JPH09255335A - バルク酸化物超電導体の製造方法 - Google Patents
バルク酸化物超電導体の製造方法Info
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- JPH09255335A JPH09255335A JP8065981A JP6598196A JPH09255335A JP H09255335 A JPH09255335 A JP H09255335A JP 8065981 A JP8065981 A JP 8065981A JP 6598196 A JP6598196 A JP 6598196A JP H09255335 A JPH09255335 A JP H09255335A
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- bulk oxide
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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)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超電導特性のよい、大きい磁場(強い磁場)
を発生するバルク酸化物超電導体の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 半溶融法(メルトプロセス法)でREB
a2Cu3O7-x(xは酸素欠損量、REはイットリウム
を含むランタノイド元素)系の超電導体バルクを製造す
るバルク酸化物超電導体の製造方法であって、前記RE
Ba2Cu3O7-xの結晶成長時の雰囲気を酸素雰囲気と
したものである。
を発生するバルク酸化物超電導体の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 半溶融法(メルトプロセス法)でREB
a2Cu3O7-x(xは酸素欠損量、REはイットリウム
を含むランタノイド元素)系の超電導体バルクを製造す
るバルク酸化物超電導体の製造方法であって、前記RE
Ba2Cu3O7-xの結晶成長時の雰囲気を酸素雰囲気と
したものである。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半溶融法(メルト
プロセス法)でREBa2Cu3O7-x(xは酸素欠損量
で0〜0.5、REはイットリウムを含むランタノイド
元素)系のバルク酸化物超電導体を製造する製造方法に
関し、特に、酸化物超電導体のバルク体を用いた磁気浮
上装置、磁気シールド、超電導バルクマグネットの製造
技術に適用して有効な技術に関するものである。
プロセス法)でREBa2Cu3O7-x(xは酸素欠損量
で0〜0.5、REはイットリウムを含むランタノイド
元素)系のバルク酸化物超電導体を製造する製造方法に
関し、特に、酸化物超電導体のバルク体を用いた磁気浮
上装置、磁気シールド、超電導バルクマグネットの製造
技術に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特開平7−111213号公報に記載さ
れるように、溶融法でREBa2Cu3O7-x(xは酸素
欠損量)(以下、RE123と称する)系の超電導バル
ク体内のピンニングセンタに磁場を捕捉するバルク酸化
物超電導体を用いた超電導磁石が開示されている。
れるように、溶融法でREBa2Cu3O7-x(xは酸素
欠損量)(以下、RE123と称する)系の超電導バル
ク体内のピンニングセンタに磁場を捕捉するバルク酸化
物超電導体を用いた超電導磁石が開示されている。
【0003】優れた特性を示すRE123系バルク酸化
物超電導体として、超電導相中に微細な常電導相を分散
させたバルク酸化物超電導材料は、半溶融法(メルトプ
ロセス法:Melt process法)により製造される。この
半溶融法には、MTG(Melt-Txture-Growth proces
s)法、MPMG(Melt-Powder-Melt-Growth process)
法(“Melt processed high-temperature superconducto
rs",World Scientific,Editor.Masato Murakami参
照)、OCMG(Oxygen-Controlled-Melt-Growthpro
cess)法(応用物理、第64巻、第4号、1995、p368-371参
照)などが知られている。
物超電導体として、超電導相中に微細な常電導相を分散
させたバルク酸化物超電導材料は、半溶融法(メルトプ
ロセス法:Melt process法)により製造される。この
半溶融法には、MTG(Melt-Txture-Growth proces
s)法、MPMG(Melt-Powder-Melt-Growth process)
法(“Melt processed high-temperature superconducto
rs",World Scientific,Editor.Masato Murakami参
照)、OCMG(Oxygen-Controlled-Melt-Growthpro
cess)法(応用物理、第64巻、第4号、1995、p368-371参
照)などが知られている。
【0004】従来の半溶融法の結晶成長雰囲気は大気中
を基本とするもの(MTG法、MPMG法)、もしくは
低酸素分圧を基本とするもの(OCMG法)であった。
を基本とするもの(MTG法、MPMG法)、もしくは
低酸素分圧を基本とするもの(OCMG法)であった。
