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JP2001114518A - Oxide superconductor and manufacturing method thereof - Google Patents

Oxide superconductor and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JP2001114518A
JP2001114518A JP29299099A JP29299099A JP2001114518A JP 2001114518 A JP2001114518 A JP 2001114518A JP 29299099 A JP29299099 A JP 29299099A JP 29299099 A JP29299099 A JP 29299099A JP 2001114518 A JP2001114518 A JP 2001114518A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide superconductor
carbon
concentration
superconductor
carbon atoms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP29299099A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Izumi Hirabayashi
泉 平林
Yasushi Yamada
容士 山田
Hiroshi Ikuta
博志 生田
Uichiro Mizutani
宇一郎 水谷
Tadamasa Miura
忠将 三浦
Yoshihiro Koike
良洋 小池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Superconductivity Technology Center
Chubu Electric Power Co Inc
Original Assignee
International Superconductivity Technology Center
Chubu Electric Power Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Superconductivity Technology Center, Chubu Electric Power Co Inc filed Critical International Superconductivity Technology Center
Priority to JP29299099A priority Critical patent/JP2001114518A/en
Publication of JP2001114518A publication Critical patent/JP2001114518A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造に際して簡単に所要のピンニング効果を
付与できる新規な酸化物超電導体を提供すること。 【解決手段】 Ln1+x Ba2-x Cu37-y (ただ
し、−0.1≦x≦0.5、y≒(1−x)/2、結晶
学的原子位置の元素を他の元素に一部、あるいは、全部
置換したものを含む。)型の結晶構造を有する酸化物超
電導体。炭素原子を0.001〜2at% 含有することに
よりピンニングセンターを導入する。
(57) [Problem] To provide a novel oxide superconductor which can easily provide a required pinning effect during production. SOLUTION: Ln 1 + x Ba 2-x Cu 3 O 7-y (where -0.1 ≦ x ≦ 0.5, y ≒ (1-x) / 2, and an element at a crystallographic atomic position is An oxide superconductor having a crystal structure of the type (including those partially or entirely substituted with other elements). A pinning center is introduced by containing 0.001 to 2 at% of carbon atoms.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導体及
びその製造方法に関する。特に、大電流や高周波を使用
したり、磁場中で使用する場合に好適なY123系の酸
化物超電導体に関する。
[0001] The present invention relates to an oxide superconductor and a method for producing the same. In particular, the present invention relates to a Y123-based oxide superconductor suitable for using a large current, a high frequency, or a magnetic field.

【0002】ここで、Y123系とは、Ln1+x Ba
2-x Cu37-y (ただし、−0.1≦x≦0.5、y
≒(1−x)/2、結晶学的原子位置の元素を他の元素
に一部、あるいは、全部置換したものを含む。)型のも
のを意味する。また、Lnは、Y、La、Nd、Sm、
Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、及びYb
の群からから選択される1種又は2種以上からなるもの
である。
Here, the Y123 system means Ln 1 + x Ba
2-x Cu 3 O 7-y (however, -0.1 ≦ x ≦ 0.5, y
≒ (1-x) / 2, including those in which the element at the crystallographic atom position is partially or entirely replaced with another element. ) Type. Ln is Y, La, Nd, Sm,
Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb
And one or more selected from the group

【0003】なお、「at% 」は「原子%」を意味する。[0003] "at%" means "atomic%".

【0004】[0004]

【従来の技術】Y123系等の第2種超電導体(酸化物
超電導体)は、磁場を上げていき上部臨界磁界の領域に
おかれると、電流を流したとき磁束にローレンツ力が働
き磁束が動いてしまう。これにより、電流と同じ方向に
電圧が誘起され抵抗が現れてしまい、超電導体ではなく
なってしまう。このため、Y123系超電導体には、量
子磁束線を捕獲し移動を妨げる作用を奏するピンニング
センターを導入する必要がある。転位、常伝導析出物、
空隙、結晶粒界面などあらゆる欠損や不均質部分が、ピ
ンニングセンターとして作用することができる。
2. Description of the Related Art A Y123 type superconductor (oxide superconductor), when the magnetic field is increased and placed in the region of an upper critical magnetic field, the Lorentz force acts on the magnetic flux when an electric current is applied, and the magnetic flux is generated. It moves. As a result, a voltage is induced in the same direction as the current, and a resistance appears, so that the superconductor is no longer used. For this reason, it is necessary to introduce a pinning center that has the effect of capturing quantum flux lines and hindering movement in the Y123-based superconductor. Dislocations, normal precipitates,
Any defects or inhomogeneities, such as voids and grain boundaries, can act as pinning centers.

【0005】Y123系超電導体におけるピンニングセ
ンターの導入法としては、例えば、液相成長法におい
て、Y211相などの非超電導相をピンニングセンター
として導入する方法がある。
As a method of introducing a pinning center in a Y123-based superconductor, for example, there is a method of introducing a non-superconducting phase such as the Y211 phase as a pinning center in a liquid phase growth method.

【0006】この方法の場合には、均質な溶液相から成
長させて行なうことは、事実上不可能であり、前駆体に
非超電導相を混合・分散させるための作業工程が必要で
あった。
In this method, it is practically impossible to grow the solution from a homogeneous solution phase, and an operation step for mixing and dispersing the non-superconducting phase in the precursor is required.

