JPH02500758A - レーザー助成繊維成長 - 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】 レーザー助成繊維成長 ［発明の分野］ 本発明は、気体状反応体から薄い繊維の熱分解的形成を起こすためのレーザーエ ネルギの利用に関する。小直径繊維に形成できる物質には高純度炭素、はう素、 珪素、窒化珪素。

炭化珪素等が含まれる。

本願は１９８６年８月１８日にされた米国特許出願節８９７．７１０号の部分継 続出願である。

［関連技術の説明コ 本発明の高引張り強度繊維は、セラミックス、金属及び他の物質の強化及び他の 用途に用い得る。繊維強化複合物質は。

高効率熱機関に高温で用いられる破砕及び酸化抵抗セラミックスに用い得る。該 強化物質は気圏環境で軽量構造及び要素の建造に用いられる繊維強化金属の一部 としてみられる２例えばほう素繊維を用いる複合物質は、米国では軍用航空機。

民間航空機及びスペースシャトル衛星構造に広く用いられる。

はう素抜合体は、潜水艦体及び推進要素２強化ゴルフ　シャフト、テニス　ラケ ット及び自転車フレームに用いることができる。

同様に１強力強化リボンは、リボンの平面に垂直及びリボンの長さ軸に平行の方 向に高い強度を示す複合物質を製造するのに必要であり、それによって高横断強 度を有する複合材料を形成する。珪素リボン又はシートは１例えば、太陽電池及 び集積回路の製造に用い得る。

最も初期の蒸着法は加熱フィラメント状基体への耐火化合物の沈着を含み、連続 繊維の製造を可能にした。それ以外には繊維を形成できない多数の物質が、この 技術でフィラメントに合成できた。典型的には、タングステンのような物質の１ ０〜２０ミクロンの範囲の直径の基体フィラメントが、揮発化合物の形態の耐火 物質が加熱ワイヤ上に還元又は分解され得る温度に電気的に加熱された。４０〜 ７０ミクロンの厚い被膜が各フィラメント上にタングステン核の高密度貢献を相 殺するために沈着できた０例えば、はう素繊維は水素の存在下で三塩化はう素を 還元することによって製造することができ、加熱タングステン　ワイヤ上にほう 素の沈着を形成した。

蒸着は下の核上への物質の沈着を含むが、上記−液体一固体法は、特に準備した 雰囲気からの物質の沈澱を含む、伝統的ＶＬＳ法では、■は蒸気供給気体又は気 体混合物を表わし。

Ｌは液体触媒を表わし、かつＳは固体無定形結晶繊維製品を表わす、液体触媒の 役割はＶＬＳ法を他の繊維成長技術から区別する。該触媒の役割は、成長する結 晶物質と液体溶液界面を形成することであり、液体−蒸気界面を通って蒸気から 供給される。該触媒溶液は、液体を過飽和にする蒸気から供給物質の沈着の好ま しい位置である。結晶成長は、固体−液体界面で過飽和液体の沈澱で生じる。こ の機構を考えて、触媒選択は一部では融解した場合に、成長させようとする繊維 の構成原子を溶液中に取入れるような親和性を触媒が示さなければならないとい う事実に基づく。

二の機構において、触媒の役割は相対的に低い凍結温度の液体合金層を形成する ことである０例えば、珪素結晶を成長する場合、液体滴は蒸気から沈澱するため の好ましい場所であり、液体を珪素で過飽和とする。

繊維に加えて、研究者は各種め物質からリボンを合成することを試みた０例えば 、クルコニラスが文献［Ｖ、Ｋｒｕｋｏｎｉｓ：Ｂｏｒｏｎ　ａｎｄ　Ｒｅｆ’ ｒａｃｔｏｒｙ　Ｂｏｒｉｄｅｓ　（Ｖ、１．Ｍａｔｋｏｖｉｃｈ　Ｂ集）。

Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、　１９７７、　ｉ＋ｐ、 ５１７−５４０のＣｈｃｍ　ｉ　ｃａ　１Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　 ｏｆ’　Ｂｏｒｏｎ　ｆｉｌａｍｅｎｔ］に報告したように。

炭素基体に化学蒸着によって強力はう素リボンを形成する試みは成功しなかった ことが開示された１本発明はほう素リボンの製造を成功させたものである。

クルコニスは、存在するタングステン　フィラメントに沈着した気体状三塩化は う素／水素の混合物を用いる強力はう素フィラメントの化学蒸着による製造につ いても報告した。

本発明はタングステン核の必要性を除去し、従来得られたより小さい直径のほう 素繊維の製造を可能にするものである。

化学蒸着によって従来技術でほう素フィラメントが製造されたタングステンフィ ラメントの消滅は、均質なほう素繊維［全くほう素から構成される〕を生じ、異 物質の界面に必然的に生じる応力を除く。

Ｖａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ−８ｏｌｉｄ　ＭｅｃｈａｎｉｓＩＩｏｆ’　Ｓｉｎ ｇｌｅ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ。

４　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈ１ｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　ｐｐ、　８９−９０． 　ｌ９Ｂ４］で、単結晶珪素及び炭化珪素繊維が蒸気−液体一固体方法で製造で きることを開示した。先行技術の蒸気−液体一固体方法では、珪素含有気体［珪 素繊維成長のためコ、又は珪素及び炭素含有気体［炭化珪素成長のため］は分解 して液体触媒温に溶解した珪素又は珪素及び炭素を製造する。単結晶繊維は液体 から成長する。

同様に、単結晶の蒸気　液体　固体　成長は従来達成されたが、その後に形成さ れる固体結晶に溶解し汚染する触媒を用いてのみであった。触媒は固体への融解 及び蒸発によって消費される。この繊維製造法の主な欠点は触媒物質か繊維成長 過程につれて繊維チップを形成する液体滴に加えない場合には製造法が必然的に 停止することである。

過去においては、研究者は、ネルソン及びリチャードの論文に記載されたように 、熱分解炭素のロッドが集束二酸化炭素レーザーで物質を加熱することによって 製造できることが見出だされた［Ｌ、Ｓ、Ｎｅ１ｓｏｎ　ａｎｄ　Ｎ、Ｌ、Ｒｉ ｃｈａｒｄｓｏｎ、　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆ　Ｔｈｆｎ　Ｒｏｄｓ　ｏｆ’　 Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ　Ｃａｒｂｏｎ　ｂｙ　Ｈｅａｔｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ａＦｏ ｃｕｓｅｄ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｄｉｏｘｉｄｅ　Ｌａ５ｅｒ、　Ｍａｔｅｒｉａｌ ｓ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈＢｕｌｌｅｔｊｎ、　Ｖｏｌｕａ＋ｅ　７．　ｐｐ、　９ ７１−９７ｆ３　（１９７２）コ、ネルソン及びリチャードの論文は、レーザー 助成ロッド成長速度は極めて低く１時間当り１インチのオーダー［２０〜３０ｍ ｍ］であることを教示した。生成炭素繊維の直径は２００〜４００ミクロメータ の範囲であった。レーザー力が増加すると、煤及び他の不規則物質が繊維に沈着 した。生成炭素ロッドは低強度物質の微細構造特性の典型を有した。

本発明は蒸気分解反応による繊維成長の改良及び拡張に関する。それにおいて、 先行技術の触媒温又は集束レーザービームのような外部剤が蒸気分解反応による 物質沈着の成長の好ましい方向を生ずるように用いられ、従って軸が好ましい成 長方向に平行である繊維を形成する１本発明は、（１）先行技術より小さい集束 スポット　サイズのレーザーの使用。

（ｉｆ）先行技術で可能なものより小さい直径の繊維の成長。

（ｉｉｉ）先行技術で可能なより高い周囲圧力及び繊維チップ温度における繊維 成長、　（ｉｖ）例えば、無定形ガラスとして極めて純粋な単結晶であり及び／ 又は繊維の引張り破砕強度について均一で高い値を示す高品質繊維を得る繊維成 長条件の精密な制御、（Ｖ）純粋繊維物質の融解滴が繊維成長の触媒として働く 蒸気−液体一固体方法による高純度単結晶の成長。

（ｖｌ）レーザービームカが各焦点において正確に同一でなくても同一速度で繊 維が成長する多くの焦点に単一レーザービームが分裂及び集束するような繊維成 長の制御、（νｉｆ）繊維成長の初期段階の間にレーザー強度の変化を必要とし ない基体から繊維成長を開始する方法、　（ｖｉｉｉ）蒸気−液体一固体方法に よる極めて純粋な単結晶リボン又はシートの成長、及び（１ｘ）形成繊維の単位 質量当りのレーザーエネルギ消費が先行技術のものより２００倍以上小さいよう な速度でのレーザービームの焦点における繊維成長を包含する。

［発明の概要］ 本発明は、広範囲の物質から小径繊維及び薄りボンのレーザー助成化学蒸着（Ｃ ＶＤ）の装置及び方法を提供する。短波長レーザーが成長繊維の直径より小さい 回折制限焦点直径を達成するのに用いられる。集束レーザービーム収れんが。

繊維成長速度が外部制御繊維引出し速度に等しい値を自動的に達成するような繊 維チップ点に依存する繊維成長速度を得るために用いられる。固体及び液体の異 ｔｉる光学的特性は繊維又は成長触媒の融点における温度制御を達成するのに用 いられる。熱助成化学蒸着により表面に沈着できる任意の固体物質から構成され る繊維が成長し得る。

本発明は従来既知のレーザー助成謹維成長方法に対して顕著な質的及び量的な改 良を達成し、直径が少なくとも２０倍小さく、かつ成長速度が１０２乃至１０６ 倍大きくて拡散制限繊維成長速度に極めて近接するが、レーザーエネルギ消費を ３００の因子だけ減少するような繊維が［ハイドライドＣＶＤ、ハライドＣＶＤ 、金属有機ＣＶＤ、及び他（７）ＣＶＤ法を用いて］得られる０本質的に、最小 可能直径の［１〜２５０ミクロン、好ましくは約１００ミクロン未満、約５０ミ クロン未満又は約２５ミクロン未満］の繊維が複合材料に用いるのに望ましい、 生成繊維は単結晶繊維を含み、極めて強力である。繊維成長は液体相から達成さ れ、二元化合物繊維の成長も達成された。

本発明は、シラン気体から単結晶シリコン繊維及びウィスカーの蒸気−液体一固 体成長を達成し、蒸気−液体一固体法による繊維の製造において他の物質の使用 を可能にする。

