JPH0687663A - 高密度ミリ波によるセラミックスの製造方法及び装置 - Google Patents
高密度ミリ波によるセラミックスの製造方法及び装置Info
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- JPH0687663A JPH0687663A JP4259002A JP25900292A JPH0687663A JP H0687663 A JPH0687663 A JP H0687663A JP 4259002 A JP4259002 A JP 4259002A JP 25900292 A JP25900292 A JP 25900292A JP H0687663 A JPH0687663 A JP H0687663A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高密度ミリ波によってセラミックスを効率的
に加熱する技術を提供する。 【構成】 平均出力が１００Ｗ以上で連続又はパルス状
のミリ又はサブミリメートルの電磁波発生器(例、ジャ
イロトロン)を用い、これと準光学的アンテナ系(例、楕
円反射筒及び放物線反射筒で構成した反射・収束系)に
より収束したビームを加工材料に照射して加熱するに際
し、加工材料を金属製の加工炉中に配置し、加工炉の窓
を通して導入して、大気圧下で加工材料を加熱する。加
工炉中に金属製反射板を設け、誘電体製窓とこの反射板
との間に加工材料を配置することにより更に効率的に加
熱できる。ビームを走査し或いは加工材料を移動乃至回
転させることにより均一な加熱が可能である。加工炉の
雰囲気を大気、気体又は真空までの可変雰囲気にでき
る。加工材料を短時間に内部加熱することができ、加工
材料の形状も制限されない。特にマイクロ波誘電加熱式
では加熱できない高純度Ａl2Ｏ3なども加熱、焼結する
ことができ、セラミックスの表面改質などにも応用でき
る。
に加熱する技術を提供する。 【構成】 平均出力が１００Ｗ以上で連続又はパルス状
のミリ又はサブミリメートルの電磁波発生器(例、ジャ
イロトロン)を用い、これと準光学的アンテナ系(例、楕
円反射筒及び放物線反射筒で構成した反射・収束系)に
より収束したビームを加工材料に照射して加熱するに際
し、加工材料を金属製の加工炉中に配置し、加工炉の窓
を通して導入して、大気圧下で加工材料を加熱する。加
工炉中に金属製反射板を設け、誘電体製窓とこの反射板
との間に加工材料を配置することにより更に効率的に加
熱できる。ビームを走査し或いは加工材料を移動乃至回
転させることにより均一な加熱が可能である。加工炉の
雰囲気を大気、気体又は真空までの可変雰囲気にでき
る。加工材料を短時間に内部加熱することができ、加工
材料の形状も制限されない。特にマイクロ波誘電加熱式
では加熱できない高純度Ａl2Ｏ3なども加熱、焼結する
ことができ、セラミックスの表面改質などにも応用でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はミリ波によるセラミック
スの加熱技術に関し、より詳しくは、高出力のミリ波発
生器(例、ジャイロトロン)と準光学的アンテナ系を用い
てビームを収束させセラミックスに照射して加熱する方
法及び装置に関するものであり、高純度Ａl2Ｏ3などの
高機能セラミックスの焼結、表面改質等に適している。
スの加熱技術に関し、より詳しくは、高出力のミリ波発
生器(例、ジャイロトロン)と準光学的アンテナ系を用い
てビームを収束させセラミックスに照射して加熱する方
法及び装置に関するものであり、高純度Ａl2Ｏ3などの
高機能セラミックスの焼結、表面改質等に適している。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、セラミックスの焼結には、抵抗加熱式、高周波加熱
式、ホットプレス法等が利用されているが、いずれの方
法も、対象物の外部より加熱するため、焼結に時間を要
する、エネルギー効率が低い等の問題があった。
り、セラミックスの焼結には、抵抗加熱式、高周波加熱
式、ホットプレス法等が利用されているが、いずれの方
法も、対象物の外部より加熱するため、焼結に時間を要
