JPH052632B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、２つの物体、特に非酸化物セラミ
ツクのマイクロ波接合のための方法および装置に
関するものである。

［従来の技術］ セラミツク材料を共に接合するには種々の多数
の方法および装置が存在する。例えば米国特許第
4384909号、同第4347089号、同第3998632号、同
第3841870号、同第3755065号等の明細書に記載さ
れている。

マイクロ波エネルギの供給によつて２つの困難
な材料を接合する他の方法および装置は例えば米
国特許第4273950号、同第4219361号、同第
4179596号、同第4003368号等の明細書に記載され
ている。

セラミツク材料のマイクロ波接合のための方法
および装置については特に米国特許第4529857号、
同第4529856号、同第4307277号、同第4292262号、
同第4147911号、同第3953703号、同第3732048号、
同第3585258号、同第3520055号等の明細書に記載
されている。

マイクロ波エネルギを使用してセラミツク材料
間の接合を形成する従来の装置は時には料理用に
通常使用されている電子レンジを使用する。この
ような電子レンジでは、マイクロ波電界は多数の
異なつた方向に存在し、電子レンジに供給された
電力はしたがつて分散する。これらの方向または
モードの全てがセラミツク材料の接合に有効に結
合されるものではない。さらに、接合を刺激し強
力にするために真空中または不活性ガスで過度に
圧力を高められた雰囲気中で非酸化物セラミツク
材料に同時に圧縮力を与えること、および確実に
良好な接合を得るためにそのような真空中または
過度に圧力を高められた雰囲気中で２つの非酸化
物セラミツク材料間に形成される接合部を連続的
に監視するような方法および装置は従来の技術に
おいては知られていない。

［発明の解決すべき課題］ この発明の目的は、通常の加熱方法および装置
によつて接合される材料に比較して改善された強
度および信頼性を得るように非酸化物セラミツク
材料を接合するために、マイクロ波エネルギによ
りよ一層迅速で実質上均一な加熱を行なうことで
ある。

［課題解決のための手段および作用］ この発明によれば、この目的は、２つの物体の
周囲に真空状態または過度の圧力を生成し、それ
ら２つの物体の間に形成される接合部にマイクロ
波を放射し、同時に２つの物体に圧縮力を与え、
２つの物体間に形成される接合部を連続的に監視
することを特徴とする２つの物体を接合する方法
および装置によつて達成される。

この発明の別の目的は、酸化物や水蒸気のよう
な非酸化物セラミツク材料上の表面不純物が接合
処理を妨害する可能性のあるような条件下でマイ
クロ波放射を行なうことによつて非酸化物セラミ
ツク材料を接合する少なくとも２つの方法を提供
することであり、その一つの方法は、非酸化物セ
ラミツク材料がその内部で接合される密閉した容
器の排気が必要であり、一方、もう一つの方法で
は、非酸化物セラミツク材料を不活性ガスで囲ん
で密閉容器に過度に圧力を与える。

この発明の特徴は、熱が材料中の分子ダイポー
ルによつて吸収された電磁エネルギの消費によつ
て接合される材料中で内部的に発生されることに
よつてマイクロ波加熱の利点が得られることであ
る。

熱が材料内部に到達するために伝導も対流も必
要ではないから、加熱は迅速に行われ、熱はより
一層均一に分布する。さらに主要な熱損失のメカ
ニズムは全ての加熱された材料の外表面からの放
射であるから、マイクロ波加熱された試料は通常
の加熱方法で観察される通常の温度傾斜とは反対
の残留温度傾斜を示す。換言すれば、マイクロ波
加熱された試料では中心は外部表面より熱い。

したがつて、材料を加熱するためのマイクロ波
の供給は３つの異なつた利点を有する。すなわ
ち、実質上均一な加熱、より迅速な加熱、および
通常の加熱とは反対の温度傾斜である。これらの
利点はいくつかの点でマイクロ波処理されたセラ
ミツク材料の特性を増強する。

