(57)【要約】      （修正有）【課題】ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏの組成からなる希土類系酸化物超電導バルク体において、細孔加工を行わずにパルス着磁に適した酸化物超電導バルク体を提供する。【解決手段】ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏの組成を有すると共に、上面１１、下面１２及び側面１３を有する柱状の酸化物超電導バルク体１である。酸化物超電導バルク体１は、第１の組成の組織を有すると共に、柱状を形造る第１の酸化物超電導体１０と、第１の組成とは異なる第２の組成の組織を有すると共に、第１の酸化物超電導体１０の一部に挟み込まれた板状の第２の酸化物超電導体２０とを有する。板状の第２の酸化物超電導体２０は、柱状の第１の酸化物超電導体１０の側面１３から中心軸１４に向かう方向に延びており、第１の酸化物超電導体１０の溶融温度が、第２の酸化物超電導体２０の溶融温度よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶方位の揃ったＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素、６．８≦ｙ≦７．２）中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散した組織を有すると共に、上面、下面及び側面を有する柱状の酸化物超電導バルク体であって、
前記酸化物超電導バルク体は、
第１の組成の前記組織を有すると共に、前記柱状を形造る第１の酸化物超電導体と、
前記第１の組成とは異なる第２の組成の前記組織を有すると共に、前記第１の酸化物超電導体の一部に挟み込まれた板状の第２の酸化物超電導体と、
を有し、
前記板状の前記第２の酸化物超電導体は、前記柱状の前記第１の酸化物超電導体の前記側面から中心軸に向かう方向に延びており、
前記第１の酸化物超電導体の溶融温度が、前記第２の酸化物超電導体の溶融温度よりも高いことを特徴とする、酸化物超電導バルク体。
【請求項２】
前記柱状の前記第１の酸化物超電導体の高さ方向において、前記板状の前記第２の酸化物超電導体は、前記柱状の前記第１の酸化物超電導体の高さの半分以上の領域に存在することを特徴とする、請求項１に記載の酸化物超電導バルク体。
【請求項３】
前記酸化物超電導バルク体の平面視において、前記第２の酸化物超電導体が前記側面から前記中心軸に向かう方向は、前記第１の酸化物超電導体の結晶における［１００］方向又は［１１０］方向の少なくともいずれかに対して沿った方向であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の酸化物超電導バルク体。
【請求項４】
前記柱状の前記第１の酸化物超電導体の前記中心軸を中心として、１対若しくは複数対の前記第２の酸化物超電導体が対称に配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク体の製造方法であって、
前記第２の酸化物超電導体を配置するための切れ込みを有し、上面、下面及び側面を有する柱状の第１の成形体を、前記第１の酸化物超電導体となる前記第１の組成を有する粉体を用いて成形し、
前記第２の酸化物超電導体となる第２の組成を有する粉体を用いて板状の第２の成形体を成形し、前記第２の成形体を前記第１の成形体の前記切れ込みに挿入し、
前記第２の成形体が挿入された前記第１の成形体を、前記第１の酸化物超電導体の溶融温度以上の温度に加熱して、前記第１の成形体及び前記第２の成形体を溶融した後に、前記第１の酸化物超電導体よりも融点が高く、結晶方位の揃ったＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素であり前記第１の酸化物超電導体に含有されるＲＥとは異なる、６．８≦ｙ≦７．２）中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散した組織を有する種結晶を前記第１の酸化物超電導体の中央に設置した状態で、少なくとも前記第２の酸化物超電導体が結晶化する温度まで徐冷することを特徴とする、酸化物超電導バルク体の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク体の製造方法であって、
前記第２の酸化物超電導体を配置するための切れ込みを有し、上面、下面及び側面を有する柱状の前記第１の酸化物超電導体を作製し、
前記第１の酸化物超電導体の前記切れ込みに、
前記第２の酸化物超電導体となる第２の組成を有する粉体を充填し、
或いは、前記第２の酸化物超電導体となる前記第２の組成を有する粉体の成形体若しくは焼結体、又は前記第２の酸化物超電導体を挿入し、
前記粉体、前記粉体の成形体若しくは前記焼結体、又は前記第２の酸化物超電導体が充填又は挿入された前記第１の酸化物超電導体を、前記第１の酸化物超電導体の溶融温度より低く、かつ前記第２の酸化物超電導体の溶融温度より高い温度に加熱して、前記粉体、前記粉体の成形体若しくは前記焼結体、又は前記第２の酸化物超電導体を溶融した後に、少なくとも前記第２の酸化物超電導体が結晶化する温度まで徐冷することを特徴とする、酸化物超電導バルク体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス着磁に適した酸化物超電導バルク体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
塊状（バルク状）の超電導体は超電導バルク体と呼ばれ、複雑なフィードバック制御システムなしでも安定浮上を実現可能な非接触の軸受となる超電導軸受、磁場中でも大電流を通電可能な電流リードなどの通電素子、強い磁場を遮蔽可能な磁気シールドなどのように、様々な応用が期待されている。超電導バルク体の応用の１つに、従来の永久磁石を凌駕する非常に強力な磁場発生源としての応用があり、このような磁場発生源としての超電導バルク体を超電導バルク磁石という。
【０００３】
超電導バルク磁石の応用に用いられる超電導バルク体は、臨界温度Ｔｃが高く、磁場中での臨界電流密度Ｊｃが高い超電導バルク体であることが望ましい。ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体（ＲＥは、Ｙ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素である。）の臨界温度Ｔｃは、９０Ｋ程度と高く、酸化物の一般的な製法である焼結法で作製されるＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体のバルク体は、多数の結晶粒からなる多結晶状の超電導バルク体である。酸化物超電導バルク体が多結晶である場合には、内部に存在する多数の結晶粒界が超電導電流を阻害するため、臨界電流密度Ｊｃは７７Ｋで１．０×１０３Ａ／ｃｍ２以下であり、低い値となる。
【０００４】
臨界電流密度Ｊｃを改善するために、例えば、以下の特許文献１で開示されているような、溶融結晶成長プロセスが開発されている。このような溶融結晶成長プロセスを適用することにより、結晶方位の揃ったＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ｙは、酸素量であり、６．８≦ｙ≦７．１を満足する。）中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が微細分散した組織を有する、酸化物超電導バルク体を得ることができる。内部に微細分散したＲＥ２ＢａＣｕＯ５相は磁力線をピン止めする機能を有する。かかる酸化物超電導バルク体は、温度が７７Ｋである１Ｔの磁場中において臨界電流密度Ｊｃが１．０×１０４Ａ／ｃｍ２以上という、磁場中でも高い特性を示す。ここで、「結晶方位の揃った」とは、内部に大傾角粒界を含まない単結晶状であることと同義である。
