JPH04346828A - 見かけ無重量下での材料の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は重力の影響を排除し、又
は抑制して実質的に無重力の状態で材料を処理する無重
力状態下での材料の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】無重力状態で材料を製造することにより
、真球を得ることができたり、るつぼを使用せずに溶解
させることができるため溶融物への不純物の混入を回避
できたり、無攪拌溶液から単結晶を成長させたりするこ
とができる。このため、無重力状態下での材料製造実験
が種々試みられている。

【０００３】従来、無重力状態下で実験を行うために、
実験設備を乗せた衛星をロケットにより宇宙空間に打ち
上げ、宇宙空間で地球の引力と衛星飛行による遠心力と
をバランスさせて無重力状態をつくるか、高所からの設
備の落下運動を利用して無重力状態をつくるか、又は超
音波若しくは電磁波等により無重力状態をつくっていた
。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来方
法は以下に示す欠点がある。先ず、宇宙空間で地球の引
力と衛星飛行の遠心力とをバランスさせる方法は、設備
を搭載した衛星を軌道に乗せるために多大のコストがか
かる。また、落下運動を利用する方法は、長時間の処理
が不可能である。更に、超音波又は電磁波等を使用する
方法では、無重力場にむら及び揺らぎが生じ、一様な無
重力状態を得ることができない。従って、実験的に、又
は理論的には、無重力下で有用な材料を製造できること
が判明していても、従来、低コストで容易に無重力場を
作り出すことができ、その無重力状態を長時間保持でき
る手段がないため、このような有用な材料を大量に製造
することができなかった。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、容易に且つ扱い易い無重力場を低コストで
長時間作り出すことができ、有用な材料及び新規な材料
を開発し、大量に供給することができる無重力状態下で
の材料の処理方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る無重力状態
下での材料の処理方法は、高圧媒体中で素材に物理的又
は化学的処理を施すことにより、実質的に無重力下で材
料を処理することを特徴とする。

【０００７】この場合に、高圧媒体とは、高圧の気体又
は液体がある。この気体又は液体は静止流体でもよく、
また流動体でも良い。素材に物理的又は化学的処理を施
すということは、材料の物理的な合成、材料の化学反応
による合成、融体からの凝固、熱を加えるガラス化、及
びガラスの固化等、種々の態様による材料の処理をいい
、この処理により材料に物理的、化学的又は金属学的変
化等を与える。また、素材に対する物理的又は化学的変
化とは、素材の軟化及び形状変化等も含み、組成又は組
織の変化を伴わないものも含む。金属学的変化とは、材
料の金属組織の変化を含む。

【０００８】

【作用】本発明においては、加圧された高圧媒体中で、
無重力状態を作り出す。気体又は液体などの媒体を加圧
して高圧にすることにより、この媒体の比重が極めて大
きくなる。従って、この高比重媒体中においては、材料
は極めて大きな浮力を受け、無重力状態になることがで
きる。

【０００９】一般的に、気体は比重が小さいと考えられ
ている。しかし、この気体を高圧下にすることにより、
その比重が著しく上昇する。例えば、Ａｒガスを室温で
２０００気圧に加圧すると、水と同程度の比重になる。 このことは、高圧の気体が極めて大きな浮力を発生する
ことができることを示している。

【００１０】このように、高圧媒体の比重が極めて大き
く、これにより浮力が著しく大きくなることに着目して
、本願発明者らが無重力状態を作り出すべく種々実験研
究を繰り返した結果、本願発明が完成されたものである
。

【００１１】上述の如く、媒体を高圧下において高比重
にすることにより高浮力を得るものであるから、媒体と
して分子量又は原子量が大きなものを使用すれば、比較
的低い圧力でも容易に無重力状態を得るのに十分な高比
重を得ることができる。換言すれば、常圧で高比重の気
体を使用することにより、更に一層高い浮力を得ること
ができる。

【００１２】上述の加圧媒体は、例えば、ＨＩＰ（高静
水圧加圧）装置を使用することにより、得ることができ
る。このＨＩＰ装置は、種々の材料製造分野で、高圧を
得るための手段として一般的に使用されており、工業的
なレベルでの本発明の実施を可能にするものである。

【００１３】このＨＩＰ装置のチャンバ内に素材を装入
し、チャンバ内を所定の媒体、例えばＡｒガスで満たし
た後、チャンバ内を高圧に加圧すると、チャンバ内に装
入していた素材に浮力が作用し、これを浮上させること
ができる。この状態で、素材に物理的、化学的又は金属
学的変化等を加えて所望の材料を製造したり、材料を処
理する。

【００１４】このようにして、本発明により、従来、引
力圏外又は落下実験で行われていた種々の材料製造工程
、即ち無容器溶融による材料合成、結晶成長の制御、真
球の作製等の工程を地上にいながらにして実施すること
ができる。また、加圧手段自体は既に確立された技術で
あるから、本発明は一般性が高く、工業的実施が可能で
ある。

【００１５】なお、本発明においては、媒体は加圧開始
時に気体又は液体である。そして、この媒体を加圧して
いくと、気体から液体に変化する場合がある。従って、
例えばＨＩＰ装置のチャンバ内をガス媒体で充填しても
、それを加圧して無重力状態をつくりだしたときには、
媒体は液体状態になることがある。