本発明の他の利点には、二酸化炭素に基づくレーザービーム技術に比較して許容 できる周囲圧力及び成長温度の増大及び大きく一層エネルギ効率的な成長速度が 含まれる。

本発明は１円筒レンズにより又は所望のリボン幅に亙る球状レンズのスポット焦 点の迅速スキャンニングによって形成されるレーザービームの集束線における水 素中での塩化珪素の反応によって例示されるＣＶＤ反応により各種のリボン及び シートの直接形成を可能にする０本技術は固体珪素の形成の中間工程の必要性を なくす１本発明は、従来技術で珪素リボン及びシートの成長に用いられた固体ル ツボ、型、シェイパ−１基体、グリッド及び他の物質による珪素の汚染をもなく す。

本発明は、薄い繊維及びリボンが従来では当該形態で利用できなかった物質から 製造し得る方法を提供する。無定形。

多結晶性及び単結晶繊維が製造できる１本発明で製造される新規繊維及びリボン はバルク物質の微細構造及び結晶学的配向の制御を達成するのに用い得る。従っ て、新規バルク物質は新規かつ有用な特性を有することを可能にする。

例えば、繊維が１磁気領域のみを含むように小さい直径の配向磁気繊維から強力 な磁石を製造し得る。他の例は配向ピエゾ電気単結晶繊維からバルクピエゾ電気 物質の製造である。

新規種類の複合材料も製造できる。成分繊維の濃度及び配向の制御によって達成 される独特の特性のある磁気又はピエゾ電気複合体である１強力繊維で与えられ る高強度及び磁気繊維で与えられる磁気特性のような独特の組合せを示す新規複 合材料も本発明で製造し得る５ 理想的には１強化繊維及びリボンは［最大可能強度と共にコ最小可能直径を有す るべきである。小さい繊維直径は最小可能波長の放出ビームを有するレーザーを 用いて達成できる。

小さい波長は一般には１０．６ミクロメ一タ未満の値を有し、好ましくは５．０ ミクロメ一タ未満である。最小波長は０．２ミクロメータに近付く。

本発明の目的のため９本発明の繊維組成を説明するのに用いられる場合の「連続 」の語は２本発明のレーザー助成繊維成長方法及び装置から繊維の連続製造で得 られる長さを有する繊維を意味する３本発明の連続繊維は繊維成長を開始し本質 的に任意の長さの繊維を生じる連続法で繊維を取出すことによって製造できる。

本発明の詳細な説明するのに用いられる場合の「基体のない」の語は、基体から なり、繊維物質の沈着を生じ得る基体のない断面を有する繊維を意味する６本発 明のレーザー助成繊維成長の使用は沈着に基体を必要としない繊維の製造をもた らす。

［図面の簡単な説明コ 第１図は本発明により構成された繊維成長装置の模式図である。

第２図は第１図の装置によって達成できるような蒸気−液体一固体沈着による結 晶の成長の図式的説明図である。

第３図は第１図の装置に用いられるような流体供給システムの図式図である。

第４図は第１図の装置に示されるような鏡／集束機構の断面図である。

第５図は第１図の装置に示されるような反応室の断面図である。

第６図は第１図の装置で製造されるようなほう素繊維／成長特性を示すグラフで ある。

第７図は第１図の装置を用いてほう素繊維を成長させる場合の用いるレーザー力 と生成繊維直径との間の関係を示すグラフである。

第８図は速度の対数対逆数温度としてプロットした繊維成長速度と繊維チップ温 度の典型的変数を説明するグラフである２曲線Ａ−Ｂ：低い反応体圧力における 大きい直径の繊維；曲線Ｄ−Ｃ−Ｂ　：低い反応体圧力における小さい直径の繊 維；曲線Ｄ−Ｅ　：高い反応体圧力における小さい直径の繊維。

第９図はレーザー焦点からの距離とほう素繊維成長速度の典型的変数を説明する グラフである。

第１０図は異なる反応体圧力におけるほう素繊維強度対繊維成長の成長速度を説 明するグラフである。

第１１図は異なる反応体圧力における最小はう素繊維直径対繊維成長の成長速度 を説明するグラフである。

［好ましい態様の説明］ ここに説明する装置はレーザー助成蒸気−固体及び蒸気−液体一固体繊維成長方 法による繊維の成長を達成するために本発明により構成された装置は第１図及び 第５図に最も良く示される。５ワツト　マルチモード／１ワツト単一モード連続 波レーザーが一般に１で示される。レーザー１は、好ましくはネオジミウム−ド ープ　イツトリウム　アルミニウムガーネット型のもの、又は任意の他の類似の 短波長レーザーである。１０の因子だけビームの直径を増大することのできるビ ーム　エクスパンダは２に示す、ビーム　エクスパンダをこの形状で用いる場合 生成ビームは約１ｃｍの直径を有する。放射ビームの大調節をするために９手動 回転偏光プリズム３をレーザービーム通路４に挿入する。半波板８８及び固定偏 光プリズム５は偏光プリズム３に続いて第１ビーム通路４に挿入する。半波板８ ８は電子的に１例えばコンピュータで。

ステッパ　モータを介して調節できる。これは典型的には偏光プリズム５によっ て伝達されるビームの強度の１パーセント以下の変化を達成するために半波板８ ８を回転することができる。

ビーム通路４を偏向させるため、弗化マグネシウム被覆。

アルミニウム前表面鏡８．典型的には２インチの直径を有するものを約４５度の 角度でビーム通路に挿入して、第２ビーム通路７を形成する。第２ビーム通路７ は鏡９に向かって進み、鏡９は弗化マグネシウム被覆、アルミニウム前表面を有 し、約４５度の角度で第２ビーム通路７に設けられているので、第２ビーム通路 ７を約９０度偏向し、第１ビーム通路４に平行な第３ビーム通路ｌＯを生じる。

第３ビーム通路ｌＯはレンズ１１に当り、これは約１インチの直径を有し、約１ ０ｃｍの焦点距離を有する。

第３図にみられるように、第３ビーム通路１０は走行を続けて最終的に反応器室 １２に到達する。これはライヘルドによつて製造されるような適当な金属顕微鏡 １３の頂部に設けられている。照明源１４は顕微鏡１３のほぼ反対側の点に設け られることによって１反応器室１２を通る光ビームを方向付け、顕微鏡１３で反 応器室１２の内部の観察を可能にする。

反応器室１２は、マイクロメータ　ドライブ８６及び８７によって動き得る顕微 鏡台１５に設けられる。マイクロメータ　ドライブ８６は適当なケーブルによっ て繊維引出し速度を最終的に制御するコンピュータと関連するステッピング　モ ータ又は類似の装置に連結される。マイクロメータ８７は手動で操作してレーザ ービーム方向１０に垂直な水平方向に顕微鏡台１５及び反応器１２を動かすこと ができる。顕微鏡台１５及び反応器１２のレーザービーム方向ＩＯに垂直な鉛直 方向の動きは顕微鏡台１５におけるアシネジ調節及び顕微鏡１３の集束機構によ って行われる。

レーザービーム通過通路１０は窓１６を通って反応器室１２に導かれる１反応器 室１２の内部は入口空間１７．中央空間１８及び出口空間１９に分離される。加 圧気体は入口室１７に反応体入口２０を通って導入される。加圧気体は反応体出 口２１を通って出口室１９から排出できる。中央空間１８の側面２２はランプ１ ４からの光が中間空間１８を通過し顕微鏡１３に到達して反応器室１２の内で生 じる繊維成長過程を見ることができるように透明物質で形成される１反応器室１ ２の内に止まる繊維の支持は出口空間１９に延びている繊維基体支持プローブ２ ３で提供される。支持プローブ２３は出口空間１９を封鎖するように反応器室１ ２内に挿入されたプローブ基盤２４に取付けられる。繊維基体７０は繊維基体支 持プローブ２３に付けられ、繊維基体７０の端がレーザービーム通路１０の方向 に垂直で当初はレーザー焦点に一致するように中央空間１８内に延びている３手 動縁作マイクロメータドライブ８７はレーザービーム通路ｌＯの方向に垂直な水 平方向に動きレーザーが繊維基体７０の端の任意の点に集束することができるよ うにする。成長繊維２５は中央空間１８の繊維基体７０から延びてビーム通路Ｉ Ｏの焦点に一致する。

顕微鏡１３は典型的には７０Ｘの拡大で操作して、レーザービーム方向１０に平 行の方向に１．６ｍｍの長さでレーザービーム方向ｌＯに垂直の方向に１．３ｍ ｍ幅の区域を見るようにする。

透明側壁２２を通して観察できる反応器室１８内の区域は長さ１４ｍｍで幅２． ８ｍｍである。繊維が成長する繊維基体７ｏの端は典型的にはこの観察可能区域 の端の内側１〜２ｍｍに位置している９反応器１２は、ＷＡ微鏡台１５がレーザ ー焦点レンズ１１に向かった方向に１ｍ１１の限度内にある場合レーザー焦点に 繊維基体７０があるように顕微鏡台１５上に位置する。マイクロメータ　ドライ ブ８６は顕微鏡台１５がレーザービーム方向１０に平行の方向に１５．９ｍｍの 全距離を移動することを可能にする。

典型的には、繊維は、顕微鏡台がレーザー集束レンズ１１から離れる方向の移動 限界に当たる点で１５龍の全距離まで成長できる。この最大繊維長さは顕微鏡１ ３で観察できない反応体室１８の断面に起る最後の２又は３ｍｍの繊維成長を可 能にすることによって達成できる。

典型的には、電子マノメータ　プローブは空間内の圧力を測定するために中央空 間１８に伸びる０反応器容器１２は典型的には、繊維基体支持プローブ２３のよ うに鋼で作られる。繊維基体７０は典型的には紙で作られる９繊維が成長する紙 の端はメタン又はエチレンの中において集束したレーザービームで加熱すること によって炭化される。レーザー窓１６は典型的には３／８インチ厚みのガラスで あり、中央室１８の側面２２は典型的には１／４インチ厚みのガラスで構成され る。適当な封鎖をするため、第一〇−リング２６はレーザー窓１６と外部空間１ ７との界面に位置する。２個の０−リング２７は窓２２と中央空間１８との界面 に位置する。Ｏ−リング８８も反応器容器１２とプローブ　ベース２４との間に 位置する０反応体入口２０および反応体出口２１は典型的には１４インチ直径で ある。

本発明の他の特徴は第４図で最も良く見ることができる。

これは装置の鏡９の周辺区域及び新ビーム通路ｌＯを形成するレーザービーム通 路７の偏向を示す、顕微鏡１３で繊維成長を観察するために１反応器室１８内で 起る繊維成長区域２５は透明側壁２２を通して照明される区域に現われなければ ならない。

