JP2001089292A - 自由落下液滴の衝突凝固による高品質結晶材料の製造方法 - Google Patents
自由落下液滴の衝突凝固による高品質結晶材料の製造方法Info
- Publication number
- JP2001089292A JP2001089292A JP27381499A JP27381499A JP2001089292A JP 2001089292 A JP2001089292 A JP 2001089292A JP 27381499 A JP27381499 A JP 27381499A JP 27381499 A JP27381499 A JP 27381499A JP 2001089292 A JP2001089292 A JP 2001089292A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- droplet
- liquid drop
- solidification
- collision
- high quality
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B30/00—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions
- C30B30/08—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions in conditions of zero-gravity or low gravity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10S117/901—Levitation, reduced gravity, microgravity, space
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10S117/914—Crystallization on a continuous moving substrate or cooling surface, e.g. wheel, cylinder, belt
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高品質結品材料を簡単な凝固プロセスのみで
製造する。 【解決手段】 熱融解性含金属材料の融液の液滴を初速
度ゼロの状態から自由落下させ、凝固する前に金属板な
どの冷却材に衝突させ、その衝突個所から放射方向凝固
させることによる高品質結晶材料の製造方法。
製造する。 【解決手段】 熱融解性含金属材料の融液の液滴を初速
度ゼロの状態から自由落下させ、凝固する前に金属板な
どの冷却材に衝突させ、その衝突個所から放射方向凝固
させることによる高品質結晶材料の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自由落下を利用し
て高品質結晶材料を製造する方法に関するものである。
て高品質結晶材料を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体などの熱融解性含金属材料の融液
を急冷することによりアモルファス材料の製造が行われ
ている。この溶液急冷法には、単一ローラー溶液スピニ
ング法、双ローラー溶液スピニング法、回転シリンダ
法、溶液引き出し法、溶液ドラッグ法、Ｇｕｎ法などが
ある（参考文献：「先端材料辞典」ｐ．５９１、産業調
査会（１９９６）；Ｓ．Ｊ．Ｓａｖａｇｅ ａｎｄ
Ｆ．Ｈ．Ｆｒｏｅｓ，Ｊ．Ｍｅｔａ１ｓ，３６，（４）
（１９８４）、ｐｐ．２０−３３．）。単一ローラー溶
液スピニング法やＧｕｎ法などの方法では、溶液原料を
ローラーや急冷板などに溶液を加速射出して急冷する。
また、溶液引き出し法や溶液ドラッグ法では、回転ドラ
ムに溶液を付着させて冷却するが、この時溶液には遠心
力が作用する。これらの方法では１０4〜１０8℃／秒程
度の急速冷却速度を得ることができ、また、連続的にリ
ボン状薄膜が得られる様に工夫されている。得られる薄
膜はアモルファスがほとんどであるが、これを加熱処理
して結晶化させると、組成と組織が冷却ローラーなどに
接触している部分と接触していない部分では異なり、均
一組成・組織から成る高品質結晶材料は製造できない。
を急冷することによりアモルファス材料の製造が行われ
ている。この溶液急冷法には、単一ローラー溶液スピニ
ング法、双ローラー溶液スピニング法、回転シリンダ
法、溶液引き出し法、溶液ドラッグ法、Ｇｕｎ法などが
ある（参考文献：「先端材料辞典」ｐ．５９１、産業調
査会（１９９６）；Ｓ．Ｊ．Ｓａｖａｇｅ ａｎｄ
Ｆ．Ｈ．Ｆｒｏｅｓ，Ｊ．Ｍｅｔａ１ｓ，３６，（４）
（１９８４）、ｐｐ．２０−３３．）。単一ローラー溶
液スピニング法やＧｕｎ法などの方法では、溶液原料を
