JPH09263447A - 超電導前駆体複合粉末及び超電導前駆体複合粉末を用いた超電導体の製造法 - Google Patents

超電導前駆体複合粉末及び超電導前駆体複合粉末を用いた超電導体の製造法

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JPH09263447A
JPH09263447A JP8077186A JP7718696A JPH09263447A JP H09263447 A JPH09263447 A JP H09263447A JP 8077186 A JP8077186 A JP 8077186A JP 7718696 A JP7718696 A JP 7718696A JP H09263447 A JPH09263447 A JP H09263447A
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JP
Japan
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superconductor
composite powder
powder
superconducting precursor
superconducting
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Application number
JP8077186A
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English (en)
Inventor
Shuichiro Shimoda
修一郎 下田
Takao Nakada
孝夫 中田
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Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い超電導特性が安定して得られる最適焼成
温度範囲が広い、超電導前駆体複合粉末及び大型で、し
かも均質で高い超電導特性を有する超電導体の製造法を
提供する。 【構成】 溶融温度の異なる2種類以上の超電導前駆体
粉末の混合物又は高い超電導特性が得られる最適焼成温
度範囲の異なる2種類以上の超電導前駆体粉末の混合物
からなる超電導前駆体複合粉末及び上記の超電導前駆体
複合粉末を成形、焼成する超電導体の製造法及び基材上
に上記の超電導前駆体複合粉末を成形、焼成する工程を
繰り返し行い、多層化することを特徴とする超電導体の
製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気シールドなどに
適した超電導前駆体複合粉末及びその製造法並びに超電
導前駆体複合粉末を用いた超電導体の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】高温超電導体、例えばBi系超電導体は
最高焼成温度が2223相の場合840℃前後、221
2相の場合900℃前後で焼成される。しかし、高い臨
界電流密度(以下Jcとする)が安定して得られるBi
系超電導体の焼成温度域は5℃程度と非常に狭い。例え
ば、磁気シールド体のような用途に利用する場合、大型
で立体構造の超電導体が要求されるが、5℃程度の温度
分布が保てる焼成炉内の範囲は限られ、これが大型化を
妨げる最大の原因の一つとなっている。
【0003】このような問題を解決するため、例えば粉
体および粉末冶金、39巻、9号、800〜804ペー
ジ(1992年、9月号)に記載されているように、焼
成中のBiの蒸発を防いで非超電導体相の生成を抑制す
るため、Bi蒸気を含む雰囲気中で焼成することが提案
され、大気中で焼成した場合に比べて、上記の焼成温度
域が2℃から10℃に広がるとしている。しかし、Bi
蒸気を発生させるための粉末と共に密閉容器中で焼成す
ることから、セラミックスなどの耐熱製の大型容器が必
要となり、また脱バインダの問題もあり、超電導体製品
が大型化するほど製造が困難となる。したがって、高い
Jcが安定して得られる焼成温度域が広く、かつ大型で
立体構造の超電導体が容易に得られる製造法の確立が望
まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】請求項1記載の発明
は、高い超電導特性が安定して得られる最適焼成温度範
囲が広い、超電導前駆体複合粉末を提供するものであ