まず、実質上均一な加熱は、残留応力の生成を
最小にし、付加的に不純物の材料全体への拡散を
禁止する。第２に、迅速な加熱はグレインの成長
を阻止し、また通常の加熱接合処理より長い加熱
時間に関係した脆弱化を阻止する。第３に反対の
熱傾斜は材料の中心から外表面への不純物の拡散
を強化し、制御された成分拡散の新しいメカニズ
ムである。

この発明は、非酸化物セラミツク材料のマイク
ロ波接合に対して従来の技術の方法および装置で
は認められない４つの付加的な利点を有する。第
１に、その方法は真空中または不活性ガスにより
容易に過度に加圧できる密閉された雰囲気中で行
われる。第２に、単一モードマイクロ波供給装置
が使用され、そのためマイクロ波電界は形成され
る接合にマイクロ波放射を結合するのに最適の方
向にすることができ、それによつてエネルギ効率
が増加する。第３に、圧縮力が同時に接合される
非酸化物セラミツク材料に加えられ、そのためマ
イクロ波接合処理は通常の熱接合処理よりもずつ
と短い時間で本質的に完了する。第４に、形成さ
れる接合部は非破壊的評価装置によつて連続的に
監視され、良好な連続的な接合が確実に得られ
る。

これまで、同じ時間に同じ条件下で形成された
全てのバツチの特性を評価するために、１以上の
試料を破壊する方法以外に各接合の連続的な監視
を行なうことは不可能であつた。しかも、個々の
試料には特有の欠陥があるため、いわゆる良好な
バツチ中にも欠陥がある接合があり得る。この発
明は、その形成中に各接合を定常的に監視するた
めに非破壊的評価装置を使用するため、各接合が
充分な構造的完全性を持つことを確実にする。

さらに、単一モードマイクロ波供給装置に関し
ては、２つのセラミツクの物体の接合区域のみが
直接加熱される。接合区域から離れた非酸化物セ
ラミツク材料は拡散によつて低い温度に加熱され
るけれども、この発明は、加熱装置内部で材料の
全体が加熱される従来の対流型およびマイクロ波
加熱型装置よりも基本的に効率が高い。これらの
通常のマイクロ波加熱型装置は単一モードではな
く混合されたモードが使用されているためにエネ
ルギ効率が悪い。

圧縮力は容易に非酸化物セラミツク材料に与え
られる。何故ならば接合される領域だけがマイク
ロ波放射にさらされ、一方セラミツク材料の物体
の残りの部分は単一モードマイクロ波放射装置の
放射領域の外にあるからである。放射領域の外の
セラミツク材料の部分に対して圧縮力が与えら
れ、それによつて接合処理がスピードアツプされ
る。

さらに、非酸化物セラミツク材料の物体の一部
が放射領域の外にあるから、非破壊的評価装置は
直接セラミツク体に取付けることができる。例え
ば、この方法により、接合領域からの音響反射が
監視され、形成されつつある接合部の品質を連続
的に評価することができる。

この発明の方法および装置によつて生成された
接合は何等加工していない非酸化物セラミツク材
料と同程度或いはそれ以上の強度である。

さらに、はんだ材料が使用されてもよく、その
使用を排除するものではないが、はんだは必要で
はない。

これら、およびその他のこの発明の利点は添附
図面を参照にした実施例の説明によりさらによく
理解できるであろう。

［実施例］ 第１図には２つの非酸化物セラミツクよりなる
物体をマイクロ波エネルギを供給することによつ
て接合する装置が示されている。マグネトロン１
１はマイクロ波信号を発生し、導波管を表わして
いる矢印の方向に約2.45GHzの周波数で1000ワツ
トまでの電力を出力する。

第１のサーキユレータ１２は順次矢印で定めら
れた経路に沿つてマイクロ波エネルギを導き、一
方向ゲートまたはアイソレータとして作用し、マ
グネトロン１１を反射マイクロ波に対して保護し
ている。反射されたマイクロ波エネルギはこの第
１のサーキユレータ１２によつて第１の抵抗負荷
素子３９に導かれ、そこで消費される。