【0005】特に、後者の方法においては、純酸素中で
の半溶融法では良質の超電導体はできないとされている
(応用物理、第64巻、第4号、1995、p368-371参照)。
の半溶融法では良質の超電導体はできないとされている
(応用物理、第64巻、第4号、1995、p368-371参照)。
【0006】一方、低融点のYb123の合成法におい
て、酸素分圧が0.01〜0.2気圧の雰囲気中で多結晶
線材を熱処理して合成する方法(特開平6−18784
8号公報参照)、多結晶を酸素中で熱処理してYb12
3の単相を得る方法(特開昭64−14149号公報参
照)などが知られている。しかし、これらの手法は前述
のバルク酸化物超電導体を製造するものではない。
て、酸素分圧が0.01〜0.2気圧の雰囲気中で多結晶
線材を熱処理して合成する方法(特開平6−18784
8号公報参照)、多結晶を酸素中で熱処理してYb12
3の単相を得る方法(特開昭64−14149号公報参
照)などが知られている。しかし、これらの手法は前述
のバルク酸化物超電導体を製造するものではない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
の半溶融法を検討した結果、以下の問題点を見いだし
た。
の半溶融法を検討した結果、以下の問題点を見いだし
た。
【0008】前述した従来の半溶融法は、融点の低いR
E123のバルク超電導体(Yb123、Tm123、
Er123など)の合成には有効でなかった。実際に、
Yb123の半溶融法を実施したところ、Yb123バ
ルクは容易に成長せず、そのサイズは数百μm以下であ
った。
E123のバルク超電導体(Yb123、Tm123、
Er123など)の合成には有効でなかった。実際に、
Yb123の半溶融法を実施したところ、Yb123バ
ルクは容易に成長せず、そのサイズは数百μm以下であ
った。
【0009】結晶をよく観察したところ、Yb123と
BaCuO2が双晶の如く析出しており、両者が同時期
に析出したことを示唆していた(図5)。
BaCuO2が双晶の如く析出しており、両者が同時期
に析出したことを示唆していた(図5)。
【0010】また、TG-DTA(Thermo Gravimetry
-Differential Thermal Analysis:熱重量測定及び
示差熱測定)による研究から、Yb123とBaCuO
2の晶出温度がそれぞれ930℃と910℃と非常に近
く、Yb123だけを優先的に成長させるには両者の晶
出温度の温度差が不十分であることが判明した。
-Differential Thermal Analysis:熱重量測定及び
示差熱測定)による研究から、Yb123とBaCuO
2の晶出温度がそれぞれ930℃と910℃と非常に近
く、Yb123だけを優先的に成長させるには両者の晶
出温度の温度差が不十分であることが判明した。
【0011】本発明の目的は、超電導特性のよいバルク
酸化物超電導体の製造方法を提供することにある。
酸化物超電導体の製造方法を提供することにある。
【0012】本発明の他の目的は、強い磁場を発生する
ことができるバルク酸化物超電導体の製造方法を提供す
ることにある。
ことができるバルク酸化物超電導体の製造方法を提供す
ることにある。
【0013】本発明の前記ならびにその他の目的及び新
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本願によって開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。
【0015】発明者は、日々の研究の結果、純酸素雰囲
気下ではYbBa2Cu3O7-xとBaCuO2の晶出温度
がそれぞれ980℃と940℃であり、両者の温度差が
相対的に大きく、大気中に比べて結晶成長が容易にでき
ることを発見した。
気下ではYbBa2Cu3O7-xとBaCuO2の晶出温度
がそれぞれ980℃と940℃であり、両者の温度差が
相対的に大きく、大気中に比べて結晶成長が容易にでき
ることを発見した。
【0016】本発明は、純酸素雰囲気下で半溶融法を行
って融点の低いRE123のバルク酸化物超電導体(例
えば、Yb123、Tm123、Er123など)を合
成する製造方法である。すなわち、 (1)半溶融法(メルトプロセス法)でREBa2Cu3
O7-x(xは酸素欠損量で0〜0.5、REはイットリウ
ムを含むランタノイド元素)系のバルク超電導体を製造
するバルク酸化物超電導体の製造方法であって、前記R
EBa2Cu3O7-xの結晶成長時の雰囲気を酸素雰囲気
としたものである。
って融点の低いRE123のバルク酸化物超電導体(例
えば、Yb123、Tm123、Er123など)を合
成する製造方法である。すなわち、 (1)半溶融法(メルトプロセス法)でREBa2Cu3
O7-x(xは酸素欠損量で0〜0.5、REはイットリウ
ムを含むランタノイド元素)系のバルク超電導体を製造
するバルク酸化物超電導体の製造方法であって、前記R
EBa2Cu3O7-xの結晶成長時の雰囲気を酸素雰囲気
としたものである。
【0017】(2)前記(1)のバルク酸化物超電導体
の製造方法において、前記REとしてYbを用いたもの
である。
の製造方法において、前記REとしてYbを用いたもの
である。
【0018】(3)前記(1)又は(2)のバルク酸化
物超電導体の製造方法において、YbBa2Cu3O7-x
とYb2BaCuO5の配合比を1.0:0.0から1.
0:0.4までとしたものである。
物超電導体の製造方法において、YbBa2Cu3O7-x
とYb2BaCuO5の配合比を1.0:0.0から1.