る。請求項2及び3記載の発明は、大型で、しかも均質
で高い超電導特性を有する超電導体の製造法を提供する
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶融温度の異
なる2種類以上の超電導前駆体粉末の混合物又は高い超
電導特性が得られる最適焼成温度範囲の異なる2種類以
上の超電導前駆体粉末の混合物からなる超電導前駆体複
合粉末に関する。また、本発明は、上記の超電導前駆体
複合粉末を成形、焼成することを特徴とする超電導体の
製造法に関する。さらに、本発明は、基板上に上記の超
電導前駆体複合粉末を成形、焼成する工程を繰り返し行
い、多層化することを特徴とする超電導体の製造法に関
する。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明において、超電導体の種類
については銅を含むものであれば特に制限はなく、Bi
系の他、Y系、Tl系等の超電導体に適用することがで
き、例えばBi系超電導体の場合、Bi2Sr2CaCu
2x、(Bi、Pb)2Sr2Ca2Cusy等が代表さ
れる組成として使用できる。さらにSb、Ag、Pt等
を含有した組成、定比組成からずれた組成、主要元素の
一部を他の元素で置換した組成等も使用できる。
【0007】溶融温度の異なる2種類以上の超電導前駆
体粉末又は高い超電導特性が得られる最適焼成温度範囲
の異なる2種類以上の超電導前駆体粉末を作製するに
は、超電導体構成元素中に含有する酸化銅原料粉末の平
均粒径を変えることにより作製することができる。なお
溶融温度の異なる2種類以上の超電導前駆体粉末を作製
するに際し、溶融温度は3℃以上異なることが好まし
く、4℃以上異なればさらに好ましい。また高い超電導
特性が得られる最適焼成温度範囲の異なる2種類以上の
超電導前駆体粉末を作製するに際し、最適焼成温度範囲
は3℃以上異なることが好ましく、4℃以上異なればさ
らに好ましい。本発明において高い超電導特性とは臨界
電流密度Jcが8000(A/cm2)以上のものを意味す
る。
【0008】溶融温度の異なる2種類以上の超電導前駆
体粉末の混合方法又は高い超電導特性が得られる最適焼
成温度範囲の異なる2種類以上の超電導前駆体粉末の混
合方法については、特に制限はなく、例えば、Vブレン
ダ、ロッキングミキサ等を用いた乾式混合法あるいはビ
ーズミル、ボールミル等により溶媒を使用して混合する
湿式混合法で混合できる。
【0009】溶融温度の異なる2種類以上の超電導前駆
体粉末又は高い超電導特性が得られる最適焼成温度範囲
の異なる2種類以上の超電導前駆体粉末の配合割合につ
いては、少なくとも配合した超電導前駆体粉末の性質が
発揮される量を混合する必要があり、超電導前駆体複合
粉末全体量中に少なくともそれぞれ5重量%以上が配合
されるように混合することが好ましい。
【0010】超電導前駆体複合粉末の成形法については
制限はなく、例えば超電導前駆体複合粉末にエチルセル
ロース、ポリビニルブチラール樹脂、アクリル系樹脂等
の有機結合剤、フタル酸エステル、フタル酸ベンジルn
−ブチル等の可塑剤、ブタノール、イソプロピルアルコ
ール、酢酸エチル、水等の溶媒等を添加し、これらを混
合してスラリーを作製し、該スラリーを用いてドクター
ブレード法でグリーンシートを作製し、これを基材表面
に積層して形成する方法又はスクリーン印刷法、スプレ
ー塗布法、ディップコート法等で形成する方法、さらに
は超電導前駆体複合粉末又は超電導前駆体複合粉末を成
形したロッドを溶射材料としてガス溶射、アーク溶射、
プラズマ溶射等の溶射法で形成することができる。上記
のスラリーを作製する際の有機結合剤、可塑剤及び溶媒
の配合量は、超電導前駆体複合粉末100重量部に対し
て、それぞれ5〜30重量部、0.5〜20重量部及び
5〜50重量部の範囲であることが好ましい。
【0011】超電導前駆体の複合粉末を成形した成形体
の焼成温度は、超電導前駆体粉末の配合割合などにより
適宜選定されるが、Y系超電導体は900〜1200
℃、Bi超電導体は800〜950℃の範囲で焼成する
ことが好ましく、また雰囲気は、大気中、酸素を含む雰
囲気中で行うことが好ましい。
【0012】本発明において、超電導体の層が一層の場
合、必要に応じ基材上に超電導前駆体複合粉末を成形、
焼成したものが用いられる。上記の基材としては、銀又
はジルコニアなどのセラミックス若しくはステンレス、
インコネル、インコロイ等のニッケル基合金が用いられ