電圧サンプリングプローブ１４は伝播されたマ
イクロ波の電圧の大きさを感知し、そのほんの一
部を抽出する。電力ヘツド１５はこの伝播電圧の
一部を受けて、この入力電圧の２乗に比例する出
力電圧を発生する。電力計１６は電力ヘツド１５
と関連して使用され、前進方向に伝播するマイク
ロ波電圧に比例する出力電圧を生成し、表示す
る。この出力電圧は差動増幅器２２の非反転入力
に供給される。

一方前進方向に伝播するマイクロ波電圧の残り
の部分はマイクロ波ブリツジ素子として作用する
第２のサーキユレータ１７に伝送される。この第
２のサーキユレータ１７はその右側の２頭矢印で
あらわされるように二つの機能を有する。まず、
サーキユレータ１７はマイクロ波が前進方向で密
閉容器２１に向つて通過することを許容する。第
２に、サーキユレータ１７は密閉容器２１から反
射されたマイクロ波電力を電圧サンプリングプロ
ーブ２４、電力ヘツド２５、電力計２６を経て差
動増幅器２２の反転入力へ導く。過剰の反射され
たマイクロ波電力は第２のサーキユレータ１７に
よつて第２の抵抗負荷素子４０に導かれ、そこで
消費される。プローブ２４、電力ヘツド２５、電
力計２６はプローブ１４、電力ヘツド１５、電力
計１６と同一の装置である。しかしながらプロー
ブ２４は反射電圧の大きさを感知し、電力計２６
は反射された電圧に比例する電圧を生成して出力
し、表示する。一方プローブ１４と電力計１６は
前進方向の電力を処理するものである。

説明を第２のサーキユレータ１７に戻すと、前
進方向に伝播する電圧は固定アイリス２３を通つ
て密閉容器２１中へ供給される。この固定アイリ
ス２３はマイクロ波エネルギを２つの物体間に形
成される接合部Ｊに集束する。アイリス２３は異
なる固定開口寸法の別のアイリスに置換えられて
もよい。またその代りにアイリス２３は調整可能
であつてもよい。

第２図の実施例において、物体は２個の非酸化
物セラミツク材料の物体、すなわち試料Ｓ１，Ｓ
２である。密閉容器２１は内部マイクロ波共振空
洞２７を有し、それはハンドル２９によつて滑動
可能な後面壁２８を前後に移動することによつて
寸法を調整できる。ハンドル２９を動かすことに
よつてオペレータは後面壁２８の位置を調整する
ことができ、それ故密閉容器２１中の空洞２７の
長さは変化される。この変化は空洞２７の共振周
波数の変化を生じ、それは結果的にアイリス２３
と滑動可能な後面壁２８との間で空洞２７内にマ
イクロ波定在波を生じる。その代りに、後面壁２
８が固定されて空洞２７内に予め定められた共振
周波数を生じるようにしてもよい。しかしなが
ら、そのような場合には可変周波数のマイクロ波
源を使用しなければならない。

コンプレツサ３０は密閉容器２１の外側へ突出
しているセラミツクの試料Ｓ１の一端に位置する
水圧ピストンを有する。コンプレツサ３０は試料
Ｓ１，Ｓ２を横切つて圧縮力を作用させる。ロー
ドセル３１はコンプレツサ３０により試料Ｓ１の
一端に加えられた静的な力を測定する。

試料Ｓ１，Ｓ２は窒化シリコン（Si₃N₄）のよ
うな任意の非酸化物セラミツクでよい。実験室で
行われた実験データはこの特定の非酸化物セラミ
ツク材料の誘電体特性と、各試料Ｓ１，Ｓ２の外
表面からの熱放射の両方を考慮した。非酸化物セ
ラミツク材料試料の接合のための初期加熱速度は
マイクロ波放射にさらされたとき典型的には毎秒
20℃であり、毎秒100℃までテストされた。窒化
シリコンから作られた直径3/8インチの棒の試料
Ｓ１，Ｓ２の半径方向の温度プロフアイルが計算
され、中心と外部表面との間には中心の方が高い
若干の温度差を有しているが、それでも実質的に
は均一な加熱プロフアイルである。