する、エネルギー効率が低い等の問題があった。
【０００３】一方、対象物を内部から加熱する方式とし
て、近年、２.４５ＧＨzマイクロ波を利用する加熱方式
が検討されるようになった。マイクロ波を利用する加熱
方式は、誘電加熱により内部から加熱されるので、外部
加熱に比べて短時間で温度が上がるという利点がある
が、純Ａl2Ｏ3等は誘電損失が極めて小さいため、２.４
５ＧＨzマイクロ波では殆ど加熱されない。
て、近年、２.４５ＧＨzマイクロ波を利用する加熱方式
が検討されるようになった。マイクロ波を利用する加熱
方式は、誘電加熱により内部から加熱されるので、外部
加熱に比べて短時間で温度が上がるという利点がある
が、純Ａl2Ｏ3等は誘電損失が極めて小さいため、２.４
５ＧＨzマイクロ波では殆ど加熱されない。
【０００４】これに対して、２.４５ＧＨzマイクロ波よ
り１桁以上周波数の高いミリ波帯のエネルギーを利用す
る誘電加熱方式が検討され初めている。
り１桁以上周波数の高いミリ波帯のエネルギーを利用す
る誘電加熱方式が検討され初めている。
【０００５】しかし、ミリ波を利用した誘電加熱方式で
は、特に高純度Ａl2Ｏ3などの高機能セラミックスの場
合、常温での浸透深さが数１０cmにも達するため、対象
物に入射したミリ波は、最初は十分に吸収されないで周
囲に散乱し、効率的な加熱ができないという問題があっ
た。
は、特に高純度Ａl2Ｏ3などの高機能セラミックスの場
合、常温での浸透深さが数１０cmにも達するため、対象
物に入射したミリ波は、最初は十分に吸収されないで周
囲に散乱し、効率的な加熱ができないという問題があっ
た。
【０００６】本発明は、上記ミリ波を利用してセラミッ
クスを誘電加熱する技術の欠点を解消して、効率良く加
熱し得る方法並びに装置を提供することを目的とするも
のである。
クスを誘電加熱する技術の欠点を解消して、効率良く加
熱し得る方法並びに装置を提供することを目的とするも
のである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決して実用可能なミリ波誘電加熱方式について鋭意研
究を重ねた結果、ここに本発明を完成したものである。
解決して実用可能なミリ波誘電加熱方式について鋭意研
究を重ねた結果、ここに本発明を完成したものである。
【０００８】すなわち、本発明は、平均出力が１００Ｗ
以上で連続又はパルス状のミリ又はサブミリメートルの
電磁波発生器を用い、これと準光学的アンテナ系で構成
した反射・収束系により収束したビームを加工材料に照
射して加熱するに際し、加工材料を金属製の加工炉中に
配置し、加工炉の窓を通して導入して、大気圧下で加工
材料を加熱することを特徴とする高密度ミリ波によるセ
ラミックスの製造方法を要旨としている。
以上で連続又はパルス状のミリ又はサブミリメートルの
電磁波発生器を用い、これと準光学的アンテナ系で構成
した反射・収束系により収束したビームを加工材料に照
射して加熱するに際し、加工材料を金属製の加工炉中に
配置し、加工炉の窓を通して導入して、大気圧下で加工
材料を加熱することを特徴とする高密度ミリ波によるセ
ラミックスの製造方法を要旨としている。
【０００９】また、他の本発明は、平均出力が１００Ｗ
以上で連続又はパルス状のミリ又はサブミリメートルの
電磁波発生器を用い、これと準光学的アンテナ系で構成
した反射・収束系によりビームを収束するビーム系と、
金属製の加工炉を有し、該加工炉にビーム導入用の誘電
体製窓を設け、加工炉内の加工材料支持部材を移動乃至
回転可能に構成したことを特徴とする高密度ミリ波によ
るセラミックスの製造装置を要旨としている。
以上で連続又はパルス状のミリ又はサブミリメートルの
電磁波発生器を用い、これと準光学的アンテナ系で構成
した反射・収束系によりビームを収束するビーム系と、
金属製の加工炉を有し、該加工炉にビーム導入用の誘電
体製窓を設け、加工炉内の加工材料支持部材を移動乃至
回転可能に構成したことを特徴とする高密度ミリ波によ
るセラミックスの製造装置を要旨としている。
【００１０】以下に本発明を更に詳細に説明する。
【００１１】
【００１２】本発明においては、図１に示すように、例