【００１６】また、液体から加圧を開始しても良い。し
かしながら、液体状態の媒体中に素材を入れてこれを加
圧しようとすると、液体の圧縮比が気体のそれに比して
小さいため、圧力による比重の変化が小さいので、比重
が近い固体を無重力状態に浮上させることができるのみ
であり、媒体として効率的ではない。一方、気体から加
圧を開始すると、小さな圧力変化で大きな比重変化を得
ることができるので、圧力を調整することにより、種々
の固体を無重力状態に浮上させることができるという利
点がある。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 実施例１ 本実施例はＢ２Ｏ３ガラスの球体を作製したものである
。 加圧媒体として、クリプトンガスを使用し、ガス加圧加
熱装置としてＨＩＰ装置を使用した。処理条件は、ガラ
ス素材を６００℃に３０分間保持し、このガラス素材が
浮上するように約１８０ＭＰａの静水圧を印加した。こ
の処理条件は、処理後のガラス球体の直径が約１０ｍｍ
になるように設定した。

【００１８】このようにして得られたガラス球体に対し
、真円度測定装置によりその真球度を測定した結果、産
業的にベアリング等に使用されている鋼球のうち、最も
精度が高いものと同程度の０．０５μｍの真球度が得ら
れた。

【００１９】実施例２ 本実施例においては、ナイロン６の球体作製を行った。 高圧媒体としてアルゴンガスを使用し、ＨＩＰ装置をガ
ス加圧加熱装置として使用した。処理温度は２５０℃、
保持時間は３０分、圧力は１６０ＭＰである。但し、圧
力は、素材又は材料が浮上したままでいるように若干の
微調整を行った。また、処理後の材料の大きさが約１０
ｍｍになるようにした。

【００２０】その結果、作製されたナイロン６の球体を
真円度測定装置により測定した結果、真球度が約２μｍ
であった。この真球度は工業的に製造されているナイロ
ン６の球体と同様の真球度である。

【００２１】実施例３ 本実施例は化合物半導体及び酸化物超伝導セラミックス
の溶融プロセスに本発明を適用した場合のものである。 これらの材料の溶融プロセスでは、るつぼからの汚染が
材料の諸特性に悪影響を与えるので、種々の汚染防止方
法が試みられているが、本発明のように材料を浮上させ
ることにより、無容器溶融が可能になり、容器汚染を根
本的に解消することができる。また、揮発性を有する材
料においても、材料は高圧ガスの雰囲気中におかれるこ
とになるので、その揮発を抑制することができるという
利点がある。更に、冷却条件等を適切に設定すれば、単
結晶の育成及び結晶成長の観察等、種々の応用が可能で
ある。

【００２２】具体的には、ガリウム−砒素化合物をＨＩ
Ｐ装置内に装入し、クリプトンガスを使用して約１３５
０℃に加熱しつつ、８５０ＭＰａに加圧して浮上させ、
この無重力状態で溶融させた。これにより、無容器溶融
ができ、極めて高純度の材料を得ることができた。

【００２３】また、イットリウム系超伝導セラミックス
を、クリプトンを使用し、約８５０ＭＰａ、１１００℃
の条件で浮上溶融処理した。この場合も、極めて高純度
の材料を得ることができた。

【００２４】実施例４ 本実施例は、本発明を種々の熱処理に適用した場合のも
のである。例えば、チタン酸バリウム及び超伝導セラミ
ックス等を熱処理する際に、本発明を適用して、材料を
浮上させた状態で熱処理することにより、るつぼ等から
材料が接触汚染されることを回避できる。この場合に、
アルゴン又はクリプトン等のガスに酸素及び窒素等のガ
スを混合することにより、材料雰囲気を調節することも
できる。

【００２５】具体的には、チタン酸バリウムの浮上熱処
理をクリプトンガス中で１２００℃にて行った。この場
合に、ガスの加圧力は９００ＭＰａであり、これにより
、るつぼからの汚染を回避できた。

【００２６】また、媒体として、クリプトンベースの１
０％酸素混合ガスを使用して、同一温度にて９５０ＭＰ
ａの圧力で熱処理した。この場合は、酸化雰囲気中で熱
処理しているので、汚染を防止できるのに加え、材料の
分解を防止できた。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比重が高い加圧媒体中で材料に物理的又は化学的処理を
施し、この材料に物理的、化学的又は金属学的変化等を
与えることにより材料を処理し又は製造するから、材料
に極めて大きな浮力を作用させることができ、従って、
実質的に無重力下で材料を処理し又は製造することがで
きる。本発明においては、このような無重力状態を媒体
の加圧という技術的に制御し易い手段で作り出すことが
できるので、従来、宇宙空間又は自由落下を利用して得
ていた無重力状態下での材料処理及び製造を、地上にい
ながらにして極めて容易に且つ工業的に実施することが
できる。このため、本発明は有用な物質又は新規な物質
の開発及び製造に多大の貢献をなす。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　加圧された媒体中で材料に物理的又は
   化学的処理を施すことにより、実質的に無重力下で材料
   を処理することを特徴とする無重力状態下での材料の処
   理方法。
2. 【請求項２】　　前記加圧媒体は、高圧の気体又は液体
   であることを特徴とする請求項１に記載の無重力状態下
   での材料の処理方法。