非破壊的評価装置３２は試料Ｓ２の下端に配置
され、空洞２７の内部で形成される接合部Ｊの領
域から反射される音響パルスを定常的に監視して
いる。接合部Ｊに間隔または空隙がある間は評価
装置３２によつて試料Ｓ２に沿つて送信された音
響パルスはこの空隙で反射されて評価装置３２に
戻つてくる。試料Ｓ１，Ｓ２間に接合が形成され
たために接合部Ｊにもはや空隙が存在しないとき
には、評価装置３２から送られた音響パルスは試
料Ｓ２から試料Ｓ１の縦方向に沿つて伝播し、し
たがつて反射される音響パルスの大きさはゼロに
減少し、接合が試料Ｓ１，Ｓ２間に形成されたこ
とを示す。

説明を第１図に戻すと、接合部Ｊにおける試料
Ｓ２の温度測定値は赤外線パイロメータ１９から
自由走行２チヤンネルストリツプチヤートレコー
ダ１８に電子的に供給される。差動増幅器２２に
関して、接合部Ｊに対して増幅される電力は前進
方向電力マイナス反射電力と同じ大きさであるこ
とが認められる。前進方向電力に比例する電圧は
差動増幅器２２の非反転入力に与えられ、アイリ
ス２３で反射された電力に比例する電圧は差動増
幅器２２の反転入力に与えられるから、差動増幅
器２２の出力電圧は密閉容器２１の内部の空洞２
７中のマイクロ波電力に比例している。この電力
は接合の形成中に接合部Ｊにおいて試料Ｓ１，Ｓ
２によつて吸収されるのに使用される電力であ
る。吸収に使用される電力を表わす差動増幅器の
出力はレコーダ１８に供給され、レコーダ１８に
よつてマークされた時間に対してのグラフとさ
れ、またパイロメータ１９による接合部Ｊの測定
温度に対して記録される。レコーダ１８の出力は
ストリツプチヤートであり、それは経過時間に対
する吸収された電力および測定された温度のグラ
フである。

再び第２図に戻ると、コンプレツサ３０および
非破壊的評価装置３２の詳細が示されている。マ
イクロ波電界がアイリス２３を通つて密閉容器２
１中に入ると、内部の空洞２７の共振周波数は、
試料Ｓ１，Ｓ２間の接合部Ｊに電界成分の最大振
幅がある定在波電界が設定されるようにハンドル
２９により滑動可能な後面壁２８を移動させるこ
とによつて調整される。

定在波マイクロ波電界が設定されると、接合部
Ｊにおける接合の形成を助けるようにコンプレツ
サ３０によつて力が試料Ｓ１の突出した上端に加
えられる。反対側の試料Ｓ２の端部には音響結合
材料、例えばグリースが付着され、試料Ｓ２に沿
つた接合部Ｊと評価装置３２との間の音響波の伝
送を容易にする。評価装置３２内に、試料Ｓ２と
トランスデユーサ３４との間の音響信号の伝送を
最大にする音響増大レンズ３３が設けられる。ト
ランスデユーサ３４は送信機またはパルサ３５か
ら受信した電気パルスを音響パルスに変換し、こ
れらの音響パルスを試料Ｓ２に沿つて接合部Ｊに
送信し、音響パルスは接合部Ｊから反射されてＳ
２に沿つて戻り、音響増大レンズ３３を経てトラ
ンスデユーサ３４に入力する。反射過程におい
て、トランスデユーサ３４は音響パルスを電気パ
ルスに変換し、その電気パルスは受信機３６に送
られる。受信機３６の出力はオシロスコープ３７
で表示される。

コンプレツサ３０と評価装置３２は共に試料Ｓ
１，Ｓ２を保持する密閉容器２１の外部に配置さ
れ、測定装置に熱や放射によるダメージを与える
ことなく接合部Ｊについて正確な測定を行なうこ
とができる。