えば周波数６０ＧＨzで高出力のミリ波発生器の１つで
あるジャイロトロン１０と、一例として楕円反射筒及び
放物線反射筒の２枚で構成した反射・収束系からなる準
光学的アンテナ系２０を用いることによりビームを収束
させる。
えば周波数６０ＧＨzで高出力のミリ波発生器の１つで
あるジャイロトロン１０と、一例として楕円反射筒及び
放物線反射筒の２枚で構成した反射・収束系からなる準
光学的アンテナ系２０を用いることによりビームを収束
させる。
【００１３】すなわち、ジャイロトロン１０は、電子銃
１１と、この周囲に設けた電磁石１２と、更に主電磁石
１３と、円形のコレクタ１４を有し、このコレクタの出
力窓１５からミリ波を放出させ、更に半円筒のひさしの
付いた円形導波管１６から放出させる。
１１と、この周囲に設けた電磁石１２と、更に主電磁石
１３と、円形のコレクタ１４を有し、このコレクタの出
力窓１５からミリ波を放出させ、更に半円筒のひさしの
付いた円形導波管１６から放出させる。
【００１４】放出されたミリ波は、図２及び図３に示す
準光学的アンテナ系２０により収束する。まず、前記円
形導波管１６から放出した後、アルミ板製で楕円形の半
円筒反射筒２１で反射され、焦点Ｏ2上に収束してシー
ト状のビームが得られるが、この収束点Ｏ2に至るまで
にアルミ板製の放物線反射筒２２が挿入されているの
で、この放物線反射筒２２で反射されてＦ点で収束され
る。Ｆ点では、ｙ−ｚ面上のビームの放射パターンがほ
ぼガウス分布に近い良好なビームパターンが得られる。
準光学的アンテナ系２０により収束する。まず、前記円
形導波管１６から放出した後、アルミ板製で楕円形の半
円筒反射筒２１で反射され、焦点Ｏ2上に収束してシー
ト状のビームが得られるが、この収束点Ｏ2に至るまで
にアルミ板製の放物線反射筒２２が挿入されているの
で、この放物線反射筒２２で反射されてＦ点で収束され
る。Ｆ点では、ｙ−ｚ面上のビームの放射パターンがほ
ぼガウス分布に近い良好なビームパターンが得られる。
【００１５】楕円形の半円筒反射筒の諸元は以下の式で
与えられる(図２参照)。 （ｘ−ｆe）2／Ａ2＋y2／Ｂ2＝１ ここで、Ａ：楕円形の最小軸の長さ Ｂ：楕円形の最大軸の長さ ｆe：楕円形の焦点長さ
与えられる(図２参照)。 （ｘ−ｆe）2／Ａ2＋y2／Ｂ2＝１ ここで、Ａ：楕円形の最小軸の長さ Ｂ：楕円形の最大軸の長さ ｆe：楕円形の焦点長さ
【００１６】放物線反射筒の諸元は以下の式で与えられ
る(図３参照)。 ｚ´＝−(ｘ´＋ｘ´f)2／４ｆp−ｆp ここで、ｆp：放物線の焦点長さ ｘ´f：１２２.５mm
る(図３参照)。 ｚ´＝−(ｘ´＋ｘ´f)2／４ｆp−ｆp ここで、ｆp：放物線の焦点長さ ｘ´f：１２２.５mm
【００１７】例えば、Ａ＝８６.６mm、Ｂ＝１００mm、
ｆe＝５０mm、ｆp＝７４mmの場合、焦点Ｆはｘ＝−７
４.７mmの位置である。
ｆe＝５０mm、ｆp＝７４mmの場合、焦点Ｆはｘ＝−７
４.７mmの位置である。
【００１８】このミリ波誘電加熱によりセラミックスの
単位体積当りに吸収される電磁波のエネルギーは、次式
で表わされる。 Ｐ＝２πｆε0εr│Ｅ│2tanδ ここで、ε0：真空誘電率、εr：比誘電率、tanδ：誘
電損失、Ｅ：電磁波の電場。
単位体積当りに吸収される電磁波のエネルギーは、次式
で表わされる。 Ｐ＝２πｆε0εr│Ｅ│2tanδ ここで、ε0：真空誘電率、εr：比誘電率、tanδ：誘
電損失、Ｅ：電磁波の電場。
【００１９】この式よりわかるように、Ｐは電磁波の周
波数ｆ及び│Ｅ│2に比例して大きくなる。但し、電磁
波は材料に入射されても、表皮効果によつて次式で表わ
されるような浸透深さＤを持つので、周波数が高すぎる
と材料表面のみで吸収されて、内部からの加熱ができな
くなる。 Ｄ＝３λ0／〔８.６８６π(εr／ε0)tanδ〕
波数ｆ及び│Ｅ│2に比例して大きくなる。但し、電磁
波は材料に入射されても、表皮効果によつて次式で表わ
されるような浸透深さＤを持つので、周波数が高すぎる
と材料表面のみで吸収されて、内部からの加熱ができな
くなる。 Ｄ＝３λ0／〔８.６８６π(εr／ε0)tanδ〕
【００２０】ミリ波誘電加熱は、マイクロ波誘電加熱に
比べて高い効率で加熱することができるが、前述のよう