レーザービーム集束レンズ１１の焦点６５近くで繊維成長のみが中央近くにある ことを保証する何らかの手段を設けなければならない、これはスレッド　レンズ 　マウント６６にレンズを取付けることによって最も良く達成される。スレッド 焦点マ°　ラント６７はレンズ　マウント６６の支持体として作用し、レンズ　 マウント６Ｇを焦点６５の位置を調節するために必要な少しずつ動かすことを可 能にする。スレッド焦点マウント６７自体は鏡及びレンズ　マウント　ホルダ６ ８に固定される。これはスレッド焦点マウント６７の基礎だけではなく、レーザ ービーム７を新ビーム通路ｌＯに偏向するのに適当な角度に鏡９を配置すること を確保する。

気体供給システム 第３図には反応体空気体供給システムが示されている。アルゴン供給ライン１． アンモニア供給ライン２及びメタン供給ライン３が別個のロタメータ３０．２９ 及び２８にそれぞれ全て連結されている。シラン供給ライン３８は電子流量計４ ０に連結されている。メタンはタンク３１から供給し、該供給メタンの圧力はメ タン　レギュレータ３２で調節する。アンモニアはタンク８４から供給し、該ア ンモニアの圧力はアンモニア　レギュレータ８５で調節する。シランはタンク３ ３から供給し、該供給シランの圧力はシラン　レギュレータ３７で調節する。ジ ボランはシラン　タンク３３を４０％ジボラン　プラス６０％水素のタンクで置 換えて供給できる。エチレンはメタン　タンク３１をエチレンのタンクで置換え て供給できる。

シラン　タンク３３はパージ　アッセンブリ３４を横断するように連結され、該 パージ　アッセンブリはアルゴン　ライン１に連結された入ロバルプ３５を有す る。パージ　アッセンブリ３４の第１出ロバルブ８１は排気バイブ５９に連結さ れる。パージ　アッセンブリ３４の第２出ロバルブ３６はシラン　レギュレータ ３７に連結される。シラン　レギュレータ３７のボンネットから排気バイブロ２ への８０ライン８３は、シラン　レギュレータ　ダイアフラムの漏洩又は破壊の 場合のシラン気体の安全放出を提供する。

シラン通路３８は、シラン　レギュレータ３７からバルブ３９を介して電子流量 計４０を通って導かれる。電子流量計４０からの出力ライン４１はニードルバル ブ４２に導かれ、シランの量を調節して３路ボールバルブ４３に到達する。同様 に、メタン出力ライン４４はロタメータ２８から第２の３路ボールバルブ４６に 到達するメタンの量を制御する第１計量バルブ４５に導かれる。

アンモニア出力ライン４７はアンモニア　ロタメータ２９から第３の３路ボール バルブ４９に到達するアンモニアの量を制御する第２計量バルブ４８に導かれる 。更に、アルゴン出力ライン５０はアルゴン　ロタメータ３０から第４の３路ボ ールバルブ５２に到達するアルゴンの量を制御する第３計量バルブ５２に導かれ る。

該３路ボールバルブ４３．４８．４９及び５２の各々は、排出連結口５４に導く 共通排出ライン５３に連結した３つの口の１個を有している。排出連結口５４か ら出る第１通路５５は制御バルブ５６を通って約５立方フイート／分の能力を有 する２段階真空ポンプに導かれる。ポンプ排出ライン５８はポンプ５７から大気 又は他の適当な貯蔵器に排気される排出パイプ５９に導かれる。

排出連結口５４から導かれる第２通路６０はフィルタ８２．ニードルバルブ６５ 及びトラブルバルブ６１を通って直接排出バイブ５９に至る。排出連結口５４か らでる第３通路Ｃ３は反応体室１２の出口オリフィス２１に直接導かれる。

３路ボールバルブ４３．４６．４９及び５２の残りの口は反応体室入力口２０に 直接導かれる共通反応体家人カライン６４に連結される。

反応体気体圧力及び流量速度は次のように制御される。気体供給ライン圧力は先 ず所望の反応体圧力より高い値に設定される９反応室１２で１気圧に等しいか又 は高い圧力のために制御バルブ５６を閉じ、トラブルバルブ６１を開く９次いで ニードルバルブ６５及び４２及び計量バルブ４５．４８及び５１を調節して圧力 及び反応体流量速度を所望の値に設定する２反応室１２で１気圧未満の圧力のた めには、トラブルバルブ６１を閉じる。

次いで制御バルブ５６．ニードルバルブ４２及び計量バルブ４５゜４８及び５１ を調節して圧力及び反応体流量速度を所望の値に設繊維成長実験にとられる手順 は典型的には次の通りであった０反応器を最初に空にした１次いでアルゴンを反 応器を通して掃気した１次いでメタン又はエチレンを反応器を通して掃気し、レ ーザーを送り、顕微鏡で観察できる繊維基体７０の端に白熱した熱点て示される 繊維基体７０の端に集束した。繊維基体７０の端を、マイクロメータ　ドライブ ８７を手動で操作し繊維基体７０の端に沿ってレーザー焦点を動かして炭化した 。

次いでレーザーシャッタを閉じ、メタン又はエチレンを止めた１反応器を空にし 、小流量のアルゴンを反応体入力ライン６４を介し反応器を通って通過させた。

用いられる反応体気体は排出ライン５３を介して真空ポンプ５７へ、又はフィル タ８２゜ニードルバルブ６５．及びトラブルバルブ６１を通って排出パイプ５９ へ流れるようにした０反応器圧力及び反応体気体流量速度は前述したように所望 の値に設定した。レーザー力は前述したように所望の値に設定した。コンピュー タ操作繊維引出し速度を設定したが、開始しなかった１次いで反応体気体流を、 ３路ボールバルブ４３．４８及び／又は４９で、排出ライン５３から反応器入力 ライン６４に切替え、アルゴン流を、３路ボールバルブ５２で１反応型入カライ ン６４から排出ライン５３に切替え、レーザーシャッタを開いて繊維成長を開始 した０ｇａ維引出しは顕微鏡で観察して繊維成長が開始したときに予め選定した 速度で開始した。

繊維成長を開始する別法は、繊維成長を開始するためにレーザーシャッタを開く 前にレーザー焦点からほぼ５００マイクロメータの距離の位置に繊維基体７０を 動かした場合に生じた１次いで、レーザーシャッタを開いた場合繊維成長は起ら なかった。然し繊維基体の移動を予め選定した速度で開始した場合、基体端がレ ーザー焦点に近ずいたときに自動的に繊維成長が起った。繊維成長を開始するた めに繊維成長を観察する必要はなかった。

方法及び繊維特性の測定 成長繊維は典型的には繊維引出し速度と繊維成長速度が等しいレーザー焦点に対 する位置であると考えられる。′ａ維成長条件は、繊維直径、繊維成長速度、及 びレーザー焦点位置に対する繊維チップ位置２対、全圧力１反応体気体流量速度 。

反応体気体混合物組成、及びレーザー力を測定することによって繊維成長過程を 特性付ける実験の間に繊維成長条件を変更できた。

繊維特性は繊維成長実験に続いて１強力光学顕微鏡下での検査によって、スキャ ンニング電子顕微鏡での検査によって。

繊維物質のＸ−線回折パターンの測定によって、繊維の磨き断面を調製し金属顕 微鏡及びスキャンユング電子顕微鏡下で検査することによって、及びインストロ ン検査装置で繊維引張り破砕強度を測定することによって、測定した。

各種繊維のレーザーエネルギ効率的成長が得られる選定条件は次の表に示す。

レーザー助成繊維成長の例示的条件 直　径　成長速度　ｕｄ　レーザー力　レーザーエネルギ物　質　ｄ、　ｕｍ　 ｕ、ｕｍ／秒　ｕｍ／秒　ｍｙ　ｋＷｈ／ｌｂはう素　１９．２　６２５　１２ ．０００　９４　２８炭素　８３　３３１　２０．９００　３５０　１２．５珪 素　４５　４８０　２０，７００　１５０　１１．１炭化珪素　１２０　７５　 ９．０００　３００　１３．９窒化珪素　４５　３３ｇ　１５．２００　１０２ 　７．０レ一ザー助成化学蒸着繊維成長の倒 木発明方法によって成長できる繊維の若干の例及び用途を次の表に示す。

繊維物質　気体状反応体　物質のタイプ及び可能な用途５ｊＳｉＣＩ４　、Ｈ２ 半導体及びＩＲ伝達繊維Ｇｅ　ＧｅＨ４又はＧｅＣｌ４．Ｈ２ ＺｎＳｅ　Ｚｎ（ＣＨ３）　２　、　Ｈ２ＳｅＣｄＴｅ　Ｃｄ（ＣＨ３）　２　 、　ｌｌ２ＴｅＧａＡｓ　Ｇａ（ＣＨ３）　３　、　ＡｓＨ３−１シＰ６．Ｈ２ 極めて純粋な繊維 Ｒｅ　ＲｅＰ６．　１１２ ＳｉＣ５ｉＣＩ４．　ＣＨ４セラミックス、無定形。

Ｓｉ３　Ｈ４５ｉＣ１４、ＮＨ３低密度強化繊維。

８４ＣＢＣＨ３、ｃｏ、３　核物質 ＢＮ　ＢＣｌ３　、　ＮＨ３ Ｂ　ＢＣｌ３．Ｈ２ 本発明は、レーザー波長及び集束レンズの「Ｆナンバー」に比例する回折限界集 束スポット　サイズにレーザーを集束できるという原則に基づいている。放射レ ーザービームの波長は小さい焦点スポットを作るように小さくなければならない 、第２図に示すように、基体物質７０に集束する場合、レーザービームは顕著に 上昇温度区域を作り出し、加熱区域の領域は集束ビームスポット　サイズに対応 する。

気体分解 分解又は化学反応に対して熱力学的に不安定で高温で液体又は固体を形成する気 体又は気体混合物は集束レーザービームが作り出す上昇温度区域に物質を沈着さ せることができる。

周囲圧力及び温度を調整して、焦点が基体７ｏから動くにつれて繊維がレーザー ビームの焦点に成長するようにし、繊維７１所要の及び許容できる繊維チップ温 度及び周囲反応体圧力は、固体物質を沈着する気体／表面反応の機構、均質気体 反応の機構、気体状反応体の熱力学的安定性、及び繊維直径に依存する。安定性 に低い反応体気体の使用は典型的には低温での繊維成長を許容する０例えば３発 熱的熱分解を受けるエチレンは、吸熱的熱分解を受けるメタンより、迅速に分解 して炭素を沈着させる。従って１回折限定反応体供給速度での最大速度繊維成長 は、メタン　ガスからよりエチレン　ガスから炭素繊維成長における放射レーザ ービームカの低い値で得られる。ジボランは充分に不安定で生成物繊維が無定形 で。

