(57)【要約】【課題】均一な超電導体を製造する超電導体製造用種結晶および種結晶を用いた超電導体の製造方法を提供することにある。【解決手段】ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の製造に用いる種結晶（１０）であって、ＭｇＯの結晶体（１１）と、このＭｇＯの結晶体（１１）上に形成したＲＥ2Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の薄膜（１２）を有し、ＲＥ1は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群から選ばれた少なくとも１以上の元素をさし、ＲＥ2は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち前記ＲＥ1として選ばれた元素と比較して超電導体の融点温度について同じ又はより高い元素の群から選ばれた少なくとも１以上の元素をさす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の製造に用いる種結晶であって、
ＭｇＯの結晶体と、
このＭｇＯの結晶体上に形成したＲＥ2Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の薄膜を有し、
ＲＥ1は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群から選ばれた少なくとも１以上の元素をさし、
ＲＥ2は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち前記ＲＥ1として選ばれた元素と比較して超電導体の融点温度について同じ又はより高い元素の群から選ばれた少なくとも１以上の元素をさす
超電導体製造用種結晶。
【請求項２】
請求項１に記載の種結晶を用いたＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の製造方法であって、
ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の原料成形体の上に前記種結晶を配置し、
ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の融点より高い温度まで前記原料成形体および種結晶を加熱し、
前記融点より低い温度まで前記原料成形体および種結晶を冷却して、ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体を生成する
種結晶を用いた超電導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＲＥ（希土類元素）Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系の超電導体製造用種結晶および種結晶を用いた超電導体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の製造方法の一つに、種結晶を用いた溶融方法がある（特許文献１、２参照）。ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の原料粉末を成形した成形体を加熱炉に入れ、この成形体を融点温度（包晶温度）以上までを加熱する。同成形体が半溶融状態になると、加熱炉の扉を開き、半溶融状態の成形体に種結晶を載せる。次に、加熱炉の扉を閉じて成形体を冷却し、種結晶と接する部位からＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の結晶を成長させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１９３９３８号公報
【特許文献２】特開平９−５１１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記方法では、加熱炉を開けて種結晶を成形体に載せるとき、加熱炉の炉内温度が低下し、均一な超電導体を生成することができなかった。また、複数の超電導体を作製する場合、成形体の数だけ加熱炉の扉を開いてそれぞれ成形体に種結晶を載せるので、超電導体を効率的に製造することができなかった。
【０００５】
そこで、本発明の第１の目的は、均一な超電導体を製造する超電導体製造用種結晶および種結晶を用いた超電導体の製造方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の第２の目的は、超電導体を効率的に製造する超電導体製造用種結晶および種結晶を用いた超電導体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【０００８】
本発明の第１の特徴に係わる超電導体製造用種結晶は、ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の製造に用いる種結晶（１０）であって、ＭｇＯの結晶体（１１）と、このＭｇＯの結晶体（１１）上に形成したＲＥ2Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の薄膜（１２）を有し、ＲＥ1は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる群から選ばれた少なくとも１以上の元素をさし、ＲＥ2は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち前記ＲＥ1として選ばれた元素と比較して超電導体の融点温度について同じ又はより高い元素の群から選ばれた少なくとも１以上の元素をさす。
【０００９】
本発明の第２の特徴に係わる種結晶を用いた超電導体の製造方法は、第１の特徴に記載の種結晶（１０）を用いたＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の製造方法であって、前記ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の原料成形体（２０）の上に種結晶（１０）を配置し、前記ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体の融点より高い温度まで原料成形体（２０）および種結晶（１０）を加熱し、前記融点より低い温度まで原料成形体（２０）および種結晶（１０）を冷却し、ＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体を生成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の特徴によれば、原料成形体の上に種結晶を予め配置できるので、加熱炉を開けることなく加熱炉の炉内温度の低下を防止し、均一な超電導体を製造することができる。
【００１１】
一回の処理で複数の超電導体を作成できるで、超電導体を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】種結晶の概要立面図である。
【図２】種結晶を配置した成形体の概要立面図である。
【図３】成形体が配置された加熱炉を示す概要図である。