0:0.4までとしたものである。
【0019】(4)前記(1)乃至(3)のいずれか1
つのバルク酸化物超電導体の製造方法において、材料粉
混合体を1010℃〜1050℃の温度領域に加熱して
RE2BaCuO5と液相とを形成し、しかる後に100
0℃から930℃まで徐冷するものである。
つのバルク酸化物超電導体の製造方法において、材料粉
混合体を1010℃〜1050℃の温度領域に加熱して
RE2BaCuO5と液相とを形成し、しかる後に100
0℃から930℃まで徐冷するものである。
【0020】(5)前記(1)乃至(4)のいずれか1
つのバルク酸化物超電導体の製造方法において、毎時
0.1℃〜毎時10℃の徐冷速度としたものである。
つのバルク酸化物超電導体の製造方法において、毎時
0.1℃〜毎時10℃の徐冷速度としたものである。
【0021】(6)前記(1)乃至(5)のいずれか1
つのバルク酸化物超電導体の製造方法において、材料粉
混合体表面に種結晶を置き、結晶成長させるものであ
る。
つのバルク酸化物超電導体の製造方法において、材料粉
混合体表面に種結晶を置き、結晶成長させるものであ
る。
【0022】以下に本発明に係るバルク酸化物超電導体
の製造方法の処理手順を説明する。
の製造方法の処理手順を説明する。
【0023】工程1(Yb123の原料粉の混合) Yb2O3、BaCO3、CuOを出発原料とし、この3
つの原料をモル比で1:4:6の割合で配合し、乳鉢で
よく混合する。この混合時間は原料粉が十分混ざり合う
よう自動乳鉢を使い3時間混合しYbBa2Cu3O7-x
(Yb123)の原料粉とする。
つの原料をモル比で1:4:6の割合で配合し、乳鉢で
よく混合する。この混合時間は原料粉が十分混ざり合う
よう自動乳鉢を使い3時間混合しYbBa2Cu3O7-x
(Yb123)の原料粉とする。
【0024】工程2(Yb123仮焼粉の合成) 前記工程1で得られた原料粉10〜30gを20〜30
φのペレットに成形した後、大気中880℃で48時間
焼成する(1回目仮焼成)。この仮焼成後のペレットを
砕き、自動乳鉢で3時間混合し、ペレットに形成したの
ち、大気中890℃で48時間焼成する(2回目仮焼
成)。さらに、このペレットを砕き、自動乳鉢で3時間
かけて混合し、ペレットに形成した後、大気中890℃
で24時間仮焼成する(3回目仮焼成)。これらの処理
によりYb123の原料粉はYb123、Yb2BaC
uO5(以下、Yb211と称する)、BaCuO2、C
uOの4つの混合体となる。このようにして得られた粉
(ペレット)を以後Yb123の仮焼粉(ペレット)と
呼ぶ。
φのペレットに成形した後、大気中880℃で48時間
焼成する(1回目仮焼成)。この仮焼成後のペレットを
砕き、自動乳鉢で3時間混合し、ペレットに形成したの
ち、大気中890℃で48時間焼成する(2回目仮焼
成)。さらに、このペレットを砕き、自動乳鉢で3時間
かけて混合し、ペレットに形成した後、大気中890℃
で24時間仮焼成する(3回目仮焼成)。これらの処理
によりYb123の原料粉はYb123、Yb2BaC
uO5(以下、Yb211と称する)、BaCuO2、C
uOの4つの混合体となる。このようにして得られた粉
(ペレット)を以後Yb123の仮焼粉(ペレット)と
呼ぶ。
【0025】工程3(Yb123単相の合成) 前記工程2で得られたYb123の仮焼粉を砕き、自動
乳鉢で1時間かけて混合し、ペレットに形成した後、純
酸素雰囲気中960℃で48時間焼成する(1回目本焼
成)。自動乳鉢で混合する時間を1時間としたのは、大
気中に含まれる水分によるYb123の分解を防ぐため
である。また、純酸素雰囲気中で焼成するのはYb12
3単相を得るためである。
乳鉢で1時間かけて混合し、ペレットに形成した後、純
酸素雰囲気中960℃で48時間焼成する(1回目本焼
成)。自動乳鉢で混合する時間を1時間としたのは、大
気中に含まれる水分によるYb123の分解を防ぐため
である。また、純酸素雰囲気中で焼成するのはYb12
3単相を得るためである。
【0026】前記焼成(1回目本焼成)後のペレットを
砕き、自動乳鉢で1時間かけて混合し、ペレットに形成
したのち、純酸素雰囲気中960℃で48時間焼成する
(2回目本焼成)。さらに、このペレットを砕き、自動
乳鉢で1時間かけて混合し、ペレットに形成した後、純
酸素雰囲気中960℃で24時間焼成する(3回目本焼
成)。これらの処理により前記Yb123の仮焼粉はY
b123単相となる。本工程3で得られた粉(ペレッ
ト)を以後Yb123単相粉(ペレット)と呼ぶ。
砕き、自動乳鉢で1時間かけて混合し、ペレットに形成
したのち、純酸素雰囲気中960℃で48時間焼成する
(2回目本焼成)。さらに、このペレットを砕き、自動
乳鉢で1時間かけて混合し、ペレットに形成した後、純
酸素雰囲気中960℃で24時間焼成する(3回目本焼
成)。これらの処理により前記Yb123の仮焼粉はY
b123単相となる。本工程3で得られた粉(ペレッ
ト)を以後Yb123単相粉(ペレット)と呼ぶ。
【0027】なお、このYb123単相粉(ペレット)
は空気中の水分によって分解しやすいため、デシケータ
中や真空パック中などにより保存する必要がある。
は空気中の水分によって分解しやすいため、デシケータ
中や真空パック中などにより保存する必要がある。
【0028】工程4(Yb211原料粉の混合) Yb2O3、BaCO3、CuOを出発原料とし、この3
つの原料をモル比で1:1:1の割合で配合し、以後工
程1と同様の作業を経てYb211の原料粉とする。
つの原料をモル比で1:1:1の割合で配合し、以後工
程1と同様の作業を経てYb211の原料粉とする。