に、常温での浸透深さが数１０cmにも達するため、対象
物に入射したミリ波は、最初は十分に吸収されないで周
囲に放散し、効率的な加熱ができないという問題があ
り、セラミックスを加熱して焼結するに充分な温度が得
られない。
比べて高い効率で加熱することができるが、前述のよう
に、常温での浸透深さが数１０cmにも達するため、対象
物に入射したミリ波は、最初は十分に吸収されないで周
囲に放散し、効率的な加熱ができないという問題があ
り、セラミックスを加熱して焼結するに充分な温度が得
られない。
【００２１】この問題に対して、本発明では、図４に示
すように、加工材料Ｗを金属製の加工炉の一例である円
筒状加工炉３０の中に配置し、その誘電体製窓３１を通
して導入するので、放散するミリ波は加工炉中に閉じ込
められ、周囲に放散するのを防止することができ、した
がって、加工材料を高効率で加熱できる。なお、加工炉
は他の形状のものも可能である。
すように、加工材料Ｗを金属製の加工炉の一例である円
筒状加工炉３０の中に配置し、その誘電体製窓３１を通
して導入するので、放散するミリ波は加工炉中に閉じ込
められ、周囲に放散するのを防止することができ、した
がって、加工材料を高効率で加熱できる。なお、加工炉
は他の形状のものも可能である。
【００２２】また、加工炉中での電磁波の散乱の問題も
あるが、これに対しては、図５に示すように、加工炉中
に金属製の反射板３２を設け、加工材料を窓と反射板と
の間に配置することにより、加工炉中で散乱したミリ波
を反射板により反射させて加工材料の加熱に寄与させ
る。反射板を設けることにより、設けない場合に比べ、
約１.５〜２倍の加熱効率が得られる。なお、反射板の
材質はアルミニウム等の適当な金属を利用できる。
あるが、これに対しては、図５に示すように、加工炉中
に金属製の反射板３２を設け、加工材料を窓と反射板と
の間に配置することにより、加工炉中で散乱したミリ波
を反射板により反射させて加工材料の加熱に寄与させ
る。反射板を設けることにより、設けない場合に比べ、
約１.５〜２倍の加熱効率が得られる。なお、反射板の
材質はアルミニウム等の適当な金属を利用できる。
【００２３】加工材料は、加工炉中に設けた支持台上に
載置し、この支持台を移動乃至回転することにより、均
一に加熱することができる。加工材料は焦点Ｆ上或いは
焦点の前方又は後方に配置することができる。加工材料
を移動乃至回転することによってビームによる走査を行
うことができる。
載置し、この支持台を移動乃至回転することにより、均
一に加熱することができる。加工材料は焦点Ｆ上或いは
焦点の前方又は後方に配置することができる。加工材料
を移動乃至回転することによってビームによる走査を行
うことができる。
【００２４】加工炉は、大気雰囲気、真空雰囲気、或い
はＡr等の気体雰囲気まで雰囲気可変とし、これにより
加熱速度又は冷却速度をコントロールすることができ
る。特に真空雰囲気とすることにより熱損失を防止でき
る。
はＡr等の気体雰囲気まで雰囲気可変とし、これにより
加熱速度又は冷却速度をコントロールすることができ
る。特に真空雰囲気とすることにより熱損失を防止でき
る。
【００２５】加熱条件は、ビームのパルス幅、ジャイロ
トロンの出力などを調節することによりコントロールす
ることができる。例えば、パルス幅が１０ms〜１００ms
の場合、繰り返し周期を１／６０Ｈz、照射回数５０回
で、約１℃／sの加熱速度で加熱できる。また、パルス
幅が１０ms以下の場合、繰り返し周期を１／２Ｈz、照
射回数１５０回で、約１０℃／sの加熱速度で加熱でき
る。
トロンの出力などを調節することによりコントロールす
ることができる。例えば、パルス幅が１０ms〜１００ms
の場合、繰り返し周期を１／６０Ｈz、照射回数５０回
で、約１℃／sの加熱速度で加熱できる。また、パルス
幅が１０ms以下の場合、繰り返し周期を１／２Ｈz、照
射回数１５０回で、約１０℃／sの加熱速度で加熱でき
る。
【００２６】なお、ミリ波について説明したが、サブミ
リ波の場合も同様である。また、ミリ波又はサブミリ波
の平均出力は少なくとも１０Ｗであれば足りる。数１０
kＷ程度の出力が望ましい。
