(57)【要約】【課題】Ｂｉ−２２１２結晶粉末等の超伝導結晶粉末を短時間、且つ容易に作製可能であると共に、超伝導結晶粉末を容易に配向させ得る方法を創案する。【解決手段】本発明の超伝導結晶粉末の製造方法は、Ｃｕ含有材料を挟持体間に挟み込んだ状態で、Ｃｕ含有材料の軟化流動域まで熱処理する工程と、０．１〜１５℃／時の速度で冷却して、Ｃｕ含有材料から超伝導結晶を析出させる工程と、挟持体を剥離して、剥離面から超伝導結晶粉末を採取する工程と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ含有材料を挟持体間に挟み込んだ状態で、Ｃｕ含有材料を軟化流動域まで熱処理する工程と、０．１〜１５℃／時の速度で冷却して、Ｃｕ含有材料から超伝導結晶を析出させる工程と、挟持体を剥離して、剥離面から超伝導結晶粉末を採取する工程と、を備えることを特徴とする超伝導結晶粉末の製造方法。
【請求項２】
更に、得られた超伝導結晶粉末を溶媒に懸濁させる工程と、懸濁させた超伝導結晶粉末を濾材で濾取する工程と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の超伝導結晶粉末の製造方法。
【請求項３】
Ｃｕ含有材料が非晶質材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の超伝導結晶粉末の製造方法。
【請求項４】
Ｃｕ含有材料が、組成として、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３  １０〜３０％、ＳｒＯ  ２０〜５０％、ＣａＯ  ５〜３０％、ＣｕＯ  ２０〜５０％を含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の超伝導結晶粉末の製造方法。
【請求項５】
超伝導結晶がＢｉ-２２１２結晶であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の超伝導結晶粉末の製造方法。
【請求項６】
超伝導結晶粉末がシートの表面方向に配向されてなる超伝導シートであって、
超伝導結晶粉末が、請求項１〜５の何れか一項に記載の超伝導結晶粉末の製造方法により作製されてなることを特徴とする超伝導シート。
【請求項７】
超伝導結晶粉末がテープの表面方向に配向されてなる超伝導テープであって、
超伝導結晶粉末が、請求項１〜５の何れか一項に記載の超伝導結晶粉末の製造方法により作製されてなることを特徴とする超伝導テープ。
【請求項８】
請求項６に記載の超伝導シート又は請求項７に記載の超伝導テープにより作製されてなることを特徴とする超伝導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導結晶粉末の製造方法、超伝導シート、超伝導テープ、及び超伝導線材に関し、具体的には超伝導結晶粉末の配向性を高める方法及び配向性が良好な超伝導シート、超伝導テープ、及び超伝導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導材料は、臨界温度（Ｔｃ）よりも低い温度で電気抵抗がゼロになる材料であり、送電ロスが小さい送電線、強磁場を発生させるコイル等への応用が検討されている。これらの用途には、超伝導材料の線材化が不可欠である。
【０００３】
現在、Ｎｂ３ＳｎやＮｂ３Ｔｉ等の合金系の超伝導材料が、強磁場を発生させるコイル等として実用化されている。しかし、この超伝導材料は、臨界温度が２０Ｋ程度であるため、高価な冷媒である液体ヘリウムを用いる必要があり、ランニングコストが高騰するという課題を有している。
【０００４】
一方、銅酸化物系の超伝導材料の中には、臨界温度が液体窒素の沸点（７７Ｋ）より高いものが存在し、この超伝導材料を用いると、冷媒として安価な液体窒素を使用できるため、ランニングコストを低廉化することができる。しかし、銅酸化物系の超伝導材料は、セラミックスであるため、金属のように圧延したり、非晶質材料や樹脂のように軟化流動させて、繊維化することが困難である。また、銅酸化物系の超伝導材料は、銅酸化物の面方向以外の方向に電流が流れ難い性質、つまり異方性を示す。よって、大きな電流を流すためには、銅酸化物の結晶を配向させる必要がある。
【０００５】