ローラーや急冷板などに溶液を加速射出して急冷する。
また、溶液引き出し法や溶液ドラッグ法では、回転ドラ
ムに溶液を付着させて冷却するが、この時溶液には遠心
力が作用する。これらの方法では１０4〜１０8℃／秒程
度の急速冷却速度を得ることができ、また、連続的にリ
ボン状薄膜が得られる様に工夫されている。得られる薄
膜はアモルファスがほとんどであるが、これを加熱処理
して結晶化させると、組成と組織が冷却ローラーなどに
接触している部分と接触していない部分では異なり、均
一組成・組織から成る高品質結晶材料は製造できない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高品質結晶
材料を融液を衝突凝固させる簡単な凝固プロセスのみで
製造する方法を提供することをその課題とする。
材料を融液を衝突凝固させる簡単な凝固プロセスのみで
製造する方法を提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を行った結果、本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明によれば、熱融解性含金属
材料の融液の液滴を、非酸化性条件下で初速度ゼロの状
態から自由落下させ、該液滴の凝固前に冷却用部材に衝
突させて該衝突個所から放射方向に凝固させることを特
徴とする高品質結晶材料の製造方法が提供される。
を解決すべく鋭意研究を行った結果、本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明によれば、熱融解性含金属
材料の融液の液滴を、非酸化性条件下で初速度ゼロの状
態から自由落下させ、該液滴の凝固前に冷却用部材に衝
突させて該衝突個所から放射方向に凝固させることを特
徴とする高品質結晶材料の製造方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明で用いる被処理原料は、熱
融解性含金属材料である。この含金属材料は、加熱によ
り融解して融液を形成するものであり、その融点は、通
常、１００℃以上、特に５００℃以上であり、その上限
値は、特に制約されないが、通常、２５００℃程度であ
る。含金属材料は、金属や合金であることができる他、
金属化合物（酸化物等）であることができる。このよう
な含金属材料には、チタン、鉄などの金属；チタン−ニ
ッケル、銅−アルミニウム、銅−インジウム等の合金；
ゲルマニウム、シリコン、インジウム−アンチモン、鉄
−シリコン、銅−インジウム−セレンなどの半導体；ア
ルミナ−ガーネット複合材料（ＭＧＣマテリアル）等の
セラミックスが包含される。これらの含金属材料は、粉
末状や塊状、フィルム状等の各種の形状であることがで
きる。
融解性含金属材料である。この含金属材料は、加熱によ
り融解して融液を形成するものであり、その融点は、通
常、１００℃以上、特に５００℃以上であり、その上限
値は、特に制約されないが、通常、２５００℃程度であ
る。含金属材料は、金属や合金であることができる他、
金属化合物（酸化物等）であることができる。このよう
な含金属材料には、チタン、鉄などの金属；チタン−ニ
ッケル、銅−アルミニウム、銅−インジウム等の合金；
ゲルマニウム、シリコン、インジウム−アンチモン、鉄
−シリコン、銅−インジウム−セレンなどの半導体；ア
ルミナ−ガーネット複合材料（ＭＧＣマテリアル）等の
セラミックスが包含される。これらの含金属材料は、粉
末状や塊状、フィルム状等の各種の形状であることがで
きる。
【０００６】本発明により高品質の結晶材料を製造する
には、先ず、熱融解性含金属材料の融液を形成する。こ
の融液はるつぼ等の容器に熱融解性含金属材料の粉末状
や塊状、フィルム状の原料を入れ、電気抵抗炉、赤外線
炉等の加熱装置で原料を融点以上に加熱、融解すること
により形成することができる。強磁性や常磁性の材料の
場合は、電磁浮遊加熱装置で加熱して融液を形成し、こ
の融液を浮遊させることができる。この加熱に際しての
条件は、融液が変質しない条件で、融液の種類により、
非酸化性や酸化性条件が選ばれる。例えば、熱融解性含
金属材料が酸化されやすい場合は非酸化性条件が選ば
れ、熱融解性含金属材料が酸化物の場合は酸化条件でも
良い。このような条件には、アルゴンやヘリウム等の不
活性ガス雰囲気、水素、酸素などの活性ガス雰囲気の
他、２６６０Ｐａ以下、好ましくは１３３Ｐａ以下の真
空の雰囲気が包含され、原料に応じて適宜選択される。
蒸気圧の高い含金属材料を取り扱う場合は、材料の蒸発
を抑制するように高圧の不活性ガス雰囲気中、又は、活
性ガス雰囲気中で融点以上に加熱し、融解するのがよ
い。
には、先ず、熱融解性含金属材料の融液を形成する。こ
の融液はるつぼ等の容器に熱融解性含金属材料の粉末状
や塊状、フィルム状の原料を入れ、電気抵抗炉、赤外線
炉等の加熱装置で原料を融点以上に加熱、融解すること
