JPS596175B2 - ア−クイメ−ジ炉を用いた加熱後目的物急冷方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 最近の飛躍しつゝある技術革新の過程においては非晶質
の無機物質即ち非晶質の金属、合金、非金属無機物質、
或は此等の非晶質の複合材料の出現に負うところが大で
ある。

而して此等の非晶質材料即ちアモルファスの進歩は専ら
その製造の段階における加熱と急冷の技術の発展による
ものである。しかるに此の分野における従来技術は大別
して３種類存在した。即ちに泪的物をルツボに入れプラ
ズマアークにより加熱することとドラムの内壁を利用し
た遠心急令法又はガス銃又はピストンアンビル又は１〜
２個のロールの外面等による急冷法を組み合わせた方法
、（口泪的物をルツボに入れたもののハロゲンランプに
よる加熱と前記に）の方法中の急冷方法を組み合わせた
方法、ｆ（→高周波誘導加熱と前言酎）（：における急
冷方法とを組合わせた方法等があつた。しかしながら（
イ）の方法はその加熱の手段としてのプラズマアークは
不安定なので電極に炭素を加えるが、そのためにアーク
から発生した微粒の塵埃が反射鏡に付着するので光熱線
の反射率が悪くなりイメージが高温を保持し難いことに
加えて高温でルツボと反応するような目的物には使用で
きない。

その上従来のルツボのノズルからの目的溶融物の排出は
それ程高速には行われ得ず、また加熱湯所と冷却場所が
或程度離れざるを得ないから、種々の物質を非晶質とす
るためにはその冷却速度は不充分である、等々多くの欠
点を有していた。また（口）の方法ではハロゲンランプ
による加熱は安定しているのであるがハロゲン中の発行
は比較的低温なのでイメージも比較的高温にはなりにく
く約１、８００℃止りであるからＡｌ２Ｏ３或は３Ａｌ
２０３・ ２Ｓｉ０２等の高融点の物質については溶融
することができない。またその他に）の方法と同様の多
くの欠点を有する。また←→の方法では安定した高温は
得られるが、導電性のない目的物については必ず目的物
を入れる容器或はルツボを必要とするので、ルツボと反
応するような目的物には使用できない。またルツボを使
用するため加熱湯所と冷却場所が離れているので冷却速
度はあまり上らない等々の諸欠点があつた。従つて従来
の方法ではルツボを使用するため目的物との反応を防止
し得ない場合が多くまた一般に１、８００℃以上の高融
点物質からアモルファスを製造することはできなかつた
。本発明者等は従来技術では得ることのできなかつた此
等高融点物質のアモルファスを製造することを目的とし
て種々研究を重ねた結果、従来の方法によつてはなし得
なかつた高融点物質を含む目的物の加熱溶融と超急冷方
法との組み合わせにより本発明を完成したものである。

即ち希ガスランプ、例えばキセノンランプを横置した受
光鏡の第一焦点に備え第二焦点の外側に平面反射鏡を約
４５焦上方に向けて設けその真上に下向きに放射鏡を設
けたアークイメージ炉を用い該放射鏡の結像位置に石英
ガラスドームを置く方法である。

該石英ガラスドームの底部には予じめ目的物を載せた水
冷銅基板を気密に嵌着する。該水冷銅基盤は横断面は円
形で縦断面の上側は上方に凹の大きな半径の円弧で下側
は直線となるように形成したもので石英ドームとの嵌着
は耐熱性パツキンを用いたボルト締め或はねじ締め等の
構造とし、かつ石英ドーム内に高圧ガスを導入するため
の導入口を設け配管する。石英ドャ内には目ため、圧力
は目的物の性質で異るが、不活性ガス等を封入する。