銅酸化物の結晶を配向させる方法として、各種の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、金属等の線材の上に蒸着等により銅酸化物の薄膜を形成する方法が開示されている。特許文献２には、金属の筒（シース）の中に銅酸化物材料を入れて圧延し、線材化する方法が開示されている。特許文献３には、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系非晶質材料にＡｌ２Ｏ３を添加、或いは酸素濃度を制御しながら熱処理することにより、Ｂｉ−２２１２結晶（Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏｘ結晶、但しｘは任意の数）のウィスカを作製し、このウィスカをヘキサン等の有機溶媒に懸濁させた後、濾取して、Ｂｉ−２２１２結晶を配向する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５３２２３０号公報
【特許文献２】特開平５−１５９６４５号公報
【特許文献３】特開平１０−００１３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１、２に記載の方法は、超伝導線材を作製するために長時間を要すると共に、巨大な設備とエネルギーを要するため、超伝導線材の低廉化が困難である。また、特許文献３に記載の方法は、ウィスカが１時間当たりせいぜい数百μｍしか成長しないため、ウイスカの長尺化に際し、長時間を要し、ウィスカの生成本数も限られる。結果として、線材化に必要なウィスカを作製するには、膨大な時間と労力が必要になる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記事情に鑑み成されたものであり、その技術的課題は、Ｂｉ−２２１２結晶粉末等の超伝導結晶粉末を短時間、且つ容易に作製可能であると共に、超伝導結晶粉末を容易に配向させ得る方法を創案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、鋭意検討した結果、狭い空間内で、所望の超伝導結晶が析出し得るＣｕ含有材料を軟化流動化させた状態から緩やかに降温すると、狭い空間内で超伝導結晶の成長方向が制限されることにより、超伝導を示す層、例えばＣｕＯ２層が大きく成長した超伝導結晶、特に、薄片状の超伝導結晶が析出すること、更にこの超伝導結晶の粉末を採取した上で溶媒に懸濁させた後、濾取すると、超伝導結晶粉末が濾材の表面方向（厚み方向に垂直な方向）に配向して、堆積することを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明の超伝導結晶粉末の製造方法は、Ｃｕ含有材料を挟持体間に挟み込んだ状態で、Ｃｕ含有材料の軟化流動域まで熱処理する工程と、０．１〜１５℃／時の速度で冷却して、Ｃｕ含有材料から超伝導結晶を析出させる工程と、挟持体を剥離して、剥離面から超伝導結晶粉末を採取する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の超伝導結晶粉末の製造方法によれば、狭い空間内で超伝導結晶の成長方向が制限されるため、超伝導を示すＣｕＯ２層が大きく成長した薄片状の超伝導結晶（特にＢｉ−２２１２結晶粉末）を析出させることが可能になる。そして、Ｃｕ含有材料を挟み込む挟持体の表面から超伝導結晶を容易に採取することができる。なお、超伝導結晶の採取方法は、挟持体の表面からヘラ等で擦って採取してもよいし、粘着テープ等で引き剥がして採取してもよい。
【００１１】
第二に、本発明の超伝導結晶粉末の製造方法は、更に、得られた超伝導結晶粉末を溶媒に懸濁させる工程と、懸濁させた超伝導結晶粉末を濾材で濾取する工程と、を備えることが好ましい。
【００１２】
本発明の超伝導結晶粉末の製造方法によれば、剥離面から採取される超伝導結晶粉末は、縦方向又は横方向(結晶のａ−ｂ軸方向)の大きさが数百〜数千μｍ、且つ厚みが数十μｍ程度の薄片状になり易い。そして、この超伝導結晶粉末を溶媒に懸濁させた後に、濾材により超伝導結晶粉末を濾取すると、濾材の表面方向に沿って、薄片状の超伝導結晶が配向して、堆積し、結果として、濾材の表面方向に沿って、銅酸化物の超伝導層が形成されて、その方向に電流を流し易くなる。特に、シート状又はテープ状の濾材を用いて、この濾材を移動させながら連続的に懸濁液を通過させると、濾材の表面方向に超伝導層が配向した超伝導線材を容易に作製することができる。更に、このシート状又はテープ状の濾材を線状に切断すると、超伝導線材を容易に作製することができる。