により形成することができる。強磁性や常磁性の材料の
場合は、電磁浮遊加熱装置で加熱して融液を形成し、こ
の融液を浮遊させることができる。この加熱に際しての
条件は、融液が変質しない条件で、融液の種類により、
非酸化性や酸化性条件が選ばれる。例えば、熱融解性含
金属材料が酸化されやすい場合は非酸化性条件が選ば
れ、熱融解性含金属材料が酸化物の場合は酸化条件でも
良い。このような条件には、アルゴンやヘリウム等の不
活性ガス雰囲気、水素、酸素などの活性ガス雰囲気の
他、２６６０Ｐａ以下、好ましくは１３３Ｐａ以下の真
空の雰囲気が包含され、原料に応じて適宜選択される。
蒸気圧の高い含金属材料を取り扱う場合は、材料の蒸発
を抑制するように高圧の不活性ガス雰囲気中、又は、活
性ガス雰囲気中で融点以上に加熱し、融解するのがよ
い。
【０００７】次に、この含金属材料の融液を、容器の底
に設けた小孔から融液の一部を液滴として取り出し、こ
の液滴を初速度ゼロの状態から落下させる。液滴を作成
するために融液に圧力を加えて容器下部の小孔を通りや
すくしたり、容器に振動を加えても良いが、液滴が落下
する時は初速度を限りなくゼロにする必要がある。液滴
の大きさは小孔の大きさ、融液の粘性、容器と融液の濡
れ性、融液の比重などにより決定されるが、通常、その
直径は０．１〜５０ｍｍ、好ましくは２〜１０ｍｍであ
る。融液の液滴が存在する雰囲気は上に示した融解時と
同じである。落下した液滴は、液滴が融液の容器の下部
の小孔から完全に切り離され、自由落下の状態を経由し
て、金属板等の冷却用部材に衝突し、その衝突個所から
液滴の凝固が始まる。液滴の自由落下距離は液滴が自由
落下状態を経由することが必要で、小孔と冷却用部材と
の距離は液滴の垂直方向の長さ以上であることが必要で
ある。通常は、その液滴の垂直方向の長さ（直径）の１
〜５００００倍程度の距離である。さらに、本発明で
は、液滴が冷却用部材に衝突することにより凝固を開始
する必要があり、自由落下中は液滴の凝固が起こらない
ように自由落下距離を選定する必要がある。一般に、含
金属材料の融点、液滴の温度、自由落下時に発現する過
冷却度、液滴表面からの放射率等により自由落下距離を
決定することが必要である。その具体的自由落下距離
は、予備実験により選定することができる。
に設けた小孔から融液の一部を液滴として取り出し、こ
の液滴を初速度ゼロの状態から落下させる。液滴を作成
するために融液に圧力を加えて容器下部の小孔を通りや
すくしたり、容器に振動を加えても良いが、液滴が落下
する時は初速度を限りなくゼロにする必要がある。液滴
の大きさは小孔の大きさ、融液の粘性、容器と融液の濡
れ性、融液の比重などにより決定されるが、通常、その
直径は０．１〜５０ｍｍ、好ましくは２〜１０ｍｍであ
る。融液の液滴が存在する雰囲気は上に示した融解時と
同じである。落下した液滴は、液滴が融液の容器の下部
の小孔から完全に切り離され、自由落下の状態を経由し
て、金属板等の冷却用部材に衝突し、その衝突個所から
液滴の凝固が始まる。液滴の自由落下距離は液滴が自由
落下状態を経由することが必要で、小孔と冷却用部材と
の距離は液滴の垂直方向の長さ以上であることが必要で
ある。通常は、その液滴の垂直方向の長さ（直径）の１
〜５００００倍程度の距離である。さらに、本発明で
は、液滴が冷却用部材に衝突することにより凝固を開始
する必要があり、自由落下中は液滴の凝固が起こらない
ように自由落下距離を選定する必要がある。一般に、含
金属材料の融点、液滴の温度、自由落下時に発現する過
冷却度、液滴表面からの放射率等により自由落下距離を
決定することが必要である。その具体的自由落下距離
は、予備実験により選定することができる。
【０００８】冷却用部材としては、通常、金属（含金を
含む）やセラミックス等からなるものが用いられ、その
表面形状は、平坦状や曲面状等であることができる。金
属からなる冷却用部材は、それに衝突する加熱状態にあ
る液滴によってその表面が融解を生じないものであれば
よい。このような金属としては、銅、鉄等が一般的に用
いられる。また、セラミックスとしては、ガラスや窒化
アルミニウム等が用いられる。その冷却用部材の表面温
度は、通常、その液滴を構成する含金属材料の融点以下
の温度で、好ましくは融点より１００℃程度以上低い温
度、特に融点より５００〜２５００℃程度低い温度であ
る。
含む）やセラミックス等からなるものが用いられ、その
表面形状は、平坦状や曲面状等であることができる。金
属からなる冷却用部材は、それに衝突する加熱状態にあ
る液滴によってその表面が融解を生じないものであれば
よい。このような金属としては、銅、鉄等が一般的に用
いられる。また、セラミックスとしては、ガラスや窒化
アルミニウム等が用いられる。その冷却用部材の表面温
度は、通常、その液滴を構成する含金属材料の融点以下
の温度で、好ましくは融点より１００℃程度以上低い温