【０００５】
超電導バルク磁石の応用においては、超電導バルク体を励磁する必要がある。超電導バルク体への励磁は、磁場中冷却法やパルス着磁法によって超電導バルク体に磁場を捕捉させることで行われる。ここで、磁場中冷却法とは、目的とする捕捉磁場よりも高い周辺磁場中において超電導バルク体を冷却し、この状態から徐々に周辺磁場を低下させながら、超電導バルク体に磁場を十分に捕捉させる着磁方法である。一方、パルス着磁法とは、超電導バルク体を冷却した後に、パルス的な外部磁場を印加することにより、超電導バルク体に磁場を捕捉させる着磁方法である。磁場中冷却法とパルス着磁法とを比較すると、パルス着磁法は、発電機やモータ等の機器に組み込まれた状態でも着磁可能であり、超電導バルク磁石の応用には優れた着磁方法ではある。
【０００６】
しかし、パルス着磁法では、比較的小さい試料においては、磁場中冷却法と殆ど同じ程度の捕捉磁場が得られるが、体積が２０ｃｍ３程度（直径４ｃｍ、厚さ１．５ｃｍ）以上の大きな試料においては、磁場中冷却法に比べて、超電導バルク体に捕捉される磁場分布の形状が乱れたり、超電導バルク体に捕捉できる磁場強度が低くなってしまったりする。これは、パルス着磁法では、臨界温度以下に冷却してピン止め特性を示す超電導バルク体に、外部から強制的に磁場を試料内部に入れようとするために起こるものである。すなわち、ピン止め特性を示す超電導バルク体は、外部からの磁場の侵入を妨げようとする性質があり、その性質に逆らって強制的に磁場を入れようとしても、パルス磁場強度が低い場合には、磁場は試料内部に侵入できず、パルス磁場強度が高い場合には、超電導特性が僅かに低い部分から高い磁場が急激に試料内部に侵入し、急激な磁場変化のため試料温度が上昇し、結果として、捕捉磁場の磁場分布形状が乱れたり、捕捉磁場の磁場強度が低くなってしまったりするのである。
【０００７】
このような超電導バルク体のパルス着磁での問題を解決するための方法が、例えば特許文献２で開示されている。具体的には、特許文献２には、結晶方位の揃った酸化物超電導バルク体が結晶の（００１）方向の±１０度以内の方向に開けられた複数の細孔を有すると共に、複数の細孔が酸化物超電導バルク体の外周部から中心に向かって動径方向に並んで配置されていることが開示されている。特許文献２によると、酸化物超電導バルク体の外周部から中心に向かって動径方向に設けられている細孔部分がパルス着磁における磁場の侵入口となるため、パルス磁場強度が低い場合でも、比較的容易に試料内部に磁場が侵入することができると、記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平４−４０２８９号公報
【特許文献２】特開平２０１２−１８０２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、酸化物超電導バルク体の外周部から中心に向かって動径方向に細孔を設けることは、その細孔部分がパルス着磁における磁場の侵入口となるため、パルス着磁性能を改善するための有効な手段である。
【００１０】
しかしながら、超電導バルク磁石応用に適した臨界電流密度Ｊｃの高いＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導バルク体は、脆性材料の酸化物系材料であり、チッピングという小さな欠けが生じやすいため、細孔を設ける加工が難しく、手間が煩雑という問題があった。さらに、酸化物超電導バルク材料に細孔を設けると、酸化物超電導バルク材料の機械的強度が低下し、熱衝撃等でクラックが発生し易くなるおそれがあるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明では、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素）の組成からなる希土類系酸化物超電導バルク体において、細孔加工を行わずにパルス着磁に適した酸化物超電導バルク体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の酸化物超電導バルク体およびその製造方法は、以下のとおりである。
（１）結晶方位の揃ったＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素、６．８≦ｙ≦７．２）中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散した組織を有すると共に、上面、下面及び側面を有する柱状の酸化物超電導バルク体であって、
前記酸化物超電導バルク体は、
第１の組成の前記組織を有すると共に、前記柱状を形造る第１の酸化物超電導体と、
前記第１の組成とは異なる第２の組成の前記組織を有すると共に、前記第１の酸化物超電導体の一部に挟み込まれた板状の第２の酸化物超電導体と、
を有し、
前記板状の前記第２の酸化物超電導体は、前記柱状の前記第１の酸化物超電導体の前記側面から中心軸に向かう方向に延びており、
前記第１の酸化物超電導体の溶融温度が、前記第２の酸化物超電導体の溶融温度よりも高いことを特徴とする、酸化物超電導バルク体。
（２）前記柱状の前記第１の酸化物超電導体の高さ方向において、前記板状の前記第２の酸化物超電導体は、前記柱状の前記第１の酸化物超電導体の高さの半分以上の領域に存在することを特徴とする、（１）に記載の酸化物超電導バルク体。
（３）前記酸化物超電導バルク体の平面視において、前記第２の酸化物超電導体が前記側面から前記中心軸に向かう方向は、前記第１の酸化物超電導体の結晶における［１００］方向、または［１１０］方向の少なくともいずれかに対して沿った方向であることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の酸化物超電導バルク体。
（４）前記柱状の第１の酸化物超電導体の前記中心軸を中心として、１対若しくは複数対の前記第２の酸化物超電導体が対称に配置されることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク体。
（５）前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク体の製造方法であって、
前記第２の酸化物超電導体を配置するための切れ込みを有し、上面、下面及び側面を有する柱状の第１の成形体を、前記第１の酸化物超電導体となる第１の組成を有する粉体を用いて成形し、
前記第２の酸化物超電導体となる第２の組成を有する粉体を用いて板状の第２の成形体を成形し、前記第２の成形体を前記第１の成形体の前記切れ込みに挿入し、
前記第２の成形体が挿入された前記第１の成形体を、前記第１の酸化物超電導体の溶融温度以上の温度に加熱して、前記第１の成形体及び前記第２の成形体を溶融した後に、前記第１の酸化物超電導体よりも融点が高く、結晶方位の揃ったＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素であり前記第１の酸化物超電導体に含有されるＲＥとは異なる、６．８≦ｙ≦７．２）中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散した組織を有する種結晶を前記第１の酸化物超電導体の中央に設置した状態で、少なくとも前記第２の酸化物超電導体が結晶化する温度まで徐冷することを特徴とする、酸化物超電導バルク体の製造方法。
（６）前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク体の製造方法であって、
前記第２の酸化物超電導体を配置するための切れ込みを有し、上面、下面及び側面を有する柱状の前記第１の酸化物超電導体を作製し、
前記第１の酸化物超電導体の前記切れ込みに、
前記第２の酸化物超電導体となる第２の組成を有する粉体を充填し、
或いは、前記第２の酸化物超電導体となる前記第２の組成を有する粉体の成形体若しくは焼結体、又は前記第２の酸化物超電導体を挿入し、
