JPH04501583A - アモルファスセラミック製品または金属合金を製造する装置 - 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】 アモルファスセラミック製品または 金属合金を製造する装置 本発明は、高圧オートクレーブを用い、この中で試料のプレフォームをレーザビ ームによって溶融温度にまで加熱し次いで急激に冷却することによって、アモル ファスセラミック製品またはアモルファス金属合金を製造する装置に関する。

メタルガラスとも呼ばれているアモルファス金属合金は２０年以前から知られて いる。このような合金は溶融物を冷却することによって得られる無秩序構造を有 する非晶質体で構成されている。この冷却は結晶化がもはや不可能となる温度に まで高速（約１０’Ｋｓ−’）で実行される。

このようなアモルファス物質は、対応する結晶化物質では達成できないような新 たな機械的特性、電気的特性および化学的特性を示す。

溶融材料の高冷却速度はこのようなアモルファス物質の生成に決定的な要件であ る。このためのひとつの方法として、溶融材料を誘導加熱ポットから、パントス クラッパを有し水平軸線を中心として回転する銅の円板の周縁部へと流出せしめ ることが知られている。

また、溶融材料を、水平軸線を中心として回転しているふたつのせまい銅の円板 間に導入するか、または垂直軸線を中心として回転している銅円板の円板面上に 導くようにする方法も可能である。

さらに、電気的に導通性のある溶融材料を容器に入れることなく磁気的に浮遊さ せた状態に維持し、これを誘導加熱することにより溶融用ポットから出る不純物 で合金をそこなうことのないようにすることが従来から提案されている。宇宙空 間の実験では、非導通性材料の滴粒が溶融ポットなしでレーザビーム手段によっ て加熱されている。この非導通性材料の滴粒は空気ノズルによって空間中の限定 された位置に維持されるのである。

このような合金の生産を宇宙空間に移して行なうことに由来するコストの問題を 離れても、試料の位置決めの問題および試料の安定性の問題など充分に解決され ていないのが現状である。本発明の目的は、このようなアモルファス物質をたと えそれが電気的に非導通性の物質であっても、地球の重力場で高純度に生産する ことを可能とする、アモルファス物質製造装置を提供することにある。この目的 は請求の範囲第１項に記載の装置によって達成できる。本発明の好適な実施例に ついては従属請求項に記載されている。

以下、本発明装置の好適な実施例を略図的に透視図で示す図面について、本発明 を詳述する。

図示の装置はその主要構成部分としておおよそ円筒形のオートクレーブ１を包含 している。このオートクレーブの中心点に処理場所２がある。この処理場所２は 球状の試料を加熱したり冷却したりする場所である。

試料は球供給装置３から供給される。この球供給装置３は、オートクレーブ１上 に軸線方向に装架されており、所望合金成分の一連の球またはプレフォームを処 理場所２へと次から次に移送できるように保持するものである。このために、こ の装置には、歩進モータ４と、これによって駆動される個別化円板５と、中空シ ャフト６とが設けである。マガジン７によって釈放されたひとつの球は中空シャ フト６を通って処理場所２へと落下する。

処理場所の球供給装置側とは反対の側で、ハウジング８がオートクレーブ１に装 架しである。このハウジング８は、出来上がった試料を集める容器９と、スピン ドル１１を介して共鳴式空中浮揚装置１２を担持するもち上げモータ１０とを包 含する。共鳴式空中浮揚装置は処理場所の下方に位置し、数個の電気的に励起で きるピエゾセラミック円板を包含するものである。