説明をオシロスコープ３７に戻すと、そのよう
な装置は入力端子に与えられた電気信号をオペレ
ータが観察するために表示するものとして知られ
ている。例えばこの場合には与えられる入力信号
は結合される試料Ｓ１，Ｓ２間の接合部Ｊからの
反射に応じたトランスデユーサ３４によつて生成
された電気信号である。試料Ｓ１，Ｓ２が接合さ
れると、この音響パルスは振幅が減少し、接合部
Ｊを横切つて完全な接合が形成されるとき明瞭に
消失する。

この音響パルスの監視は、オペレータが接合処
理状態を観察し、接合された試料Ｓ１，Ｓ２内部
に形成される可能性のある不完全結合部を認識す
ることを可能にする。接合された試料Ｓ１，Ｓ２
は非酸化物材料を何等破壊することなく評価され
るから、品質制御が大いに高められる。

第３図に示された実施例において、密閉容器２
１の後部部分がハンドル２９を動かすことによつ
て空洞の寸法を調整する後部壁を明らかにするた
めに破いた状態で示されている。ハンドル２９は
固定壁４１によつて案内されると共にシールされ
ている。保持板４２はＯリング４３を保持し、こ
のＯリング４３は外部雰囲気から空洞２７中へ汚
染物が導入されることに対してハンドル２９を密
封している。

密閉容器２１中の空洞２７およびアイリス板５
２と第２のサーキユレータ１７（第１図）との間
に延在するインピーダンス整合部分５１はいずれ
も真空／圧力ライン４４によつて排気されるか、
または過度（１気圧より高い）の圧力とされる。
この真空／圧力ライン４４にゲージ４５が設けら
れて、ライン４４の圧力を監視している。 真
空／圧力ライン４４はインピーダンス整合部分５
１に連結されることが好ましい。それはこのよう
な配置はアクセスが必要になつたときにいつでも
ライン４４を外す必要なく容器２１にアクセスで
きるようにしているからである。しかしながら、
ライン４４はアイリス２３の背後で直接容器２１
に接続することもできる。

密閉容器２１が排気されることが望まれるとき
には、第１の流体弁４６が開かれ、真空ポンプ４
７がオンにされる。真空ポンプ４７は適当なマイ
クロ波電力レベルにおいてもフアラデー放電が生
じないように空洞２７内の圧力を10^-6以下に減少
させることができなければならない。

第１の流体弁４６、第２の流体弁４８および加
圧された不活性ガスシリンダ４９は密閉容器２１
内を過度の圧力にすることが望まれるときに開放
される。空洞２７の好ましい圧力は２気圧以上で
ある。不活性ガスシリンダ４９に含まれる適当な
不活性ガスは窒素およびアルゴンである。

排気された容器２１を再充填し或いは過度の圧
力の容器を排気することによつて処理を反対にし
ようとするときには、排気弁５０が開かれ、空気
が排気された容器２１中に流入するか、或いは内
部の高い圧力の不活性ガスが容器２１から外部へ
流出する。

酸化物セラミツクの場合には、接合は通常の雰
囲気環境で行われることができる。しかしなが
ら、非酸化物セラミツクの場合には、良好な接合
を得るためには処理の前に密閉容器２１を排気す
るか、或いは不活性ガスで容器２１を過度の圧力
にすることが必要であることが研究の結果判明し
た。

例えば、窒化シリコンを使用して行われた実験
では、試料Ｓ１，Ｓ２が通常の雰囲気環境でマイ
クロ波放射を受けると、セラミツク材料の製造中
に残留する可能性のある不純物その他の異物質が
試料Ｓ１，Ｓ２の表面で酸化され、接合を困難に
し、或いは不可能にすることが明らかにされた。
この酸化を防止するために、試料Ｓ１，Ｓ２を含
む容器２１全体は真空中に置かれるか、不活性ガ
スで過度の圧力にされる。

本来試料Ｓ１，Ｓ２を囲む領域だけを真空にす
るか、不活性ガスで過度の圧力にすればよいので
あるが、実際にはアイリス２３と第２のサーキユ
レータ１７との間のインピーダンス整合部分５１
を含めて容器２１全体を真空にしたり、加圧した
りするようが容易である。

第４図および第５図に示すようにアイリス２３
はアイリス板５２における厚さの減少している部
分における開口である。密閉容器２１中の空洞２
７はアイリス２３を介して排気されるか高い圧力
にされる。アイリス板５２は密閉容器２１とイン
ピーダンス整合部分５１との間に通常のナツト５
３Ａとボルト５３Ｂのような任意の適当な固定手
段によつて連結される。アイリス板５２は円形の
溝５５Ａに適合した前面Ｏリング５４Ａおよび円
形溝５５Ｂに適合した後面Ｏリング５４Ｂによつ
て漏洩を生じないように密封されている。溝５５
Ａに対応するインピーダンス整合部分５１の表面
にも対応する溝５５Ａを有し、溝５５Ｂに対応す
る密閉容器２１の表面にも対応する溝５５Ｂを有
している。

第６図に示すように、排気および加圧の両者
は、容器２１の各観察ポート５６が容器２１の空
気の流入または不活性ガスの流出のいずれかの漏
洩に対して密封されることを必要としている。観
察ポート５６は窓５９を保持するための板５８を
有するキヤツプ５７により覆われている。観察ポ
ート５６はキヤツプ５７との間に漏洩に対してＯ
リング６０で密封され、一方キヤツプ５７は窓５
９との間の漏洩に対してＯリング６１で密封され
ている。窓５９は試料Ｓ１，Ｓ２からの赤外線放
射が最小の減衰で通過できなければならない。こ
の目的には通常のガラスおよび透明なマイカが充
分に適当であることが判明した。

第７図に示すように、試料Ｓ１は密閉容器２１
の上部ポート６２から空洞２７中に伸びでおり、
一方試料Ｓ２は密閉容器２１の底部ポート６３か
ら空洞２７中に伸びている。試料Ｓ１とＳ２とが
接合されるとき上部ポート６２と試料Ｓ１との間
で漏洩が生じないように密封するＯリング６４が
設けられ、また底部ポート６３と試料Ｓ２との間
で漏洩が生じないように密封するＯリング６５が
設けられている。

以上説明した素子は非酸化物セラミツクのよう
な材料のマイクロ波接合のための装置の部品を構
成している。次に処理について以下説明する。

最初に空洞２７の内部が第３図に示した装置に
よつて上述のように排気されるか、または加圧さ
れなければならない。その後２つの非酸化物セラ
ミツク試料Ｓ１とＳ２の接合プロセスが開始され
る。

再び第１図を参照すると、マイクロ波エネルギ
はマグネトロン１１から矢印で示されるように密
閉容器２１へ導波管に沿つて伝播する。第２図に
示すようにマイクロ波電界の定在波は３つのほぼ
等しい間隔の位置で最大振幅を有する。非酸化物
セラミツク試料Ｓ１とＳ２とは利用できるマイク
ロ波をほとんど全てを吸収して熱として消散させ
るようにこれらの位置の一つに配置されている。

マイクロ波エネルギを密閉容器内に入力させる
アイリス２３はインピーダンス変遷装置として作
用し、空洞２７のインピーダンスをマイクロ波を
容器２１まで導く方形のインピーダンス整合部分
５１のインピーダンスに整合させる。可変結合は
結合の程度を制御するように適当な開口のアイリ
スを選択することによつて行われる。

滑動可能な後部壁２８により長さを調整できる
空洞を有する容器２１を使用する理由は、終端さ
れた導波管部分と異なつて空洞２７中の電力は伝
播するマイクロ波電界中の電力のＱ倍であること
である。ここでＱは電力損失に対する（2πf）×
（サイクル当り蓄積された平均エネルギ）として
定義される空洞の品質係数（選択度）である。そ
れ故、Ｑは数千の単位になし得るから、空洞２７
は非常に少ない入力電力によつて高いレベルの蓄
積エネルギを得ることができ、そのため試料Ｓ
１，Ｓ２により高いレベルのエネルギを消費する
ことができる。もちろん、消費されるエネルギは
空洞外部から伝播されるマイクロ波と関係する値
を越えて消費されることはない。