前記粉体、前記粉体の成形体若しくは前記焼結体、又は前記第２の酸化物超電導体が充填又は挿入された前記第１の酸化物超電導体を、前記第１の酸化物超電導体の溶融温度より低く、かつ前記第２の酸化物超電導体の溶融温度より高い温度に加熱して、前記粉体、前記粉体の成形体若しくは前記焼結体、又は前記第２の酸化物超電導体を溶融した後に、少なくとも前記第２の酸化物超電導体が結晶化する温度まで徐冷することを特徴とする、酸化物超電導バルク体の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏの組成からなる希土類系酸化物超電導バルク体において、細孔加工を行わずにパルス着磁に適した酸化物超電導バルク体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク体の一例を示す概念図である
【図２】切れ込みを設けた酸化物超電導バルク体の一例を示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク体の別の態様を示す概念図である。
【図４】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク体の別の態様を示す概念図である。
【図５】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク体の別の態様を示す概念図である。
【図６】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク体の別の態様を示す概念図である。
【図７】本発明の実施例１における酸化物超電導バルク体の態様を示す概念図である。
【図８】本発明の実施例１における酸化物超電導バルク材料の捕捉磁場分布の測定結果を示す図である。
【図９】本発明の実施例２における酸化物超電導バルク体の態様を示す概念図である。
【図１０】本発明の実施例２における酸化物超電導バルク材料の捕捉磁場分布の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
＜超電導バルク体の概要について＞
本実施形態で用いる結晶方位の揃った酸化物超電導バルク体（以下、「超電導バルク体」ともいう。）は、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体である。より詳細には、本実施形態で用いる結晶方位の揃った酸化物超電導バルク体は、単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ相（１２３相）中に、ＲＥ２ＢａＣｕＯ５相（２１１相）等に代表される非超電導相が分散した組織を有するものである（以下、「ＱＭＧ材料」ともいう。）。特に、直径２０μｍ以下の非超電導相が微細分散した組織を有するものであることが望ましい。ここで、「単結晶状」とは、完全な単結晶のみを指すのではなく、単結晶中に小傾角粒界等のような実用に差し支えない欠陥が存在するものも包含するものとする。１２３相及び２１１相における構成元素ＲＥは、Ｙ及び希土類元素からなる群より選択される少なくとも１種以上から選択される。ただし、希土類元素としてＣｅ、Ｐｒ、Ｐｍ及びＴｂを含有する場合には、超電導体とはならないため、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ及びＴｂは、上記ＲＥからは除外される。すなわち、１２３相及び２１１相における構成元素ＲＥは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる希土類元素、Ｙ及びこれら元素の組み合わせから選択される。ただし、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄを含む１２３相は、１：２：３の化学量論組成から外れ、ＲＥのサイトにＢａが一部置換した状態になることもある。また、非超電導相である２１１相においても、Ｌａ、Ｎｄは、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕとは幾分異なり、金属元素の比が非化学量論的組成であったり、結晶構造が異なったりすることが知られている。
【００１７】
前述のＢａ元素の置換は、臨界温度を低下させる傾向がある。また、より酸素分圧の小さい環境においては、Ｂａ元素の置換が抑制される傾向にある。
【００１８】
このような単結晶状の酸化物超電導バルク体は、セラミックスの一般的な製法である焼結法ではなく、以下で詳述するような、焼結温度よりも高い溶融温度以上に成形体を昇温して半溶融状態にした後、徐冷中に結晶成長させるという、溶融結晶成長法で製造される。
【００１９】
１２３相は、以下に示すような、２１１相と、ＢａとＣｕとの複合酸化物からなる液相との包晶反応により生成する。
２１１相＋液相（ＢａとＣｕの複合酸化物）→１２３相
そして、この包晶反応により、１２３相が生成する温度（Ｔｆ：１２３相生成温度）は、ほぼＲＥ元素のイオン半径に関連し、ＲＥ元素のイオン半径の減少に伴いＴｆも低くなる。また、低酸素雰囲気及びＡｇ添加に伴い、Ｔｆは低下する傾向にある。
【００２０】
単結晶状の１２３相中に２１１相が微細分散した材料は、１２３相が結晶成長する際、未反応の２１１粒が１２３相中に取り残されるためにできる。即ち、上記バルク材は、以下に示す反応により生成する。
２１１相＋液相（ＢａとＣｕの複合酸化物）→１２３相＋２１１相
【００２１】
ＱＭＧ材料中の２１１相の微細分散は、臨界電流密度Ｊｃ向上の観点から、極めて重要である。ＱＭＧ材料中に、上記のような構成元素に加えて、Ｐｔ、Ｒｈ又はＣｅの少なくとも一つを微量添加することも可能である。Ｐｔ、Ｒｈ又はＣｅの少なくとも一つを微量添加することで、半溶融状態（すなわち、２１１相と液相とからなる状態）での２１１相の粒成長が抑制され、結果的に、ＱＭＧ材料中の２１１相の粒径を約１μｍ程度に微細化することができる。これらの元素の添加量は、微細化効果が現れる量を添加することが好ましい。また、材料コストの観点から、これらの元素の添加量は、例えば、それぞれ、Ｐｔ：０．２〜２．０質量％、Ｒｈ：０．０１〜０．５質量％、Ｃｅ：０．５〜２．０質量％であることが望ましい。添加されたＰｔ、Ｒｈ及びＣｅは、１２３相中に一部固溶する。また、添加されたＰｔ、Ｒｈ及びＣｅのうち、固溶できなかった残分は、ＢａやＣｕとの複合酸化物を形成し、材料中に点在することになる。ＱＭＧ材料は、バルク体全体として、４回回転対称性の結晶構造を有している。
【００２２】
ここで、１２３相中の２１１相の割合は、臨界電流密度Ｊｃの特性及び機械強度の観点から、例えば、５〜３５体積％であることが望ましい。また、超電導バルク体中には、５０〜５００μｍ程度のボイド（気泡）が５〜２０体積％程度存在することが一般的である。更に、超電導バルク体中に、上記のような元素に加えてＡｇを更に添加することも可能である。Ａｇを更に添加した場合、超電導バルク体は、Ａｇの添加量に応じて、粒径が１〜５００μｍ程度のＡｇ又はＡｇ化合物を０体積％超２５体積％以下含むようになる。
【００２３】
また、結晶成長後のバルク体は、酸素欠損量（ｘ）が０．５〜０．８程度となることで、半導体的あるいは絶縁材料的な抵抗率の温度変化を示す。このような結晶成長後のバルク体を、各ＲＥ系に応じて６２３Ｋ〜８７３Ｋの温度で１００時間程度、酸素雰囲気中においてアニールすることにより、酸素が超電導バルク体中に取り込まれ、酸素欠損量（ｘ）は、０．２以下となり、良好な超電導特性を示す。このとき、超電導相中には、双晶構造が生成する。しかしながら、このような双晶構造も含め、本明細書においては、「単結晶状」と称することとする。
【００２４】
なお、かかる酸化物超電導バルク体を例えば超電導バルク磁石として利用するには、結晶成長後の酸化物超電導バルク体を、円板形状、四角形状、扇形状、瓦形状等といった所定の形状に加工した上で、上記のような酸化物超電導バルク体の酸素アニールを行うことが求められる。