【0029】工程5(Yb211単相の合成) 前記工程4で得られたYb211の原料粉を10〜30
gを20〜30φのペレットに成形した後、大気中88
0℃で24時間焼成する(1回目本焼成)。この焼成さ
れたペレットを砕き、自動乳鉢で3時間かけて混合し、
ペレットに形成した後、大気中890℃で24時間焼成
する(2回目本焼成)。これらの作業によりYb211
単相が得られる。
gを20〜30φのペレットに成形した後、大気中88
0℃で24時間焼成する(1回目本焼成)。この焼成さ
れたペレットを砕き、自動乳鉢で3時間かけて混合し、
ペレットに形成した後、大気中890℃で24時間焼成
する(2回目本焼成)。これらの作業によりYb211
単相が得られる。
【0030】工程6(結晶成長用ペレットの混合) このようにして得られたYb123単相とYb211単
相を用いて半溶融法用の原料を配合する。配合はモル比
で行い、Yb123:Yb211が1.0:0.0(=Y
b1.0)、1.0:0.2(=Yb1.4)、1.0:0.
4(=Yb1.8)、1.0:0.6(=Yb2.2)、
1.0:0.8(=Yb2.6)、1.0:1.0(=Yb
3.0)等の配合が考えられる。
相を用いて半溶融法用の原料を配合する。配合はモル比
で行い、Yb123:Yb211が1.0:0.0(=Y
b1.0)、1.0:0.2(=Yb1.4)、1.0:0.
4(=Yb1.8)、1.0:0.6(=Yb2.2)、
1.0:0.8(=Yb2.6)、1.0:1.0(=Yb
3.0)等の配合が考えられる。
【0031】それぞれはめのう製の乳鉢で1時間混合し
た後、約10gを20φの金型で一軸形成した後等方加
圧(CIP)を施し、結晶成長用のペレットとする。
た後、約10gを20φの金型で一軸形成した後等方加
圧(CIP)を施し、結晶成長用のペレットとする。
【0032】工程7(種結晶) 次に、前記ペレット表面に種結晶を置く。この種結晶は
Yb123の融点より高いREBa2Cu3O7の単結晶
であればよいが、望ましくは最も融点の高いNdBa2
Cu3O7(Nd123)の単結晶がYb123に対する
汚染の心配がないため最適である。このとき種結晶の方
位は特に制限されるものではないが、ab面を接するよ
うに置くのが置き易い。
Yb123の融点より高いREBa2Cu3O7の単結晶
であればよいが、望ましくは最も融点の高いNdBa2
Cu3O7(Nd123)の単結晶がYb123に対する
汚染の心配がないため最適である。このとき種結晶の方
位は特に制限されるものではないが、ab面を接するよ
うに置くのが置き易い。
【0033】工程8(雰囲気制御) 種結晶を置いたペレットを気密性のある環状炉中に置
き、純酸素を流通させ、純酸素雰囲気とする。このとき
の酸素純度は99%以上であればよいが、工業的に普及
している純度を用いるのが現実的であり、99.0〜9
9.9995%の純度が用いられる。流量は炉の温度制
御が可能であり、かつ、炉内の雰囲気を純酸素雰囲気に
保てる程度であれば制限は無いが、両者の兼ね合いか
ら、望ましくは300cc/分(min)程度がよい。
き、純酸素を流通させ、純酸素雰囲気とする。このとき
の酸素純度は99%以上であればよいが、工業的に普及
している純度を用いるのが現実的であり、99.0〜9
9.9995%の純度が用いられる。流量は炉の温度制
御が可能であり、かつ、炉内の雰囲気を純酸素雰囲気に
保てる程度であれば制限は無いが、両者の兼ね合いか
ら、望ましくは300cc/分(min)程度がよい。
【0034】なお、炉が対応できる範囲で酸素分圧を大
気圧以上とする方法も可能である。このとき10気圧以
上とすると、炉の設計を大幅に変更することになるの
で、1〜10atmの条件での合成が可能である。
気圧以上とする方法も可能である。このとき10気圧以
上とすると、炉の設計を大幅に変更することになるの
で、1〜10atmの条件での合成が可能である。
【0035】工程9(結晶成長) 半溶融法による結晶成長の温度パターンを以下に示す。
なお、以下に示す結晶成長は、純酸素流通下で行う。
なお、以下に示す結晶成長は、純酸素流通下で行う。
【0036】まず、900℃まで300℃/h(時間)
で昇温し、ついでYb211相+液相となる温度領域
(980〜1050℃)までは100℃/hで昇温す
る。ただし、Yb123が分解して液相が出始める温度
(980℃)までの昇温速度は特に制限されるものでは
なく、ペレットが割れや発泡を起こさない程度であれ
ば、これより速く昇温させてもよい。
で昇温し、ついでYb211相+液相となる温度領域
(980〜1050℃)までは100℃/hで昇温す
る。ただし、Yb123が分解して液相が出始める温度
(980℃)までの昇温速度は特に制限されるものでは
なく、ペレットが割れや発泡を起こさない程度であれ
ば、これより速く昇温させてもよい。
【0037】また、逆に液相が出始める温度の数℃〜2
0℃低い温度で1〜24時間保持し、ペレットの密度を
上げることも可能である。なお、液相が出始める温度以
上での昇温速度が前記以下であると、Yb211相の粗
大化や液相の流失等により結晶成長に支障をきたすおそ
れがある。
0℃低い温度で1〜24時間保持し、ペレットの密度を
上げることも可能である。なお、液相が出始める温度以
上での昇温速度が前記以下であると、Yb211相の粗
大化や液相の流失等により結晶成長に支障をきたすおそ
れがある。
【0038】次に、Yb211相+液相となる温度領域
に10〜60分(min)保持する。これはペレットに
含まれる原料を完全にYb211+液相とするためであ
る。つまり、次の数1の式に示す反応を完了するためで
ある。