極めて屈曲性で極めて強力である充分低い温度で極めて迅速な繊維成長が起る。

気体／液体反応速度は、気体／固体反応速度より大きいので、不連続性が融点に おける珪素、炭化珪素、及び窒化珪素の成長速度に起る。

炭化珪素繊維の成長は１反応化学量論に応じて珪素、炭化珪素及び／又は炭素が 形成され得るので１元素繊維成長とは異なる。形成相は繊維チップにおける反応 体分解速度で変り。

これはまた反応体濃度、レーザー力、全圧力及び繊維チップに存在する相［固体 又は液体〕に依存する。

触媒無しでのＶＬＳ成長 本発明は９例えば、液相として触媒物質を用いるより成長開始物質として熊丘液 体珪素を用いる単結晶珪素の蒸気−液体一固体成長を達成し、液相としてのみ物 質の融解繊維滴で他の物質から繊維を製造することを可能にする。液相としての 融解繊維物質の使用は、従来の蒸気−液体一固体法により得られた結果のような 、触媒による繊維の汚染をなくする。

更に任意長さの繊維の成長を可能にする。

触媒によるＶＬＳ成長 本発明は１例えば、液体触媒温からの単結晶珪素の蒸気−液体一固体成長をも達 成する。第２図に示すように、触媒６９は適当な基体７０上におく、珪素原子及 び白金、パラジウム。

又は金のような適当な遷移金属を含む生成液体合金６９を融点に加熱して液体触 媒温を形成する。蒸気供給中の珪素原子は液体触媒によって表面上に増大する。

これは直ぐに過飽和となり、固体珪素が液体触媒から成長基体上に沈澱する。沈 澱が進行するにつれて、′ａ維７１が成長し、基体７０から液体触媒温６９を上 げて触媒ボールの大きさに比例した繊維を形成する。

繊維はこの機構によって、触媒が消費されるか又は成長条件が変化するまで、長 さが成長する。

触媒ＶＬＳ成長の制御 本発明は単結晶繊維の触媒蒸気−液体一固体成長で液体触媒温の大きさを制御す ることを可能にする１本方法は触媒原子を含む気体状分子を反応器供給気体に添 加することによって繊維チップに触媒原子を供給する。触媒含有分子は、繊維チ ップで熱分解して触媒原子を沈着させて、成長繊維の解離。

繊維チップからの蒸発及び起り得る他の損失過程で失われるものに等しい量の触 媒原子を添加して触媒温の大きさを制御するように選択し得る。

金属有機化学蒸着 繊維を成長させる金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）の使用はハイドライド分解反 応に類似している。これらのＭＯＣＶＤ反応の多くは２発熱的、不可逆的であり １反応機構で制御できる８例としてジメチル亜鉛と水素化セレン又はジメチル　 セレンとの反応によるＺｎ５ｅ形成を示す。

Ｚｎ　（ＣＨ３）２　＋Ｈ２５ｅ−２ＣＨ４＋Ｚｎ５ｅ又は Ｚｎ　（ＣＨ３）　２　＋　（ＣＨ３）　２５ｅ−ＺｎＳｅ＋２Ｃ２Ｈに の反応において１反応を無定形物質が得られる高圧及び充分低温で行ない得るこ とが可能である。

無定形Ｚｎ５ｅ、ＣｄＴｅ、及び／又はＧｅ−Ａｓ−５ｅ７Ｔｅガラスが赤外線 照射を伝達する能力のため特に重要である。化学蒸着で作り得るガラスの高純度 は繊維をＣＯ２レーザー手術及びミツド−イル［ｍ１ｄ−ｉｒｌ繊維光通信を得 るにを用な繊維を可能にし得る。

金属ハライド化学蒸着 金属−有機化学蒸着及びハイドライド化学蒸着反応とは対照的に、金属ハライド 化学蒸着は吸熱性である。従って１反応熱力学は繊維成長の温度及び圧力の選択 を考慮することを必要とする。多くの場合２反応機構は熱力学的に必要な温度で 極めて迅速である。繊維が成長する温度の制御は反応体圧力の計算できる効果で 得ることができる。

三塩化はう素及び水素の気体混合物からの単結晶はう素繊維の成長は吸熱繊維成 長の例である。固体はう素及び気体状塩化水素への完全転化のための、２部のＢ Ｃｌ３と３部のＨ２の化学量論的気体混合物を考慮すると、固体はう素及び気体 状塩化水素への完全転換は次のように表わされる。

２８Ｃ１３＋　３Ｈ２ヰ　２Ｂ　＋　６ＨＣ１熱力学データは、３ａｔｍの圧力 、及び１５００にで約４％のＢＣｌ３が反応してほう素を形成することを示す、 はう素の融点、約２３００にで転換はほぼ６８２６である。即ち２反応の程度は チップが融解している場合、はう素は繊維チップに沈着して単結晶繊維を得るよ うに温度と共に増大する。状況は１ａｔＩ１１の圧力では極めて異なる。転化は １５００にで約２５９６に増大し、２３００にでは気体ＢＣｌ２及びＢＣＩの形 成の増加のために約１６％に減少する。

この例は吸熱反応による繊維成長を高い圧力で行なうことの重要性を示す、化学 凍結境界層は高圧では小さい直径の繊維に起り均質化学反応によるスモーク形成 からの妨害なく高圧実験を可能にする。

方法理論 繊維成長速度及び形成する繊維の直径は、温度、繊維チップにおける物質の物理 状態［固体、液体又は触媒］２２反応気体の濃度１反応体気体の全圧力、レーザ ー集束スポットサイズ、及び繊維物質の物理化学特性１反応体気体、及び繊維が 形成する化学反応に依存する。

繊維成長速度 繊維成長速度は、第８図に示すように繊維チップの温度で典型的に変わる。低温 度では速度は小さく、繊維表面の気体分解の速度で制御される。気体表面速度限 界は典型的に温度での迅速増加を示す、温度が上昇すると、状況は繊維成長速度 が反応体気体の繊維チップへの拡散で制限され、これは温度で小さい変化を示す 。

拡散限界繊維成長速度は、はぼ次の式で示される。

ｕ−［Ｎｕ　・　（Ｄｎ）／ｄ］　・ｖ　（１）式中、Ｕは繊維成長速度、Ｎｕ 　は対流質量移動係数、　Ｄｎは拡散率［反応体１モルのｃｍ２／ｓ］、Ｄと１ モル濃度［反応器への気体供給の反応体分子のモル／ｃｍ３］　、ｎとの積。

及びＶは反応体１モルから形成される繊維のｃＩＴ＋３の容積である。

拡散限界値ｕ−ｄは典型的には２　Ｘ　１０−’ｃｎ＋２／　ｓで１反応体圧力 及び繊維直径とはほぼ独立である。

繊維温度勾配　− 気体及び繊維の熱伝導率、ｋ　及びに、は、それぞれ温度。

Ｔから独立であると想定すると、繊維チップ表面の軸温度勾配は次の式で表わさ れる。

ｄＴ／ｄｚ −２［（Ｔ　−Ｔ　）　／ｄ］・　Ｎ　ｕ　ｈ　ｋ　【乙ｑ（２）ａ 式中、２は（１）の軸距離、ｄＴ／ｄｚはｃｒｎ当りのケルビン度の繊維チップ の軸温度勾配、Ｔｔはケルビン度の繊維チップ温は２のオーダーの値である繊維 表面からの対流エネルギ損失の移動係数である。’ａ維及び気体熱伝導率の単位 はワット／ｃｍ／ケルビン度である０例としてシラン気体から珪素繊維の成長を 考える。Ｔ、−１６８０Ｋ　［珪素の融点に等しい］。

及びＴ−３００に、適当な熱伝導率は、に、−０，２５ｗ／ｃｍ　ｌｃ、及びｋ 　＝６Ｘ１０−’ｗ／口・Ｋである。従って、繊維チップにおける温度勾配は、 この例の１０ミクロメータ直径の繊維について１９０，０００ケルビン度／ｃｍ のオーダーで大きいことが分る。換言すると、この例では、繊維チップ温度は繊 維チップから１繊維直径に等しい軸距離で約１９０ケルビン度減少する。

レーザー力 繊維チップから繊維の熱伝導による熱フラツクス、ｑ”［ワット／繊維の単位断 面積コは、軸温度勾配と繊維熱伝導率との積で表わされる。即ち。

ｑ”−ｋｒｄＴ／ｄｚ　（３） この繊維フラックスは極めて大きく、該例の１０ミクロメータの直径の珪素繊維 では例えば４８．　ＯＯＯｗ／ｃｍ２であるので、他のエネルギ損失機構は典型 的には無視できる。

単繊維の成長に必要なレーザー力、ｑは、ｑ”に繊維断面積を掛け１式（３）で 式（２）のｄＴ／ｄｚを置換し、繊維物質の吸収係数、ａで割って得られる。レ ーザー照射について。

ｑ−０，５πｄ（Ｔ−Ｔ）ぐ富５０Ｔ ａ ａ　（４） 即ち、レーザー力は繊維直径と直線的に増加する。レーザー照射の吸収係数が単 一である場合、珪素の融点で１０マイクロメータ直径の珪素繊維を成長するのに 必要なレーザー力はほぼ３８ミリワツトに等しい。

繊維成長の最小レーザーエネルギ 前の式は、拡散限界繊維成長の積ｕ−ｄと同様に、積ｑ”　・ｄが繊維直径とほ ぼ独立であることを示す、ｑ“は圧力からも独立である。従って、比、ｑ“／Ｕ は繊維直径及び周囲圧力からもほぼ独立である。シランからの珪素繊維成長の例 では、レーザー照射の吸収係数が単一である場合には２、　４　Ｘ　１０５ｊ　 ／ａｍ３に等しい、即ち、繊維チップで吸収されるレーザーエネルギの２．４Ｘ １０５ジユールが１印３に等しい繊維容積を製造する。これは珪素の１ポンド当 り１３キロワット時に等しい、即ち、繊維成長の最小エネルギ消費は典型的には ポンド当り５〜５０キロワット時の範囲である。