【００２５】
＜本実施形態に係る酸化物超電導バルク体の詳細な説明＞
以下では、本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク体について、図に沿って説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１の一例を示す概念図である。本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１は、結晶方位の揃ったＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素、６．８≦ｙ≦７．２）中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散した組織を有すると共に、上面１１、下面１２、及び側面１３を有する柱状の酸化物超電導バルク体である。酸化物超電導バルク体１は、図１に模式的に示したように、柱状の形状を形造る第１の酸化物超電導体１０と、第１の酸化物超電導体１０の一部に挟み込まれた板状の第２の酸化物超電導体２０とを有する。板状の第２の酸化物超電導体２０は、柱状の第１の酸化物超電導体１０の側面１３から中心軸１４に向かう方向に細長く延びるように貫入している。また、第１の酸化物超電導体１０は、上記組織を有すると共に、第１の組成を有し、第２の酸化物超電導体２０は、上記組織を有すると共に、上記第１の組成とは異なる第２の組成を有する。例えば、後述するように、第１の組成の構成元素ＲＥには、第２の組成の構成元素ＲＥと異なる元素が選択されてもよい。また、第１の組成又は第２の組成の少なくともいずれか一方は、Ｐｔ、Ｒｈ又はＣｅのうち少なくとも一つを含んでいてもよい。更に、第１の組成又は第２の組成の少なくともいずれか一方はＡｇを含んでいてもよい。上記のように、第１の組成と第２の組成とは互いに異なる組成である。
【００２７】
第１の酸化物超電導体１０の第１の組織及び第２の酸化物超電導体２０の第２の組織はいずれも、結晶方位の揃ったＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素、６．８≦ｙ≦７．２）中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散した組織であるが、第１の組織を構成する元素と第２の組織を構成する元素が異なる。例えば、第１の組織の元素ＲＥと第２の組織の元素ＲＥとが異なってもよい。詳細には、第１の組織の構成元素ＲＥには、第２の組織の構成元素ＲＥとして用いられる元素より溶融温度が高い元素が選択されてもよい。具体的には、例えば、第１の組織の構成元素ＲＥとしてＧｄを用い、第２の組織の構成元素ＲＥとしてＹを用いることが可能であり、また、第１の組織の構成元素ＲＥとしてＥｕを用い、第２の組織の構成元素ＲＥとしてＨｏを用いることが可能である。また、ＲＥの元素が同じ場合であっても、第１の酸化物超電導体１０と第２の酸化物超電導体２０とで、添加する銀の量を変えて、第１の酸化物超電導体１０の溶融温度を第２の酸化物超電導体２０の溶融温度よりも高くすることで、適用可能となる。
【００２８】
本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１及び第１の酸化物超電導体１０の形状は、例えば図１に示すように高さＨ、半径ｒを有する円柱状である。しかし、本発明の酸化物超電導バルク体及び第１の酸化物超電導体の形状は、上記円柱状の例に限られず、上面、下面及び側面を有する柱状であればよく、例えば、角柱状（例えば、三角柱、四角柱、ひし形柱、六角柱などを含む。）であってもよい。さらに、本発明の酸化物超電導バルク体及び第１の酸化物超電導体の形状は、例えば、楕円柱、円錐台、レーストラック柱、円錐台、角錐台、楕円錐台、レーストラック錐台などであってもよい。なお、レーストラック柱、レーストラック錐台とは、一対の直線と一対の曲線が組み合わされたレーストラック状の上下面を有する柱、錐台を意味する。
【００２９】
また、第２の酸化物超電導体２０は、例えば図１に示すように、長さｌ、幅ｗ及び高さｈの矩形の平板状の形状を有する。ここで、第２の酸化物超電導体２０の幅ｗは、第２の酸化物超電導体２０の板厚に相当し、長さｌは、第１の酸化物超電導体１０に対する第２の酸化物超電導体２０の貫入長さに相当する。なお、第２の酸化物超電導体２０は、上記の矩形の平板状の例に限られず、第１の酸化物超電導体１０に挟み込まれる板状であれば、矩形以外の任意の形状の平板状であってもよいし、或いは、任意の形状の湾曲板状、楔形状（図３（ｂ）参照。）などであってもよい。
【００３０】
さらに、第１の酸化物超電導体１０の溶融温度は、第２の酸化物超電導体２０の溶融温度よりも高くなっている。
【００３１】
図１では、酸化物超電導バルク体１の側面１３から中心軸１４に向かう方向に、第２の酸化物超電導体２０からなる上面１１から下面１２に亘る板状領域が設けられている。この中心軸１４に向かう方向に細長く延びた第２の酸化物超電導体２０がパルス着磁における磁場の侵入口となる。そのため、パルス磁場強度が低い場合でも、比較的容易に試料内部に磁場が侵入することができる。なお、図１では、側面１３から中心軸１４に向かう方向に沿って設けられ、細長く伸びた第２の酸化物超電導体２０の板厚が一定の板状となっているが、第２の酸化物超電導体２０は、板厚が一定の板状に限定するものではない。第２の酸化物超電導体２０は、例えば、図３のように側面１３から中心軸１４に向かう方向に細く長く延びた長さｌを有する板状であればよく、図３（ｂ）に示す第２の酸化物超電導体２０Ａのように中心軸１４に向かって板厚が小さくなっていく三角形状や、図３（ｃ）に示す第２の酸化物超電導体２０Ｂのように中心軸１４に近い側の端部が丸みのある形状などとすることが可能であり、形状を特定するものではない。また、本発明の課題解決効果を奏する板状であれば、第２の酸化物超電導体２０は、中心軸１４に向かうほど板厚が厚くなるような板状や、途中部分の板厚が厚くなるような板状でも構わない。但し、中心軸１４に向かうほど酸化物超電導バルク体１に捕捉される捕捉磁場が大きくなることから、第２の酸化物超電導体２０は、図３（ａ）〜（ｃ）に例示するような板状であることが好ましい。
【００３２】
本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１は、試料全体が結晶方位の揃った単結晶状であるが、第１の酸化物超電導体１０の溶融温度が第２の酸化物超電導体２０の溶融温度よりも高くなる構成とすることで、後述する製造方法によって酸化物超電導バルク体１を製造する過程において、第１の酸化物超電導体１０が最初に結晶化し、その後、第２の酸化物超電導体２０が結晶化することになる。あるいは、第１の酸化物超電導体１０を種結晶として、第２の酸化物超電導体２０が結晶化することになる。その結果、試料全体の結晶方位は揃っていて、超電導電流は試料全体を流れることができるが、第２の酸化物超電導体２０付近の超電導特性が若干低くなる。これは、酸化物超電導バルク材に細孔を設けると、細孔付近の超電導体の体積分率が小さくなることで、細孔付近の超電導特性が若干低くなることと同じ効果をもたらし、第２の酸化物超電導体２０は、パルス着磁における磁場の侵入口となる。なお、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体ではＲＥサイトによって溶融温度が異なるので、第１の酸化物超電導体１０の溶融温度を第２の酸化物超電導体２０の溶融温度より高くすることは、ＲＥサイトの元素を適当に選択することで可能になる。更に、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体の溶融温度は銀添加によって低下するので、第１の酸化物超電導体１０の溶融温度を第２の酸化物超電導体２０の溶融温度より高くすることは、第２の酸化物超電導体２０の銀添加量を多くすることで可能になる。
【００３３】
一方、図２のように、酸化物超電導バルク体１の外周部に切れ込み３０を入れても、切れ込み３０が同様にパルス着磁に対して磁場の侵入口としての機能を有することができ、試料内部には磁場が侵入できるが、切れ込み３０には超電導電流が流れないために、酸化物超電導バルク体１に捕捉される最終的な捕捉磁場の分布形状は綺麗な同心円状にはならない。超電導バルク磁石の捕捉磁場分布は、試料中央部が高く、試料外周部が低い磁場分布になるが、本実施形態である、例えば図１のような第２の酸化物超電導体２０は、捕捉磁場が低くなる側面１３側に設けられているので、最終的な酸化物超電導バルク体１の状態で超電導電流を阻害することはない。よって、第２の酸化物超電導体２０は、パルス着磁での磁場の侵入口になると共に、最終的な捕捉磁場の分布形状は綺麗な同心円状になる。そのため、本実施形態によって、パルス着磁性能に優れた酸化物超電導バルク体１を提供することができる。
【００３４】
第２の酸化物超電導体２０の高さｈの方向は、酸化物超電導バルク体１の結晶の［００１］方向、即ち、結晶のｃ軸方向である。単結晶状の酸化物超電導バルク体１の場合、超電導電流は結晶の（００１）面（以下、ａｂ面と呼称する。）の面内に流れ易い。単結晶状の酸化物超電導バルク体１は、ａｂ面が積層している構造を有する。従って、細長く延びた第２の酸化物超電導体２０の高さｈの方向を［００１］方向に近づけることによって、磁場の侵入口となる箇所が各ａｂ面内で揃うことにより、磁場の侵入口としての機能が高まる。第２の酸化物超電導体２０の高さｈの方向が［００１］方向から±１０度以内の範囲であれば、同様の効果を有することができる。しかし、第２の酸化物超電導体２０の高さｈの方向が、［００１］方向から±１０度よりも大きくなると、各ａｂ面内での磁場の侵入口となる位置のずれが大きくなるため、第２の酸化物超電導体２０は、パルス着磁での磁場侵入口としての機能が低下する可能性がある。
【００３５】
第２の酸化物超電導体２０の幅ｗは、図１に示すように幅ｗ（板厚）が一定である場合、および、図３に示すように幅ｗが変わる場合共に、０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下の範囲に収めることが好ましい。第２の酸化物超電導体２０の幅が３ｍｍを超えると最終的な酸化物超電導バルク体１に捕捉される捕捉磁場への影響が大きくなることがある。具体的には、酸化物超電導バルク体１は、後述するように、例えば、第１の酸化物超電導体１０の切れ込み３０に、第２の酸化物超電導体２０となる材料を充填し熱処理することで製造される。熱処理時に、第２の酸化物超電導体２０となる材料は、切れ込み３０の両側面から結晶成長するため、結晶成長後の第２の酸化物超電導体２０の内部には、２方向から結晶成長するために生じる境界面が残留することがある。この境界面により、第２の酸化物超電導体２０の超電導特性は、第１の酸化物超電導体１０の超電導特性と比較して低下する。このような超電導特性が若干低い第２の酸化物超電導体２０の幅が３ｍｍを超えると、試料全体の中で超電導特性が低い部分の割合が増え、酸化物超電導バルク体１の内部を流れる超電導電流の分布が同心円状からずれる結果、捕捉磁場の分布の形状が同心円状にならなくなる。逆に、第２の酸化物超電導体２０の幅が０．１ｍｍより小さくなると製造が難しくなることがある。また、第２の酸化物超電導体２０は、柱状の酸化物超電導バルク体１の上面１１から下面１２に亘る高さ方向において、酸化物超電導バルク体１の高さＨの半分以上の領域に存在することが好ましく、上面１１から下面１２まで貫通していると好ましい。第２の酸化物超電導体２０の高さｈが酸化物超電導バルク体１の高さＨの長さの半分未満であると、磁場の侵入口としての機能が大幅に低下し、酸化物超電導バルク体１の内部に磁場が侵入しづらくなる。また、第２の酸化物超電導体２０の高さ方向の位置については、最上面側または最下面側から磁場が侵入し易いと考えられるので、最上面側又は最下面側の少なくともいずれか一方には、第２の酸化物超電導体２０が露出することが好ましい。
【００３６】
第２の酸化物超電導体２０は、酸化物超電導バルク体１の側面１３から中心軸１４に向かう方向に設けられる。図１に示すように、この第２の酸化物超電導体２０は、中心軸１４まで到達しなくてもよいし、第２の酸化物超電導体２０が側面１３から中心軸１４まで到達するように設けられてもよい。第２の酸化物超電導体２０がパルス磁場での磁場侵入口としての機能を果たすためには、側面１３から中心軸１４までの酸化物超電導バルク体１の長さの１／３程度以上の長さとなるように、第２の酸化物超電導体２０の長さｌを設ける方が好ましい。パルス着磁における磁場は、酸化物超電導バルク体１の側面１３から侵入することになるので、第２の酸化物超電導体２０は、酸化物超電導バルク体１の側面１３側に設ける必要がある。第２の酸化物超電導体２０が酸化物超電導バルク体１の中心軸１４側にあって側面１３側にない場合には、第２の酸化物超電導体２０は、パルス着磁での磁場侵入口としての機能が低下する。
【００３７】
図４に示すように、酸化物超電導バルク体１の平面視において、板状の第２の酸化物超電導体２０が第１の酸化物超電導体１０の側面１３から中心軸１４に向かう方向（以下、第２の酸化物超電導体２０の延長方向又は長さｌの方向ともいう。）が第１の酸化物超電導体１０の結晶の［１００］方向あるいは［１１０］方向に対して沿った方向になるように、第２の酸化物超電導体２０を第１の酸化物超電導体１０の内部に配置することが好ましい。例えば、第２の酸化物超電導体２０の延長方向は、第１の酸化物超電導体１０の結晶の［１００］方向あるいは［１１０］方向に対して１０度以内であることが好ましい。高性能な酸化物超電導バルク体１は、溶融状態から徐冷させながら結晶成長させることによって製造され、単結晶状の材料となる。単結晶状の材料では結晶方位によって特性が変化する。酸化物超電導バルク体１の場合、結晶の［１００］方向、あるいは［１１０］方向から磁場が入り易い、あるいは磁場が捕捉され易いので、その結晶の方向と、第２の酸化物超電導体２０の延長方向とを一致させると、第２の酸化物超電導体２０は、パルス磁場での磁場侵入口としての機能が一層高まるので望ましい。第２の酸化物超電導体２０は、図４に示すように１ヶ所に設けてもよいし、結晶の対称性を反映して、柱状の酸化物超電導バルク体１において、中心軸１４を挟んで対称に、１対の第２の酸化物超電導体２０又は複数対の第２の酸化物超電導体２０が存在するように設けてもよい。例えば、図５（ａ）に示すように、［１１０］方向に中心軸１４を挟んで対称となるような１対の第２の酸化物超電導体２０が設けられてもよいし、図５（ｂ）に示すように、［１１０］方向に中心軸１４を挟んで対称となるような２対の第２の酸化物超電導体２０が設けられてもよい。また、［１１０］方向に中心軸１４を挟んで対称となるような２対の第２の酸化物超電導体２０、及び［１００］方向に中心軸１４を挟んで対称となるような２対の第２の酸化物超電導体２０が設けられてもよい。また、［１１０］方向に沿った１対の第２の酸化物超電導体２０と、［１００］方向に沿った１対の第２の酸化物超電導体２０とが、中心軸１４に対して対称性を有するように設けられてもよい。
【００３８】
酸化物超電導バルク体１を超電導バルク磁石として使用する場合には、酸化物超電導バルク体１の形状としては、円板形状（円柱）の場合が多いが、四角形状（角柱）等、他の形状でも超電導バルク磁石として使用可能である。例えば、角柱の酸化物超電導バルク体１の場合でも、側面１３から中心軸１４に向かう方向に第２の酸化物超電導体２０を設ければよいが、図６に示すように、第１の酸化物超電導体１０Ａの形状が角柱状である酸化物超電導バルク体１では、角部から磁場が侵入し易いので、磁場の侵入口としての機能を一層高めるためには、対角線方向に第２の酸化物超電導体２０を設けることが好ましい。