度、特に融点より５００〜２５００℃程度低い温度であ
る。
【０００９】冷却用部材表面に衝突してその表面上に形
成される凝固生成物の形態は、表面が平らな冷却用部材
（冷却板）の場合は、薄板状であり、その面積及び厚さ
は液滴が冷却板に衝突した時点での温度、粘性、衝突速
度、冷却用部材の温度等による。冷却用部材板の形状を
選択することにより、円形あるいは四角形などの薄板の
形状のものの製造が可能である。冷却用部材に衝突した
液滴は融液容器下部の小孔から、もしくは浮遊状態の液
滴が落下をはじめる個所から衝突するまでは完全な自由
落下であり、液滴は微小重力環境下にある。従って、液
滴内に熱対流はなく、組成が均質である。冷却用部材に
衝突した個所から液滴の熱は奪われ、その衝突個所から
凝固を開始し、衝突個所以外へ放射方向状に凝固して行
く。即ち、この凝固は衝突個所を始点とする一方向凝固
である。その結果、得られる凝固物は高品質結晶であ
る。
成される凝固生成物の形態は、表面が平らな冷却用部材
（冷却板）の場合は、薄板状であり、その面積及び厚さ
は液滴が冷却板に衝突した時点での温度、粘性、衝突速
度、冷却用部材の温度等による。冷却用部材板の形状を
選択することにより、円形あるいは四角形などの薄板の
形状のものの製造が可能である。冷却用部材に衝突した
液滴は融液容器下部の小孔から、もしくは浮遊状態の液
滴が落下をはじめる個所から衝突するまでは完全な自由
落下であり、液滴は微小重力環境下にある。従って、液
滴内に熱対流はなく、組成が均質である。冷却用部材に
衝突した個所から液滴の熱は奪われ、その衝突個所から
凝固を開始し、衝突個所以外へ放射方向状に凝固して行
く。即ち、この凝固は衝突個所を始点とする一方向凝固
である。その結果、得られる凝固物は高品質結晶であ
る。
【００１０】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。 実施例１ （自由落下液滴の衝突冷却によるＣｕ−Ｉｎ合金高品質
結晶材料の製造） 高さ１３ｍ、直径３０ｃｍのステンレス製の管の上部
に、径３０ｍｍ、高さ１ｍの石英ガラス管から成る落下
管を連結し、その石英ガラス管内に、その頂部から、内
径８ｍｍ、長さ３０ｃｍでその先端を細く絞り、先端に
直径が０．３ｍｍの小孔を持つ石英ガラス管を石英ガラ
ス管内に挿入装着した。この内径８ｍｍの石英ガラス管
内部に、原子比０．６６：０．３４のＣｕとＩｎの混合
粉体０．３ｇを充填し、管内をヘリウムガスで置換し、
１３３ＰａのＨｅ雰囲気とした。次に、径３０ｍｍの石
英ガラス管外側に取り付けた電気炉でＣｕ−Ｉｎ混合粉
末を７５０℃に加熱して融解し、この温度に保持した。
Ｃｕ−Ｉｎ融解後、融液の入っている内径８ｍｍの石英
ガラス管上部に５３３３Ｐａのヘリウムガスで加圧し、
石英ガラス管下部に設けた直径０．３ｍｍの小孔から融
液を押しだし、液滴を作製した。液滴の径が２ｍｍ程度
になった時点で、初速度ほぼゼロの状態から落下管下方
に落下させた。落下中の液滴はほぼ球状であることか
ら、落下中の液滴は微小重力環境にあり、その結果、表
面張力の効果が顕著に現れて球状になったことがわか
る。小孔の垂直下６．５ｍの個所に、１０ｃｍ角、厚さ
１ｍｍの表面温度が室温（２０℃）の石英ガラス板を設
置し、Ｃｕ−Ｉｎ液滴を石英ガラス板に衝突させて凝固
させた。凝固物を回収し、断面を研磨し、塩化第２鉄２
ｇを添加した濃塩酸２０ｍｌをエッチング液として室温
で２０秒間エッチングを行った面の合金組織を光学顕微
鏡で観察した。また、ＣｕとＩｎの分布を観察した。そ
の結果、凝固物断面には粒界や欠陥が観察されず、均質
な組織であることが確認された。また、ＣｕとＩｎの凝
固物断面の分布の観察から、均質な組成であることが確
認された。凝固生成物を粉砕し、粉末Ｘ線回折法で結晶
構造を調べると、Ｃｕ2Ｉｎのみが結晶性生成物であっ
た。これらの結果より本発明の方法によりＣｕ2Ｉｎ高
品質結晶が得られたことは明らかである。
明する。 実施例１ （自由落下液滴の衝突冷却によるＣｕ−Ｉｎ合金高品質
結晶材料の製造） 高さ１３ｍ、直径３０ｃｍのステンレス製の管の上部
に、径３０ｍｍ、高さ１ｍの石英ガラス管から成る落下
管を連結し、その石英ガラス管内に、その頂部から、内
径８ｍｍ、長さ３０ｃｍでその先端を細く絞り、先端に
直径が０．３ｍｍの小孔を持つ石英ガラス管を石英ガラ
ス管内に挿入装着した。この内径８ｍｍの石英ガラス管
内部に、原子比０．６６：０．３４のＣｕとＩｎの混合
粉体０．３ｇを充填し、管内をヘリウムガスで置換し、
１３３ＰａのＨｅ雰囲気とした。次に、径３０ｍｍの石
英ガラス管外側に取り付けた電気炉でＣｕ−Ｉｎ混合粉
末を７５０℃に加熱して融解し、この温度に保持した。
Ｃｕ−Ｉｎ融解後、融液の入っている内径８ｍｍの石英
ガラス管上部に５３３３Ｐａのヘリウムガスで加圧し、
石英ガラス管下部に設けた直径０．３ｍｍの小孔から融