処理場所２と空中浮揚装置１２との間には、音響的に透過できるキャッチバスケ ット２６が挿置しである。また処理場所の上方にはレフレクタ円板１３が設けて あり、このレフレクタ円板１３の中央孔を通して球がマガジン７から供給される 。空中浮揚装置によって発生せしめられる音波は共鳴可能距離においてこのレフ レクタ円板１３で反射せしめられて、球の共振なしの精密な、ドリフトのない安 定した、反復可能の位置決めが、壁との接触により球が汚染されることなく達成 されるのである。この位置決めはｌＯバールないし１０００バールのオートクレ ーブ圧力、１００ＯＫないし４０００Ｋまたはそれ以上の温度で不活性ガスの存 在下で果され、金属材料ないしは電気的に非導通性の材料の無接触支持を可能と する。球径は０．２ミリないし２ミリの間とすることができ、空中浮揚時間は任 意に延長することができる。この空中浮揚はたとえば電磁誘導式の浮揚術と比較 して電力消費が少なくてすむ。もち上げモータ１０を調節することにより、球は 処理場所内に正確に浮揚させることができる。

処理場所における球の加熱はふたつのレーザビーム１４および１５によって行な われる。これらのレーザビームはひとつのＮｄ−ＹＡＧレーザビーム発生器から 誘導されたものとすることができる。ビームディバイダミラ−１６および１７に よって、これらふたつのレーザビームはそれぞれふたつのビームに分割され、誘 導ミラー１８およびオートクレーブ１の壁に設けたウィンドウ１９を介して処理 場所２へ指し向けられる。このようにすることにより、向い合うビームは互いに 入射することなく、従ってレーザビーム発生器が入射ビームで破壊されることが なくなる。好適には、ふたつのレーザビームはそれぞれ、互いに向き向うふたつ の仮想四辺ピラミツドの縁部に沿って通るようにする。このふたつの仮想四辺ピ ラミッドの頂部は処理場所であり、それらの縁部は相互に整合している。それぞ れひとつのピラミッドに帰属するふたつのレーザビームはひとつの平面内にある 。この平面は他方のレーザビームの対応する平面に直交する平面である。

また、ふたつの押圧部材２０および２１が処理場所に向けてオートクレーブの軸 線に垂直に整合して動けるように配設しである。これらの押圧部材の前面は冷却 ヘッドとして作用するもので、処理場所の両側に、互いに直径的に対峙するよう に位置せしめられている。押圧部材２０または２１の案内通路がオートクレーブ １の壁内にしっかりと装架されており、オートクレーブの流体静力学的ガス圧力 の下にある。駆動コイル２２および２３に電気パルスを同時に印加することによ り、これらふたつの押圧部材２０および２１は互いに反対方向に加速され、たと えば１２．０ｍ５ｅｃ−’の衝突速度で衝突する。この衝突により、処理場所に 位置する溶融した球は押圧部材の前面の間で押しつぶされ、高速（１０’Ｋｓｅ ｃ−’以上の速度）で冷却されて、ＩＯないし５０μｍの厚さの扁平な円筒体に 圧縮成形される。冷却速度は加速行程で可変である。

この処理過程を精密に追跡監視し、場合によってはこの処理に影響を及ぼさせし めるために、６波長高温計２４を配設しである。この高温計はオートクレーブの 壁に設けた別のウィンドウ２５を介して処理場所を指向させてあり１２００ない し５０００にの間の温度の連続的計測を可能としている。たとえば、５００ｎｍ 、　６００ｎｍ、　６８ｎｍ。

８００ｎｍ、　９６０ｎｍおよび１１０４０ｎの光波を処理できるものである。

この温度測定装置はマイクロ秒で数える時間内で測定を実行することができ、そ の最小計測スポット寸法は５０μｍという空間的分解能を有する。このような高 温計は学術誌「テンペレイチュア（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）　Ｊ１９８２年第 ５巻第４３９−４４６頁に記載され公知である。