【００１３】
第三に、本発明の超伝導結晶粉末の製造方法は、Ｃｕ含有材料が非晶質材料であることが好ましい。
【００１４】
第四に、本発明の超伝導結晶粉末の製造方法は、Ｃｕ含有材料が、組成として、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３  １０〜３０％、ＳｒＯ  ２０〜５０％、ＣａＯ  ５〜３０％、ＣｕＯ  ２０〜５０％を含有することが好ましい。
【００１５】
第五に、本発明の超伝導結晶粉末の製造方法は、超伝導結晶がＢｉ-２２１２結晶であることが好ましい。
【００１６】
第六に、本発明の超伝導シートは、超伝導結晶粉末がシートの表面方向に配向されてなる超伝導シートであって、超伝導結晶粉末が、上記の超伝導結晶粉末の製造方法により作製されてなることを特徴とする。
【００１７】
第七に、本発明の超伝導テープは、超伝導結晶粉末がテープの表面方向に配向されてなる超伝導テープであって、超伝導結晶粉末が、上記の超伝導結晶粉末の製造方法により作製されてなることを特徴とする。
【００１８】
第八に、本発明の超伝導線材は、上記の超伝導シート又は超伝導テープにより作製されてなることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】［実施例１］に係るＢｉ−２２１２単結晶粉末のＳＥＭ像（断面）である。
【図２】［実施例１］に係るＢｉ−２２１２単結晶粉末のＳＥＭ像（表面）である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の超伝導結晶粉末の製造方法において、Ｃｕ含有材料は、所望の組成になるように、調合した原料をルツボ内で固相反応させることで作製した超伝導結晶、特にＢｉ−２２１２結晶が好ましく、同様の調合原料を一旦融液化してから急冷することで作製した非晶質材料も好ましい。更に、非晶質材料を熱処理することにより作製した超伝導結晶、特にＢｉ−２２１２結晶であってもよい。
【００２１】
Ｃｕ含有材料として、熱処理により、Ｔｃが液体窒素温度(７７Ｋ)より高い超伝導結晶、具体的にはＣｕ系超伝導結晶が析出するものが好ましい。Ｃｕ系超伝導結晶として、ＹＢＣＯ系、Ｂｉ−２２１２結晶、Ｂｉ−２２２３結晶等を例示し得るが、その中でもＢｉ−２２１２結晶が好ましい。なお、Ｂｉ−２２１２結晶は、短時間で薄片状に析出し易く、流動化温度が９００℃程度と低い。
【００２２】
Ｃｕ含有材料は、Ｂｉ−２２１２結晶を析出させる場合、Ｂｉ−２２１２結晶、Ｂｉ−２２１２結晶の組成に近似した非晶質材料、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕを含み、且つ全体の組成がＢｉ−２２１２結晶に近似した混合物が挙げられるが、その中でもＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系非晶質材料とＢｉ−２２１２結晶は、組成的に均質であり、異種結晶が析出し難いため、好ましい。
【００２３】
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系非晶質材料は、組成として、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３  １０〜３０％、ＳｒＯ  ２０〜５０％、ＣａＯ  ５〜３０％、ＣｕＯ  ２０〜５０％を含有することが好ましい。なお、以下の組成範囲の説明において、％表示は、特に断りがある場合を除き、モル％を意味する。
【００２４】
Ｂｉ２Ｏ３は、超伝導結晶を形成する成分であり、その含有量は１０〜３０％、１２〜２８％、特に１３〜２５％が好ましい。Ｂｉ２Ｏ３の含有量が１０％より少ないと、非晶質化し難くなると共に、非晶質材料中に超伝導結晶を析出させる際に、超伝導結晶以外の異種の結晶が析出し易くなる。一方、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が３０％より多いと、非晶質化し難くなる。