温度測定に関して、空洞２７内に導電物質が入
るとそれはアンテナとして、或いは空洞２７の外
部にマイクロ波を伝送する同軸伝送ラインの一部
として作用するため、試料Ｓ１，Ｓ２の温度測定
ののために空洞２７中にサーモカツプルやサーミ
スタを挿入することはできない。事実、この現象
は電圧結合プローブの基本としている原理であ
る。この現象を避けるためにこの発明では侵入し
ない温度測定技術が使用されている。すなわち加
熱された試料Ｓ２の外面から放射される赤外線の
強度を測定する。この強度はプランクの放射法則
にしたがつて材料の表面の温度と特定の関係にあ
る。残念なことに、この関係はまた表面の熱放射
性にも依存している。この熱放射性は、完全黒体
表面に対しては、全ての放射は放射されるか吸収
されるかのいずれかであり、一方完全な白の表面
では、放射され、或いは吸収される放射線はな
い、すなわち全て内部または外部に反射される、
というような表面の熱放射効率の尺度である。大
抵の表面では正確に熱放射性を知ることは困難で
ある。したがつて大きな温度の不確実性がある。
この誤差を避けるために、この発明ではそのよう
な誤差をキヤンセルするいわゆる“２色”パイロ
メータ１９を使用している。

この発明の期待された効果をテストするために
直径3/8インチ、長さ３インチの窒化リコン棒を
使用して実験が行われた。試料Ｓ１，Ｓ２は市販
（GTE−Wesgo社販売）されているものである。

第１図に示すように、マイクロ波はマグネトロ
ン１１により供給され、矢印で概略的に示した方
形導波管を通つてインピーダンス整合部分５１
（第３図）および密閉容器２１に送られ、密閉容
器２１中の空洞２７中に試料Ｓ１，Ｓ２が配置さ
れた。空洞２７は単一モードマイクロ波電界形態
で励振され、マイクロ波電界がアイリス２３を通
つて空洞２７に入力された後、後面壁２８の位置
を調整することによつてその共振周波数は変化さ
れた。試料Ｓ１，Ｓ２により吸収された電力は空
洞２７に集束された前進方向の電力と空洞２７か
ら反射して戻された電力との差として測定され
る。試料Ｓ１，Ｓ２はマイクロ波電界の定在波の
振幅の最大の位置に配置された。

第２図に示されるように、コンプレツサ３０は
密閉容器２１の外部に位置し、接合過程において
試料Ｓ１，Ｓ２に圧縮力を加える。ロードセル３
１はこの力を測定し、そのデータを力モニタおよ
びレコーダ３８に伝送し、レコーダ３８はそのデ
ータをオペレータのために表示する。接合の形成
中、吸収された電力、上昇した温度、加えられた
圧力が監視され、第１図のレコーダ１８および第
２図のレコーダ３８に時間の関数として適当に記
録される。これらの測定は接合過程中に生じた電
力、温度、および圧力の最適化を時間の関数とし
て確実に得させる。

窒化リコンを使用して実験の結果、接合された
棒は接合されない試料Ｓ１，Ｓ２と同程度以上の
強度を示した。第２に、接合部Ｊの周囲の光学顕
微鏡および電子顕微鏡による観察によつて、この
領域が非常に均質であり、２つの試料Ｓ１，Ｓ２
間の境界を横切つて均一なマイクロ構造が維持さ
れていることが認められた。第３に、４点屈曲の
屈曲テスト中の破壊は接合部Ｊからある距離で生
じ、破壊係数はもとの材料のそれより大きい。し
たがつて接合部Ｊは試料Ｓ１，Ｓ２の最初の状態
の材料よりも強いことが認められる。初期加熱時
間の15分以内に形成された同一の接合の大きな強
度は適切なマイクロ構造の完全性を有する結合の
形成の一つのキーであることを結論づけている。