【0007】また、Nd123超電導体に代表されるよ
うに、希土類サイトの原子とBaサイトの原子との相互
置換した領域を分散させる方法によるピンニングセンタ
ーの導入では、相互置換領域を分散させるため、本発明
のアニール処理工程に加え、さらなる後熱処理工程が必
要であった。
In addition, as typified by the Nd123 superconductor, the introduction of a pinning center by a method of dispersing a region in which atoms of a rare earth site and atoms of a Ba site are substituted with each other involves dispersing the region with mutual substitution. In addition to the annealing treatment step of the invention, a further post heat treatment step was required.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記にかん
がみて、従来、ピンニングセンターを導入するために、
前駆体に非超電導相を混合・分散させるための作業工程
や、相互置換領域を分散させるための後熱処理工程が必
然的ではない酸化物超電導体及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, the present invention has been developed to introduce a pinning center.
It is an object of the present invention to provide an oxide superconductor in which an operation step for mixing and dispersing a non-superconducting phase in a precursor and a post heat treatment step for dispersing an intersubstituted region are not indispensable, and a method for producing the same.

【0009】即ち、本発明の目的は、製造に際して簡単
にピンニングセンターを導入することができる新規な酸
化物超電導体及びその製造方法を提供することにある。
[0009] That is, an object of the present invention is to provide a novel oxide superconductor in which a pinning center can be easily introduced at the time of manufacturing, and a method of manufacturing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の酸化物系超電導
体は、上記課題を下記構成により解決するものである。
The oxide-based superconductor of the present invention solves the above-mentioned problems by the following constitution.

【0011】Ln1+x Ba2-x Cu37-y (ただし、
−0.1≦x≦0.5、y≒(1−x)/2、結晶学的
原子位置の元素を他の元素に一部、あるいは、全部置換
したものを含む。)型の結晶構造を有する酸化物超電導
体において、炭素原子を0.001〜2at% 、望ましく
は、0.1〜0.4at% 含有することを特徴とするもの
である。
Ln 1 + x Ba 2-x Cu 3 O 7-y (however,
−0.1 ≦ x ≦ 0.5, y ≒ (1-x) / 2, including those in which the element at the crystallographic atomic position is partially or entirely substituted with another element. The oxide superconductor having the (ii) type crystal structure is characterized by containing 0.001 to 2 at%, preferably 0.1 to 0.4 at%, of carbon atoms.

【0012】そして、本発明に係る上記酸化物系超電導
体の製造方法の一つは、液相成長法により製造する方法
において、酸化物超電導体の炭素原子量の制御を、該液
相成長法における液相の炭素含有成分の濃度を調整する
ことより、さらには、該液相に接触する気相の炭素含有
成分の濃度を調整することにより行なうことを特徴とす
るものである。
One of the methods for producing an oxide superconductor according to the present invention is a method for producing an oxide superconductor by controlling a carbon atom content of the oxide superconductor in the liquid phase growth method. The method is characterized by adjusting the concentration of the carbon-containing component in the liquid phase, and further by adjusting the concentration of the carbon-containing component in the gas phase in contact with the liquid phase.

【0013】同じく他の酸化物系超電導体の製造方法
は、酸化物超電導体を、気相成長法により製造する方法
において、酸化物超電導体の炭素原子量の制御を、気相
中の炭素含有成分の濃度を調整することにより行なうこ
とを特徴とするものである。
Another method for producing an oxide superconductor is a method for producing an oxide superconductor by a vapor phase growth method, wherein the control of the amount of carbon atoms of the oxide superconductor is performed by controlling the carbon-containing component in the vapor phase. Is adjusted by adjusting the density of

【0014】同じくさらに他の酸化物系超電導体の製造
方法は、固相成長法により製造する方法において、酸化
物超電導体に含まれる炭素原子量の制御を、固相成長法
における固相の炭素含有成分の濃度を調整することによ
り行なうことを特徴とするものである。
Still another method of manufacturing an oxide-based superconductor is a method of manufacturing by a solid-phase growth method, wherein the amount of carbon atoms contained in the oxide superconductor is controlled by controlling the carbon content of the solid phase in the solid-phase growth method. It is characterized by performing by adjusting the concentration of the component.

【0015】[0015]

【手段の詳細な説明】以下、本発明の各構成について、
詳細に説明をする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, each constitution of the present invention will be described.
This will be described in detail.

【0016】Y123系の、即ち、Ln1+x Ba2-x
37-y (ただし、−0.1≦x≦0.5、y≒(1
−x)/2、結晶学的原子位置の元素を他の元素に一
部、あるいは、全部置換したものを含む。)型の結晶構
造を有する酸化物超電導体において、本発明は炭素原子
を0.001〜2at% (LnBa2 Cu37-y 型の結
晶の単位胞中に0.00125〜0.125個に相
当)、望ましくは、0.1〜0.4at% (LnBa2
37-y 型の結晶の単位胞中に0.0125〜0.0
5個に相当)含有することを特徴とするものである。
Y123 type, that is, Ln 1 + x Ba 2-x C
u 3 O 7-y (-0.1 ≦ x ≦ 0.5, y ≒ (1
-X) / 2, including those obtained by partially or entirely substituting the element at the crystallographic atomic position with another element. The present invention relates to an oxide superconductor having a crystal structure of the type (1) wherein the number of carbon atoms is 0.001 to 2 at % (0.00125 to 0.125 in the unit cell of the LnBa 2 Cu 3 O 7-y type crystal). ), Desirably 0.1 to 0.4 at% (LnBa 2 C
u 3 O 7-y type 0.0125 to 0.0 in the unit cell of the crystal of
(Equivalent to 5).

