu1.7〜2.3OX(但し数字は原子比を表わ
す)の組成からなる化合物Aとストロンチウム、カルシ
ウム及び銅を主成分とする(Sr、Ca)2.6〜3.4Cu
1.7〜2.3OY(但し数字は原子比を表わす)の組成から
なる化合物BとからなるBi系超電導体及び化合物Aと
化合物Bとを混合後焼成するBi系超電導体の製造法に
関する。
【0009】本発明においてビスマス、ストロンチウ
ム、カルシウム及び銅を含む原料については特に制限は
ないが、例えば炭酸塩、酸化物、シュウ酸塩、硝酸塩、
金属アルコキシド等の一種又は二種以上を用いることが
できる。Bi2(Sr、Ca)2.6〜3.4Cu1.7〜2.3OX
の組成からなる化合物AにおいてSr及びCaは原子比
で2.6〜3.4の範囲とされ、2.6未満であると超
電導体含有率が低下し、かつ77K以上で安定して電気
抵抗を零にすることが困難であり、3.4を超えると超
電導体以外の結晶、ガラス等の異相が生成しやすいなど
の欠点が生じる。またCuは原子比で1.7〜2.3の
範囲とされ、1.7未満及び2.3を超えると超電導体
含有率が低下し、超電導体以外の結晶、ガラス等の異相
が生成しやすいなどの欠点が生じる。
ム、カルシウム及び銅を含む原料については特に制限は
ないが、例えば炭酸塩、酸化物、シュウ酸塩、硝酸塩、
金属アルコキシド等の一種又は二種以上を用いることが
できる。Bi2(Sr、Ca)2.6〜3.4Cu1.7〜2.3OX
の組成からなる化合物AにおいてSr及びCaは原子比
で2.6〜3.4の範囲とされ、2.6未満であると超
電導体含有率が低下し、かつ77K以上で安定して電気
抵抗を零にすることが困難であり、3.4を超えると超
電導体以外の結晶、ガラス等の異相が生成しやすいなど
の欠点が生じる。またCuは原子比で1.7〜2.3の
範囲とされ、1.7未満及び2.3を超えると超電導体
含有率が低下し、超電導体以外の結晶、ガラス等の異相
が生成しやすいなどの欠点が生じる。
【0010】一方(Sr、Ca)2.6〜3.4Cu1.7〜2.3
OYの組成からなる化合物BにおいてSr及びCaは
2.6〜3.4の範囲とされ、2.6未満及び3.4を
超えると顕著な効果は認められない。さらにCuにおい
ても1.7未満及び2.3を超える範囲になると顕著な
効果は認められない。
OYの組成からなる化合物BにおいてSr及びCaは
2.6〜3.4の範囲とされ、2.6未満及び3.4を
超えると顕著な効果は認められない。さらにCuにおい
ても1.7未満及び2.3を超える範囲になると顕著な
効果は認められない。
【0011】本発明の化合物A及びBにおいてO(酸
素)の量はCuの酸化状態によって変化し、これを精度
よく測定することが困難なため本発明においてはX及び
Yで表わすことにした。
素)の量はCuの酸化状態によって変化し、これを精度
よく測定することが困難なため本発明においてはX及び
Yで表わすことにした。
【0012】化合物Aと化合物Bとの混合比について
は、Bi系超電導体中の化合物Bの分散状態により異な
るが、化合物Bの含有率が全体の0.5質量%以上18
質量%以下であれば、顕著な効果が得られると共に最適
焼成範囲が広いので好ましい。
は、Bi系超電導体中の化合物Bの分散状態により異な
るが、化合物Bの含有率が全体の0.5質量%以上18
質量%以下であれば、顕著な効果が得られると共に最適
焼成範囲が広いので好ましい。
【0013】原料の混合法については特に制限はない
が、例えば合成樹脂のボールミル内に合成樹脂で被覆し
たボール、エタノール等の溶媒及び原料を充填し湿式混
合する方法、溶媒中に原料を溶解した後に共沈生成物を
得る共沈法、アルコキシド等の原料を加水分解させてゾ
ルを作製し、これをゲル化させるゾル−ゲル法等を用い
ることができる。
が、例えば合成樹脂のボールミル内に合成樹脂で被覆し
たボール、エタノール等の溶媒及び原料を充填し湿式混
合する方法、溶媒中に原料を溶解した後に共沈生成物を
得る共沈法、アルコキシド等の原料を加水分解させてゾ
ルを作製し、これをゲル化させるゾル−ゲル法等を用い
ることができる。
【0014】本発明では混合した後必要に応じ仮焼を行
うが、その仮焼条件において仮焼温度は組成、原料の配
合割合、混合方法等により適宜選定され、また仮焼雰囲
気については特に制限はなく大気中、不活性気体中、酸
素中等で行うことができる。
うが、その仮焼条件において仮焼温度は組成、原料の配
合割合、混合方法等により適宜選定され、また仮焼雰囲
気については特に制限はなく大気中、不活性気体中、酸
素中等で行うことができる。
【0015】焼成温度及び時間はBi:(Sr、C
a):Cuが原子比でおよそ2:3:2の場合は、81
0〜900℃で0.5〜100時間が好ましいが、その
中でも焼成温度は化合物Aが部分溶融する温度領域で焼
成すればさらに好ましい。部分溶融温度とは一般的にジ
ャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジィ
クス(Japanese Journal of Applied Physics)Vol.27
号、No.12(1988年12月)、L2276〜L2279頁及び同誌Vol.2