繊維直径 繊維成長で達成される直径は、拡散限界レーザー集束スポット　サイズ、繊維チ ップ温度における繊維成長の軸速度。

及び重要なラジアル成長が可能な程充分である温度の繊維チツブ近くの区域にお ける繊維のラジアル成長の量によって定まる。特に第８図を参照すると、成長速 度は拡散限界成長が起るに充分な温度であるときに温度で徐々に変わることが分 る０次いで、拡散限界レーザー集束スポット　サイズより実質的に大きい繊維直 径が得られる。繊維成長が気体／表面反応で制御される温度体制において、拡散 限界レーザー集束スポット　サイズにほぼ等しい繊維直径が形成され得る。

スモーク形成に対する直径の影響 直径の小さい繊維は極めて迅速な速度を可能にする０反応体が拡散すべき境界層 の厚みが繊維直径と共に増大し、拡散速度は境界層厚みと共に減少するからであ る。然しなから。

第８図の曲線Ａ−Ｂ及び曲線Ｄ−Ｃ−Ｂとの相違によって示されるように、拡散 限界成長を達成するに必要な繊維チップ温度は繊維直径が減少するにつれて典型 的に増大する。

成長繊維を取巻く加熱境界層の反応体気体の均質分解で開始されるスモーク形成 を防ぐために、繊維チップ温度は、生じる重要な均質反応体気体分解に必要な時 間が境界層を通して拡散する反応体気体に必要な時間に対して大きくするように 限定しなければならない、拡散時間＋　ｔＤは次の式で表わされる。

ｔＤ−ｘ２　ｐ／Ｄ□　（５） 式中、Ｘは境界層厚みであり、ｐは周囲圧力であり、Ｄｏは温度と共に増大する １気圧の標準圧力での拡散係数である。

重要な均質反応体気体分解に必要な時間、ｔｈは周囲圧力に反比例する。

ｔ　ｈ　−Ｋ　（Ｔ）　／　ｐ　（６）式中、Ｋ　（Ｔ）は繊維チップ温度に依 存する。繊維チップにおける境界層厚みは繊維直径のオーダーである。従って、 スモークが形成しない条件について次の大体の制約を得る。

Ｋ（Ｔ）−Ｄｏ　５　（ｄ　ｐ）２　（７）このＫ（Ｔ）　Ｄｏの値は温度と共 に減少する。従って、スモークが形成する繊維チップ温度は繊維直径が減少する 場合に増大する。これは気体／表面反応の速度の大きな増大を生じ、典型的には 第８図に示すように温度と共に迅速に変化する。

即ち１本発明の新規な特徴は、小さいレーザー波長の使用が、スモークの形成を 同時に避けながら、効率的で拡散限定成長が達成されるに充分小さい直径の繊維 の成長を可能にすることである。

繊維成長の最適圧力 繊維直径が充分に小さくてスモークが拡散限定成長の条件下で形成しないと１反 応体圧力を増大することが可能になる。

拡散限定、最大速度成長を達成するに必要な繊維チップ温度及びレーザースポッ トは１反応体圧力が増大するにつれて減少する。これは第８図で曲線Ｄ−Ｃ−Ｂ と曲線Ｄ−Ｅとの間の相違によって示されている。気体表面反応速度の増大及び 拡散限定成長に必要な温度の減少は反応体圧力の速度における通常線状増大から 予測できるより大きくなり得る。この新規な効果は、境界層を拡散するに必要な 時間における圧力の増大で生じる反応体分子の増大内部エネルギによるものであ る。気体／表面反応速度は反応体分子の内部エネルギと共に増大する。所定の繊 維直径について、スモークのない最大速度拡散限定繊維成長は、圧力がスモーク の形成する値の丁度下である場合に最小繊維チップ温度で得られる。

融点における温度制御 本発明の１つの新規な特徴は、レーザービームによる繊維チップ６９の加熱が、 繊維チップにおける液体触媒の液体状態又は薄層から、固体繊維７１の成長の制 御の固有機構を提供することである。繊維チップ６９で吸収される放射レーザー ビームフラックスの部分は繊維チップ６９における物質の物理状態に依存する。

チップにおける物質が融解すると１反射率が変化する。物質の反射率が物質が液 体状態に入る場合に増大すると、融点における自動温度制御が起る。大きいレー ザー強度が、当初固体繊維チップを融点にもたらすより大きいレーザー強度が融 解状態で存在する融解繊維チップを維持するのに必要とされるからである。繊維 チップを被覆する物質又は触媒の融点に対応する物質の温度を制御することによ って。

高品質固体繊維結晶が液体状態から成長し得る。

繊維成長速度の制御 特に第８図を参照すると、気体／表面反応の機構によって制御されるとき温度と 共に繊維成長速度は典型的に迅速に増大する。レーザー強度、従って、繊維チッ プ温度はレーザー焦点に対する位置で変化する。即ち２本発明の１つの新規特徴 は集束レンズ近くのレーザー焦点の側に起る繊維引出し及び成長の自動マツチン グである。連続繊維は、繊維チップの位置がレーザービームが焦点に収れんする 区域に止まるように維持できる場合に成長繊維を移動［「引出し」コすることに よって成長でつきる。繊維成長速度が「引出し」速度を超えると、繊維はレーザ ースポット　サイズが大きく、及び成長速度が小さい区域に成長し、従って引出 し速度がマツチングする。引出し速度が成長速度を超えると、繊維はレーザース ポット　サイズが小さい区域に引出され、従って増大する引出し速度にマツチす るように成長速度を増大する。繊維成長速度の制御のこの固有機構の結果として 、成長繊維のチップの軸位置はレーザー力が変化する場合はぼ一定の繊維チップ 温度を維持するように変化する。これは、極めて均一で再現可能な特性１例えば 単一実験における成長したほう素繊維の引張り強度の±４２６を有する繊維を成 長することを可能にする。

新規方法 特に第１図及び第５図を参照して、前記の新規繊維成長特性の実施を可能にする 本発明による装置を示す、適当な反応体気体を第３図に示すシステムを介して該 装置に導入する。

反応体気体は入口２０から入り、オリフィス２１から出る。集束レーザービーム は、特に第４図に示すように１反応室１２の中央空間１８内の点に焦点が一致す るように集束する。

炭化紙基体 基体又は基礎物質７０を繊維支持プローブ２３に付けて基体が中央空間１８に止 まり、基体の表面がレーザービームの焦点内に一致するようにする０本発明の他 の新規な特徴は、用いる基体が紙からなることができ、メタン又はエチレンのよ うな炭化水素気体内での加熱により炭化して、繊維成長を維持するために用いる 同一し・ザーカで繊維成長が開始できる程小さい熱伝導性の気体を生じることが できる。これらの熱伝導性特性の基体を開発することにより、そうでなければ繊 維成長が開始されたときにレーザー力と繊維引出し速度を迅速に変更することが められる特別制御装置及び方法の必要がない、高熱伝導性の基体を用いる場合、 マイクロメータ　ドライブ８６は基体を当初加熱するのに用いられる過剰エネル ギを補償するために繊維成長を開始する時に繊維引出し速度を制御するのに用い られる。成長を開始するに用いられる熱の量は繊維成長を維持するには全く必要 でないので、繊維成長の開始直後に放射レーザー力の対応し、かつ同時の減少が め一旦繊維成長が開始すると、繊維支持プローブ２３はレーザービーム通路ｌＯ の長さ軸に対応する線に沿った焦点から外す。

相対的に短い長さの繊維が望まれる場合、基体は室１２の内部に固定することが でき、焦点を所要の長さが達成されるま゛で基体から外す９次いで繊維は基体か ら折り、該方法を繰返す。

不定長さの連続繊維が望まれる場合は、成長繊維を例えば支持板ブロック２４の 適当なオリフィスを介して室１２から取出すことができ、繊維は繊維が室１２内 で成長すると同一速度で室１２から取出し、別個のティクアップ　スプールを用 いる場合反応器１２を固定するように取付けることができ、繊維は室を離れると きにスプールにおく。

更に、充分小さい波長のレーザーを用い、充分大きい「Ｆナンバー」を有するレ ンズ１１を用いる場合、レーザー集束区域の長さ及び直径は所望の繊維の長さ及 び直径に一致する。

このような場合、繊維は室内での増大につれて直ちに基体から折って、レンズ、 基体支持機構又は焦点を動かす必要性を排除する。

マルチプル繊維製造 本発明の新規な応用は単一繊維成長室内で単一基体から同一速度での多数の繊維 の成長である。これは繊維チップの成長に個別に集束する多くのビームに単一レ ーザービームを分裂することによって行なうことかできる。炭化紙基体の使用は 基体を単に引出してレーザービームが集束する区域を通過するようにして多数の 繊維の成長が開始することを可能にする。

個々の繊維は各繊維についてレーザー強度及び周囲条件で変わる個別レーザー焦 点に対して軸位置で引出し速度に等しい成長速度を自動的に達成する。

リボン成長 本発明の他の新規な特徴はレーザー助成リボン成長を達成する能力である９円筒 レンズの使用はレーザービームが小さい点ではなく、細い線に集束することを可 能にするので９円筒レンズの集束区域によって定められる線に沿って成長を起こ すことができる。あるいは、レーザービームは９球状レンズの使用で、繊維成長 する場合のよ゛うに、小さい点に集束することができる。この場合には２点は所 望のリボン幅に等しい距離に亙って迅速に前後に通過させ得る９円筒レンズは集 束線に沿って変わる強度を典型的には生ずる。そこで、リボンの端はリボンの端 が均一速度で進行するような集束線から円滑に変り得る距離で成長する。それに 加えて、一連のレンズはリボン成長が生ずるのを可能にするガウス　ビームを生 じるために用い得る。

固体液体固体（Ｓ　Ｌ　Ｓ）繊維成長 本発明の新規な特徴は固体粉末供給から単結晶繊維の成長を可能にする。この方 法は反応体気体流をレーザー加熱液体繊維チップに役立つ物質の小固体粒子を運 ぶ不活性気体流で置換える。液体繊維チップに衝突する粒子は粘着し、融解して 単結晶繊維が成長する融解物質を提供する。固体繊維壁に衝突する粒子は単結晶 繊維成長に貢献しない。

例 次の実験結果はレーザー助成繊維成長装置で製造される新規繊維物質の典型例で あり、レーザー助成繊維成長方法の新規な特徴を説明する。繊維直径、レーザー 力消費、成長速度。