【0017】即ち、本発明者らは、上記Y123系の酸
化物超電導体に炭素を適量添加することにより、酸化物
超電導体材料中にピンニングセンターが導入され磁束ピ
ン止め力・不可逆磁場が向上することを見出したもので
ある。
That is, by adding an appropriate amount of carbon to the above Y123-based oxide superconductor, the present inventors introduce a pinning center into the oxide superconductor material, thereby improving the magnetic flux pinning force and the irreversible magnetic field. It was found that.

【0018】添加された炭素は、余分な酸素原子と結合
した形で、Ln1+x Ba2-x Cu37-y 型結晶構造の
Cu−O結合のCuと置換するとの報告がある(参考文
献:J.Wang etal., supercond. Sci. Technol.9 (1996)
P.69 及び B.Grevin etal.,Physica C 289 (1997) P.7
7)。あるいは、添加された炭素はCO3 基を形成した
状態で結晶格子中に侵入型として存在しているとの報告
がある(参考文献:F.J.Gotor etal., Physica C 218
(1993) P.429)。
It has been reported that the added carbon is substituted with Cu of the Cu—O bond of the Ln 1 + x Ba 2-x Cu 3 O 7-y type crystal structure in a form bonded to an extra oxygen atom. (Reference: J. Wang et al., Supercond. Sci. Technol. 9 (1996)
P.69 and B. Grevin et al., Physica C 289 (1997) P.7
7). Alternatively, it has been reported that the added carbon exists as an interstitial type in the crystal lattice in a state of forming a CO 3 group (Reference: FJ Gotor et al., Physica C 218).
(1993) P.429).

【0019】なお、その詳細な位置、及び、CO3 基等
の原子団を形成しているかどうかの詳細は必ずしも明ら
かでない。どのような状態で存在するにしろ、結晶中に
取り込まれた炭素原子の周囲の超電導状態が変化し、ピ
ンニング力の向上に寄与しているものと推定される。
The detailed position and whether or not an atomic group such as a CO 3 group is formed are not necessarily clear. Whatever the state, it is presumed that the superconducting state around the carbon atoms taken into the crystal changes and contributes to the improvement of the pinning force.

【0020】上記において、炭素原子量:0.001at
% 未満では、Y123系超電導体における磁束ピン止め
力・不可逆磁場の向上効果、即ち、有効なピンニングセ
ンターを得難い。また、炭素原子量:2at% を越える
と、臨界温度TC が低下し、超電導を示さない。かつY
123型結晶構造を大きく乱すため好ましくない。
In the above, the carbon atom weight: 0.001 at
%, The effect of improving the magnetic flux pinning force and the irreversible magnetic field in the Y123-based superconductor, that is, it is difficult to obtain an effective pinning center. On the other hand, when the carbon atom content exceeds 2 at%, the critical temperature T C is lowered, and no superconductivity is exhibited. And Y
It is not preferable because it greatly disturbs the 123 type crystal structure.

【0021】そして、当該炭素原子を含有するY123
系超電導体の炭素原子量の制御は、各製造方法に対応し
てそれぞれ下記の如く行なう。
And Y123 containing the carbon atom.
The control of the amount of carbon atoms in the system superconductor is performed as follows according to each manufacturing method.

【0022】(1) 液相成長法(液相反応法)による場合
は、酸化物超電導体の炭素原子量の制御を、液相成長法
における液相の炭素含有成分(炭素化合物)の濃度を調
整することにより行なう。
(1) In the case of the liquid phase growth method (liquid phase reaction method), the amount of carbon atoms in the oxide superconductor is controlled by adjusting the concentration of the carbon-containing component (carbon compound) in the liquid phase in the liquid phase growth method. It is done by doing.

【0023】ここで、液相成長法とは、融液凝固法と称
されるもので、全体溶融凝固タイプに属するキロプロス
法(kyropoulus法) 、結晶引き出しタイプに属する回転
引き上げ法(CZ法)、その他各種部分溶融タイプのも
のを含む(参考文献:R.A.Laudise 「The growth of sin
gle crystal」 in solid state physical electronicsse
ries 1970 by Prentice-Hall, Inc.,Englewood Criffs,
N.J. P.306 )。
Here, the liquid phase growth method is referred to as a melt solidification method, and includes a kilopros method (kyropoulus method) belonging to the whole melt solidification type, a rotation pulling method (CZ method) belonging to the crystal drawing type, In addition, various partial melting types are included (Reference: RALaudise "The growth of sin
gle crystal '' in solid state physical electronicsse
ries 1970 by Prentice-Hall, Inc., Englewood Criffs,
NJP306).

【0024】これらの内で、下記キロプロス法の一種で
ある上部種付け液相法(TSSG:Top-seed solution
growth)(別名:改良型チョコラルスキー法)や部分溶
融タイプの一種である、部分溶融法(MPMG:melt-p
owder-melt-growth process)が実用上有利な大きさの
結晶を作製できるため好適である。
Among these, a top-seed solution (TSSG) which is a kind of the following kilopros method is used.
growth) (also known as the improved Chocolarski method) and a partial melting method (MPMG: melt-p
An owder-melt-growth process is preferred because it can produce crystals of practically advantageous size.