液を押しだし、液滴を作製した。液滴の径が２ｍｍ程度
になった時点で、初速度ほぼゼロの状態から落下管下方
に落下させた。落下中の液滴はほぼ球状であることか
ら、落下中の液滴は微小重力環境にあり、その結果、表
面張力の効果が顕著に現れて球状になったことがわか
る。小孔の垂直下６．５ｍの個所に、１０ｃｍ角、厚さ
１ｍｍの表面温度が室温（２０℃）の石英ガラス板を設
置し、Ｃｕ−Ｉｎ液滴を石英ガラス板に衝突させて凝固
させた。凝固物を回収し、断面を研磨し、塩化第２鉄２
ｇを添加した濃塩酸２０ｍｌをエッチング液として室温
で２０秒間エッチングを行った面の合金組織を光学顕微
鏡で観察した。また、ＣｕとＩｎの分布を観察した。そ
の結果、凝固物断面には粒界や欠陥が観察されず、均質
な組織であることが確認された。また、ＣｕとＩｎの凝
固物断面の分布の観察から、均質な組成であることが確
認された。凝固生成物を粉砕し、粉末Ｘ線回折法で結晶
構造を調べると、Ｃｕ2Ｉｎのみが結晶性生成物であっ
た。これらの結果より本発明の方法によりＣｕ2Ｉｎ高
品質結晶が得られたことは明らかである。
【００１１】次に、比較のために、落下管中に石英ガラ
ス板を設置せず、１３ｍ落下管底部にシリコンオイルを
入れた容器を設置し、Ｃｕ−Ｉｎ液滴を１３ｍの距離を
自由落下する間に凝固させ、球状の凝固生成物を得た。
この球状凝固生成物の研磨断面を塩化第２鉄２ｇを添加
した濃塩酸２０ｍｌをエッチング液として室温で２０秒
間エッチングした後の断面を光学顕微鏡写真で観察し
た。また、Ｃｕ及びＩｎの分布を観察した。その結果、
光学顕微鏡観察では、直径が２５μｍ程度の結晶粒が断
面全体に観察された。また、Ｃｕ及びＩｎの分布から各
元素が不均一に存在していることが確認された。この凝
固生成物を粉砕し、粉末Ｘ線回折法で結晶構造を調べる
と、Ｃｕ2Ｉｎのみが結晶性生成物であった。
ス板を設置せず、１３ｍ落下管底部にシリコンオイルを
入れた容器を設置し、Ｃｕ−Ｉｎ液滴を１３ｍの距離を
自由落下する間に凝固させ、球状の凝固生成物を得た。
この球状凝固生成物の研磨断面を塩化第２鉄２ｇを添加
した濃塩酸２０ｍｌをエッチング液として室温で２０秒
間エッチングした後の断面を光学顕微鏡写真で観察し
た。また、Ｃｕ及びＩｎの分布を観察した。その結果、
光学顕微鏡観察では、直径が２５μｍ程度の結晶粒が断
面全体に観察された。また、Ｃｕ及びＩｎの分布から各
元素が不均一に存在していることが確認された。この凝
固生成物を粉砕し、粉末Ｘ線回折法で結晶構造を調べる
と、Ｃｕ2Ｉｎのみが結晶性生成物であった。
【００１２】前記の実験結果より、自由落下したＣｕ−
Ｉｎ合金を表面温度が室温（２０℃）の石英ガラス板に
衝突させ、衝突した個所から凝固させることにより、高
品質結晶Ｃｕ2Ｉｎが生成したことは明らかである。す
なわち、自由落下中のＣｕ−Ｉｎ液滴は微小重力環境下
にあり、その結果、液滴は均質で、これを石英ガラス板
に衝突させ、衝突個所から凝固させる一方向凝固により
高品質結晶が製造できたことが明らかである。
Ｉｎ合金を表面温度が室温（２０℃）の石英ガラス板に
衝突させ、衝突した個所から凝固させることにより、高
品質結晶Ｃｕ2Ｉｎが生成したことは明らかである。す
なわち、自由落下中のＣｕ−Ｉｎ液滴は微小重力環境下
にあり、その結果、液滴は均質で、これを石英ガラス板
に衝突させ、衝突個所から凝固させる一方向凝固により
高品質結晶が製造できたことが明らかである。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、微小重力環境下では対
流がなく液体は均質性を維持できることを利用して、熱
融解性含金属材料の均質な液滴を金属板などの冷却用部
材に衝突させて一方向凝固させて単結晶などの高品質結
晶材料を製造することができる。本発明により得られる
高晶質結晶材料、例えばシリコン等の半導体は、ＩＣ基
板等として有利に利用される。
流がなく液体は均質性を維持できることを利用して、熱
融解性含金属材料の均質な液滴を金属板などの冷却用部
材に衝突させて一方向凝固させて単結晶などの高品質結
晶材料を製造することができる。本発明により得られる
高晶質結晶材料、例えばシリコン等の半導体は、ＩＣ基
板等として有利に利用される。