に10〜60分(min)保持する。これはペレットに
含まれる原料を完全にYb211+液相とするためであ
る。つまり、次の数1の式に示す反応を完了するためで
ある。
【0039】
【数1】YbBa2Cu3O7(固相)→Yb2BaCuO
5(固相)+BaCuO2(液相)+CuO(液相) このときの保持時間が短すぎると、前記反応が不完全と
なる。また、長すぎると、Yb211相の粗大化や液相
の流失等により結晶成長に支障をきたすおそれがある。
5(固相)+BaCuO2(液相)+CuO(液相) このときの保持時間が短すぎると、前記反応が不完全と
なる。また、長すぎると、Yb211相の粗大化や液相
の流失等により結晶成長に支障をきたすおそれがある。
【0040】ペレットがYb211相+液相となった
後、結晶成長を開始させる温度(1000℃)まで冷却
速度は炉が過冷却を起こさない範囲内であれば速いほど
よい。このときの冷却速度が遅いとYb211相の粗大
化や液相の流失等を起こすおそれがある。望ましくは1
00℃/h程度である。
後、結晶成長を開始させる温度(1000℃)まで冷却
速度は炉が過冷却を起こさない範囲内であれば速いほど
よい。このときの冷却速度が遅いとYb211相の粗大
化や液相の流失等を起こすおそれがある。望ましくは1
00℃/h程度である。
【0041】そして、結晶成長は1000℃から930
℃までの範囲で徐冷する。これはYb123の晶出温度
(980℃)とBaCuO2の晶出温度(940℃)に
安全のための温度マージンを上乗せしたためである。冷
却速度は10〜0.1℃/hである。この徐冷速度は1
0℃/hより遅い程よいが、0.1℃/h以下では時間
がかかりすぎて非現実的である。
℃までの範囲で徐冷する。これはYb123の晶出温度
(980℃)とBaCuO2の晶出温度(940℃)に
安全のための温度マージンを上乗せしたためである。冷
却速度は10〜0.1℃/hである。この徐冷速度は1
0℃/hより遅い程よいが、0.1℃/h以下では時間
がかかりすぎて非現実的である。
【0042】最後に、930〜900℃では10℃/
h、900℃から室温までは炉冷で冷却する。なお、炉
が室温まで冷えるまで純酸素は流し続ける。
h、900℃から室温までは炉冷で冷却する。なお、炉
が室温まで冷えるまで純酸素は流し続ける。
【0043】前記のプロセスにより、種結晶の下にYb
123バルク超電導体が成長する。このサイズは合成条
件により異なるが、おおよそ3×3×0.5mm程度で
ある。
123バルク超電導体が成長する。このサイズは合成条
件により異なるが、おおよそ3×3×0.5mm程度で
ある。
【0044】工程10(Yb123バルク超電導体の切
り出し) 合成されたYb123バルク超電導体は、ワイヤーソー
等で所定のサイズに切り出す。
り出し) 合成されたYb123バルク超電導体は、ワイヤーソー
等で所定のサイズに切り出す。
【0045】工程11(酸素アニール) 前記工程10で切り出したYb123バルク超電導体
は、純酸素気流中(300cc/min)で300℃、
48時間保持し、酸素アニールを行った。なお、この酸
素アニールは前記工程9の室温冷却過程において施すこ
とも可能である。
は、純酸素気流中(300cc/min)で300℃、
48時間保持し、酸素アニールを行った。なお、この酸
素アニールは前記工程9の室温冷却過程において施すこ
とも可能である。
【0046】以上の説明からわかるように、本発明のバ
ルク酸化物超電導体の製造方法によれば、微細なRE2
11相が分散した臨界電流密度の高いRE123バルク
超電導体を合成することができる。
ルク酸化物超電導体の製造方法によれば、微細なRE2
11相が分散した臨界電流密度の高いRE123バルク
超電導体を合成することができる。
【0047】
【発明の実施の形態】以下、本発明についてその実施形
態(実施例)とともに詳細に説明する。
態(実施例)とともに詳細に説明する。
【0048】(実施形態1)前述の工程1〜6を経て合
成したYb123及びYb211を用い、モル比でYb
123:Yb211を1.0:0.4の割合で配合した原
料(=Yb1.8Ba2.4Cu3.4O9(以下、Yb1.8と
称する)10gを用いて、工程7の処理を経て10mm
φの結晶成長用ペレットを形成した。このペレット表面
にはNd123の単結晶を置いて種結晶とした。
成したYb123及びYb211を用い、モル比でYb
123:Yb211を1.0:0.4の割合で配合した原
料(=Yb1.8Ba2.4Cu3.4O9(以下、Yb1.8と
称する)10gを用いて、工程7の処理を経て10mm
φの結晶成長用ペレットを形成した。このペレット表面
にはNd123の単結晶を置いて種結晶とした。
【0049】ペレットを炉に配置した後、99.9%の
純酸素を300cc/minの流量で流して純酸素雰囲
気とした。雰囲気圧力は大気圧より若干高め(20mm
H2O)とした。結晶成長の温度パターンは以下に示す
ようにした。
純酸素を300cc/minの流量で流して純酸素雰囲
気とした。雰囲気圧力は大気圧より若干高め(20mm
H2O)とした。結晶成長の温度パターンは以下に示す
ようにした。
【0050】まず、900℃までは300℃/h、90
0〜1030℃までは100℃/hで昇温した。103
0℃で30分(min)保持してYb211+液相の状
態にした。次に、1030〜1010℃までは60℃/
hで1010〜1000℃までは20℃/hで冷却し
た。次に、1000〜930℃までを1℃/hで徐冷し
て結晶成長させた。続いて930〜900℃までは10
℃/h、900℃からは炉冷で冷却した。
0〜1030℃までは100℃/hで昇温した。103