電子的制御装置（図示しない）によりレーザビーム発生器、浮揚装置および冷却 押圧部材の機能を以下のように調和させる。

まず、球供給装置３のマガジン７に約５０個の試料プレフォームを充填する。次 いでこのマガジンを気密に閉鎖する。オートクレーブには処理に好適なガスを充 填し、所望圧力にしておく。次の工程は、モータ４を作動させてひとつのプレフ ォーム球を供給チャンネル６内にもち来たらし、ここからこのプレフォーム球を 処理場所２の直下のキャッチバスケット２６内へと落すことである。さて、ピエ ゾセラミック式の空中浮揚装置１２のスイッチを入れると、処理場所内のプレフ ォームは空中浮揚状態となる。この状態はもち上げモータ１０によって調節する ことができよう。次いで、ふたつのレーザビーム１４および１５を短時間同時に 発生せしめる。このパルス持続時間およびパルスエネルギは所望の温度に依存し て定める。すると、プレフォームは再現可能な短時間内に溶融し、駆動コイル２ ２および２３の励起による押圧部材２０および２１の作動により溶融試料が押し つぶされる。押圧部材がはね返って戻り、空中浮揚装置のスイッチが切られると 、出来上った試料はじょうごを介して装置下部の実収容器９内へと落下する。

この全処理は高温計２４で追跡監視することができる。

このような処理過程が終ると、直ちに次のプレフォームをマガジン７から処理場 所２へと位相し、同様な処理を行なうのである。

ひとつの試料の製造には何分の１秒かの時間しかかからないこと、およびマガジ ン７および実収容器９の容量が許すかぎり、中断なしに多くの試料が製造できる ことを特に注目されたい。加熱と冷却との間の時間を最適化することにより、冷 却に先立つ試料の蒸発を所望により完全に回避することができる。

本発明装置は、たとえば一連の実験のため異なった成分の一連のプレフォームか ら一連のアモルファス合金を作る開発研究を行なっている実験室に好適である。

温度および時間のパラメータはプロセスコントロールを適宜プログラミングする ことにより試料ごとに変えることができる。本発明はまた、マガジン７と実収容 器９が充分な容量を有する限り、工業的規模で小板状のガラス質合金の製造に適 用することができる。

国際調査報告 国際調査報告 ＥＰ　８９００３６０ Ｓ＾　２７５５６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　高圧オートクレーブ内で試料のブレフォームをまずレーザビームによって溶 融温度に加熱し次いで急速に冷却する、アモルファスセラミック製品またはアモ ルファス金属合金を製造する装置において、前記試料を加熱し冷却する処理場所 （２）の下方に、ピエゾ電気的に励起される音源によって構成される音圧的な空 中浮揚装置（１２）を配役して、前記試料に触れることなくこれを前記処理場所 （２）内で浮揚せしめるようにしたこと、前記オートクレーブ（１）内にウィン ドウ（１９）を介して入射する少なくともふたつのレーザビーム（１４，１５） の交点に前記処理場所（２）を位置せしめて前記試料を加熱するようにしたこと 、および前記オートクレーブ（１）内の前記処理場所（２）の両側にふたつの押 圧部材（２０，２１）を互いに対向して配設し、これら押圧部材が電磁的に互い に押し合うように付勢されそれらの間で前記試料を押しつぶしてこれを急速に冷 却するようにしたことを特徴とする装置。 ２　請求項１記載の装置において、前記処理場所（２）を４つのレーザビームの 交点に位置せしめ、これらレーザビームのそれぞれが仮想四辺ピラミッドの縁部 に沿って走るようにしたことを特徴とする装置。 ３　請求項２記載の装置において、ふたつの対向するレーザビームがひとつの共 通レーザビーム発生器から誘起せしめられていることを特徴とする装置。 ４　請求項１ないし３のいずれかに記載の装置において、多波長高温計（２４） を前記オートクレーブ（１）の壁のウィンドウ（２５）を介して前記処理場所（ ２）へ指し向けたことを特徴とする装置。 ５　請求項１ないし４のいずれかに記載の装置において、プログラムできるプロ セスコントロールユニットを設け、これにより前記レーザビーム発生器、前記空 中浮揚装置（１２）および前記押圧部材（２０，２１）を制御するようにしたこ とを特徴とする装置。 ６　請求項１ないし５のいずれかに記載の装置において、音響的に透過性のキャ ッチバスケットを前記空中浮揚装置（１２）と前記処理場所（２）との間に配役 したことを特徴とする装置。