フロントページの続き (71)出願人 597110641 皆川 秀紀 北海道北広島市西の里東２丁目17番12号 (71)出願人 598033055 中田 善徳 北海道札幌市清田区里塚２条３丁目16番43 号 (71)出願人 598033066 鶴江 孝 北海道札幌市豊平区西岡５条１丁目15番11 号 (71)出願人 599136588 折橋 正樹 札幌市豊平区月寒東２条17丁目２番１号 工業技術院北海道工業技術研究所内 (74)上記６名の代理人 100074505 弁理士 池浦 敏明 (72)発明者 奥谷 猛 札幌市豊平区月寒東２条17丁目２番１号 工業技術院北海道工業技術研究所内 (72)発明者 永井 秀明 札幌市豊平区月寒東２条17丁目２番１号 工業技術院北海道工業技術研究所内 (72)発明者 皆川 秀紀 札幌市豊平区月寒東２条17丁目２番１号 工業技術院北海道工業技術研究所内 (72)発明者 中田 善徳 札幌市豊平区月寒東２条17丁目２番１号 工業技術院北海道工業技術研究所内 (72)発明者 鶴江 孝 札幌市豊平区月寒東２条17丁目２番１号 工業技術院北海道工業技術研究所内 (72)発明者 折橋 正樹 札幌市豊平区月寒東２条17丁目２番１号 工業技術院北海道工業技術研究所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 BA01 BA07 CD10
Claims (1)
- 【請求項１】 熱融解性含金属材料の融液からなる液滴
を、初速度ゼロの状態から自由落下させ、該液滴の凝固
前に冷却用部材に衝突させて該衝突個所から放射方向に
凝固させることを特徴とする高品質結晶材料の製造方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11273814A JP3087964B1 (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 自由落下液滴の衝突凝固による高品質結晶材料の製造方法 |
| US09/669,615 US6235109B1 (en) | 1999-09-28 | 2000-09-26 | Method of preparing crystalline or amorphose material from melt |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11273814A JP3087964B1 (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 自由落下液滴の衝突凝固による高品質結晶材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3087964B1 JP3087964B1 (ja) | 2000-09-18 |
| JP2001089292A true JP2001089292A (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17532941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11273814A Expired - Lifetime JP3087964B1 (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 自由落下液滴の衝突凝固による高品質結晶材料の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6235109B1 (ja) |
| JP (1) | JP3087964B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005103344A1 (ja) * | 2004-04-21 | 2005-11-03 | Kyosemi Corporation | 落下管型粒状結晶製造装置及び粒状結晶製造方法 |
| DE112009002084T5 (de) | 2008-09-01 | 2012-05-10 | Hiroshima University | Kristallherstellungsvorrichtung, mit derselben hergestellte Halbleitervorrichtung, und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit derselben |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3230581B1 (ja) * | 2000-09-12 | 2001-11-19 | 経済産業省産業技術総合研究所長 | 微小重力環境下での超磁歪材料の製造方法 |
| CN107589145B (zh) * | 2017-09-04 | 2020-08-25 | 西北工业大学 | 一种金属液滴的微重力凝固装置 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4198232A (en) * | 1978-12-29 | 1980-04-15 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Preparation of monotectic alloys having a controlled microstructure by directional solidification under dopant-induced interface breakdown |