引張り強度２周囲圧力及び他の製品及び方法因子について記載した数値は、実験 で得られた値であり、限定値と解すべきではない。

例１ 炭素繊維をメタンから繊維直径２０〜１７０ミクロメータの範囲で成長させた。

繊維成長速度は９マイクロメ一タ／秒から３３０マイクロメ一タ／秒の間で変化 した０反応体室内の周囲圧力は３．７及び７．１気圧の間で変化した。繊維成長 速度（Ｕ）と繊維直径（Ｄ）との積は２１，０００平方ミクロメ一タ／秒のよう に大きく、レーザーエネルギ消費は炭素の１ポンド当り３６キロワツト時のよう に小さかった。

例２ 炭素繊維をエチレンから繊維直径１０から約４０ミクロメータの範囲で成長させ た。最大繊維成長速度は約１２５ミクロメータ／秒で、０．６乃至３．５気圧の 間の反応室内周囲圧力で達成された。

例３ 珪素繊維をシランから成長させた。繊維直径は２９〜９３ミクロメータの間であ った、繊維成長速度は０．３５及び３．４気圧の間の周囲圧力で１２及び５００ ミクロメ一タ／秒の間であった。（Ｕ）・（Ｄ）の値は、１１キロワット時／ポ ンドのように低いレーザーエネルギ消費との関連で３６．０００平方ミクロメ一 タ／秒のオーダーであった。放射レーザー力が融解繊維チップを維持するのに充 分である場合、単結晶珪素繊維が得られる。そうでないと、多結晶繊維か得られ る。液体チップ珪素繊維は珪素の融点の直下の温度で固体珪素繊維が成長するよ り約１０倍速く成長した。

単結晶珪素繊維も薄いＰｄ、Ｐｔ、及びＡｕワイヤ又はシート基体の端から、Ｐ ｄ、Ｐｔ、及びＡｕ触媒繊維成長で得られた。Ｐｄ触媒結晶の成長軸は（３２０ ）結晶学方向に平行であった。金属触媒成長では、金属端の近くにウィスカーの 塊が形成し、そこから珪素繊維が現われた。ウィスカーはチップに液体金属がな くなるまで繊維の端がら形成し続けた。

次いで、繊維成長は非触媒方法の特徴的方法で継続した。

例４ 炭化珪素繊維をシラン／工天しン混合物から成長させ。

１３及び１３６ミクロメータの間の繊維直径を得た。繊維成長速度は約０．４気 圧の周囲反応体室圧力で６乃至１２０ミ高密度及び硬度の特性を有した。

炭化珪素繊維は１．２気圧及び各種のシラン：エチレン比で成長させた。Ｘ線回 折実験は１試料繊維の主成分がアルファ及び／又はベータＳｉＣであることを示 した。

実験は０．４ａｔｍの圧力及び各種流速及びレーザー焦点でも行なった。Ｘ線回 折実験は存在する結晶相を同定するのに用いた。方法及びＸＲＤ結果は次の通り である。

方法データ及びシラン及びエチレンから成長した繊維に形成された相 流量計　レーザー　繊維　繊維直径　ＸＲＤ観察相強度　速度 Ｓｉｌ！４　Ｃ２ＩＩ　４　ｍｙ　ｕｍ／ｓ　ｕｍ２５　１７　３００　７５　 １１４−１３６　多結晶５ｉ２５　１７　２２０　７５　１０７−１１４　’２ ６　２０　７０２０　３０　無（ＸＲＤ無定形）例５ 無定形はう素繊維を４０９６ジボラン及び６０％水素からなる気体混合物から、 １０００〜１５００にの範囲の温度で成長させた。ジボランの均質分解がこれら の実験では起らながった。然し、はう素の融点［約２３００Ｋ］で単結晶はう素 繊維成長を試みてレーザー力を増大した場合にほう素スモークが形成した。生成 繊維直径は９乃至１００ミクロメータの範囲であった。

繊維成長速度は０．４乃至２．７気圧の間の周囲反応体室圧力で６乃至７００ミ クロメ一タ／秒の範囲であった。　（Ｕ）・　（Ｄ）の最大値は、１０キロワッ ト時／ポンドのように低いレーザーエネルギ消費で２２．０００平方ミクロメ一 タ／秒のオーダーであった。製造されたほう素繊維は、約２２ミクロメータ未満 の直径を有し、繊維成長速度４５０ミクロメ一タ／秒未満及びレーザー力８０ミ リワット未満で成長し、無定形で、極めて屈曲性で、２５０．０００乃至７５０ ．０００ｐｓｉのオーダーの高い引張り強度を示した。

特に、直径１４．２ミクロメータのほう素繊維を成長させた。

これはレーザーカフ４ミリワツト及び成長速度１００ミクロメータ／秒で達成さ れた。これらの繊維の引張り強度は典型的には５１５，０００ｐｓｉプラス　マ イナス１７．０００ｐｓｉであった。第６図はほう素繊維方法及び特性データを 示す、引張り強度は７５０ＫＳ　Ｉのように大きく、６２５ｕｍ／秒までの繊維 成長速度が達成された。第７図は用いたレーザー力及び第１図の装置を用いてほ う素繊維を成長させた場合の生成繊維直径の関係を示す。

第１０図は、更に９〜１３４ｐｓｉｇの間の反応器圧力で成長した繊維の引張り 強度データを示す、繊維強度は一定成長速度で反応体圧力と共に上昇し最高圧力 で成長した繊維について１０６ｐｓｉに達することを示す、第１１図は第１１図 の引張り試験データが得られた繊維の直径測定を示す。

繊維が成長し得る最高圧力は均質ジボラン分解による反応器内のスモークの出現 によって測定した。これは繊維直径及び反応器圧力の積が約１２０　ｕＩＩｌ、 ａｔｍ、即ち１２ｕｍ直径繊維で約１０ａｔｍ圧力を超えた場合に起った。高い 圧力で小さい直径の繊維の成長はレーザー焦点サイズを減少する・ため小さいＦ ナンバー焦点サイズを用いた場合に可能である。

予備応力対延びデータは１１００ｕ／秒の速度及び１２ｐｓｉｇの反応体圧力で 成長したかなり低い引張り強度繊維で得られた。このような３本の繊維で得られ たモジュラス値は３７、０．３８．９．及び３５．９±５．９Ｘ　１０６ｐｓｉ であった。

例６ 窒化珪素繊維をシラン及びアンモニアの混合物から成長させた。繊維直径は、６ ０及び７４０ミクロメ一タ／秒の間の繊維成長速度で２１及び１５０の間であっ た２反応体室内の周囲圧力は０．４５及び１．３気圧の間で変化した。　（υ） ・　（Ｄ）の値は、８キロワット時／ポンドの小さいレーザーエネルギ消費で２ ２，０００平方ミクロメ一タ／秒のオーダーであった。窒化珪素繊維は珪素の融 点以下で無視できる速度及び珪素の融点以上で拡散限界速度で成長した。

小さいＮＨ３：　Ｓ　ｉＨ４比で成長した繊維は黒く、多結晶珪素のＸＲＤパタ ーンを生じ、密にみえた。ＮＨ３：ＳｉＨ４比を増大すると、密度が低下し２色 は黒がら灰色がらクリーム状白色に変った。白い物質は極めて脆＜、ＸＲＤ無定 形であった。ＳＥＭイメージはこれらの繊維が直径が＜１ｕｍで長さ対直径比が 約１０である曲がったウィスカー状粒子の集合からなることを示した。

これらの繊維典型的条件は次に示す。

シラン及びアンモニアからの繊維成長の条件ＮＨ３：　５ｉｌ１４　圧力　レー ザー力　成長速度　繊維直径　色ＰＳＩＧ　ｍｙ　ｕｍ／ｓ　ＬＩ＋１１２．３ ４．２５６４９６３８黒 ３．８４．２８６４０３３０灰 ７．０　４．２　１０２　４００　３６　クリーム軟白例７ 第９図は、一定レーザー力及び周囲条件でレーザー焦点からの距離及びほう素繊 維成長速度の変化を説明する典型的結果を示す、これらの実験で９反応体気体は ２．７気圧における４０％ジボラン及び６０％水素の混合物であった。実験ＢＩ Ｏ乃至Ｂ１３のレーザー力の値はそれぞれ６３．７０゜８０及び９４ミリワツト であった。

例８ 炭素繊維をレーザー力約１ワットでメタンから成長させて次の結果を得た。

メタン圧力　成長速度　繊維直径　スモーク　ｕ−ｄ　ｄ−ｐｐ、ａｔｍ　ｕ、 ｕｍ／ｓ　ｄ、ｕａ＋　形成？　ｕＩ１２／ｓ　ｕｓ″ａｔｅ３．４　０　０ ３．７　４１　１０７　無　４．４００　３９８４．１　１８２　８６　無　１ ４．０００　３４９４．４　１９９　８９　有　１ｇ、０００　８９２５．１　 ２３４　８３　有　１９，０００　４２２５．８　２７１　６Ｂ　有　１８．０ ００　３８０Ｂ、４　３３１　６３　有　２１．０００　４０８これらの結果は スモーク形成のｄ−ｐの閾値が３００から４００ｕＩＩｌ−ａｔｌｌの範囲であ ることを示す、また９反応体圧力が３．４から４．５ａｔｉに増大した場合の無 視できる値からほぼ拡散限定値に成長速度が迅速に増大することが、気体／固体 反応の速度に対する反応体内部エネルギの大きな効果であることを示す、拡散限 定速度は、４．４ａｔｉ以上の圧力におけるこの特性のほぼ一定値によって示さ れるように、約２　Ｘ　１０−４ｃｍ２／　ｓに等しいｕ−ｄの値を生じる。

ＦＩＧ、　：５ 何版竣０に−１ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成元年２月１５日 ２、発明の名称 レーザー助成繊維成長 ３、特許出願人 住所　アメリカ合衆国　ミズーリ州６４１１０、カンサス・シティ。

ポルカー・ブールバード　４２５ 名称　セラミック・リサーチ・インコーホレイテラし国籍　アメリカ合衆国 （１）補正書の翻訳文　１通 補正　請求の範囲 １　はう素、炭化珪素、窒化珪素、ゲルマニウム、亜鉛。

タングステン、カドミウム、ガリウム、レニウム、その化合物及びその混合物を 包含する繊維であって、該繊維は気体状又は粒子随伴気体状供給流から熱分解的 に誘導され、がっ約１０ミクロメータ乃至約１７０ミクロメータの直径及び約２ ５０．０００ｐｓｉより大きい引張り強度を有する。連続的で。