0℃で30分(min)保持してYb211+液相の状
態にした。次に、1030〜1010℃までは60℃/
hで1010〜1000℃までは20℃/hで冷却し
た。次に、1000〜930℃までを1℃/hで徐冷し
て結晶成長させた。続いて930〜900℃までは10
℃/h、900℃からは炉冷で冷却した。
【0051】以上の処理により、種結晶の下に3×3×
0.5mm大のYb123バルク超電導体が成長した。
また、走査型電子顕微鏡(SEM)の観察から、Yb1
23相中に1〜10μmのYb211相が分散している
ことが確認された(図1:走査型電子顕微鏡(SEM)
写真の概要をトレースした模式図)。
0.5mm大のYb123バルク超電導体が成長した。
また、走査型電子顕微鏡(SEM)の観察から、Yb1
23相中に1〜10μmのYb211相が分散している
ことが確認された(図1:走査型電子顕微鏡(SEM)
写真の概要をトレースした模式図)。
【0052】前記成長したYb123バルク超電導体を
1.0×3.0×0.3mm大に切り出し、酸素アニール
(300℃で48時間)を施した。
1.0×3.0×0.3mm大に切り出し、酸素アニール
(300℃で48時間)を施した。
【0053】以上のようにして得られた超電導体の特性
をSQUID(超電導量子干渉計)磁力計で評価したと
ころ、Tc(ゼロ抵抗開始温度)が91.5Kであり(図
2,図3)、臨界電流密度は77k、0テスラ(T)
(外部磁場がない場合)で50000A/cm2、1テ
スラ(T)で10000A/cm2の高い値を示した
(図4)。
をSQUID(超電導量子干渉計)磁力計で評価したと
ころ、Tc(ゼロ抵抗開始温度)が91.5Kであり(図
2,図3)、臨界電流密度は77k、0テスラ(T)
(外部磁場がない場合)で50000A/cm2、1テ
スラ(T)で10000A/cm2の高い値を示した
(図4)。
【0054】(実施形態2)前述の工程1〜6を経て合
成したYb123及びYb211を用い、モル比でYb
123:Yb211を1.0:0.2の割合で配合した原
料(=Yb1.4Ba2.2Cu3.2O8.0、以下、Yb1.4
と称する)10gを用いて、工程7の処理を経て10m
mφの結晶成長用ペレットを形成した。このペレットを
用いて前記実施形態1と同様の工程で結晶成長を行った
結果、種結晶の下に2.5×2.5×0.5mmのYb1
23バルク超電導体が成長した。
成したYb123及びYb211を用い、モル比でYb
123:Yb211を1.0:0.2の割合で配合した原
料(=Yb1.4Ba2.2Cu3.2O8.0、以下、Yb1.4
と称する)10gを用いて、工程7の処理を経て10m
mφの結晶成長用ペレットを形成した。このペレットを
用いて前記実施形態1と同様の工程で結晶成長を行った
結果、種結晶の下に2.5×2.5×0.5mmのYb1
23バルク超電導体が成長した。
【0055】(比較形態1)前述の工程1〜6を経て合
成したYb123及びYb211を用い、モル比でYb
123:Yb211を1.0:0.4の割合で配合したY
b1.8を10g用いて、工程7の処理を経て10mm
φの結晶成長用ペレットを形成した。このペレット表面
にはNd123の単結晶を置いて種結晶とした。
成したYb123及びYb211を用い、モル比でYb
123:Yb211を1.0:0.4の割合で配合したY
b1.8を10g用いて、工程7の処理を経て10mm
φの結晶成長用ペレットを形成した。このペレット表面
にはNd123の単結晶を置いて種結晶とした。
【0056】ペレットを前記実施形態1との比較のた
め、大気中で結晶成長を試みた。ただし、大気中ではY
b123及びBaCuO2の晶出温度はそれぞれ930
℃、910℃に低下する。そのためYb211+液相の
状態にする温度を980℃、結晶成長のための徐冷温度
範囲を950〜900℃、1℃/hとした。それ以外の
工程及びパラメータは実施形態1に準じて行った。その
結果、Yb123バルク超電導体の成長は起こらなっ
た。
め、大気中で結晶成長を試みた。ただし、大気中ではY
b123及びBaCuO2の晶出温度はそれぞれ930
℃、910℃に低下する。そのためYb211+液相の
状態にする温度を980℃、結晶成長のための徐冷温度
範囲を950〜900℃、1℃/hとした。それ以外の
工程及びパラメータは実施形態1に準じて行った。その
結果、Yb123バルク超電導体の成長は起こらなっ
た。
【0057】すなわち、空気中でYb123バルクの成
長を試みたときの微細構造は、図5のようになる。これ
は、Yb123とBaCuO2の晶出温度が近いため、
両者が成長する。そのため反応しきれないYb2BaC
uO5(Yb211)相とCuO相も析出する(数
2)。
長を試みたときの微細構造は、図5のようになる。これ
は、Yb123とBaCuO2の晶出温度が近いため、
両者が成長する。そのため反応しきれないYb2BaC
uO5(Yb211)相とCuO相も析出する(数
2)。
【0058】
【数2】Yb2BaCuO5(固相)+BaCuO2(液
相)+CuO(液相)→Yb2BaCuO5(固相)+Y
bBa2Cu3O7-x(固相)+BaCuO2(固相)+C
uO(固相) これに対して、本実施形態1のように純酸素雰囲気中で
Yb123バルクの成長を試みたときの微細構造は、図
1のようになる。これは、Yb123とBaCuO2の
晶出温度差が大きくなるので、Yb123を優先的に成
長するからである。すなわち、数3の式で示す包晶反応
が進み、Yb123中にYb211が微細に分散したバ
ルク超導体ができる。
相)+CuO(液相)→Yb2BaCuO5(固相)+Y
bBa2Cu3O7-x(固相)+BaCuO2(固相)+C