| US4321086A (en) * | 1980-09-26 | 1982-03-23 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Preparation of micron sized metal droplets |
| US4389904A (en) * | 1981-03-23 | 1983-06-28 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method and apparatus for supercooling and solidifying substances |
| US4378209A (en) * | 1981-08-28 | 1983-03-29 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Gas levitator having fixed levitation node for containerless processing |
| US4553917A (en) * | 1982-12-21 | 1985-11-19 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Apparatus for production of ultrapure amorphous metals utilizing acoustic cooling |
| US4758267A (en) * | 1985-12-23 | 1988-07-19 | Energy Science Laboratories, Inc. | Ultrafine particle and fiber production in microgravity |
| US5340239A (en) * | 1991-09-26 | 1994-08-23 | Den Berk Henry Van | Installation for carrying out experiments under the condition of weightlessness or microgravity |
| US5279787A (en) * | 1992-04-29 | 1994-01-18 | Oltrogge Victor C | High density projectile and method of making same from a mixture of low density and high density metal powders |
| US5319670A (en) * | 1992-07-24 | 1994-06-07 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Velocity damper for electromagnetically levitated materials |
| JP2655825B2 (ja) * | 1995-03-15 | 1997-09-24 | 科学技術庁金属材料技術研究所長 | 溶融試料の切り放し方法とその装置 |
| AU727487B2 (en) * | 1997-10-23 | 2000-12-14 | Josuke Nakata | Manufacture method for a monocrystal and monocrystal manufacturing device |
-
1999
- 1999-09-28 JP JP11273814A patent/JP3087964B1/ja not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-09-26 US US09/669,615 patent/US6235109B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005103344A1 (ja) * | 2004-04-21 | 2005-11-03 | Kyosemi Corporation | 落下管型粒状結晶製造装置及び粒状結晶製造方法 |
| DE112009002084T5 (de) | 2008-09-01 | 2012-05-10 | Hiroshima University | Kristallherstellungsvorrichtung, mit derselben hergestellte Halbleitervorrichtung, und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit derselben |