る。また、超電導体の層を複数層形成する場合は、上下
する超電導体の層の間に銀などの中間層を形成してもよ
い。なお層の数については特に制限はない。
【0013】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。 実施例1〜3、比較例1〜3 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2:2:1:2の組成になるようにBi2
3(高純度化学研究所製、純度99.9重量%)、22
8.3g、SrCO3(高純度化学研究所製、純度9
9.9重量%)、144.7g、CaCO3(高純度化
学研究所製、純度99.9重量%)49.0g及びCu
O(レアメタリック社製、純度99.9重量%、平均粒
径6.8μm)77.9gを秤量し、出発原料とした。
【0014】上記の出発原料を合成樹脂製のボールミル
内に合成樹脂で被覆した鋼球ボール及び水330gと共
に充填し、24時間湿式混合して混合粉末を作製した。
この混合粉末をアルミナ厘鉢に入れ、電気炉を用いて大
気中で800℃で10時間仮焼し、粗粉砕後に、合成樹
脂製のボールミル内にジルコニア製ボール及び酢酸エチ
ル330gと共に充填し、48時間湿式粉砕して、平均
粒径が5μmの超電導前駆体粉末A(仮焼粉末A)を得
た。示差熱分析装置により超電導前駆体粉末Aの溶融温
度を測定したところ、溶融が開始する温度に対応する吸
熱ピークの開始温度は873℃であった。
【0015】上記とは別に出発原料のCuOとしてレア
メタリック社製、純度99.9重量%、平均粒径3.2
μmのCuOを用いた以外は、上記と同様の工程を経て
超電導前駆体粉末B(仮焼粉末B)を得た。上記と同様
の方法で超電導前駆体粉末Bの溶融温度を測定したとこ
ろ、溶融が開始する温度に対応する吸熱ピークの開始温
度は877℃であった。
【0016】また上記とは別に出発原料のCuOとして
レアメタリック社製、純度99.9重量%、平均粒径
1.8μmのCuOを用いた以外は、上記と同様の工程
を経て超電導前駆体粉末C(仮焼粉末C)を得た。上記
と同様の方法で超電導前駆体粉末Cの溶融温度を測定し
たとことろ、吸熱ピークの開始温度は881℃であっ
た。次に上記で得た超電導前駆体粉末A、B及びCをV
ブレンダを用いて表1に示す配合割合で1時間混合し
て、超電導前駆体複合粉末を得た。
【0017】上記超電導前駆体複合粉末100重量部に
ポリビニルブチラール樹脂(和光純薬工業(株)製、試薬
一級)8重量部、フタル酸エステル3重量部及びブタノ
ール50重量部を添加し混合した後、脱気を行い粘度1
5Pa・secのスラリーを得た。このスラリーを厚さが18
0μmのポリエステル製フィルム(東レ製)上に供給
し、ドクターブレード法で厚さ0.1mmの超電導体用グ
リーンシート(以下グリーンシートとする)を得た。
【0018】次に、上記で得た各グリーンシートを厚さ
0.1mmの銀基板上に60℃で10MPaの条件で10分
間圧着し、積層体を得た。この積層体を電気炉に入れ、
大気中で300℃までは50℃/時間、300℃から図
1及び図2に示す焼成温度までは100℃/時間の速度
で昇温し、該焼成温度で5分間保持後、873℃まで1
00℃/時間、873℃から845℃までは2℃/時
間、845℃から500℃までは100℃/時間及び5
00℃から常温までは50℃/時間の速度で冷却し、グ
リーンシートを焼き付けた。
【0019】次いで酸素分圧1kPaの雰囲気で790
℃、10時間熱処理を行い超電導体を得た。得られた超
電導体について、高い臨界電流密度Jc(A/cm2)が得
られる最適焼成温度を見出すための比較試験を行った。
その結果、即ち焼成温度とJcとの関係を実施例の超電
導体について図1及び比較例の超電導体について図2に
示す。なお、Jcは4端子法で液体窒素中で測定した。
また評価に用いたサンプルは各条件で10個ずつ作製
し、Jcはその平均値で表した。図1及び図2から比較
例の超電導体に対して本発明の実施例の超電導体は、8
000A/cm2以上の高いJcが得られる最適焼成温度が
広いことがわかる。
【0020】Jc評価サンプルとは別に、外径が250
mm、内径が246.8mm及び長さが800mmのインコネ
ル円筒の外周面をブラスト処置後、プラズマ溶射で厚さ
0.25mmの銀被膜を形成した。次に、銀溶射被膜表面
を#100の砥石を取付けたディスクサンダで研磨し
た。さらに、#180と#400のサンドペーパで研磨
した後、この上面に上記で得たグリーンシートを、グリ