基体がなく、結晶性又は無定形の繊維。

２　削除 ３　削除 ４　繊維が亜鉛セレニド繊維を包含する請求項１に記載の繊維。

５　繊維がカドミウム　テルリド繊維を包含する請求項１に記載の繊維。

６　繊維がガリウム　アルセニド繊維を包含する請求項１に記載の繊維。

７！維が結晶性繊維を包含する請求項１に記載の繊維。

８　繊維が炭化珪素又は窒化珪素繊維を包含する請求項１に記載の繊維。

９　繊維がゲルマニウム繊維を包含する請求項１に記載の繊維。

１０　繊維がほう素、窒化はう素又は炭化はう素繊維を包含する請求項１に記載 の繊維。

１１　繊維が無定形繊維を包含する請求項１に記載の嶽帷。

１２　連続繊維の長さが約１ミリメータより長く、直径が１００ミクロン未満で ある請求項１に記載の繊維。

１３　連続繊維が約１０ミリメータより長い長さを有し、直径が５０ミクロン未 満である請求項１に記載の繊維。

１４　連続繊維が約１００ミリメータより長い長さを有し。

直径が２５ミクロン未満である請求項１に記載の繊維。

１５　削除 １６　削除 １７　（ａ）レーザー、該レーザーは約１０．６ミクロメータ及び０．２ミクロ メータの間の波長を有する放射ビームを形成し、該放射ビームは直径を有し、該 放射ビームは第１通路に従う： （ｂ）反応室、該反応室は内部容積を有し、該反応室は放射ビームの内部容積へ の通過を許容し：　及び。

（ｅ）気体供給手段、該気体供給手段は反応室に入る放射ビームが内部容積内で ビーム直径で定められる区゛域に連続的で基体のない繊維を形成するように少な くとも１の気体状原料を反応室に導入し、該繊維形成は該気体状原料から誘導さ れる； を具備する繊維製造装置。

１８　該放射ビームが反復性、パルス波であり、該パルス波は約０．００１ワツ ト乃至１０ワツトの間の有効照射力を存する請求項１７に記載の装置。

１９　該放射ビーム連続波であり、該連続波は約０．００１ワツト乃至１０ワツ トの間の有効照射力を有する請求項１８１；記載の装置。

２０　（ａ）ネオジミウム−ドープ　イツトリウム　アルミニウム　ガーネット 　レーザー、該レーザーは短波長光の放射ビームを形成し、該放射ビームは直径 を有し、該放射ビームは第１通路に従う： （ｂ）反応室、該反応室は内部容積を有し、該反応室は放射ビームの内部容積へ の通過を許容し：　及び。

（ｅ）気体供給手段ａ：ｉ気体供給手段は反応室に入る放射ビームが内部容積内 でビーム直径で定められる区域に連続的で基体のない繊維を形成するように少な くとも１の気体状原料を反応室に導入し、該繊維形成は該気体状原料から誘導さ れる； を具備する繊維製造装置。

２１　（ａ）レーザー、該レーザーは短波長光の放射ビームを形成し、該放射ビ ームは直径を有し、該放射ビームは第１通路に従う； （ｂ）反応室、該反応室は内部容積を有し、該反応室は放射ビームの内部容積へ の通過を許容し；　及び。

（Ｃ）気体供給手段、該気体洪給手段は反応室に入る放射ビームが内部容積内で ビーム直径で定められる区域に連続的で基体のない繊維を形成するように少なく とも１の気体状原料を反応室に導入し、該繊維形成は該気体状原料から誘導され る： （ｄ）出力偏光器、該出力偏光器は放射ビームを遮るように配置され、該出力偏 光器は単一手板配向を有する放射ビームを形成するようにし。

（ｅ）ビーム拡大器、該ビーム拡大器は放射ビームを遮るように配置され、該ビ ーム拡大器はほぼマグニチュードのオーダーで放射ビームの直径を拡大するよう にされ：（ｒ）ｖＬ、該鏡は第１通路から第２通路にビームを反射するように放 射ビームを遮るように配置され：（ｇ）レンズ、該レンズは第２通路に従う放射 ビームを遮るように配置され、該レンズは反応室内の焦点で放射ビームを集束す るようにされ； （ｈ）半波板、該半波板は出力偏光器からの放射ビームを遮るように配置され、 該半波板は放射ビームが既知の量だけ回転した偏光の板を有するように配向され ており；及び（１）偏光プリズム、該偏光プリズムは半波板からの放射ビームを 遮るように配置され、該偏光プリズムは遮られたレーザービームの固定区分の移 動を可能にし、該固定区分はレーザービームの偏光の板の配向で定められる。

を特徴とする請求項１６に記載の装置。

２２　反応室の内部容積が入口空間、中央空間及び出口室を含み、該放射ビーム が中央空間内の点で集束するようにされた請求項２１に記なの装置。

２３　中央空間が、中央空間を照明するような実質的に透明側壁を有する請求項 ２２に記載の装置。

２４　（ａ）気体原料が制御された態様で入口空間に導入されるように入口空間 内に配置された入口オリフィス：及び。

（ｂ）出口オリフィス、該出口オリフィスは気体原料が制御された態杼で反応室 から排出されるように出口室内に配置されている： を特徴とする請求項２２に記載の装置。

２５　支持プローブアッセンブリ、該支持プローブアッセンブリはＭ、盤要素及 び支持要素を有し、該基盤要素は出口室内に設置され、該プローブ要素は中央空 間内の放射ビームの焦点で基体物質を支持できるようにして繊維成長の開始を可 能にする基盤要素に付けられている。

を特徴とする請求項２３に記載の装置。

２６　該プローブ支持アッセンブリが出口室内に滑動できるように取付けられ、 該支持プローブアッセンブリの滑動性取付けはレーザービームの焦点に対し並進 運動を基体が行なうことを特徴とする請求項２５に記載の装置。

２７　レンズが糸状ホルダに取付けられ、該糸状ホルダは反応室に対し並進運動 をレンズが行なうことを可能にして１反応室の内部容槓内で放射レーザービーム の焦点が並進運動を行なうことを特徴とする請求項２３に記載の装置。

２８　反応室がマイクロメータ　ドライブ台に取付けられ。

該マイクロメータ　ドライブ台は放射ビームの焦点に対して反応室の並進運動を 特徴とする請求項２５に記載の装置。

２９　該マイクロメータ　ドライブ　アッセンブリがステッピング　モータと連 結され、該ステッピング　モータは反応室の制御された運動を可能にし、該制御 された運動は手動又は機械駆動操作の機能である請求項２８に記数の装置。

３０　該マイクロメータ　ドライブ　アッセンブリは顕微鏡の近くに取付けられ 、該顕微鏡は反応室の中央空間の内部を見ることを特徴とする請求項２９に記載 の装置。

３１　顕微鏡ドライブ　アッセンブリを制御するステッピング　モータの制御機 能が機械駆動操作に基づくものであり。

該機械駆動操作は′ａ微鏡で見た反応室内に起ることに由来する情報に基づくデ ータを受取る請求項３０に記載の装置。

３２　（ａ）気体環境が気体状の親物質を含む気体環境に基体を置く工程；及び （ｂ）　基体を放射レーザービームで連続的で基体のない繊維成長が開始し、維 持するように加熱し、気体環境から親物質の増大で繊維成長が供給される工程を 包含する親物質から純粋繊維を製造する方法。

３３　気体環境及び基体が反応室内にあり、繊維成長過程が反応室内で起り１反 応室が気体環境の加圧を特徴とする請求項３２に記載の方法。

３４　該放射レーザービームが成長繊維のチップに一致するように調節した焦点 を有し、該レーザーの焦点が繊維チップの上昇温度区域をつくる請求項３２に記 載の方法。

３５繊維成長が並進運動の方向で定められる軸に沿うように基体に対する方向に 該集束区域が並進する請求項３４に記載の方法。

３Ｂ　繊維成長を維持するに必要な熱フラツクス密度に実質的に等しい熱フラッ クス密度を有する区域で繊維成長が開始するような低熱伝導度を有する物質で該 基体が構成されている請求項３５に記載の方法。

３７　該基体は実質的に紙で構成され、該紙はかなり低い熱伝導度を有する基体 を生じるように炭化水素気体の環境で加熱して炭化されている請求項３６に記載 の方法。

３８　レーザービーム定数で生じる力を維持しながら一定速度でレーザービーム の集束区域を通って繊維基体を並進させて繊維の成長を開始し、継続する請求項 ３７に記載の方法。

３９　成長繊維のチップをレーザービームが焦点に収れんする区域に位置し、そ れによって集束区域が繊維基体に対して並進する速度に等しい成長速度を達成す る請求項３５に記載の方法。

４０　成長繊維の数に等しい集束レーザービームの数の焦点に近い単一基体から 等速度で多数の繊維が成長する請求項３９に記載の方法。

４１　レーザービーム定数で生じる力を維持しながら一定速度でレーザービーム の東京区域を通って繊維基体を並進することによって繊維の成長を開始し、！ｌ ！続する請求項４０に記載の方法。

４２　成長繊維の液体チップを維持するに充分のレーザービームカを用いて単結 晶繊維が成長する請求項３４に記載の方法。

４３　反応体気体の均質分解が起らず１反応体の繊維チップるように圧力が調節 される請求項３３に記載の方法。

４４　繊維物質の小固体粒子が液体繊維チップへ運ばれる気体流から単結晶繊維 が成長する請求項４２に記載の方法。

４５　（ａ）基体を気体環境に置き、該気体環境は親物質の一部を含む工程； （ｂ）該気体環境中に放射レーザービームを導入する工程； （Ｃ）該放射レーザービームを相対的に小さい区域に集束し、それによって気体 環境の残部に比較して相対的に上昇温度に該区域が遭遇し、該区域は該基体を遮 るように位置することによって連続的で基体のない繊維が気体環境から基体上に 形成することが開始される工程： （ｄ）該区域を振動運動で並進して該振動運動の１半サイクルの間の区域で移動 する距離に対応する幅を有するリボンの増大を生じる工程；及び （ｃ）該区域を連続方向で該振動運動より実質的に低い速度で同時に並進し、該 連続方向への並進はリボンの長さアクセスを定める工程 を包含するリボンの製造方法。

４Ｇ　（ａ）相対的に低い熱伝導度を有する基体を気体環境に置き、該気体環境 は親物質の一部を含む工程：（ｂ）該気体環境中に放射レーザービームを導入す る工程； （Ｃ）該放射レーザー光を円筒レンズを通して通過させ。

該円筒は上昇温度の区域をつくり、該区域は長さを有する薄い長さ区域として特 徴付けられる工程：（ｄ）該長さ区域を該基体を遮るように集束し、それによっ て気体状態から該基体上に親物質の増大を開始し、該リボンは長さ区域の長さに 対応する幅を有する工程：及び（ｅ）該区域を連続方向に上昇温度の区域を並進 し、該連続方向は生じるリボンの長さ軸を定める工程を包含するリボンの製造方 法。