【００２５】
ＳｒＯは、超伝導結晶を形成する成分であり、その含有量は２０〜５０％、２２〜４７％、特に２３〜４５％が好ましい。ＳｒＯの含有量が２０％より少ないと、非晶質材料中に超伝導結晶を析出させる際に、超伝導結晶以外の異種の結晶が析出し易くなる。一方、ＳｒＯの含有量が５０％より多いと、非晶質化し難くなる。
【００２６】
ＣａＯは、超伝導結晶を形成する成分であり、その含有量は５〜３０％、７〜２５％、特に８〜２０％が好ましい。ＣａＯの含有量が５％より少ないと、非晶質材料中に超伝導結晶を析出させる際に、超伝導結晶以外の異種の結晶が析出し易くなる。一方、ＣａＯの含有量が３０％より多いと、非晶質化し難くなる。
【００２７】
ＣｕＯは、超伝導結晶を形成する成分であり、その含有量は２０〜５０％、特に２２〜４８％が好ましい。ＣｕＯの含有量が２０％より少ないと、熱処理により、Ｂｉ系超伝導結晶が析出し難くなる。一方、ＣｕＯの含有量が５０％より多いと、非晶質化し難くなる。
【００２８】
Ｂｉ２Ｏ３＋ＳｒＯ＋ＣａＯ＋ＣｕＯの含有量は９５％以上、特に９７％以上が好ましい。このようにすれば、熱処理により、超伝導結晶が析出し易くなる。ここで、「Ｂｉ２Ｏ３＋ＳｒＯ＋ＣａＯ＋ＣｕＯ」は、Ｂｉ２Ｏ３、ＳｒＯ、ＣａＯ、及びＣｕＯの合量を指す。
【００２９】
必要に応じて、以下の成分を添加してもよい。
【００３０】
ＰｂＯは、超伝導結晶の臨界温度を上昇させる成分である。特に、Ｂｉ２Ｏ３の一部をＰｂＯに置換すると、超伝導結晶の臨界温度が上昇する傾向がある。しかし、置換量が多過ぎると、均質な非晶質材料を作製し難くなる。よって、モル比ＰｂＯ／（Ｂｉ２Ｏ３＋ＰｂＯ）の値は０．２以下、０．１５以下、特に０．００５〜０．１が好ましい。ここで、「Ｂｉ２Ｏ３＋ＰｂＯ」は、Ｂｉ２Ｏ３とＰｂＯの合量を指す。
【００３１】
ＴｉＯ２は、超伝導結晶に酸素欠陥を生じさせる成分である。特に、Ｂｉ２Ｏ３の一部をＴｉＯ２に置換すると、超伝導結晶に酸素欠陥が生成し易くなる。しかし、置換量が多過ぎると、均質な非晶質材料を作製し難くなる。よって、モル比ＴｉＯ２／Ｂｉ２Ｏ３の値は０．２以下、０．１５以下、特に０．００５〜０．１が好ましい。
【００３２】
ＳｉＯ２は、超伝導結晶に酸素欠陥を生じさせる成分である。特に、Ｂｉ２Ｏ３の一部をＳｉＯ２に置換すると、超伝導結晶に酸素欠陥が生成し易くなる。しかし、置換量が多過ぎると、均質な非晶質材料を作製し難くなる。よって、モル比ＳｉＯ２／Ｂｉ２Ｏ３の値は０．２以下、０．１５以下、特に０．１以下が好ましい。
【００３３】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏは、超伝導結晶に酸素欠陥を生じさせる成分である。特に、ＳｒＯ又はＣａＯの一部をＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの何れかに置換すると、超伝導結晶に酸素欠陥が生成し易くなる。しかし、置換量が多過ぎると、非晶質材料が不安定になって、溶融時に非晶質材料が分相し易くなる。
【００３４】
ＳｒＯ又はＣａＯの一部をＭｇＯ、ＢａＯ、ＺｎＯの何れかに置換することができる。但し、置換量が多過ぎると、超伝導結晶に置換成分を固溶させることが困難になる。よって、モル比（ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ）／（ＳｒＯ＋ＣａＯ）の値は０．５以下、０．３以下、０．１以下、特に０．０５以下が好ましい。ここで、「ＭｇＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ」は、ＭｇＯ、ＢａＯ、及びＺｎＯの合量を指す。「ＳｒＯ＋ＣａＯ」は、ＳｒＯとＣａＯの合量を指す。
【００３５】
Ｂ２Ｏ３は、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系非晶質材料の熱的安定性を高める成分であり、その含有量は０〜１０％、特に０〜５％が好ましい。Ｂ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、所望の超伝導結晶が析出し難くなる。
【００３６】