【0025】TSSG法:種子結晶を種子ホルダーに取
り付け、これをるつぼを加熱して融液としたフラックス
中に液表面に種結晶を接触させ結晶を成長させる。装置
の概略図を以下に示す。通常、種子結晶は各種基板(M
gO基板等)上にPLD(パルスレーザーデポディッシ
ョン)法により成膜したものを用いる。
TSSG method: A seed crystal is attached to a seed holder, and this is heated by heating a crucible to bring the seed crystal into contact with the liquid surface in a molten flux to grow the crystal. A schematic diagram of the apparatus is shown below. Usually, the seed crystal is made of various substrates (M
A film formed on a gO substrate or the like by a PLD (pulse laser deposition) method is used.

【0026】MPMG法:基本的には上記TSSG法と
同様の手法である。ただ、TSSG法がY123結晶の
初晶成長温度(約970〜1000℃)内で作製するの
に対して、部分溶融法はこれよりも高温(1000℃以
上)の部分溶解域(固液共存域)からゆっくり温度を下
げていくことにより、絶縁体相からY123を析出させ
る。
MPMG method: This is basically the same method as the above-mentioned TSSG method. However, while the TSSG method is performed within the primary crystal growth temperature of Y123 crystal (about 970 to 1000 ° C.), the partial melting method is a partial melting region (solid-liquid coexistence region) at a higher temperature (1000 ° C. or higher). By gradually lowering the temperature from the above), Y123 is precipitated from the insulator phase.

【0027】上記炭素含有成分としては、通常、各種溶
液相に溶解可能な炭素化合物を使用でき、通常、炭酸
塩、例えば、炭酸バリウム(BaCO3 )を使用する
が、他の他の炭酸塩、さらには、炭素化合物を使用可能
である。
As the above-mentioned carbon-containing component, a carbon compound which can be dissolved in various solution phases can be usually used. Usually, a carbonate such as barium carbonate (BaCO 3 ) is used. Furthermore, carbon compounds can be used.

【0028】溶液相としてBaO:CuO=3:5の溶
媒を用いたとき、上記炭酸バリウムの濃度(添加量)
は、通常、0.004〜0.4wt%、望ましくは0.0
2〜0.08wt%とする。
When a solvent of BaO: CuO = 3: 5 was used as the solution phase, the concentration (addition amount) of the above barium carbonate was used.
Is usually 0.004 to 0.4% by weight, preferably 0.04% by weight.
2 to 0.08 wt%.

【0029】このとき、Y123系超電導体の炭素原子
量の制御は、前記の如く、液相成長法における液相の炭
素含有成分の濃度の調整により直接的に制御するばかり
でなく、該液相と接触する気相の炭素含有成分(炭素化
合物)の濃度を間接的に制御することによってもでき
る。ここで、炭素化合物としては、通常、炭酸ガス(C
2 )であるが、他の炭素化合物、例えば、一酸化炭素
(CO)等も使用可能性がある。
At this time, as described above, the control of the carbon atom content of the Y123-based superconductor is not only directly controlled by adjusting the concentration of the carbon-containing component in the liquid phase in the liquid phase growth method, but also controlled by the liquid phase. It can also be achieved by indirectly controlling the concentration of the carbon-containing component (carbon compound) in the gas phase in contact. Here, as the carbon compound, carbon dioxide gas (C
O 2 ), but other carbon compounds, such as carbon monoxide (CO), may be used.

【0030】このときの炭酸ガス濃度は、通常、5〜2
000ppm 、望ましくは50〜700ppm とする。
The concentration of carbon dioxide at this time is usually 5 to 2
000 ppm, preferably 50 to 700 ppm.

【0031】(2) 気相成長法(気相反応法)による場合
は、酸化物超電導体の炭素原子量の制御を、気相の炭素
含有成分の濃度を調整することによって行なう。
(2) In the case of vapor phase growth (vapor phase reaction), the amount of carbon atoms in the oxide superconductor is controlled by adjusting the concentration of the carbon-containing component in the gas phase.

【0032】ここで、気相成長法には、レーザータブレ
ーション法、スパッタリング法、反応性真空蒸着法、化
学気相蒸着法(CVD法)などがある。
Here, the vapor phase growth method includes a laser tabulation method, a sputtering method, a reactive vacuum deposition method, a chemical vapor deposition method (CVD method) and the like.

【0033】この中で有機金属化学気相蒸着法(MOC
VD法)が製造コスト、炭素添加の点において好適であ
る。
Among them, metal organic chemical vapor deposition (MOC)
VD method) is preferable in terms of production cost and carbon addition.

【0034】また、気相の炭素含有成分としては、通
常、炭酸ガス、あるいはMOCVD法の原料分解に伴う
炭酸ガスを使用する。
As the carbon-containing component in the gas phase, carbon dioxide or carbon dioxide accompanying the decomposition of the raw material by the MOCVD method is usually used.

【0035】炭酸ガス濃度は10〜3500ppm 、望ま
しくは100〜1000ppm とする。
The concentration of carbon dioxide is 10 to 3500 ppm, preferably 100 to 1000 ppm.

