高温超伝導バルクの表面拡散
小野仁＊1 小倉雄一＊2 赤木美崇＊3 原田寛治＊4
Surface diffusion of the Yl 23 Superconductor
Hitoshi ONO Yuichi OGURA Yoshitaka AKAGI Kanji HARADA
Melt−processed YBa2Cu，O，（Yt23） superconductors are highly attractive for buik applications， such as strong superconducting bulk magnets． Therefore， we studied the heat insuiator of the Y123 bulk superconductors， Phase diagram shows a peritectic point at about 10100C where Y，BaCuO，（Y211）， a liquid and Y123 coexist．
We fabricated the bulk superconductors to put the Y123 bulk between the Y211 bulks． As the result， we could have the Y211 fi［m in the Y123 bulk superconductor． lt is showed that magnet floats on this bulk superconductor by meissner effect longer than one on the Y123 superconductor without Y211 film， Because the Y211 film has heat insulator in the Y123 superconductor．
Key words． Y123 super￠onductors， melt process， heat insulator， solid solution， flux pinning
1．緒 言
高温超伝導体が発見されて以来、より高い臨界温度
（Tc）、より高い臨界電流密度（Jc）を求めて、多くの研究 がなされてきた。本研究では、酸化物超伝導体の中でも、
最も一般的なY−Ba−Cu−O（YBCO）系を用いて試料を
作製したgYβa2Cu3ρδ（Yl 23．相）超伝導相は、 Y2BaCuO5
（Y211相）常伝導相と液相との包晶反応により生成され ることが知られている。この包晶反応を積極的に利用し、
ピン止め点を導入することにより、より高いJcを得る研 究がなされている1）。また，希土類系高温超伝導体の溶 融凝固体は強い磁束補足効果を発揮し、強い永久磁石 になることが知られている2）。本研究では、バルク超伝導 体を作製し、ピン止め点であるY211相をY123バルクに 拡散させ Y211相の働きについて調べた3）。
その結果、Y211相には浮上安定性の向上4）や、保温 効果がある5）ことがわかったので報告する。
2．試料作製方法
全体の質量を15［g］として、組成比Y：Ba：Cu ・1：2：3、
Y：Ba：Cuニ2：1：1になるように試料を混合した。仮焼成 後に粉砕し、これを5回繰り返した。つぎに、プレス器でバ ルク状に形成し、本焼成を行なった。本焼成が済んだ試 料を図．1のようにY123バルクをY211バルクで挟み、
部分溶融を行なった。図．2に試料作製行程の：フローチャ ートを示す。
5回繰り返す
仮焼成・粉砕
原稿受付 平成13年8月31日
＊1専攻科電子・情報システムエ学専攻
＊2平成13年度電気工学科卒業（現在火橋化学工業（株））
＊3平成13年度専攻科電子・精報システムエ学専攻卒業 （現在（株）旭ポリスライダー）
＊4電気工学科
Y211
￥123
Y211
形成・本焼成
図」部分溶融配置
部分溶融 図．2試料作製行程
一15一
津山高専紀要第43号 （2001）
3．試料の評価 3．1 Y211相の拡散
図．3−1に試料の概略図を、図．3−2にSEMによる試料 断面図を示す。図．4〜7に溶融時間、溶融温度に対する 浮上時間、浮上高さ、拡散厚を示す。ただし、溶融時間0 分は、Y123相のみ（Y211が拡散していない）のときであ
る。
∈睾講
図，3−1超伝導体試料の概略図
Q5 宅Q4 占03
塁・2 esQl o
6Dc①3D⑳100
﹇ω﹈誕盤引蹴
ロ
／阿
一き一o緕條ﾔ
磁・・淳上高さ
8
6窟 4認
2ti，
一 Y211
一Y123
山台塗←Y211
H
1360 m 図．3−2試料断面のSEM写真
囲圏IMIS厚
＋淫 日
O 5 10 15 M
溶融時間［min］
図．5溶融時間に対する浮上時間、浮上高さ （溶融温度：1040。C）
o
e
﹇の﹈踵壇引蹴
60 T0@30⑳100
O 5 10 15 M
溶融時間［min］
図．4溶融時間に対する拡散厚、浮上時間 （溶融温度：10400C）
図．4は溶融温度を1040。C一定にした場合の溶融時間 に対する拡散厚、浮上時間である。溶融時間が長くなる にしたがい、拡散厚は厚くなるが、浮上時間は10分をピ ークに短くなっている。これはY211相がY123バルクに 拡散し過ぎ、Y123超伝導相が少なくなったためである。