上記成分以外にも、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系非晶質材料の熱的安定性を高める目的や超伝導結晶を析出し易くする目的のために、他の成分を１０％以下、５％以下、特に２％以下の範囲で添加してもよい。
【００３７】
本発明の超伝導結晶粉末の製造方法は、上記のように作製されたＣｕ含有材料を例えば小片状又は粉末状にし、Ｃｕ含有材料を挟持体間に挟み込んだ状態で、Ｃｕ含有材料の軟化流動域まで熱処理する工程を有する。
【００３８】
また、Ｂｉ−２２１２結晶を析出させる場合、軟化流動域は９００℃程度であり、それよりも高い温度（好ましくは９２０℃以上、特に９３０℃以上）まで熱処理すると、Ｃｕ含有材料の粘度が低下して、挟持体間の間隔が小さくなるため、挟持体の表面に沿った方向に、超伝導結晶が析出し易くなると共に、挟持体間に気泡等が残留し難くなる。
【００３９】
本発明の超伝導結晶粉末の製造方法において、挟持体は、超伝導結晶と反応し難く、Ｃｕ含有材料の軟化流動域の温度でも軟化変形しないことが好ましく、例えば、Ａｇ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３等が好ましい。特に、Ｂｉ−２２１２結晶を析出させる場合、挟持体として、Ａｇ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＭｇＯ被覆ステンレス、Ａｇで被覆したＰｔ、Ａｇで被覆したＡｕ等が好ましい。
【００４０】
また、挟持体は、超伝導結晶粉末の製造効率の観点から、板状又は箔状が好ましい。挟持体は、単数（例えば、箔状の挟持体を折り曲げて、その中にＣｕ含有材料を介在させる場合）であってもよく、複数（例えば、２つの挟持体の間に、Ｃｕ含有材料を挟み込む場合）でもよい。複数の挟持体を用いる場合、挟持体は同種でもよく、異種でもよい。
【００４１】
剥離面から超伝導結晶粉末を採取した後、挟持体をそのままの状態で再利用してもよく、或いは剥離面を研磨等して再利用してもよい。
【００４２】
本発明の超伝導結晶粉末の製造方法は、０．１〜１５℃／時（好ましくは０．３〜１０℃／時）の速度で冷却して、Ｃｕ含有材料から超伝導結晶を析出させる工程を有する。冷却速度が０．１℃／時より遅いと、冷却時間が長くなり過ぎて、生産効率が低下し易くなり、結晶粒径や配向性等があまり向上しない。一方、冷却速度が１５℃／時より速いと、結晶成長に適した温度域に滞留する時間が短くなるため、結晶粒径が小さくなると共に、配向性が低下し易くなり、結果として、高度に配向した超伝導結晶粉末を作製し難くなる。
【００４３】
なお、Ｂｉ−２２１２結晶を析出させる場合、少なくとも８００℃まで上記の冷却速度を保持すれば十分であり、その後は、熱処理試料が破損しない程度の速度で冷却すればよい。
【００４４】
本発明の超伝導結晶粉末の製造方法は、挟持体を剥離して、剥離面から超伝導結晶粉末を採取する工程を有する。超伝導結晶粉末を採取する方法として、作業性の点で、剥離面に粘着シート（例えば、スコッチテープ等の粘着テープ等）を貼り付けた後、粘着シートを剥がす方法が好ましい。また、剥離面をヘラや刃物で擦る方法も好ましい。
【００４５】
超伝導結晶粉末のアスペクト比（ａ−ｂ軸面方向の平均長さ／ｃ軸方向の長さ）は３より大きいことが好ましく、５より大きいことがより好ましい。このようにすれば、超伝導結晶粉末の配向性を高め易くなる。
【００４６】
本発明の超伝導結晶粉末の製造方法では、得られた超伝導結晶粉末を溶媒に懸濁させる工程と、懸濁させた超伝導結晶粉末を濾材で濾取する工程とを有することが好ましい。こうすれば、ａ−ｂ軸面方向がｃ軸方向に対して大きく成長しているため、濾材の表面方向にａ−ｂ軸面が堆積し、結果として、超伝導結晶粉末を高度に配向させることができる。
【００４７】
超伝導結晶粉末を懸濁させる溶媒は、Ｂｉ−２２１２結晶粉末等の超伝導結晶粉末を腐食、変質させないものであれば、概ね使用可能である。特に、アルコール（メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等）、炭化水素（ヘキサン、石油エーテル、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等）、エーテル（ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル等）、エステル（酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸ブチル等）、ケトン（アセトン、エチルメチルケトン等）の有機溶媒が、揮発性が高いため、好ましい。更に、溶媒に対して、分散性を高めるために界面活性剤を添加してもよく、濾取後に超伝導結晶粉末同士の接着性を高めるために接着剤等を添加してもよい。
【００４８】
濾材として、濾紙、メンブランフィルタ、不織布、ガラスクロス、金属メッシュ等が、可撓性を有し、溶媒と超伝導結晶粉末を分離させ易いため、好ましい。特に、濾材の表面凹凸が少ない程、超伝導結晶粉末が配向し易く、好ましい。
【００４９】
濾材は、シート状又はテープ状が好ましい。濾材がシート状又はテープ状であれば、懸濁液内を連続的又は間欠的に移動させることにより、超伝導結晶粉末が高度に配向した超伝導シート又は超伝導テープを容易に作製することができる。更に、レーザースクライブや機械的スクライブによりシートを切断したり、丸めたり、折り畳んだりして、超伝導線材を作製することもできる。
【００５０】
また、濾材で濾取した超伝導結晶粉末を例えばテープ線材等の線材に接着させたり、２本以上の線材で濾材を挟み込むことにより、超伝導線材を作製することもできる。この場合、線材の材質は、ガラス、プラスチック等の非導電性の線材でもよいが、電気伝導性の観点から、金属、特にＡｇが好ましい。なお、線材の材質として金属を用いると、超伝導部分が断線した場合にバイパスとして作用することができる。
【００５１】
超伝導結晶粉末を濾材で濾取した後に、超伝導結晶粉末の構成成分を含む溶液で超伝導結晶粉末を表面処理して焼き固めると、超伝導結晶が成長して、超伝導結晶粉末同士の空隙を埋めて超伝導層を接続し易くなると共に、超伝導結晶粉末同士の接着性が向上し易くなる。
【００５２】
超伝導結晶粉末を濾材で濾取した後、再度、熱処理して超伝導結晶粉末同士を焼き固めてもよいし、樹脂でコートして超伝導結晶粉末を固定してもよい。
【００５３】
得られた超伝導線材の表面をテープで被覆してもよく、樹脂等でコートしてもよい。このようにすれば、超伝導線材の強度を高めることができる。また、補強のために、プラスチック部品や金属部品を取り付けてもよい。
【実施例】
【００５４】
実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
【００５５】
［実施例１］
まずＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系非晶質材料を作製した。組成として、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３  １６．７％、ＳｒＯ  ３３．３％、ＣａＯ  １６．７％、ＣｕＯ  ３３．３％になるように原料を調合し、ライカイ器で混合粉砕した後、アルミナルツボに投入して、８００℃で３時間仮焼きした。次に、アルミナルツボを１２５０℃の電気炉に移し、３０分間溶融した後、得られた融液をツインロールで急冷して、厚さ約０．３ｍｍのフィルムを得た。なお、このフィルムを乳鉢で粉砕して、ＸＲＤを測定したところ、非晶質であることが確認された。
【００５６】
次に、ＸＲＤの測定に用いた粉末１ｇを１５×１５×０．５ｍｍのＭｇＯ単結晶（１００）基板の上に万遍なく配置し、更に別のＭｇＯ単結晶基板を被せた上で、重しとして、その上に約２００ｇの耐火物を載せて、ＭｇＯ単結晶基板間にＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系非晶質材料を挟み込んだ。
【００５７】
上記の状態で電気炉を９５０℃まで昇温した後、毎時１℃で８００℃まで冷却し、更に炉内で半日かけて常温まで冷却した。
【００５８】
２枚のＭｇＯ単結晶基板を剥離して、剥離面をＸＲＤ（薄膜法）で測定したところ、ＭｇＯ単結晶基板の表面方向に、ａ−ｂ軸面が高度に配向したＢｉ−２２１２単結晶が得られた。得られたＢｉ−２２１２単結晶のＳＥＭ写真を図１、２に示す。なお、図１は、断面方向のＳＥＭ写真であり、図２は表面方向（断面に垂直な方向）のＳＥＭ写真である。
【００５９】