【0036】(3) 固相成長法(固相反応法)による場合
は、酸化物超電導体の炭素原子量の制御を、固相成長法
における雰囲気の炭酸ガス成分の濃度を調整することに
より行なう。
(3) In the case of the solid-phase growth method (solid-state reaction method), the amount of carbon atoms in the oxide superconductor is controlled by adjusting the concentration of the carbon dioxide component in the atmosphere in the solid-phase growth method.

【0037】ここで、一般的な固相成長法(固相反応
法)による製造工程は、下記の如くである。
Here, the manufacturing process by a general solid phase growth method (solid phase reaction method) is as follows.

【0038】原料の選択:酸化物超電導体の原料とし
ては通常、各種金属の酸化物や炭酸塩の粉末が用いられ
る。例えば、Y23 、BaCO3 、CuO粉末を用い
る。
Selection of raw materials: Powders of oxides and carbonates of various metals are usually used as raw materials for the oxide superconductor. For example, Y 2 O 3 , BaCO 3 , or CuO powder is used.

【0039】秤量・混合プロセス:固相反応は粉末粒
子の接触点から起こるので、異種粒子どうしの接触をよ
くするために十分混合する。例えば、ボールミルでの混
合を行う。
Weighing / mixing process: Since the solid-phase reaction occurs from the contact point of the powder particles, they are sufficiently mixed to improve the contact between different kinds of particles. For example, mixing in a ball mill is performed.

【0040】仮焼プロセス:この混合粉末を焼成し、
炭酸塩を分解するとともに原料粉末を反応させる。例え
ば、焼成温度:約850℃とする。
Calcination process: firing this mixed powder,
Decompose the carbonate and react the raw material powder. For example, the firing temperature is about 850 ° C.

【0041】成形プロセス:粉砕・仮焼を繰り返し、
混合を十分行う。その後、仮焼後の試料を十分細かく粉
砕し加圧成形を行う。
Molding process: repeated grinding and calcination,
Mix well. Thereafter, the calcined sample is pulverized sufficiently finely and pressure-formed.

【0042】焼成プロセス:成形体を900〜950
℃で十分な時間、本焼成し燒結させる。
Firing process: 900-950
Main firing and sintering at ℃ for a sufficient time.

【0043】酸素量の制御プロセス:酸素の不定比量
によって超電導特性が大きく変化するため熱処理を行
う。例えば、熱処理条件は、1atm 気圧酸素中、400
℃で40時間以上行う。
Process for controlling oxygen amount: Heat treatment is performed because the superconductivity changes greatly depending on the nonstoichiometric amount of oxygen. For example, the heat treatment conditions are as follows.
C. for at least 40 hours.

【0044】本酸化物超電導体の炭素原子含有量の制御
に使用する、炭酸ガス成分の濃度は、通常5〜2000
ppm 、望ましくは50〜700ppm とする。
The concentration of the carbon dioxide component used for controlling the carbon atom content of the present oxide superconductor is usually 5 to 2,000.
ppm, preferably 50 to 700 ppm.

【0045】[0045]

【実施例】以下、本発明の効果を確認するために行なっ
た実施例を、図例に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment performed to confirm the effects of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0046】<実施例1>YBa2 Cu36+x (Y1
23)を100g、BaO:CuO=3:5( mol比)
となるように秤量したBaCuO2 とCuOの混合物を
100gをイットリア製のるつぼに充填し、電気炉にて
1000℃に加熱して結晶生長用の溶液(融液)200
gを得た。
Example 1 YBa 2 Cu 3 O 6 + x (Y1
23) 100 g, BaO: CuO = 3: 5 (mol ratio)
100 g of a mixture of BaCuO 2 and CuO weighed so as to fill a crucible made of yttria and heated to 1000 ° C. in an electric furnace to obtain a solution (melt) 200 for crystal growth.
g was obtained.

【0047】この溶液に炭酸バリウム(BaCO3 )を
20gと酸化銅(CuO)を13.4gを溶液に添加し
て、マグネシア単結晶基板の上に形成したY123結晶
薄膜を種結晶とした。
20 g of barium carbonate (BaCO 3 ) and 13.4 g of copper oxide (CuO) were added to the solution, and a Y123 crystal thin film formed on a magnesia single crystal substrate was used as a seed crystal.

【0048】上部種付け液相法(TSSG法)により、
Y123の厚膜結晶の成長を行わせた。
By the upper seeding liquid phase method (TSSG method),
A thick film crystal of Y123 was grown.

【0049】なお結晶成長条件は、成長温度:970〜
1000℃、雰囲気:大気(1atm)、結晶回転数:1
0〜30回転/min 、成長時間:10〜30min とし
た。
The crystal growth conditions were as follows: growth temperature: 970
1000 ° C, atmosphere: air (1 atm), crystal rotation speed: 1
0 to 30 rotations / min, growth time: 10 to 30 min.

【0050】溶液中(液相)に含まれる炭素濃度とその
溶液より成長した膜中に含まれる炭素濃度を、それぞ
れ、燃焼・赤外吸収法と二次イオン質量分析法により測
定した。
The concentration of carbon contained in the solution (liquid phase) and the concentration of carbon contained in the film grown from the solution were measured by a combustion / infrared absorption method and a secondary ion mass spectrometry, respectively.