8号、No.2(1989年2月)、L213〜L216頁に示されるよう
に固相の一部が液相を生成し始める温度をさす。
a):Cuが原子比でおよそ2:3:2の場合は、81
0〜900℃で0.5〜100時間が好ましいが、その
中でも焼成温度は化合物Aが部分溶融する温度領域で焼
成すればさらに好ましい。部分溶融温度とは一般的にジ
ャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジィ
クス(Japanese Journal of Applied Physics)Vol.27
号、No.12(1988年12月)、L2276〜L2279頁及び同誌Vol.2
8号、No.2(1989年2月)、L213〜L216頁に示されるよう
に固相の一部が液相を生成し始める温度をさす。
【0016】本発明における部分溶融温度はBi系超電
導体(すなわち結晶相)中の固相の一部が溶融し始める
温度及び/又は二種以上の固相反応により液相を生成し
始める温度を意味する。この部分溶融温度の範囲は組
成、焼成雰囲気等の条件で変動する。部分溶融は例えば
示唆熱分析装置(DTA)の吸熱ピークの開始温度等と
して調べることができる。
導体(すなわち結晶相)中の固相の一部が溶融し始める
温度及び/又は二種以上の固相反応により液相を生成し
始める温度を意味する。この部分溶融温度の範囲は組
成、焼成雰囲気等の条件で変動する。部分溶融は例えば
示唆熱分析装置(DTA)の吸熱ピークの開始温度等と
して調べることができる。
【0017】
【実施例】以下本発明の実施例を説明する。%は重量%
を意味する。 実施例1〜5 ビスマス、ストロンチウム、カルシウム及び銅の比率が
原子比で表1に示す組成になるように三酸化ビスマス
(高純度化学研究所製、純度99.9%)、炭酸ストロ
ンチウム(レアメタリック製、純度99.9%)、炭酸
カルシウム(高純度化学研究所製、純度99.9%)及
び酸化第二銅(高純度化学研究所製、純度99.9%)
を秤量し出発原料Aとした。
を意味する。 実施例1〜5 ビスマス、ストロンチウム、カルシウム及び銅の比率が
原子比で表1に示す組成になるように三酸化ビスマス
(高純度化学研究所製、純度99.9%)、炭酸ストロ
ンチウム(レアメタリック製、純度99.9%)、炭酸
カルシウム(高純度化学研究所製、純度99.9%)及
び酸化第二銅(高純度化学研究所製、純度99.9%)
を秤量し出発原料Aとした。
【0018】次に出発原料A200gを合成樹脂製ボー
ルミル内に合成樹脂で被覆した鋼球ボール及びメタノー
ル2000ccと共に充填し、毎分50回転の条件で7
2時間湿式混合した。乾燥後アルミナ焼成板上に置き、
電気炉を用いて大気中800℃で10時間仮焼し、つい
で乳鉢で粗粉砕した後、合成樹脂製ボールミル内にジル
コニア製ボール及び酢酸エチル2000ccと共に充填
し、毎分50回転の条件で24時間湿式粉砕後、乾燥し
化合物Aを得た。
ルミル内に合成樹脂で被覆した鋼球ボール及びメタノー
ル2000ccと共に充填し、毎分50回転の条件で7
2時間湿式混合した。乾燥後アルミナ焼成板上に置き、
電気炉を用いて大気中800℃で10時間仮焼し、つい
で乳鉢で粗粉砕した後、合成樹脂製ボールミル内にジル
コニア製ボール及び酢酸エチル2000ccと共に充填
し、毎分50回転の条件で24時間湿式粉砕後、乾燥し
化合物Aを得た。
【0019】一方ストロンチウム、カルシウム及び銅の
比率が表1に示す組成になるように炭酸ストロンチウム
(レアメタリック製、純度99.9%)、炭酸カルシウ
ム(高純度化学研究所製、純度99.9%)及び酸化第
二銅(高純度化学研究所製、純度99.9%)を秤量し
出発原料Bとした。
比率が表1に示す組成になるように炭酸ストロンチウム
(レアメタリック製、純度99.9%)、炭酸カルシウ
ム(高純度化学研究所製、純度99.9%)及び酸化第
二銅(高純度化学研究所製、純度99.9%)を秤量し
出発原料Bとした。
【0020】次に出発原料B200gを合成樹脂製ボー
ルミル内に合成樹脂で被覆した鋼球ボール及びメタノー
ル2000ccと共に充填し、毎分50回転の条件で72
時間湿式混合した。乾燥後アルミナ焼成板上に置き、電
気炉を用いて大気中800℃で10時間仮焼し、ついで
乳鉢で粗粉砕した後、合成樹脂製ボールミル内にジルコ
ニア製ボール及び酢酸エチル2000ccと共に充填し、
毎分50回転の条件で24時間湿式粉砕後、乾燥し化合
物Bを得た。
ルミル内に合成樹脂で被覆した鋼球ボール及びメタノー
ル2000ccと共に充填し、毎分50回転の条件で72
時間湿式混合した。乾燥後アルミナ焼成板上に置き、電
気炉を用いて大気中800℃で10時間仮焼し、ついで
乳鉢で粗粉砕した後、合成樹脂製ボールミル内にジルコ
ニア製ボール及び酢酸エチル2000ccと共に充填し、
毎分50回転の条件で24時間湿式粉砕後、乾燥し化合
物Bを得た。
【0021】この後化合物A及び化合物Bを各々体積比
でO2:N2=1:10の低酸素雰囲気中で880℃で2
0時間焼成した。ついでこれら焼成したものを各々粉砕
した後、表1に示す混合比(質量%)で混合し、さらに
150MPaの圧力で直径30mm及び長さ1mmのペレッ
トにプレス成形後、体積比でO2:N2=1:10の低酸
素雰囲気中で880℃で10時間焼成してBi系超電導
体を得た。
でO2:N2=1:10の低酸素雰囲気中で880℃で2
0時間焼成した。ついでこれら焼成したものを各々粉砕
した後、表1に示す混合比(質量%)で混合し、さらに
150MPaの圧力で直径30mm及び長さ1mmのペレッ
トにプレス成形後、体積比でO2:N2=1:10の低酸
素雰囲気中で880℃で10時間焼成してBi系超電導
体を得た。
【0022】比較例1〜5 化合物Bを混入せず、他は原子比で表1に示す組成とな
るように各原料を秤量し、実施例1〜5と同様の工程を
経てBi系超電導体を得た。
るように各原料を秤量し、実施例1〜5と同様の工程を
経てBi系超電導体を得た。
【0023】次に実施例1〜5及び比較例1〜5で得た
Bi系超電導体を長さ20mm×幅4mm×厚さ1mmの直方
体に加工し、四端子法で抵抗の温度変化を測定し、Tc
0を求めた。また上記と同様の試料を用いて液体窒素温
度(77.3K)でJc0を測定すると共に液体窒素温
度中0.05テスラの磁場中でのJc0.05を測定した。
これらの測定結果及びJc0.05とJc0との比を合わせ
て表1に示す。
Bi系超電導体を長さ20mm×幅4mm×厚さ1mmの直方
体に加工し、四端子法で抵抗の温度変化を測定し、Tc
0を求めた。また上記と同様の試料を用いて液体窒素温
度(77.3K)でJc0を測定すると共に液体窒素温
度中0.05テスラの磁場中でのJc0.05を測定した。
これらの測定結果及びJc0.05とJc0との比を合わせ
て表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】表1から本発明の実施例になるBi系超電
導体は、Tc0がほとんど低下せず比較例のBi系超電
導体(従来品)とほぼ同等の値を示し、また磁場の印加
によるJcの低下が小さいことが示される。これに対し
比較例のBi系超電導体は、磁場の印加によりJcの低
下が大きいことが示される。
導体は、Tc0がほとんど低下せず比較例のBi系超電
導体(従来品)とほぼ同等の値を示し、また磁場の印加
によるJcの低下が小さいことが示される。これに対し
比較例のBi系超電導体は、磁場の印加によりJcの低
下が大きいことが示される。
【0026】
【発明の効果】本発明なるBi系超電導体は、Tc0の
低下が小さく、また磁場の印加によるJcの低下も小さ
く、工業的に極めて好適なBi系超電導体である。
低下が小さく、また磁場の印加によるJcの低下も小さ
く、工業的に極めて好適なBi系超電導体である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 13/00 565 D
Claims (2)
- 【請求項1】 ビスマス、ストロンチウム、カルシウム
及び銅を主成分としBi2(Sr、Ca)2.6〜3.4Cu
1.7〜2.3OX(但し数字は原子比を表わす)の組成から
なる化合物Aとストロンチウム、カルシウム及び銅を主
成分とする(Sr、Ca)2.6〜3.4Cu1.7〜2.3O
Y(但し数字は原子比を表わす)の組成からなる化合物
BとからなるBi系超電導体。 - 【請求項2】 化合物Aと化合物Bとを混合後焼成する
ことを特徴とするBi系超電導体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6042303A JPH07247120A (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | Bi系超電導体及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6042303A JPH07247120A (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | Bi系超電導体及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07247120A true JPH07247120A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=12632263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6042303A Pending JPH07247120A (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | Bi系超電導体及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07247120A (ja) |
-
1994
- 1994-03-14 JP JP6042303A patent/JPH07247120A/ja active Pending
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