【００３９】
本実施形態における酸化物超電導バルク体１の体積は、約２０ｃｍ３以上７０００ｃｍ３以下とすることが好ましい。例えば、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１が円柱状である場合は、直径４ｃｍ、高さ１．５ｃｍ（体積が約２０ｃｍ３）以上、直径３０ｃｍ以下、高さ１０ｃｍ以下（体積が約７０００ｃｍ３）とするのが好ましい。パルス着磁法では、比較的小さい従来の酸化物超電導バルク体においては、磁場中冷却法と殆ど同じ程度の捕捉磁場が得られるが、体積が２０ｃｍ３程度（直径４ｃｍ、高さ１．５ｃｍ）以上の大きな従来の酸化物超電導バルク体においては、磁場中冷却法に比べて、従来の酸化物超電導バルク体に捕捉される磁場分布の形状が乱れたり、従来の酸化物超電導バルク体に捕捉できる磁場強度が低くなったりしてしまう。一方、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１では、第２の酸化物超電導体２０を設けることでパルス着磁性能が改善されるため、体積が約２０ｃｍ３以上でも良好な捕捉磁場を得ることが可能となる。一方、生産設備を考慮すると、直径が３０ｃｍより大きく、高さが１０ｃｍより大きい酸化物超電導バルク体を作製することは難しい場合がある。
【００４０】
本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１は、成形体の段階で第１の酸化物超電導体１０となる第１の組成を有する粉体と第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する粉体とを含んだ構成にして熱処理する方法（後述する「１つ目の製造方法」）、あるいは、第１の酸化物超電導体１０からなる酸化物超電導バルク体を加工して、第２の酸化物超電導体２０又は第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する材料と一緒に熱処理する方法（後述する「２つ目の製造方法」）によって製造することができる。ここで、第１の酸化物超電導体１０となる粉体の第１の組成は、第２の酸化物超電導体２０となる材料の第２の組成と異なる。詳細には、第１の組成の構成元素ＲＥには、第２の組成の構成元素ＲＥと異なる元素が選択される。具体的には、例えば、第１の組成の構成元素ＲＥとしてＧｄを用い、第２の組成の構成元素ＲＥとしてＹを用いることが可能であり、また、第１の組成の構成元素ＲＥとしてＥｕを用い、第２の組成の構成元素ＲＥとしてＨｏを用いることが可能である。また、第１の組成又は第２の組成の少なくともいずれか一方は、Ｐｔ、Ｒｈ又はＣｅのうち少なくとも一つを含んでいてもよい。更に、第１の組成又は第２の組成の少なくともいずれか一方はＡｇを含んでいてもよい。上記のように、第１の酸化物超電導体１０となる粉体の第１の組成と第２の酸化物超電導体２０となる材料の第２の組成とは互いに異なる組成である。以下にそれぞれの製造方法について詳しく述べる。
【００４１】
１つ目の製造方法は、成形体の段階で第１の酸化物超電導体１０となる第１の組成を有する材料と第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する材料を含んだ構成にする方法である。まず、図２に示すように、第１の酸化物超電導体１０となる第１の組成を有する粉体により成形され、第２の酸化物超電導体２０を配置するための切れ込み３０を有し、上面１１、下面１２、及び側面１３を有する柱状の第１の成形体を成形する。次いで、第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する粉体により板状に成形され、第１の成形体の切れ込み３０に配置される、板状の第２の成形体を作製する。そのような成形体を作るには、例えば、円板形状や四角形状などの所定の形状の金型を用いて第１の酸化物超電導体１０の組成を有する粉体を一軸加圧プレスにて成形し、その成形体の外周部に切削加工等で側面１３から中心軸１４に向かう方向に沿って細長く伸びた板状の切れ込み３０を設けて第１の成形体とする。その切れ込み３０に、第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する粉体を別途一軸加圧プレスして作製した細長く伸びた板状の成形体を貫入して、静水圧プレスすればよい。あるいは、円板形状や四角形状などの所定の形状の金型に粉体を入れる前に、細長く伸びた矩形状の仕切りを設け、第１の酸化物超電導体１０となる第１の組成を有する粉体を金型の矩形状の仕切りの外側の部分に充填し、第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する粉体を細長く伸びた矩形状の仕切りの内部に充填し、一軸加圧プレスする前に細長く伸びた矩形状の仕切りを取外し、最後に静水圧プレスすれば同様の成形体を作ることができる。
【００４２】
第１の酸化物超電導体１０となる第１の組成を有する第１の成形体と第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する第２の成形体とを含んだ成形体を、第１の酸化物超電導体１０の溶融温度以上に加熱して、第１の酸化物超電導体１０となる組成を有する第１の成形体と第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する第２の成形体とを溶融する。その後、第１の酸化物超電導体よりも融点が高く、結晶方位の揃ったＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素、６．８≦ｙ≦７．２）中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散した組織を有し、第１の酸化物超電導体とＲＥが異なる種結晶を、第１の酸化物超電導体の中央付近に設置した状態で、少なくとも第２の酸化物超電導体２０が結晶化する温度まで徐冷することで、酸化物超電導バルク体１を製造することができる。種結晶は、徐冷温度までの降温中に、例えば第１の酸化物超電導体１０の中央部に設置する。種結晶を設置した状態で試料全体を徐冷することで、溶融温度が高い第１の酸化物超電導体１０が先に結晶成長し、その後溶融温度が低い第２の酸化物超電導体２０が第１の酸化物超電導体１０の結晶方位に沿って結晶成長することになり、最終的に試料全体を結晶方位が揃った単結晶状の酸化物超電導バルク体１にすることができる。このような熱処理を行うことによって、第１の酸化物超電導体１０と第２の酸化物超電導体２０の結晶方位が揃い、第１の酸化物超電導体１０と第２の酸化物超電導体２０の境界を横切って超電導電流が流れることができるようになる。酸素アニール処理は、通常の酸化物超電導バルク体と同様に、結晶成長後の酸化物超電導バルク体を円柱、角柱等といった所定の形状に加工した後に行えばよい。
【００４３】
２つ目の製造方法は、第１の酸化物超電導体１０からなる酸化物超電導バルク体を加工して、第２の酸化物超電導体２０、又は、第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する粉体、或いは第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する粉体の成形体若しくは焼結体と、第１の酸化物超電導体１０とを一緒に熱処理する方法である。例えば、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１は、以下のようにして製造される。まず、図２に示すように、第２の酸化物超電導体２０を配置するための切れ込み３０を有し、上面１１、下面１２及び側面１３を有する柱状の第１の酸化物超電導体１０を作製する。次に、第１の酸化物超電導体１０の切れ込み３０に、第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する粉体を充填する。又は、第１の酸化物超電導体１０の切れ込み３０に、第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する粉体の成形体又は焼結体を挿入する。或いは、第１の酸化物超電導体１０の切れ込み３０に、第２の酸化物超電導体２０を挿入する。