【0051】BaCO3 を添加した後の溶液、及び、膜
中の炭素濃度の時間変化を図1に示す。図1から、溶液
中、及び、膜中の炭素濃度は時間の経過とともに減少
し、有限の値に漸近することがわかる。
FIG. 1 shows the time-dependent changes in the solution after the addition of BaCO 3 and the carbon concentration in the film. From FIG. 1, it can be seen that the carbon concentration in the solution and in the film decreases over time and approaches a finite value.

【0052】図2には、溶液(融液:Flux)と結晶
に取り込まれる炭素原子量の比を示す。これより、溶液
中の炭素原子の半分(すなわち、分配係数は0.5)が
結晶に取り込まれることが分かった。
FIG. 2 shows the ratio between the solution (melt: Flux) and the amount of carbon atoms taken into the crystal. From this, it was found that half of the carbon atoms in the solution (that is, the partition coefficient was 0.5) were taken into the crystal.

【0053】これらのことは、溶液に添加するBaCO
3 の量と経過時間を制御することにより、超電導体材料
中に添加する炭素原子量を制御する方法を得ることがで
きることを示している。
These facts indicate that BaCO added to the solution
It is shown that a method of controlling the amount of carbon atoms added to the superconductor material can be obtained by controlling the amount of 3 and the elapsed time.

【0054】<実施例2>実施例1において、144時
間、大気中(二酸化炭素(CO2 )濃度は約350 pp
m)に溶液を放置後の超電導体の炭素原子量は0.13a
t% であった。
<Example 2> In Example 1, the atmosphere (carbon dioxide (CO 2 ) concentration was about 350 pp) for 144 hours.
m) The carbon atom weight of the superconductor after leaving the solution is 0.13a
t%.

【0055】一方、雰囲気中の二酸化炭素(CO2 )の
濃度を約3倍の1000 ppmに保って、同様な膜形成を
行ったところ、結晶中に炭素原子が0.4at% 取り込ま
れた。このことにより、雰囲気を制御することにより、
結晶中の炭素原子量を制御することが可能であることが
分かった。
On the other hand, the same film formation was carried out while maintaining the concentration of carbon dioxide (CO 2 ) in the atmosphere at about three times as high as 1000 ppm. As a result, 0.4 at% of carbon atoms were incorporated into the crystal. By this, by controlling the atmosphere,
It has been found that the amount of carbon atoms in the crystal can be controlled.

【0056】これは、雰囲気中のCO2 と溶液中に含ま
れる炭素(溶液中では、炭酸基の形で存在しており、容
易にCO2 と平衡しうると考えられる。)が平衡状態を
保つため、液相の炭素含有成分の濃度が一定に保たれ、
その結果として超電導体材料中の炭素原子量も一定に保
たれ、制御可能となるものである。
This is because CO 2 in the atmosphere and carbon contained in the solution (in the solution, it exists in the form of a carbonate group and is considered to be easily equilibrium with CO 2 ) are in an equilibrium state. In order to maintain, the concentration of carbon-containing components in the liquid phase is kept constant,
As a result, the amount of carbon atoms in the superconductor material is kept constant and can be controlled.

【0057】<実施例3>実施例1において、溶液形成
温度条件を1050℃(部分溶融状態:Ln123相の
包晶温度以上)×600min とした後、実施例1の成長
温度970〜1000℃まで60min かけて下げてその
後、30min かけて結晶成長させた以外は、同様の方法
で本実施例のY123超伝導体を調製した。
<Example 3> In Example 1, the solution forming temperature condition was set to 1050 ° C. (partially molten state: not less than the peritectic temperature of Ln123 phase) × 600 min, and then to the growth temperature of Example 1 up to 970-1000 ° C. The Y123 superconductor of this example was prepared in the same manner except that the temperature was lowered for 60 minutes and then the crystal was grown for 30 minutes.

【0058】上記初晶成長時において、実施例2と同
様、144時間、大気雰囲気中(気相)に放置して本実
施例の超電導体を調製した。当該超電導体の炭素原子量
は0.13at% であった。一方、雰囲気中のCO2 濃度
を1000 ppmとして、十分な時間放置後の超電導体の
炭素原子量は0.4at% であった。
At the time of the primary crystal growth, as in Example 2, the superconductor of this example was prepared by being left in the air atmosphere (gas phase) for 144 hours. The carbon atom weight of the superconductor was 0.13 at%. On the other hand, with the CO 2 concentration in the atmosphere set to 1000 ppm, the carbon amount of the superconductor after standing for a sufficient time was 0.4 at%.

【0059】<実施例4>前述の固相反応法において燒
結工程(焼成プロセス)の条件を、950℃×48h、
雰囲気:大気として超電導体を調製した。該超電導体の
炭素原子量は、0.13at% であった。一方、燒結工程
の雰囲気におけるCO2 濃度を1000 ppmとしたとき
の超電導体の炭素原子量は、0.4at% であった。
<Embodiment 4> In the above-mentioned solid-phase reaction method, the conditions of the sintering step (firing process) were 950 ° C. × 48 hours,
Atmosphere: A superconductor was prepared as air. The carbon atom weight of the superconductor was 0.13 at%. On the other hand, when the CO 2 concentration in the atmosphere of the sintering step was 1000 ppm, the carbon atom weight of the superconductor was 0.4 at%.

【0060】<実施例5>実施例2の方法で調製したY
123超電導体材料のうち、炭素の含有量が0.5at%
であったものを、包晶温度のわずかに下の温度である9
90℃にて、CO 2 濃度を5 ppm以下とした雰囲気中で
100時間アニールした。この操作の後の超電導体材料
の炭素含有量は0.1at% であった。すなわち、炭素含
有量は、超電導体材料形成の後、適当なCO2 雰囲気中
でアニールすることにより制御可能であることが分かっ
た。
Example 5 Y prepared by the method of Example 2
Of 123 superconductor materials, carbon content is 0.5at%
Was changed to a temperature slightly below the peritectic temperature of 9
At 90 ° C, CO Two In an atmosphere with a concentration of 5 ppm or less
Annealed for 100 hours. Superconductor material after this operation
Had a carbon content of 0.1 at%. That is,
After the superconductor material is formed, a suitable amount of COTwo In the atmosphere
Controllable by annealing
Was.

【0061】<試験例>上記実施例1の溶液成長法(T
SSG法)により得たものを400〜500℃で酸素気
流中でアニールすることにより調製した各種炭素含有量
を備えた超電導体(試料)について、その不可逆磁場を
直流4端子法により測定した。
<Test Example> The solution growth method (T
The irreversible magnetic field of a superconductor (sample) having various carbon contents prepared by annealing the material obtained by the SSG method at 400 to 500 ° C. in an oxygen stream was measured by a DC four-terminal method.

【0062】その結果を示す図3において、炭素含有量
が0.25at% 程度のとき、77Kでの不可逆磁場が大
きくなっている。このことは、炭素添加によりピンニン
グ力が向上したことを示している。
In FIG. 3 showing the results, when the carbon content is about 0.25 at%, the irreversible magnetic field at 77 K is large. This indicates that the pinning force was improved by the addition of carbon.

【0063】また、図4に磁化のヒステリシス曲線より
Beanのモデルを用いて評価した50Kでの臨界電流
密度を示す。超電導体の炭素原子量が0.2at% 程度の
とき、臨界電流密度が向上していることが分かる。ま
た、炭素の添加量に依存して、ピンニング特性が変化す
ることも分かる。
FIG. 4 shows the critical current density at 50 K evaluated by the Bean model from the magnetization hysteresis curve. It can be seen that the critical current density is improved when the carbon content of the superconductor is about 0.2 at%. It can also be seen that the pinning characteristics change depending on the amount of carbon added.

【0064】すなわち、比較的炭素含有量が少ない試料
では、高い磁場での特性が向上し、比較的炭素含有量の
多い試料では、低い磁場での特性が向上している。
That is, in a sample having a relatively low carbon content, the characteristics at a high magnetic field are improved, and in a sample having a relatively high carbon content, the characteristics at a low magnetic field are improved.

【0065】したがって、使用する磁場に応じて好まし
い特性を有するように炭素含有量を調整することによ
り、最も効果的にピンニング特性を発現できるような材
料を提供することができる。
Therefore, by adjusting the carbon content so as to have preferable characteristics according to the magnetic field to be used, it is possible to provide a material capable of exhibiting pinning characteristics most effectively.

【0066】[0066]

【発明の作用・効果】本発明の酸化物超電導体は、前述
の如く、炭素原子量が所定範囲(0.001〜2at% )
である、有効なピンニング効果を有する新規な酸化物超
電導体である。
As described above, the oxide superconductor according to the present invention has a carbon atom content within a predetermined range (0.001 to 2 at%).
Which is a novel oxide superconductor having an effective pinning effect.

【0067】そして、当該超電導体材料は、各製造法
(液相・気相・固相生長法)において、それらの液相・
気相・固相さらにはそれらと接触する気相の炭素含有成
分の濃度を調整することにより炭素原子量を容易に制御
することができる。
The superconductor material is used in each of the manufacturing methods (liquid phase, gas phase, solid phase growth method) in the liquid phase / solid phase growth method.
By adjusting the concentration of the gas phase, the solid phase, and the concentration of the carbon-containing component in the gas phase in contact with them, the amount of carbon atoms can be easily controlled.

【0068】したがって、本発明の酸化物超電導体は、
従来の如く、ピンニングセンターを導入するために、前
駆体に非超電導相を混合・分散させるための作業工程
や、相互置換領域を分散させるための後熱処理工程が必
然的ではなく、所要のピンニング効果を有するものを容
易に製造できる。
Accordingly, the oxide superconductor of the present invention
In order to introduce a pinning center, a work process for mixing and dispersing the non-superconducting phase in the precursor and a post-heat treatment process for dispersing the inter-substituted region are not indispensable as in the conventional case. Can be easily manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1においてBaCO3 を添加した後の溶
液、及び、膜中の炭素濃度の時間変化の関係を示すグラ
フ図。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the solution after adding BaCO 3 and the change over time in the carbon concentration in a film in Example 1.

【図2】実施例1における溶液(Flux)と結晶に取
り込まれる炭素原子量の比を示すグラフ図。
FIG. 2 is a graph showing the ratio between the solution (Flux) and the amount of carbon atoms taken into crystals in Example 1.

【図3】実施例1で調製した各炭素原子量の超電導体
(試料)について、不可逆磁場を直流4端子法により測
定した結果を示すグラフ図
FIG. 3 is a graph showing the results of measuring the irreversible magnetic field by a DC four-terminal method for the superconductor (sample) having each carbon atom weight prepared in Example 1.