何参遁安０に−１ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ほう素，珪素，ゲルマニウム，亜鉛，タングステン，カドミウム，ガリウム ，レニウム，その化合物及びその混合物を包含し，約１０ミクロメータ乃至約１ ７０ミクロメータの直径を有する，連続的で，基体がなく，結晶性又は無定形の 繊維。 ２　繊維が炭素繊維を包含する請求項１に記載の繊維。 ３　繊維が珪素繊維を包含する請求項１に記載の繊維。 ４　繊維が亜鉛セレニド繊維を包含する請求項１に記載の繊維。 ５　繊維がカドミウムテルリド繊維を包含する請求項１に記載の繊維。 ６　繊維がガリウムアルセニド繊維を包含する請求項１に記載の繊維。 ７　繊維が結晶性繊維を包含する請求項１に記載の繊維。 ８　繊維が炭化珪素又は窒化珪素繊維を包含する請求項１に記載の繊維。 ９　繊維がゲルマニウム繊維を包含する請求項１に記載の繊維。 １０　繊維がほう素，窒化ほう素又は炭化ほう素繊維を包含する請求項１に記載 の繊維。 １１　繊維が無定形繊維を包含する請求項１に記載の繊維。 １２　連続繊維の長さが約１ミリメータより長く，直径が１００ミクロン未満で ある請求項１に記載の繊維。 １３　連続繊維が約１０ミリメータより長い長さを有し，直径が５０ミクロン未 満である請求項１に記載の繊維。 １４　連続繊維が約１００ミリメータより長い長さを有し，直径が２５ミクロン 未満である請求項１に記載の繊維。 １５　繊維がスプールに巻かれている請求項１３に記載の繊維。 １６　（ａ）レーザー，該レーザーは短波長光の放射ビームを形成し，該放射ビ ームは直径を有し，該放射ビームは第１通路に従う； （ｂ）反応室，該反応室は内部容積を有し，該反応室は放射ビームの内部容積へ の通過を許容し；及び，（ｃ）気体供給手段，該気体供給手段は反応室に入る放 射ビームが内部容積内でビーム直径で定められる区域に連続的で基体のない繊維 を形成するように少なくとも１の気体状原料を反応室に導入し，該繊維形成は該 気体状原料から誘導される； を具備する繊維製造装置。 １７　該放射ビームが約１０．６ミクロメータ及び０．２ミクロメータの間の波 長を有する請求項１６に記載の装置。 １８　該放射ビームが反復性，パルス波であり，該パルス波は約０．００１ワッ ト乃至１０ワットの間の有効照射力を有する請求項１７に記載の装置。 １９　該放射ビーム連続波であり，該連続波は約０．００１ワット乃至１０ワッ トの間の有効照射力を有する請求項１８に記載の装置。 ２０　該レーザーがネオジミウムードープイットリウムアルミニウムガーネット レーザーである請求項１６に記載の装置。 ２１　（ａ）出力偏光器，該出力偏光器は放射ビームを遮るように配置され，該 出力偏光器は単一平板配向を有する放射ビームを形成するようにし， （ｂ）ビーム拡大器，該ビーム拡大器は放射ビームを遮るように配置され，該ビ ーム拡大器はほぼマグニチュードのオーダーで放射ビームの直径を拡大するよう にされ；（ｃ）鏡，該鏡は第１通路から第２通路にビームを反射するように放射 ビームを遮るように配置され；（ｄ）レンズ，該レンズは第２通路に従う放射ビ ームを遮るように配置され，該レンズは反応室内の焦点で放射ビームを集束する ようにされ； （ｅ）半波板，該半波板は出力偏光器からの放射ビームを遮るように配置され、 該半波板は放射ビームが既知の量だけ回転した偏光の板を有するように配向され ており；及び（ｆ）偏光プリズム，該偏光プリズムは半波板からの放射ビームを 遮るように配置され，該偏光プリズムは遮られたレーザービームの固定区分の移 動を可能にし，該固定区分はレーザービームの偏光の板の配向で定められる，を 更に具備する請求項３６に記載の装置。 ２２　反応室の内部容積が入口空間，中央空間及び出口室を含み、該放射ビーム が中央空間内の点で集束するようにされた請求項２１に記載の装置。 ２３　中央空間が，中央空間を照明するような実質的に透明側壁を有する請求項 ２２に記載の装置。 ２４　（ａ）気体原料が制御された態様で入口空間に導入ざれるように入口空間 内に配置された入口オリフィス；及び，（ｂ）出口オリフィス，該出口オリフィ スは気体原料が制御された態様で反応室から排出されるように出口室内に配置さ れている； を更に具備する請求項２２に記載の装置，２５　支持プローブアッセンブリ，該 支持プローブアッセンブリは基盤要素及び支持要素を有し，該基盤要素は出口室 内に設置され，該プローブ要素は中央空間内の放射ビームの焦点で基体物質を支 持できるようにして繊維成長の開始を可能にする基盤要素に付けられている， を更に具備する請求項２３に記載の装置。 ２６　該プローブ支持アッセンブリが出口室内に滑動できるように取付けられ， 該支持プローブアッセンブリの滑動性取付けはレーザービームの焦点に対し並進 運動を基体が行なうことを可能にする請求項２５に記載の装置。 ２７　レンズが糸状ホルダに取付けられ，該糸状ホルダは反応室に対し並進運動 をレンズが行なうことを可能にして．反応室の内部容積内で放射レーザービーム の焦点が並進運動を行なうことを可能にする請求項２３に記載の装置。 ２８　反応室がマイクロメータドライブ台に取付けられ，該マイクロメータドラ イブ台は放射ビームの焦点に対して反応室の並進連動を可能にする請求項２５に 記載の装置。 ２９　該マイクロメータドライブアッセンブリがステッピングモータと連結され ，該ステツピングモータは反応室の制御された連動を可能にし，該制御された連 動は手動又は機械駆動操作の機能である請求項２８に記載の装置。 ３０　該マイクロメータドライブアツセンブリは顕微鏡の近くに取付けられ，該 顕微鏡は反応室の中央空間の内部を見ることを可能にする請求項２９に記載の装 置。 ３１　顕微鏡ドライブアッセンブリを制御するステツピングモータの制御機能が 機械駆動操作に基づくものであり，該機械駆動操作は顕微鏡で見た反応室内に起 ることに由来する情報に基づくデータを受取る請求項３０に記載の装置。 ３２　（ａ）気体環境が気体状の親物質を含む気体環境に基体を置く工程；及び （ｂ）基体を放射レーザービームで連続的で基体のない繊維成長が開始し，維持 するように加熱し，気体環境から親物質の増大で繊維成長が供給される工程を包 含する親物質から純粋繊維を製造する方法。 ３３　気体環境及び基体が反応室内にあり，繊維成長過程が反応室内で起り，反 応量が気体環境の加圧を可能にする請求項３２に記載の方法。 ３４　該放射レーザービームが成長繊維のチップに一致するように調節した焦点 を有し，該レーザーの焦点が繊維チップの上昇温度区域をつくる請求項３２に記 載の方法。 ３５　繊維成長が並進運動の方向で定められる軸に沿うように基体に対する方向 に該集束区域が並進する請求項３４に記載の方法。 ３６　繊維成長を維持するに必要な熱フラックス密度に実質的に等しい熱フラッ クス密度を有する区域で繊維成長が開始するような低熱伝導度を有する物質で該 基体が構成されている請求項３５に記載の方法。 ３７　該基体は実質的に紙で構成され，該紙はかなり低い熱伝導度を有する基体 を生じるように炭化水素気体の環境で加熱して炭化されている請求項３６に記載 の方法。 ３８　レーザービーム定数で生じる力を維持しながら一定速度でレーザービーム の集束区域を通つて繊維基体を並進させて繊維の成長を開始し，継続する請求項 ３７に記載の方法。 ３９　成長繊維のチップをレーザービームが焦点に収れんする区域に位置し，そ れによつて集束区域が繊維基体に対して並進する速度に等しい成長速度を達成す る請求項３５に記載の方法。 ４０　成長繊維の数に等しい集束レーザービームの数の焦点に近い単一基体から 等速度で多数の繊維が成長する請求項３９に記載の方法。 ４１　レーザービーム定数で生じる力を維持しながら一定速度でレーザービーム の集束区域を通つて繊維基体を並進することによって繊維の成長を開始し，継続 する請求項４０に記載の方法。 ４２　成長繊維の液体チップを維持するに充分のレーザービームカを用いて単結 晶繊維が成長する請求項３４に記載の方法。 ４３　反応体気体の均質分解が起らず，反応体の繊維チップヘの外部拡散限定供 給で制御された最大速度で繊維成長が起るように圧力が調節される請求項３３に 記載の方法。 ４４　繊維物質の小固体粒子が液体繊維チップへ運ばれる気体流から単結晶繊維 が成長する請求項４２に記載の方法。 ４５　（ａ）基体を気体環境に置き、該気体環境は親物質の一部を含む工程； （ｂ）該気体環境中に放射レーザービームを導入する工程； （ｃ）該放射レーザービームを相対的に小さい区域に集束し，それによつて気体 環境の残部に比較して相対的に上昇温度に該区域が遭遇し，該区域は該基体を遮 るように位置することによつて連続的で基体のない繊維が気体環境から基体上に 形成することが開始される工程； （ｄ）該区域を振動運動で並進して該振動連動の１半サイクルの間の区域で移動 する距離に対応する幅を有するリボンの増大を生じる工程；及び （ｅ）該区域を連続方向で該振動運動より実質的に低い速度で同時に並進し，該 連続方向への並進はリボンの長さアクセスを定める工程 を包含するリボンの製造方法。 ４６　（ａ）相対的に低い熱伝導度を有する基体を気体環境に置き、該気体環境 は親物質の一部を含む工程；（ｂ）該気体環境中に放射レーザービームを導入す る工程； （ｃ）該放射レーザー光を円筒レンズを通して通過させ，該円筒は上昇温度の区 域をつくり，該区域は長さを有する薄い長さ区域として特徴付けられる工程；（ ｄ）該長さ区域を該基体を遮るように集束し，それによって気体状態から該基体 上に親物質の増大を開始し，該リボンは長さ区域の長さに対応する幅を有する工 程；及び（ｅ）該区域を連続方向に上昇温度の区域を並進し，該連続方向は生じ るリボンの長さ軸を定める工程を包含するリボンの製造方法．発明の詳細な説明