uO(固相) これに対して、本実施形態1のように純酸素雰囲気中で
Yb123バルクの成長を試みたときの微細構造は、図
1のようになる。これは、Yb123とBaCuO2の
晶出温度差が大きくなるので、Yb123を優先的に成
長するからである。すなわち、数3の式で示す包晶反応
が進み、Yb123中にYb211が微細に分散したバ
ルク超導体ができる。
【0059】
【数3】Yb2BaCuO5(固相)+BaCuO2(液
相)+CuO(液相)→YbBa2Cu3O7-x(固相) (比較形態2)前述の工程1〜6を経て合成したYb1
23及びYb211を用い、モル比でYb123:Yb
211を1.0:0.4の割合で配合したYb1.8を1
0g用いて、工程7の処理を経て10mmφの結晶成長
用ペレットを形成した。
相)+CuO(液相)→YbBa2Cu3O7-x(固相) (比較形態2)前述の工程1〜6を経て合成したYb1
23及びYb211を用い、モル比でYb123:Yb
211を1.0:0.4の割合で配合したYb1.8を1
0g用いて、工程7の処理を経て10mmφの結晶成長
用ペレットを形成した。
【0060】前記実施形態1との比較のため、種結晶を
置かずに結晶成長を試みた。その結果、ペレット表面付
近に0.4×0.4×0.05mm程度のYb123バル
ク超電導体が成長したが、実施形態1に見られるような
大きさの結晶は見られなかった。
置かずに結晶成長を試みた。その結果、ペレット表面付
近に0.4×0.4×0.05mm程度のYb123バル
ク超電導体が成長したが、実施形態1に見られるような
大きさの結晶は見られなかった。
【0061】(実施形態3)前述した実施形態1,2に
準じてRE123の量を変えた場合やREをTm、E
r、Hoに変えた場合のRE123系バルク酸化物超電
導体の結晶成長を試みた。その結果、1.0×1.0×
0.1mm大以上の結果の成否を以下の表1に示す。
準じてRE123の量を変えた場合やREをTm、E
r、Hoに変えた場合のRE123系バルク酸化物超電
導体の結晶成長を試みた。その結果、1.0×1.0×
0.1mm大以上の結果の成否を以下の表1に示す。
【0062】
【表1】
【0063】以上、本発明者がなされた発明を実施形態
(実施例)に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施形態(実施例)に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることはい
うまでもない。
(実施例)に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施形態(実施例)に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることはい
うまでもない。
【0064】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。
【0065】(1)BaCuO2がRE123の結晶成
長を阻害することなく、微細なRE211相が分散した
臨界電流密度の高いRE123バルク超電導体を合成す
ることができる。
長を阻害することなく、微細なRE211相が分散した
臨界電流密度の高いRE123バルク超電導体を合成す
ることができる。
【0066】(2)RE123バルクの結晶成長が10
00℃以下の低温でも可能である。
00℃以下の低温でも可能である。
【0067】(3)前記(1)及び(2)により、超電
導特性のよい強い磁場を得るバルク超電導体を製造する
ことができる。
導特性のよい強い磁場を得るバルク超電導体を製造する
ことができる。
【図1】本発明の実施形態1のバルク酸化物超電導体の
走査型電子顕微鏡(SEM)写真の概略構成をトレース
した図である。
走査型電子顕微鏡(SEM)写真の概略構成をトレース
した図である。
【図2】本実施形態1のバルク酸化物超電導体の磁化温
度特性を示す図である。
度特性を示す図である。
【図3】図2の要部の拡大図である。
【図4】本実施形態1のバルク酸化物超電導体の臨界電
流密度を示す図である。
流密度を示す図である。
【図5】従来のバルク酸化物超電導体の走査型電子顕微
鏡(SEM)写真の概要構成をトレースした図である。
鏡(SEM)写真の概要構成をトレースした図である。
1…Yb123、2…Yb211、3…BaCuO2、
4…CuO。
4…CuO。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 持田 正 東京都江東区東雲一丁目14番3 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 劉 相任 東京都江東区東雲一丁目14番3 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 坂井 直道 東京都江東区東雲一丁目14番3 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内 (72)発明者 村上 雅人 東京都江東区東雲一丁目14番3 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電 導工学研究所内
Claims (6)
- 【請求項1】 半溶融法(メルトプロセス法)でREB
a2Cu3O7-x(xは酸素欠損量で0〜0.5、REはイ
ットリウムを含むランタノイド元素)系のバルク超電導
体を製造するバルク酸化物超電導体の製造方法であっ
て、前記REBa2Cu3O7-xの結晶成長時の雰囲気を
酸素雰囲気としたことを特徴とするバルク酸化物超電導