また連続操業のため該石英ドームは複数準備し台車に載
せレール上でミニモーター又は手動により交互に該アー
クイメージ炉の放射鏡の焦点に運ぶ。而して該石英ドー
ムの位置はＸＹＺ方向にダイヤル操作により正確に微調
整できる様に構成する。高圧ガス管及び水冷銅基盤の下
部即ち水冷銅プロツクに導入する冷水管は可撓性のもの
を、石英ドームの往復移動の距離だけ余分に長く取り付
ける。更にまた石英ドームの上面は各部分が上方又は斜
め上方からの光熱線の入射角度に対し略々直角となる様
に製作する。これは光熱線の屈折の損失を最小に抑える
ためである。而して目的物を入れた石英ドームを該放射
鏡の焦点下に移動し該目的物に焦点を合わせればキセノ
ンランプのイメージは石英ドームに気密に囲まれている
ため２，００００Ｃ〜３，５００℃という従来比の種炉
では得られなかつた高温を発生し高融点の物質をも溶融
するに至る。本発明の特徴の一つとして目的物を直接加
熱溶融する方式をとつたため導電性のない物質に対して
もルツボ等を必要としないので目的物がルツボからの汚
染なしに溶融されるという利点がある。目的物が完全に
溶融すると、その大きさはイメージの大きさ以下にして
あるので、液状となつて表面張力により球形となり水冷
銅基盤と点接触になるから、冷却により失う熱よりも加
熱による熱量が遥かに多い状態となつている。

其の後において加熱を止めるのであるが、その方法は、
レール上で石英ドームの位置を変えるか、又はアークイ
メージ炉の電源を開とするか、又は受光鏡からの光熱線
の放射過程の途中において耐熱板を用いて、光熱線を遮
断する等のうち一つ以上の手段をとればよい。而して一
旦加熱を止めれば目的物と水冷銅基盤との温度差が極め
て大きいので超急冷されることになる。従来技術の冷却
速度は略々１０３０Ｋ／Ｓｅｃ止りであるが、本発明方
法では例えば前述の装置によればその冷却速度は凡そ１
０４前Ｋ／Ｓｅｃ程度となる。このように本発明方法に
おいて冷却速度が従来技術を超えて高いもう一つの要因
は加熱された目的物がドーム内で移動することなく直ち
に急冷されるためである。本発明方法によれば以上のよ
うにしてアークイメージ炉を用いて加熱後目的物を水冷
銅基盤等により超急冷することができ、それによつてア
モルフアスを確実に製造することができる。

次に実施例により本発明方法について詳細に説明する。

実施例 第１図は本発明方法の一例としての実施に用いるアーク
イメージ炉の一部断面説明図である。

先ずキセノンランプ１から出た光熱線は受光鏡２により
反射され、次に平面反射鏡３により凡そ上方に反射され
、更に放射鏡４によつて反射され放射鏡の結像位置に置
かれた石英ドーム５に集光する。石英ドーム５は台車６
に載荷しワイヤ７によつて牽引し該結像位置付近に運び
略々静置する。更に目的物の位置は台車６のレール１４
に付属したＸＹＺ軸方向位置調整装置８によりダイヤル
で正確に微調整してイメージに合致させる。而して光熱
線が目的物９に集光すればドーム内の温度も上り、目的
物９の温度も非常な高温となる。本実施例では光高温計
で測定したところ約３，０００℃であつた。第２図は本
発明の実施に用いる石英ドーム５及び水冷銅基盤１１の
拡大一部縦断面説明図であり、両者はパツキン１０を介
してねじ結合し、更に水冷銅基盤１１は台車６にボルト
締め載荷した。水冷銅基盤１１の上面は上に凹の半径大
なる球面の一部に形成し、内部中空の短円筒形をなし、
横面に入口冷水管１２及び出口冷水管１２′を取付け通
水した。短い矢印は冷水の流れの方向の例を示し、石英
ドーム５を貫く長い矢印は光熱線の方向を示す。石英ド
ーム５内水冷銅基盤１１の上面中央に目的物９として予
じめムライト系組成物の塊を置き入口高圧ガス管１３で
不活性ガスを充満させ、出口高圧ガス管１３′により圧
力を調節した。