図．5は溶融時間に対する浮上時間、浮上高さである。
図．5より10分の試料は、Y211バルクで挟んでないもの に比べ約5倍程度浮上時間が向上したが、浮上高さは低 下した。図．6は溶融時間を5分一定とした場合の溶融温 度に対する拡散厚、浮上時間である。浮上時間は、図．4 と比較しても大差がないことがわかった。
図．4と図．6より、拡散厚は溶融温度の変化より、溶融時 間を変化させたほうが、より大きく変化することがわかっ
た。
O．5
M O．4 E
S O．3
ta O．2
0．1
0
一拡散厚
＋浮上時間
f
1020 10sO 1040 10sO
溶融温度P（）］
図．6溶融温度に対する拡散厚、浮上時間 （溶融時間：5分）
oo
﹇の﹈麗雷刊獣如 20
60
﹇の﹈踵歯引蹴 T0?R0⑳100 ︒ 一幽一浮出覇間
…螢一壷」藷さ
鶏 蕊
ICmo 1（BO 1040 1050
溶融温度［。C］
図．7溶融温度に対する浮上時間、浮上高さ （溶融時間：5分）
﹇∈∈﹈杓恒﹃蹴QU︵04n∠0
一16一
高温超伝導バルクの表面拡散 小野・小倉・赤木・原田
図．7は溶融温度に対する浮上時間、浮上高さである。1 040。C一一定の試料に比べ拡散厚が薄くなったため、浮上 時間の低下がみられた。
図，4〜7の結果から、拡散厚を溶融時間、溶融温度で 制御することが可能であり、拡散厚が浮上時間や浮上高 さに大きく影響することがわかった。
3．2 Y211の保温特性
図．8はY211相が拡散している試料と、拡散していな い試料のバルク超伝導体表面温度の変化を熱電対で測 定した結果である。この結果から、Y211が拡散している 試料は、温度上昇の変化が緩やかである。つまり、超伝 導体にY211が拡散することにより、保温効果があるとわ
かった。
鋤
図．10、11は30回ごとに図．9のようにY211相を研 磨除去した試料の浮上時間と、浮上高さを示す。
図10（a）〜（b）への変化は、表面を1．16［mm］研磨除去 し、（b）〜（G）は、側面を4．1［mm］研磨除去した。図、10より、
上下のY211相を除去すると浮上時間はおよそ半分にな り、側面のY211相まで除去すると、1／3程度に変化した。
これは、Y211の保温効果が減少したためと思われる。
図．11（b）より、上下のY211相を除去すると、浮上高さが 除去した厚さ程度（1．16mm）増加している。また、側面ま で除去すると、浮上安定性が悪くなった。
これらより、Y211常伝導相がバルク表面に磁束を保 持するサーフェイスピンの役割をしていると考えられる。
50
5D
盾盾
T0
﹇ど﹈遡唄 ︒
；tnif：
丞苛丞d4穿
t．．t．．．1，．．h．．r；． 一：．一W−t．t．一：．r．：．．k一US．一
→一Y211相無し
一・・一 211相有り
10 2P （sc） 40 Esc） oo 7e 8） so 1 co
時間［s］
図．8室温での表面温度変化 （lo400c−smin）
＝ 40己
踵30 刈20
10 o
3．3 特性の変化と浮上安定性
図．9のようにY211相を研磨除去した場合の浮上安定 性を考察した。図．10〜11にそれぞれの特性変化を示
す。
∈識1
（b）上下Y211除去
7σ ハ0 5 4 3 9﹄
﹇蓬﹈約矩明殴
1
0
納（a） （b） （c）
、
P㌍目
（a）Y211有り
21 ．5mm 時・爵巨口
（G）上下側面Y211除去
ロ＝Yl 23 圏塁Y211
図．9各々の試料状態
O ？5 30 45 60 75
回数［回］
図．10各々の状態による浮上時間
野、
?x 竃
・癩5 轟rρ》鞍
、D襯．．．搬．窓鳩幽．
選入 r 箋・
（a） （b） （c）
O 15 30 45 60 75
回数［回］
図．11各々の状態による浮上高さ
4．結論
Y123バルクをY211バルクで挟んだ試料を部分溶融 するとき、溶融時間を長くするか溶融温度を高くするとY2 11相の拡散厚が増加することがわかった。また、Y211 相を適度に拡散した試料は、浮上時間が著しく向上する
こともわかった。
さらにY211相が拡散した試料のY211相を除去する
ことで浮上特性が変化した。
一17一
津山高専紀要第43号 （2001）
これらのことより、Y211相は保温効果をもち、サーフェ イスピンの役割として浮上特性に大きく関わっていること がわかった。
謝 辞
試料の測定や分析において、本校西彰矩技官には 適切な御指導や助言、そして多大な協力をしていただき 感謝いたします。また有益な助言を頂いた、長岡技術科 学大学の濱崎勝義教授、烏取大学の岸田悟助教授にこ の場を借りてお礼申し上げます。
参考文献
1）中村雄一．塩原融1高温超伝導体バルク材料研究の進展；応 用物理v。L61 N・．5 P．456−463
2）北沢宏一：超伝導応用の新展開：応用物理voL70 N。．1 P3−13 3）赤木美崇，原田寛治：バルク超伝導体の保護膜による磁気浮上 特性：津山工業高等専門学校紀要第42号v。i．42 P5−8 4）小倉雄一，原田寛治：高温超伝導体のヒートサイクルに関する研 究＝平成13年度電気工学科卒業研究報告書
5）小野仁，原田寛治：高温超伝導バルクの応用に関する研究：平 成13年度電気工学科卒業研究報告書
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