【図４】成形体を加熱する温度履歴を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態では、溶融法によるＲＥ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体（以下、ＲＥ1−１２３と称する）結晶の製造に種結晶を用いる。ここで、ＲＥ1は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選ばれた少なくとも１以上の希土類元素である。ＲＥ1は２以上の元素から構成してもよい。
【００１５】
種結晶１０は、図１に示すように、ＭｇＯ結晶体１１と、同結晶体１１に形成したＲＥ2Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体（以下、ＲＥ2−１２３と称する）の薄膜１２を有する。
【００１６】
表１、２は、ＲＥ（Ｒａｒｅ  ｅａｒｔｈ  ｅｌｅｍｅｎｔ）Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体のＲＥのイオン半径及び融点を示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
【表２】
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【００１９】
表１、２において、ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏy系超電導体は融点の高い順に記載されている。
【００２０】
ここで、ＲＥ2は、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの順序のうち、ＲＥ1として選択された元素と比較して超電導体の融点が同じ又はより高い元素からなる群より選択された１以上の希土類元素である。例えば、ＲＥ1としてＮｄを選択した場合、ＲＥ2としてＮｄを選択してもよい。また、ＲＥ2は、２つ以上の元素から構成してもよく、例えば、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｇｄを所定の比率で構成してもよい。
【００２１】
ここで、種結晶１０のＲＥ2−１２３薄膜１２は、ＲＥ1−１２３より高い融点を有する。ＲＥ2とＲＥ1とが同じ元素であっても、１１８０℃の融点を有するＭｇＯ結晶体１１は、ＭｇＯ結晶体１１に接するＲＥ2−１２３薄膜１２の融点をさらに上昇させる。例えば、ＲＥ1、ＲＥ2としてＮｄを選択した場合、Ｎｄ−１２３薄膜１２は、ＭｇＯ結晶体１１の影響により、Ｎｄ−１２３よりも高い融点温度を有する。これにより、ＲＥ2−１２３薄膜１２は、ＲＥ1−１２３の融点より高い温度に加熱されても、溶融せずに、固相状態を維持することができる。
【００２２】
また、ＲＥ2−１２３とＲＥ1−１２３とは近似の格子定数を有する。これにより、ＲＥ2−１２３の結晶面はＲＥ1−１２３のエピタキシャル結晶成長を促す。
【００２３】
次に、ＲＥ1−１２３の製造方法を説明する。
【００２４】
ＲＥ1−１２３の製造には種結晶および溶融法を用いた。
【００２５】
先ず、種結晶を作製する。すなわち、図１に示すように、ＭｇＯ結晶体１１の表面に、ＲＥ2−１２３系超電導体の薄膜１２を形成し、種結晶１０を得る。
【００２６】
次に、ＲＥ1−１２３の原料粉末を円柱状の原料成形体２０に成形する。図２に示すように、ＲＥ2−１２３薄膜１２が原料成形体２０に接するように、原料成形体２０の上に、種結晶１０を配置する。図３に示すように、加熱炉３０内に、種結晶１０が配置された複数の原料成形体２０を配置する。
【００２７】
加熱炉３０を作動させて、原料成形体２０をＲＥ2−１２３の融点（包晶分解温度）より高い温度まで加熱し、所定の時間保持する。このとき、成形体２０は、固相（Ｌａ、ＮｄではＲＥ4Ｂａ2Ｃｕ2Ｏy、他のＲＥ元素ではＲＥ−１２３）と液相に分解する。また、種結晶１０のＲＥ2−１２３薄膜１２は溶融せずに固相状態で維持される。ここで、種結晶１０は成形体２０の上に予め配置されているので、種結晶１０を加熱炉３０内に入れるために加熱炉３０を開ける必要がなく、加熱炉３０の炉内温度の低下を防止することができる。
【００２８】
次に、加熱温度を所定の速度でＲＥ2−１２３の融点以下まで冷却する。このとき、図２に示すように、ＲＥ2−１２３薄膜１２の結晶から方位を引き継いだＲＥ1−１２３が核生成し、ＲＥ1−１２３の結晶２１として成長する。ここで、複数の原料成形体２０を一度に処理して複数の超電導体を得ることができる。
【００２９】
以上の実施形態によれば、加熱炉の炉内温度の低下を防止するので、均一な超電導体を製造することができる。
【００３０】
一回の処理で複数の超電導体を作成するので、超電導体を効率的に製造することができる。
【００３１】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。
【実施例】
【００３２】
１．原料成形体の作製
ＮｄＢａ2Ｃｕ3Ｏy超電導体（以下、Ｎｄ−１２３と称する）の原料としてＮｄ2Ｏ3、ＢａＯ2、ＣｕＯの酸化物粉体を用意する。各酸化物粉末を所定の重量比になるよう秤量する。
【００３３】
各酸化物粉末を混合し、混合した酸化物粉体を成型して５０個の円柱状の原料成形体を作成する。原料成形体の直径は、例えば、２４ｍｍ〜４５ｍｍである。
【００３４】
２．種結晶の作製
ＰＬＤ（Pulse Laser Deposition）法によって、ＭｇＯ結晶の基板の表面に、Ｎｄ−１２３の薄膜を形成する。具体的には、Ｎｄ、Ｂａ、Ｃｕの金属を同時に熱蒸発させる。ＭｇＯの基板を６８０℃に加熱し、この基板の隣に酸素を供給する。酸化中の分圧は５×１０-3ｍｂａｒである。ＭｇＯ結晶の基板の表面にＮｄ−１２３結晶が成長し、Ｎｄ−１２３薄膜が形成される。
【００３５】
３．超電導体の作製
原料成形体にＮｄ−１２３薄膜が接触するように、原料成形体のそれぞれの上にそれぞれの種結晶を載せる。種結晶を載せた成形体を加熱炉内に配置した。加熱炉の寸法は、横２５０ｍｍ、縦５００ｍｍ、高さ２００ｍｍである。この加熱炉の中心部と周辺部との温度差は２℃以内である。
【００３６】
加熱炉を作動させて、図４に示すような温度履歴で原料成形体を加熱する。加熱炉内の雰囲気は空気とする。先ず、室温から２００℃／ｈの加熱速度でＮｄ―１２３の融点温度（包晶温度；１０９０℃）Ｔpより９０℃高い温度（Ｔp＋９０℃）まで加熱温度を昇温する（時間Ｔ１）。Ｔp＋９０℃の加熱温度を５０分間保持する（時間Ｔ２）。ここで、原料成形体は半溶融状態になり、Ｎｄ4Ｂａ2Ｃｕ2Ｏyの固相と液相とに分離する。種結晶のＮｄ−１２３薄膜は溶融せずに固相状態で維持される。
【００３７】
次に、Ｔp＋２℃まで加熱温度を下げる（時間Ｔ３）。続いて、０．２６℃／ｈの冷却速度でＴp−６℃まで加熱温度を徐々に下げる（時間Ｔ４）。続いて、０．２０℃／ｈの冷却速度でＴp−２０℃まで加熱炉の温度を下げる（時間Ｔ５）。この間、種結晶のＮｄ−１２３薄膜から結晶方位を引き継いだＮｄ−１２３が核生成し、結晶に成長する。
【符号の説明】
【００３８】
１０  種結晶
１１  ＭｇＯ結晶体
１２  薄膜
２０  成形体
３０  加熱炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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