ーンシートと同組成のペーストで接着した。焼成は、円
筒の中心部が図1及び図2で最も高いJcが得られた焼
成温度で行った。なお、円筒の焼成に用いた焼成炉は8
00〜950℃の範囲において、円筒の上下で10℃の
温度分布を有し、また、その他の条件は上記の超電導体
を得るときの条件と同様の条件で熱処理を行い磁気シー
ルド体を得た。
【0021】得られた磁気シールド体を液体窒素温度
で、10-5Tの外部磁場を与えて、磁気シールド体内部
の中心で、ピックアップコイルによって内部磁場を測定
し、シールド効果(外部磁場/内部磁場)を求めた。そ
の結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】表1に示されるように実施例の磁気シール
ド体は、シールド効果に優れていることがわかる。
【0024】実施例4 実施例2で得た磁気シールド体の表面に、実施例3で得
たグリーンシートを、該グリーンシートと同組成のペー
ストで接着し、次いで大気中で880℃で5分間保持
し、グリーンシートを焼き付け(保持後の冷却速度は前
記と同様の条件)た後、酸素分圧1kPaの雰囲気で79
0℃で10時間熱処理を行い、多層化した磁気シールド
体を得た。得られた磁気シールド体について上記と同様
の方法でシールド効果を求めた。その結果、シールド効
果は1.3×105であった。
【0025】実施例5 実施例2で得た磁気シールド体の表面に、銀粉末(田中
貴金属インターナショナル(株)製)100重量部に対
し、重量比でテルピネオール:ブチルカルビトールが
1:1の混合溶液を30重量部及びバインダーとしてエ
チルセルロースを2重量部を加えて乳鉢で均一に混合し
て作製した銀ペーストを塗布し、その後乾燥し、この銀
ペーストの塗布及び乾燥工程を3回繰り返した後、84
0℃で30分間の条件で厚さ60μmの銀中間層を形成
した。
【0026】次に該銀中間層の上面に、実施例1で用い
たグリーンシートを、グリーンシートと同組成のペース
トで接着し、次いで大気中で880℃で5分間保持し、
実施例1と同様の条件で冷却し、グリーンシートを焼き
付け(保持後の冷却速度は前記と同様の条件)た後、酸
素分圧1kPaの雰囲気で790℃で10時間熱処理を行
い、多層化した磁気シールド体を得た。得られた磁気シ
ールド体について上記と同様の方法でシールド効果を求
めた。その結果、シールド効果は1.0×105であっ
た。
【0027】
【発明の効果】請求項1記載の超電導前駆体複合粉末
は、高い超電導特性が安定して得られる最適焼成温度範
囲が広く、工業的に極めて好適である。請求項2及び3
記載における方法により得られる超電導体は、大型で、
しかも均質で高い超電導特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における焼成温度とJcとの関係を示す
グラフである。
【図2】比較例の焼成温度とJcとの関係を示すグラフ
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 // H01L 39/00 ZAA H01L 39/00 ZAAS

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融温度の異なる2種類以上の超電導前
    駆体粉末の混合物又は高い超電導特性が得られる最適焼
    成温度範囲の異なる2種類以上の超電導前駆体粉末の混
    合物からなる超電導前駆体複合粉末。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の超電導前駆体複合粉末を
    成形、焼成することを特徴とする超電導体の製造法。
  3. 【請求項3】 基材上に請求項1記載の超電導前駆体複
    合粉末を成形、焼成する工程を繰り返し行い、多層化す
    ることを特徴とする超電導体の製造法。
JP8077186A 1996-03-29 1996-03-29 超電導前駆体複合粉末及び超電導前駆体複合粉末を用いた超電導体の製造法 Pending JPH09263447A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114898942A (zh) * 2022-04-02 2022-08-12 北京大学 Ybco黏性超导涂层及其制备方法与应用

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