スコッチテープによりＭｇＯ単結晶基板からＢｉ−２２１２単結晶粉末を０．１ｇ採取し、その全量を２０ｍＬのエタノールに懸濁させた後、濾紙でＢｉ−２２１２単結晶粉末を濾取し、５０℃で１時間乾燥した。続いて、濾紙を１ｍｍ幅に切断することにより、表面方向にＢｉ−２２１２単結晶粉末が配向した超伝導線材を作製した。
【００６０】
［実施例２］
［実施例１］で作製したＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系非晶質材料を８２０℃で１時間熱処理してＢｉ−２２１２結晶を析出させた後、粉砕して、Ｂｉ−２２１２結晶粉末を得た。次に、Ｂｉ−２２１２結晶粉末１ｇを１５×１５×０．５ｍｍのＡｇ箔の上に万遍なく配置し、更に別のＡｇ箔を被せた上で、重しとして、その上に約２００ｇの耐火物を載せて、Ａｇ箔間にＢｉ−２２１２結晶粉末を挟み込んだ。
【００６１】
上記の状態で電気炉を９５０℃まで昇温した後、毎時１℃で８００℃まで冷却し、更に炉内で半日かけて常温まで冷却した。次に、２枚のＡｇ箔を剥離して、剥離面をＸＲＤ（薄膜法）で測定したところ、Ａｇ箔の表面方向に、ａ−ｂ軸面が高度に配向したＢｉ−２２１２単結晶が得られた。
【００６２】
更に、スコッチテープによりＡｇ箔から０．１ｇのＢｉ−２２１２単結晶粉末を採取し、その全量を２０ｍＬのエタノールに懸濁させた後、濾紙でＢｉ−２２１２単結晶粉末を濾取し、５０℃で１時間乾燥した。続いて、濾紙を１ｍｍ幅に切断することにより、表面方向にＢｉ−２２１２単結晶粉末が配向した超伝導線材を作製した。
【００６３】
［実施例３］
まずＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系非晶質材料を作製した。組成として、モル％で、Ｂｉ２Ｏ３  １１.０％、ＰｂＯ  １．５％、ＳｒＯ  ２５．０％、ＣａＯ  ２５．０％、ＣｕＯ  ３７．５％になるように原料を調合し、ライカイ器で混合粉砕した後、アルミナルツボに投入して、８００℃で３時間仮焼きした。次に、アルミナルツボを１２５０℃の電気炉に移し、３０分間溶融した後、得られた融液をツインロールで急冷して、厚さ約０．３ｍｍのフィルムを得た。なお、このフィルムを乳鉢で粉砕して、ＸＲＤを測定したところ、非晶質であることが確認された。
【００６４】
続いて、得られたフィルムを粗く粉砕し、目開き２ｍｍの篩を通過し、目開き７５μｍの篩を通過しない欠片（約２．０ｇ）を得た。得られた欠片を４枚の１５×１５×０．５ｍｍのＭｇＯ多結晶基板の上に万遍なく配置し、ＭｇＯ多結晶基板を４段に重ねた後、更に別のＭｇＯ多結晶基板を被せた上で、重しとして、その上に約３００ｇのアルミナ耐火物を載せて、ＭｇＯ多結晶基板間にＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系非晶質材料を挟み込んだ。
【００６５】
上記の状態で電気炉を９３０℃まで昇温した後、９３０℃で３０分間保持した上で、毎時５℃で８３０℃まで冷却した。次に、５枚のＭｇＯ多結晶基板を剥離して、剥離面をＸＲＤ（薄膜法）で測定したところ、ＭｇＯ多結晶基板の表面方向に、ａ−ｂ軸面が高度に配向したＢｉ−２２１２結晶が析出していた。更に、剥離面をカッターナイフの刃で擦り、Ｂｉ−２２１２単結晶粉末を採取した。
【００６６】
続いて、０．１ｇのＢｉ−２２１２単結晶粉末を２０ｍＬのエタノールに懸濁させた後、濾紙でＢｉ−２２１２単結晶粉末を濾取し、５０℃で１時間乾燥した。更に、濾紙を１ｍｍ幅に切断することにより、表面方向にＢｉ−２２１２単結晶粉末が配向した超伝導線材を作製した。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の超伝導結晶粉末の製造方法によれば、超伝導粉末、特に高純度のＢｉ−２２１２単結晶粉末を短時間、且つ容易に作製可能である。また、本発明の超伝導結晶粉末の製造方法では、シート又はテープの表面方向に沿って、超伝導結晶が容易に配向させることが可能である。そして、得られた超伝導シート又は超伝導テープを適当な幅で切断すると、送電ケーブル、強磁場発生用コイル等に用いる超伝導線材に好適に使用可能になる。
【図１】
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【図２】
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