【図4】磁化のヒステリシス曲線よりBeanのモデル
を用いて評価した50Kでの臨界電流密度を示すグラフ
図。
FIG. 4 is a graph showing a critical current density at 50 K evaluated using a Bean model from a magnetization hysteresis curve.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 容士 愛知県名古屋市熱田区六野二丁目4番1号 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 生田 博志 愛知県名古屋市千種区不老町 名古屋大学 内 (72)発明者 水谷 宇一郎 愛知県名古屋市千種区不老町 名古屋大学 内 (72)発明者 三浦 忠将 愛知県名古屋市千種区不老町 名古屋大学 内 (72)発明者 小池 良洋 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の1 中部電力株式会社技術開発本部電気 利用技術研究所内 Fターム(参考) 4G047 JA03 JB01 JC03 KB04 KC01 KC10 KD09 KE02 KE04 KF01 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Yoji Yamada 2-4-1 Rokuno, Atsuta-ku, Nagoya City, Aichi Pref. International Superconducting Technology Research Center Inside the Superconducting Engineering Laboratory (72) Inventor Hiroshi Ikuta Aichi Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya, Japan (72) Inventor: Uichiro Mizutani Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Aichi, Japan (72) Inventor: Tadamasa Miura Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya, Aichi, Japan (72) ) Inventor Yoshihiro Koike 20-1, Kita-Sekiyama, Odaka-cho, Midori-ku, Nagoya-shi, Aichi F-term (Reference) 4C047 JA03 JB01 JC03 KB04 KC01 KC10 KD09 KE02 KE04 KF01

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Ln1+x Ba2-x Cu37-y (ただ
し、−0.1≦x≦0.5、y≒(1−x)/2、結晶
学的原子位置の元素を他の元素に一部、あるいは、全部
置換したものを含む。)型の結晶構造を有する酸化物超
電導体において、 炭素原子を0.001〜2at% 含有することを特徴とす
る酸化物超電導体。
1. Ln 1 + x Ba 2-x Cu 3 O 7-y (where -0.1 ≦ x ≦ 0.5, y ≒ (1-x) / 2, element at crystallographic atomic position) ). An oxide superconductor having a crystal structure of the type wherein the carbon atom is contained in an amount of 0.001 to 2 at%. .
【請求項2】 炭素原子を、0.1〜0.4at% 含有す
ることを特徴とする請求項1記載の酸化物超電導体。
2. The oxide superconductor according to claim 1, containing 0.1 to 0.4 at% of carbon atoms.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の酸化物超電導体
を液相成長法により製造する方法において、 前記酸化物超電導体の炭素原子量の制御を、前記液相成
長法における液相の炭素含有成分の濃度を調整すること
より行うことを特徴とする酸化物超電導体の製造方法。
3. The method for producing an oxide superconductor according to claim 1 or 2, wherein the control of the amount of carbon atoms of the oxide superconductor is performed by using a liquid phase carbon in the liquid phase growth method. A method for producing an oxide superconductor, which is carried out by adjusting the concentration of a component.
【請求項4】 前記酸化物超電導体の炭素原子量の制御
に際して、さらに、前記液相に接触する気相の炭素含有
成分の濃度を調整することを特徴とする請求項3記載の
酸化物超電導体の製造方法。
4. The oxide superconductor according to claim 3, wherein the concentration of the carbon-containing component in the gas phase in contact with the liquid phase is adjusted when controlling the carbon atomic weight of the oxide superconductor. Manufacturing method.
【請求項5】 請求項1又は2に記載の酸化物超電導体
を、気相成長法により製造する方法において、 前記酸化物超電導体の炭素原子量の制御を、前記気相成
長法における気相の炭素含有成分の濃度を調整すること
により行なうことを特徴とする酸化物超電導体の製造方
法。
5. The method for producing the oxide superconductor according to claim 1 or 2 by a vapor phase growth method, wherein the control of the amount of carbon atoms of the oxide superconductor is performed by using a vapor phase in the vapor phase growth method. A method for producing an oxide superconductor, which is performed by adjusting the concentration of a carbon-containing component.
【請求項6】 請求項1又は2に記載の酸化物超電導体
を、固相成長法により製造する方法において、 前記酸化物超電導体の炭素原子量の制御を、前記固相成
長法における炭素含有成分の濃度を調整することにより
行なうことを特徴とする酸化物超電導体の製造方法。
6. A method for producing the oxide superconductor according to claim 1 or 2 by a solid phase growth method, wherein the carbon atom content of the oxide superconductor is controlled by a carbon-containing component in the solid phase growth method. A method for producing an oxide superconductor, which is performed by adjusting the concentration of the oxide superconductor.
【請求項7】 前記酸化物超電導体の炭素原子量の制御
を、さらに、製造温度及び時間により行なうことを特徴
とする請求項3、4、5又は6のいずれかに記載の酸化
物超伝導体の製造方法。
7. The oxide superconductor according to claim 3, wherein the control of the amount of carbon atoms in the oxide superconductor is further performed by a production temperature and a time. Manufacturing method.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7160820B2 (en) 2001-05-15 2007-01-09 International Superconductivity Technology Center, The Juridical Foundation Method of preparing oxide crystal film/substrate composite and solution for use therein

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