これらの接合は熱拡散結合である。しかしなが
ら、この発明はまたセラミツクのとラミツクのろ
う付け処理に適用することもできる。

非酸化物セラミツクと金属の接合に対しては、
２つの異なる型式の接合が可能である。すなわ
ち、通常のろう付法および中間層を使用する間接
ろう付接合である。このような非酸化物セラミツ
クと金属の接合を行なうために金属棒またはその
他のセラミツク以外の物質の試料の位置が、セラ
ミツク棒または試料と接合されるべき端部が容器
２１中の空洞２７の内壁のと一致し、その一部と
なるように注意深く最初に調整されなければなら
ない。空洞２７を共振に同調させるために、金属
棒は上部ポート６２または底部ポート６３のいず
れかから容器２１内に若干挿入される。金属物体
は電磁エネルギを吸収するのではなく反射するた
めに一般にはマイクロ波加熱では避けられるべき
であるけれども、空洞２７中に挿入された金属棒
は本質的にキヤパシチブなポストとして作用し、
このポストの電気リアクタンスおよび加熱処理に
おけるその効果は高い正確度で計算できる。その
後、非酸化物セラミツク試料が金属試料と接触さ
れ、セラミツクとセラミツクの接合の場合と正確
に同じ方法で加熱される。すなわち、空洞２７が
金属と非酸化物セラミツクとの接合過程に対して
再同調され、接合が空洞２７中の最大電界位置で
形成される。電界は円筒状の試料Ｓ１，Ｓ２の縦
軸に沿つて一定であることに注意すべきである。
また金属とセラミツクの接合に対しても温度／時
間プロフアイルの計算を行なうことができる。

以上、この発明の好ましい実施例についてのみ
説明した。しかしながら、接合技術の当業者であ
ればこの説明により多くの変形、変更が容易に可
能であろう。したがつて、この発明は上述した方
法および装置に限定されるものではなく、特許請
求の範囲の記載によつてのみ限定されるべきもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のマイクロ波接合方法を行
なうための装置の概略図であり、第２図は、この
発明のマイクロ波接合方法を行なうための装置中
の２つのキー素子を構成するコンプレツサと監視
装置の詳細図である。第３図は、この発明のマイ
クロ波接合方法を行なうための装置を形成する素
子のいくつかのものの上面図であり、第４図は、
第３図の線４−４に沿つた断面図である。第５図
は、この発明の装置の容器への入力におけるアイ
リスおよび周辺素子の分解斜視図である。第６図
は、第３図の線６−６に沿つた断面図であり、第
７図は、第３図の線７−７に沿つた断面図であ
る。 １１……マグネトロン、１２，１７……サーキ
ユレータ、１４，２４……電圧サンプリングプロ
ーブ、１５，２５……電力ヘツド、１６，２６…
…電力計、１８……レコーダ、１９……パイロメ
ータ、２１……密閉容器、２２……差動増幅器、
２７……空洞、３０……コンプレツサ、３１……
ロードセル、３２……非破壊評価装置、３９，４
０……抵抗負荷素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２つの物体の周囲に真空状態を生成し、それ
   ら２つの物体の間に形成される接合部にマイクロ
   波を放射し、 同時に２つの物体に圧縮力を与え、 ２つの物体間に形成される接合部を連続的に監
   視することを特徴とする２つの物体を接合する方
   法。 ２ ２つの物体の周囲に真空状態を生成する手段
   と、 それら２つの物体の間に形成される接合部にマ
   イクロ波を放射する手段と、 同時に２つの物体に圧縮力を与える手段と、 ２つの物体間に形成される接合部を連続的に監
   視する手段とを具備していることを特徴とする２
   つの物体を接合する装置。 ３ ２つの物体の周囲の空洞に過度に圧力を与
   え、 ２つの物体間に形成される接合部にマイクロ波
   を放射し、 同時に２つの物体に対して圧縮力を供給し、 ２つの物体間に形成される接合部を連続的に監
   視することを特徴とする２つの物体を接合する方
   法。 ４ ２つの物体の周囲の空洞に過度に圧力を与え
   る手段と、 ２つの物体間に形成される接合部にマイクロ波
   を放射する手段と、 同時に２つの物体に対して圧縮力を供給する手
   段と、 ２つの物体間に形成される接合部を連続的に監
   視する手段とを具備していることを特徴とする２
   つの物体を接合するための装置。