【００４４】
ここで、第１の酸化物超電導体１０となる第１の組成を有する酸化物超電導バルク体は、通常の溶融結晶成長法で作製し、第１の酸化物超電導体１０の側面１３から中心軸１４に向かう方向に細長く伸びた板状の切れ込み３０を有する柱状、例えば、円柱や角柱等に加工することで製造される。次に、上述したように、細長く伸びた板状の切れ込み３０に第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する粉体を充填する、あるいは第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する成形体や焼結体、又は溶融結晶成長法で作製した第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する酸化物超電導バルク体から細長く伸びた板状の切れ込み３０のサイズに合わせて切り出したものを挿入する。
【００４５】
上記のように、第２の酸化物超電導体２０、又は、第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する粉体、或いは第２の酸化物超電導体２０となる第２の組成を有する粉体の成形体若しくは焼結体を、第１の酸化物超電導体１０からなる酸化物超電導バルク体に設けた切れ込み３０に入れた状態で、第１の酸化物超電導体１０の溶融温度よりは低く、かつ第２の酸化物超電導体２０の溶融温度よりは高い温度に加熱して、第２の酸化物超電導体２０を溶融する。その後、少なくとも第２の酸化物超電導体２０が結晶化する温度まで徐冷する。この場合、第１の酸化物超電導体１０は溶融せず、第１の酸化物超電導体１０が第２の酸化物超電導体２０が結晶化する際の種結晶として機能することにより、試料全体を結晶方位が揃った単結晶状にすることができる。このような熱処理を行うことによって、第１の酸化物超電導体１０と第２の酸化物超電導体２０の結晶方位が揃い、第１の酸化物超電導体１０と第２の酸化物超電導体２０の境界を横切って超電導電流が流れることができるようになる。酸素アニール処理は、必要に応じて最終形状に加工した後に、通常の酸化物超電導バルク体と同様に行えばよい。
【００４６】
以上、本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク体１の種々の態様について説明した。
【００４７】
なお、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１の態様は、図１、図３〜図５に示した例に限定されない。すなわち、酸化物超電導バルク体１が第１の酸化物超電導体１０と第２の酸化物超電導体２０を含み、第２の酸化物超電導体２０が第１の酸化物超電導体１０の内部に、側面１３から中心軸１４に向かう方向に板状に存在し、第１の酸化物超電導体１０の溶融温度が第２の酸化物超電導体２０の溶融温度よりも低い酸化物超電導バルク体であれば、酸化物超電導バルク体１の態様は特に限定されない。
【実施例】
【００４８】
（実施例１）
本実施例では、図７を用いて、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１の有効性について説明する。図７（ａ）は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１であり、図７（ｂ）は、比較のための従来例の酸化物超電導バルク体である。ここで。図７（ａ）に示した試料を試料Ａ、図７（ｂ）に示した試料を試料Ｂと呼ぶ。
【００４９】
まず、試料Ａ、試料Ｂを構成する第１の酸化物超電導体１０の仮焼粉Ｃの製造手順について述べる。市販されている純度９９．９質量％のガドリニウム（Ｇｄ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末、すなわち、純度９９．９質量％以上のＧｄ２Ｏ３、ＢａＯ２、ＣｕＯを、Ｇｄ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．６：２．３：３．３のモル比で秤量し、秤量した酸化物粉末の合計質量に対して、酸化セリウム（ＣｅＯ２）をセリウム換算で１質量％と、酸化銀（Ａｇ２Ｏ）を銀換算で１０質量％とを加えた。この秤量粉を２時間かけて十分に混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼して、仮焼粉Ｃを得た。この仮焼粉Ｃから製造された第１の酸化物超電導体１０の溶融温度は１２７７Ｋであった。
【００５０】
次に、試料Ａを構成する第２の酸化物超電導体２０の仮焼粉Ｄの製造手順について述べる。市販されている純度９９．９質量％のイットリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末、すなわち、純度９９．９質量％以上のＹ２Ｏ３、ＢａＯ２、ＣｕＯを、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．６：２．３：３．３のモル比で秤量し、秤量した酸化物粉末の合計質量に対して、酸化セリウム（ＣｅＯ２）をセリウム換算で１質量％と、酸化銀（Ａｇ２Ｏ）を銀換算で１０質量％とを加えた。この秤量粉を２時間かけて十分に混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼して、仮焼粉Ｄを得た。この仮焼粉Ｄから製造された第２の酸化物超電導体２０の溶融温度は１２４３Ｋであった。
【００５１】
試料Ａの成形体については、金型を用いて成形する際に、金型内に０.１ｍｍ厚の銅板で矩形状に作った仕切り板を１か所設置して、矩形状仕切り板の内側に仮焼粉Ｄを、その他の部分に仮焼粉Ｃを入れてから矩形状仕切り板を取り除き、一軸加圧成形でプレスした後、静水圧プレスを行い作製した。試料Ｂの成形体については、同じ金型で、矩形状仕切り板を設けずに仮焼粉Ｃを用いて、一軸加圧プレス後に静水圧プレスを行い作製した。得られた試料Ａの成形体と試料Ｂの成形体を１４２３Ｋまで加熱して溶融状態にし、３０分間保持した後、降温途中で種付けを行い、１２７８Ｋ〜１２４２Ｋの温度領域を１００時間かけて徐冷して結晶成長させ、その後、炉冷で最終的に室温（３００Ｋ）まで冷却した。種付けは、Ｓｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体の種結晶を第１の酸化物超電導体の中央付近に設置した。
【００５２】
上述した製造方法で作製した試料Ａと試料Ｂは、単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が微細分散した組織を有しており、ＲＥ２ＢａＣｕＯ５の大きさは平均１〜２μｍであった。結晶成長直後の試料の大きさは、どちらも直径５０ｍｍ、高さ２０ｍｍ程度であった。得られた試料を、乾式加工により、直径４６ｍｍ、高さ１５ｍｍに加工した。加工後の試料Ａにおいて、第２の酸化物超電導体２０の幅ｗは２ｍｍ、長さｌは１０ｍｍ、高さｈは１５ｍｍであった。加工後の試料Ａと試料Ｂを酸素雰囲気中で７２３Ｋ〜６７３Ｋの温度領域を１００時間程度熱処理した。
【００５３】
試料Ａと試料Ｂにおける磁場中冷却条件による液体窒素中での捕捉磁場特性を調べるため、超電導マグネットを用いて試料Ａおよび試料Ｂに磁場を捕捉させ、液体窒素中での捕捉磁場分布をホール素子にて測定した。磁場中冷却の条件は、外部印加磁場は３Ｔで、最大印加磁場までの励磁時間及び最大印加磁場からの消磁時間は１５分とした。試料Ａと試料Ｂのどちらにおいても、磁場中冷却条件での捕捉磁場分布は綺麗な同心円状をしていた。このことから、試料Ａと試料Ｂのどちらも結晶成長が良好であることが分かった。