体の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載されるバルク酸化物超電
導体の製造方法において、前記REとしてYbを用いた
ことを特徴とするバルク酸化物超電導体の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載されるバルク酸化
物超電導体の製造方法において、YbBa2Cu3O7-x
とYb2BaCuO5の配合比を1.0:0.0から1.
0:0.4までとしたことを特徴とするバルク酸化物超
電導体の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載さ
れるバルク酸化物超電導体の製造方法において、材料粉
混合体を1010℃〜1050℃の温度領域に加熱して
RE2BaCuO5と液相とを形成し、しかる後に100
0℃から930℃まで徐冷することを特徴とするバルク
酸化物超電導体の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載さ
れるバルク酸化物超電導体の製造方法において、毎時
0.1℃〜毎時10℃の徐冷速度としたことを特徴とす
るバルク酸化物超電導体の製造方法。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項に記載さ
れるバルク酸化物超電導体の製造方法において、材料粉
混合体表面に種結晶を置き、結晶成長させることを特徴
とするバルク酸化物超電導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8065981A JPH09255335A (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | バルク酸化物超電導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8065981A JPH09255335A (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | バルク酸化物超電導体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09255335A true JPH09255335A (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=13302702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8065981A Pending JPH09255335A (ja) | 1996-03-22 | 1996-03-22 | バルク酸化物超電導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09255335A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004065303A1 (ja) * | 2003-01-23 | 2004-08-05 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | 酸化物超電導体の製造方法及び酸化物超電導体とその前駆体支持用基材 |
| JP2013136815A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Fujikura Ltd | レーザーアブレーション用ターゲットとそれを用いた酸化物超電導線材の製造方法および酸化物超電導線材 |
-
1996
- 1996-03-22 JP JP8065981A patent/JPH09255335A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004065303A1 (ja) * | 2003-01-23 | 2004-08-05 | International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation | 酸化物超電導体の製造方法及び酸化物超電導体とその前駆体支持用基材 |
| US7718573B2 (en) | 2003-01-23 | 2010-05-18 | Origin Electric Company, Ltd | Method for producing oxide superconductor, oxide superconductor and substrate material for supporting precursor of the same |
| JP2013136815A (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-11 | Fujikura Ltd | レーザーアブレーション用ターゲットとそれを用いた酸化物超電導線材の製造方法および酸化物超電導線材 |
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|---|---|---|---|
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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| A02 | Decision of refusal |
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