| US8900953B2 (en) | 2008-09-01 | 2014-12-02 | Hiroshima University | Crystal manufacturing apparatus, semiconductor device manufactured using the same, and method of manufacturing semiconductor device using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3087964B1 (ja) | 2000-09-18 |
| US6235109B1 (en) | 2001-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2815215B2 (ja) | 非晶質合金固化材の製造方法 | |
| US3862658A (en) | Extended retention of melt spun ribbon on quenching wheel | |
| US3845805A (en) | Liquid quenching of free jet spun metal filaments | |
| JPH06292942A (ja) | 偏晶合金の生産方法および生産装置 | |
| US3297436A (en) | Method for making a novel solid metal alloy and products produced thereby | |
| KR100762039B1 (ko) | 액체 금속 냉각식 방향성 응고 방법 및 그의 제품과, 방향성 응고 노 | |
| JP3087964B1 (ja) | 自由落下液滴の衝突凝固による高品質結晶材料の製造方法 | |
| Tewari | Effect of undercooling on the microstructure of Ni-35 at. pct Mo (eutectic) and Ni-38 at. pct Mo (hypereutectic) alloys | |
| US3960200A (en) | Apparatus for liquid quenching of free jet spun metal | |
| JP3931223B2 (ja) | 自由落下液滴の衝突凝固による均質組成組織材料の製造方法 | |
| US4687606A (en) | Metalloid precursor powder and method of making same | |
| Dunst et al. | Formation of glassy spheres of Fe Ni P B by containerless processing | |
| Öztürk et al. | Production of rapidly solidified metal powders by water cooled rotating disc atomisation | |
| JPH064519B2 (ja) | 希土類金属と遷移金属とからなる巨大磁歪合金ロツドの製造方法 | |
| Okutani et al. | Synthesis of crystalline materials with high quality under short‐time microgravity | |
| JP4168140B2 (ja) | 均質な組成・組織を有する固体薄膜の製造方法 | |
| Frazier et al. | The melt spinning of gamma titanium aluminides | |
| Chua et al. | Correlation for the glass forming ability of Pd83. 5− xCuxSi16. 5 with crystalline-compound/solid-solution formation | |
| JP2003080361A (ja) | 落下塔の制動を利用する衝突凝固による均一組成・均一組織材料の製造方法 | |
| JPS60162703A (ja) | 金属粉末の製造方法 | |
| JPS5832567A (ja) | 金属シヨツトの製造方法 | |
| JP2004091857A (ja) | 均質な組成・組織を有する固体材料の製造方法 | |
| JPH0437121B2 (ja) | ||
| JP2004098090A (ja) | マグネシウム急速凝固合金製品の製造方法 | |
| JP4863635B2 (ja) | 多結晶シリコンインゴットの鋳造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3087964 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |