JPS63245820A - 超電導体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、超電導体に関する。より詳しくは、ジョセ
フソン素子等の超電導デバイス、超電導ケーブル、超電
導マグネット等に好適に適用される超電導体に関する。

〈従来の技術〉 近年、超電導材料として、臨界温度の高いセラミックス
超電導材料が脚光をあびている。このようなセラミック
ス超電導材料としては、ペロブストカイト型（Ｌ２　Ｎ
ｉ　Ｆａ型）の構造を有するものが知られており、例え
ば（Ｌ　ａ、　Ｓ　ｒ）２Ｃｕ　Ｏ４、または（Ｌａ、
Ｂａ）２Ｃｕ　０４のようなセラミックス超電導材料に
ついては、３０に以上の臨界温度を示している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 これらセラミックス超電導材料は、当該超電導材料を構
成する原料粉体を焼結することによって得られるもので
あるから、非常に脆く、単体では取扱難いという欠点が
ある。

そこでセラミックス超電導材料と、Ｃｕ　ｓ　Ａ　Ｊ等
からなる基材や芯材とを一体化することも試みられてい
る。しかし、特に超電導ケーブル等の長尺体と１での使
用を考えた場合、上記、基材や芯材と超電導材料との熱
膨張係数の差異に起因して、超電導材料が損傷を受ける
という問題が生じる。

〈発明の目的〉 この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、取
扱が容易で、熱膨張係数の差異に起因するセラミックス
超電導材料の損傷を効果的に防止することができる超電
導体を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するためのこの発明の超電導体とし、で
は、熱膨張係数がｌＸ１×１０−６／℃の金属材料と、
下記一般式（Ｉ）で表される組成のセラミックス超電導
材料との複合体からなるものである。

Ａ　ａ　Ｂ　ｂ　Ｃｃ　・＝　−（Ｉ）（式中、Ａは周
期律表１ａ族元素、ＩＩａ族元素およびｎＩａ族元素よ
り選択された少なく法も１種の元素であり、Ｂは周期律
表１ｂ族元素、ＩＩｂ族元素およびＩＩＩｂ族族元より
選択された少なくとも１種の元素であり、Ｃは酸素、窒
素、）・ソ素、炭素および硫黄から選択された少なくと
も１種の元素である） ただし、上記金属材料としては、Ｆ’ｅおよびＮｉを主
成分とするものが好ましく、また、一般式［Ｉ）中のＢ
についてはＣｕが、Ｃについては酸素がそれぞれ好まし
い。

く作用〉 上記の構成の超電導体によれば、金属材料と、上記一般
式（Ｉ）で特定されるセラミックス超電導材料との熱膨
張係数が近似することになり、両者の熱膨張係数の差異
に起因するセラミックス超電導材料の損傷を防止するこ
とができる。

特に、金属材料として、ＦｅおよびＮｉを主成分とする
ものを選択する場合には、セラミ・ソクス超電導材料の
損傷をより確実に防止することができるとともに、安定
材としても好適となる。また、一般式ｍ中のＢについて
Ｃｕを、Ｃについて酸素をそれぞれ選択する場合には、
臨界温度が高く、超電導特性の良好な超電導体を得るこ
とができる。

〈実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

図は、この発明の超電導体（Ｉ）を超電導マグネ・ソト
（Ｍ）に適用した場合を示す断面図であり、上記超電導
マグネット（Ｍ）は、所定の熱膨張係数を示す金属材料
（２）とセラミックス超電導材料（３）との複合体から
なる超電導体（Ｉ）の周囲に、絶縁コイル（４）を巻回
したものである。

上記超電導体（Ｉ）は、セラミックス超電導材料（３）
の外周に金属材料（２）を積層しているものであり、上
記金属材料（２）としては、熱膨張係数が、１×１０−
６〜５　Ｘ　１０　＝／’Ｃのもので構成されている。

このような熱膨張率を有する金属材料（２）としては、
例えば、ＦｅおよびＮｉを主成分とするものを挙げるこ
とができ、より具体的には、Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金を挙
げることができる。

また、セラミックス超電導材料（３）については、一般
式（Ｉ）で表わされ、 Ａ　ａ　Ｂ　ｂ　Ｃｃ　　　　・・・−（Ｉ）Ａが周期
律表Ｉａ族元素、ｎａ族元素およびＨａ族元素より選択
された少なくとも１種の元素であり、Ｂが周期律表Ｉｂ
族元素、ＩＩｂ族元素およびＩＩＩｂ族元素より選択さ
れた少なくとも１種の元素であり、Ｃが酸素、窒素、フ
ッ素、炭素および硫黄から選択された少なくとも１種の
元素を含有しているものであり、このうち、特に、上記
式ｍ中のＢがＣｕであり、Ｃが酸素であるものが好まし
い。さらに、 ａ×Ａの平均原子価＋ｂＸＢの平均原子価−ｃＸＣの平
均原子価 であるものが、超導電゛特性の安定性の面から好ましい
。

さらに詳細に説明すると、セラミックス超電導材料（３
）を構成する原料としては、超電導材料を構成する元素
を含有するものであれば単体、化合物の何れの形態でも
使用し得る。上記元素としては、周期律表Ｉ族、■族お
よび■族元素並びに酸素、窒素、フッ素、炭素および硫
黄等が例示される。

より詳細には、周期律表Ｉ族元素のうち、Ｉａ族元素と
しては、Ｌ　ｔ、Ｎａ、に、Ｒｂ、Ｃｓ等が挙げられ、
Ｉｂ族元素としては、上記Ｃｕのほか、ＡｇおよびＡｕ
が挙げられる。また、周期律表■族元素のうち、ＩＩａ
族元素としては、Ｂｅ。

Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒｓ　ＢａおよびＲａが挙げられ、ＩＩ
ｂ族元素としては、ＺｎＳＣｄ等が挙げられる。

周期律表■族元素のうち、ｍａ族元素としては、Ｓｃ、
Ｙやランタノイド系元素であるＬａ、Ｃｅ５Ｇｄ、Ｌｕ
等、アクチノイド系元素であるＡｃ。

Ｔｈ５Ｐａ、Ｃｆ等が挙げられる。また、ＩＩＩｂ族元
素としては、Ａ１％　Ｇａｓ　Ｉｎ、Ｔ１等が挙げられ
る。

上記元素のうち、Ｉｂ族元素から選ばれた元素、ＩＩａ
族元素、ＩＩＩａＩＩａ族元素ランタノイド系元素から
選ばれた元素、並びに酸素およびフッ素から選ばれた元
素からなるセラミックス超電導材料（３）が好ましい。

なお、Ｉｂ族元素においてはＡｇも好ましい。

このような超電導体（Ｉ）は、例えば、前記Ｆｅ−４２
％Ｎｉ合金からなるパイプ内に、セラミックス超電導材
料（３）を構成する原料粉体を充填し、これを冷間にて
線状体に減面加工することにより得ることができる。

以上の構成であれば、金属材料（２）と上記セラミック
ス超電導材料（３）との熱膨張係数が近似することにな
り、両者の熱膨張係数の差異に起因するセラミックス超
電導材料（３）の損傷を防止することができる。

特に、金属材料（２）として、ＦｅおよびＮｉを主成分
とするものを選択する場合には、上記セラミックス超電
導材料（３）の損傷をより確実に防止することができる
とともに、安定材としても好適となる。また、一般式（
Ｉ）のＢについてＣｕを、Ｃについて酸素をそれぞれ選
択する場合には、臨界温度が高く、超電導特性の良好な
超電導体を得ることができる。

なお、セラミックス超電導材料（３）を気相法によって
生成する場合においては、金属材料（２）を基板や芯材
として機能させることができる。

また、セラミックス超電導材料（３）と金属材料（２）
との複合体であるので、セラミックス超電導材料単体の
場合における脆弱で、延性がなく、曲げ歪みに弱いとい
った種々の欠点を、当該金属材料（２）によって容易に
補うことができる結果、その取扱いも容易となる。

なお、上記の構成の超電導体（Ｉ）としては、超電導マ
グネット（Ｍ）のほか、ジョセフソン素子等の超電導デ
バイス、超電導ケーブル等にも好適に適用することがで
きる。

く試験例１〉 熱膨張係数２．４　Ｘ　１０−６／℃のＦｅ−４２％Ｎ
ｉ合金からなるパイプ内に、原料粉体として、Ｌａ　　
　Ｓｒ　　　ＣｕＯ４を充填し、これを冷間１．７　　
　　　０．３ 加工により、外径２　ｍｍの線状体を得、その外周にポ
リウレタン被覆線をコイル状に巻回して、超電導マグネ
ットを得た。

この超電導マグネットを、液体窒素（７７Ｋ）による冷
却と、常温昇温とを繰り返したところ、１０４回繰り返
しても、超電導体の特性変化は生じなかった。

く試験例１〉 熱膨張係数２．　　Ｉ　Ｘ　１０−６／’ＣのＦｅ−Ｃ
ｏ−Ｎｉ合金からなる基板上に、スパッタリングによっ
てＹａ　Ｂａ　　ＣｕＯ３薄膜を長さ］、ｍｍｓ厚４　
　　　０．６ み１０仏生成した。この超電導体の臨界温度は、８０に
であり、これを液体窒素による冷却と、常温昇温とを繰
り返したところ、１０４回繰り返しても、超電導体の特
性変化は生じなかった。

〈発明の効果〉 以上のように、この発明の超電導体によれば、互いに近
似した熱膨張係数の金属材料とセラミックス超電導材料
とを組合せたものであるから、両者の熱膨張係数の差異
に起因するセラミックス超電導材料の損傷を防止するこ
とができるとともに、上記金属材料によって、セラミッ
クス超電導材料単体の場合における脆弱性を補うことが
できるので、取扱いおよび使用上至便であるという特有
の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の超電導体を超電導マグネットに適用した
場合を示す断面図である。 （Ｉ）・・・超電導体、（２）・・・金属材料、（３）
・・・セラミックス超電導材料 特許出願人　　住友電気工業株式会社 （ほか３名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱膨張係数が１×１０＾−＾６〜５×１０＾−＾６
   ／℃の金属材料と、下記一般式（Ｉ）で表される組成の
   セラミックス超電導材料との 複合体からなることを特徴とする超電導 体。 ＡａＢｂＣｃ……（Ｉ） （式中、Ａは周期律表Ｉａ族元素、IIａ 族元素およびIIIａ族元素より選択された 少なくとも１種の元素であり、Ｂは周期 律表Ｉｂ族元素、IIｂ族元素およびIIIｂ 族元素より選択された少なくとも１種の 元素であり、Ｃは酸素、窒素、フッ素、 炭素および硫黄から選択された少なくと も１種の元素である） ２、金属材料が、ＦｅおよびＮｉを主成分 とするものである上記特許請求の範囲第 １項記載の超電導体。 ３、式（Ｉ）中ＢがＣｕであり、Ｃが酸素である上記特
   許請求の範囲第１項記載の起電 導体。 ４、式（Ｉ）において、ａ×Ａの平均原子価＋ｂ×Ｂの
   平均原子価＝ｃ×Ｃの平均原子 価である上記特許請求の範囲第１項記載 の超電導体。