第３図は第２図に示した水冷銅基盤１１のＡ−Ａにおけ
る一部横断面説明図であり該銅基盤内に示した短い矢印
は冷却用水流の方向の例を示してある。而して約２０秒
の加熱により目的物９は完全に溶融し表面張力によつて
球形となり求心的作用によつて、該球形目的物９は水冷
銅基盤１１の中央に落ち着いた。此の後該台車６のワイ
ヤー７を一方に引きレール１４上を移動させることによ
り加熱を止め該目的物９を水冷銅基盤１１との接触によ
り超急冷した。冷却速度は１０４０Ｋ／Ｓｅｃ程度と推
定された。また冷却後該目的物９のムライト系物質をＸ
線回折試験により検査したところ第４図に示す通りなだ
らかなＸ線回折図となり、第５図の典型的なピークを有
するムライト結晶のＸ線回折図とは、全く異なり殆んど
がアモルフアスであることが認められたので、ムライト
系アモルフアスとなつたことが確認された。以上により
本発明の効果は次の如くである。

１キセノンランプを用い結像点を石英ドームで覆つたの
で、此の種アータイメージ炉としては従来技術では得ら
れなかつた高温で目的物を加熱することができ、従つて
此の種の炉で従来溶融できなかつた高融点の物質を溶融
することができる。

２本発明方法によれば導電体から絶縁体まですべての材
料についてルツボなしに任意の雰囲気の下で加熱溶融す
ることができるので、従来のようなルツボによる汚染の
問題が解決される。

３従来方法では溶融目的物を或距離移動させるので、目
的物を薄片にしたとしても、冷却速度はあまり大きくな
いが、本発明方法ではアークイメージの焦点から僅かに
離れれば温度は低くなるので加熱部分と冷却部分は非常
に近づけることが可能であり、更に本発明方法の水冷銅
基盤との接触冷却を組み合わせたことにより、急冷速度
は従来技術を超えるものとなる。

４目的物を移動することなく非常な高温から水冷銅基板
により超急冷することができるので従来得られなかつた
高融点物質の非晶質材料或は準安定物質を得ることがで
き、従つて半導体其の他の電子材料或は光学機器用材料
等の優れた素材の製法として最新の技術の進歩に大きく
貢献することができる。

尚前記の実施例は本発明の実施の一例にすぎないから、
本発明の技術的範囲は前記実施例の範囲に限られるもの
ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一例としての実施に用いるアーク
イメージ炉の一部断面説明図である。 第２図は本発明の実施に用いる石英ドーム及びその台車
の拡大一部縦断面説明図である。第３図は水冷銅プロツ
クの一部横断面説明図である。第４図は本発明の方法に
より得られたムライト系アモルフアスのＸ線回折図、第
５図はムライト系結晶質物のＸ線回折図である。各図に
おいて１はキセノンランプ、２は受光鏡、３は平面反射
鏡、４は放射鏡、５は石英ドーム、６は台車、７はワイ
ヤー、８は目的物位置のＸＹＺ軸方向の調整装置、９は
目的物、１０はパツキン、１１は水冷銅基盤、１２は入
口冷水管、１２′は出口冷水管、１３は入口高圧ガス管
、１３′は出口高圧ガス管、１４はレール、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アークイメージ炉を用いて、その結像位置の付近に
   、気密に結合した耐熱ガラスドームと水冷銅基盤とを配
   置し、その間に目的物を収納し、該目的物を結像位置に
   合致させ、イメージ炉の光熱線を集中照射して目的物を
   加熱溶融させた後、加熱を止め、該溶融目的物を該水冷
   銅基盤との接触により急冷することを特徴とするアーク
   イメージ炉を用いた加熱後目的物急冷方法。