【００５４】
次に、パルス着磁装置を用いて、試料Ａと試料Ｂにおけるパルス着磁による液体窒素中での捕捉磁場特性を調べた。パルス着磁の条件は、最大印加磁場６Ｔ、最大印加磁場までの時間５ミリ秒とした。図８に、試料Ａと試料Ｂの捕捉磁場の磁場分布結果を示す。試料Ｂの捕捉磁場分布は、複数の磁場ピークを有する乱れた磁場分布になったのに対して、試料Ａの捕捉磁場分布は、きれいな同心円状の磁場分布になった。本結果から、本実施例に係る酸化物超電導バルク体１は、パルス着磁性能に優れていることが確認できた。
【００５５】
従って、本結果から、酸化物超電導バルク体を、第２の酸化物超電導体２０が第１の酸化物超電導体１０の内部に側面１３から中心軸１４に向かう方向に板状に存在するように構成することにより、細孔加工を行わずにパルス着磁に適した酸化物超電導バルク体１を提供することができることが示された。なお、パルス着磁に適した酸化物超電導バルク体とするために試料Ｂに対してφ１ｍｍのドリルにて細孔加工を実施したが、ドリルの折れが発生して所望の細孔加工が施された酸化物超電導バルク体が得られず、当該試料を廃棄する場合が発生した。
【００５６】
（実施例２）
本実施例では、図９を用いて、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１の有効性について説明する。図９（ａ）は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１であり、図９（ｂ）は、比較のための従来例の酸化物超電導バルク体である。ここで。図９（ａ）に示した試料を試料Ｅ、図９（ｂ）に示した試料を試料Ｆと呼ぶ。
【００５７】
まず、試料Ｅ、試料Ｆを構成する第１の酸化物超電導体１０の仮焼粉Ｇの製造手順について述べる。市販されている純度９９．９質量％のユーロピウム（Ｅｕ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末、すなわち、純度９９．９質量％以上のＥｕ２Ｏ３、ＢａＯ２、ＣｕＯを、Ｇｄ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．８：２．４：３．４のモル比で秤量し、秤量した酸化物粉末の合計質量に対して、酸化セリウム（ＣｅＯ２）をセリウム換算で１.５質量％と、酸化銀（Ａｇ２Ｏ）を銀換算で１０質量％とを加えた。この秤量粉を２時間かけて十分に混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼して、仮焼粉Ｇを得た。この仮焼粉Ｇから製造された第１の酸化物超電導体１０の溶融温度は１２９２Ｋであった。
【００５８】
次に、試料Ｅを構成する第２の酸化物超電導体２０の仮焼粉Ｈの製造手順について述べる。市販されている純度９９．９質量％のホルミウム（Ｈｏ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末、すなわち、純度９９．９質量％以上のＨｏ２Ｏ３、ＢａＯ２、ＣｕＯを、Ｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．６：２．３：３．３のモル比で秤量し、秤量した酸化物粉末の合計質量に対して、酸化セリウム（ＣｅＯ２）をセリウム換算で１.５質量％と、酸化銀（Ａｇ２Ｏ）を銀換算で１０質量％とを加えた。この秤量粉を２時間かけて十分に混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼して、仮焼粉Ｈを得た。この仮焼粉Ｈから製造された第２の酸化物超電導体２０溶融温度は１２３８Ｋであった。
【００５９】
試料Ｅと試料Ｆの成形体については、同じ金型で仮焼粉Ｇを用いて、一軸加圧プレス後に静水圧プレスを行い作製した。得られた試料Ｅと試料Ｆの成形体を１４２３Ｋまで加熱して溶融状態にし、３０分間保持した後、降温途中で種付けを行い、１２９３Ｋ〜１２３７Ｋの温度領域を１００時間かけて徐冷して結晶成長させ、その後、炉冷で最終的に室温（３００Ｋ）まで冷却した。どちらの試料も単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が微細分散した組織を有しており、ＲＥ２ＢａＣｕＯ５の大きさは平均１〜２μｍであった。結晶成長直後の試料の大きさは、直径５０ｍｍ、高さ２０ｍｍ程度であった。得られた試料を、乾式加工により、直径４６ｍｍ、高さ１５ｍｍの円柱に加工した。試料Ｅについては、結晶の［１１０］方向に、幅ｗが１ｍｍ、長さｌが１２ｍｍ、高さｈが１５ｍｍの板状の切れ込み３０を中心軸１４に対して対称に４か所設けた。
【００６０】
試料Ｅを構成する第２の酸化物超電導体２０については、金型を用いて仮焼粉Ｈを一軸成形プレス後に静水圧プレスした成形体を１１９８Ｋで１０時間焼結熱処理を行い、得られた焼結体を板厚ｗ１ｍｍ×長さｌ１２ｍｍ×高さｈ１５ｍｍのサイズに４個切り出した。切り出したものを上述した直径４６ｍｍ、高さ１５ｍｍの円柱に設けた４か所の切れ込み３０に入れた状態で、試料全体を１２５３Ｋまで加熱して、試料Ｅを構成する第２の酸化物超電導体２０を溶融状態にし、３０分間保持した後、１２５３Ｋ〜１２２３Ｋの温度領域を徐冷して結晶成長させ、その後、炉冷で最終的に室温（３００Ｋ）まで冷却した。最後に、試料Ｅと試料Ｆを酸素雰囲気中で７２３Ｋ〜６７３Ｋの温度領域を１００時間程度熱処理した。
【００６１】
試料Ｅと試料Ｆにおける磁場中冷却条件による液体窒素中での捕捉磁場特性を調べるため、超電導マグネットを用いて試料に磁場を捕捉させ、液体窒素中での捕捉磁場分布をホール素子にて測定した。磁場中冷却の条件は、外部印加磁場は３Ｔで、最大印加磁場までの励磁時間及び最大印加磁場からの消磁時間は１５分とした。試料Ｅと試料Ｆのどちらにおいても、磁場中冷却条件での捕捉磁場分布は綺麗な同心円状をしていた。このことから、試料Ｅと試料Ｆのどちらも結晶成長が良好であることが分かった。
【００６２】
次に、パルス着磁装置を用いて、試料Ｅと試料Ｆにおけるパルス着磁による液体窒素中での捕捉磁場特性を調べた。パルス着磁の条件は、最大印加磁場５Ｔ、最大印加磁場までの時間４ミリ秒とした。図１０に、試料Ｅと試料Ｆの捕捉磁場の磁場分布結果を示す。試料Ｆの捕捉磁場分布は、複数の磁場ピークを有する乱れた磁場分布になったのに対して、試料Ａの捕捉磁場分布は、きれいな同心円状の磁場分布になった。本結果から、本実施例材は、パルス着磁性能に優れていることが確認できた。なお、パルス着磁に適した酸化物超電導バルク体とするために試料Ｆに対してφ１ｍｍのドリルにて細孔加工を実施したが、ドリルの折れが発生して所望の細孔加工が施された酸化物超電導バルク体が得られず、当該試料を廃棄する場合が発生した。
【００６３】
従って、本結果から、酸化物超電導バルク体を、第２の酸化物超電導体２０が第１の酸化物超電導体１０に側面１３から中心軸１４に向かう方向に板状に存在するように構成することにより、細孔加工を行わずにパルス着磁に適した酸化物超電導バルク体を提供することができることが示された。
【００６４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６５】
１、                    酸化物超電導バルク体
１０、１０Ａ            第１の酸化物超電導体
１１                    上面
１２                    下面
１３                    側面
１４                    中心軸
２０、２０Ａ、２０Ｂ    第２の酸化物超電導体
３０                    切れ込み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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