リ波の場合も同様である。また、ミリ波又はサブミリ波
の平均出力は少なくとも１０Ｗであれば足りる。数１０
kＷ程度の出力が望ましい。
【００２７】次に本発明の実施例を示す。
【００２８】
【実施例１】前述の６０ＧＨzの高出力のミリ波発生器
であるジャイロトロンと、楕円反射筒及び放物線反射筒
の２枚で構成した反射・収束系からなる準光学的アンテ
ナ系を用い、パルス幅を１０ms、繰り返し周期を１／２
Ｈz、全照射回数を５０回とする条件で、パルス出力パ
ワー３０kＷのミリ波を、加工炉中に配置した純Ａl2Ｏ3
試料と、Ａl2Ｏ3９５wt％及びＳiＣ５wt％からなる試料
にそれぞれ照射した。加工炉の寸法は、直径７４mm及び
長さ８０mmの円筒状で、径３９mmのビーム導入用誘電体
(石英ガラス)製窓と、径４０mmの温度測定用窓を設け
た。試料は焦点(ｘ＝−７４mm)上に配置し、大気圧下、
大気雰囲気中、室温とした。
であるジャイロトロンと、楕円反射筒及び放物線反射筒
の２枚で構成した反射・収束系からなる準光学的アンテ
ナ系を用い、パルス幅を１０ms、繰り返し周期を１／２
Ｈz、全照射回数を５０回とする条件で、パルス出力パ
ワー３０kＷのミリ波を、加工炉中に配置した純Ａl2Ｏ3
試料と、Ａl2Ｏ3９５wt％及びＳiＣ５wt％からなる試料
にそれぞれ照射した。加工炉の寸法は、直径７４mm及び
長さ８０mmの円筒状で、径３９mmのビーム導入用誘電体
(石英ガラス)製窓と、径４０mmの温度測定用窓を設け
た。試料は焦点(ｘ＝−７４mm)上に配置し、大気圧下、
大気雰囲気中、室温とした。
【００２９】その結果を図６に示す。照射時間と共に加
熱温度が上昇するが、Ａl2Ｏ3９５wt％及びＳiＣ５wt％
からなる試料の方が純Ａl2Ｏ3試料よりも約２.５倍の加
熱速度で高温度まで加熱される。これは、６０ＧＨzの
高出力のミリ波の場合、室温でのＳiＣの誘電損失が純
Ａl2Ｏ3よりも約５０倍も大きいことを示している。
熱温度が上昇するが、Ａl2Ｏ3９５wt％及びＳiＣ５wt％
からなる試料の方が純Ａl2Ｏ3試料よりも約２.５倍の加
熱速度で高温度まで加熱される。これは、６０ＧＨzの
高出力のミリ波の場合、室温でのＳiＣの誘電損失が純
Ａl2Ｏ3よりも約５０倍も大きいことを示している。
【００３０】
【実施例２】実施例１において、ミリ波のパルス出力パ
ワーを３０kＷと６０kＷとし、同様にしてＡl2Ｏ3９５w
t％及びＳiＣ５wt％からなる試料に照射した。なお、円
筒状加工炉の寸法は、直径１００mm及び長さ１４０mmと
し、試料を焦点(ｘ＝−１４０mm)の７０mm後方に配置し
た。
ワーを３０kＷと６０kＷとし、同様にしてＡl2Ｏ3９５w
t％及びＳiＣ５wt％からなる試料に照射した。なお、円
筒状加工炉の寸法は、直径１００mm及び長さ１４０mmと
し、試料を焦点(ｘ＝−１４０mm)の７０mm後方に配置し
た。
【００３１】その結果を図７に示す。加熱温度は照射時
間と共に上昇するが、パルス出力パワー６０kＷの方が
加熱速度が大きく、１５０sで１２００℃まで加熱でき
る。３０kＷの場合に照射時間５００sで加熱温度が飽和
しているのは、加熱速度(吸収照射パワー)と、冷却速度
(誘電損失と放熱冷却)とのバランスに依存しているため
である。なお、実際の照射時間をこの２００倍にする
と、パルス出力パワーの３０kＷ及び６０kＷは平均出力
としては各々１５０Ｗ及び３００Ｗに相当している。
間と共に上昇するが、パルス出力パワー６０kＷの方が
加熱速度が大きく、１５０sで１２００℃まで加熱でき
る。３０kＷの場合に照射時間５００sで加熱温度が飽和
しているのは、加熱速度(吸収照射パワー)と、冷却速度
(誘電損失と放熱冷却)とのバランスに依存しているため
である。なお、実際の照射時間をこの２００倍にする
と、パルス出力パワーの３０kＷ及び６０kＷは平均出力
としては各々１５０Ｗ及び３００Ｗに相当している。
【００３２】
【実施例３】本例は実施例１、２よりも更に高出力パワ
ーの例である。６０ＧＨzの高出力のミリ波発生器であ
るジャイロトロンと、楕円反射筒及び放物線反射筒の２
枚で構成した反射・収束系からなる準光学的アンテナ系
を用い、パルス幅を１０ms、繰り返し周期を１／２Ｈ
z、全照射回数を５０回とする条件で、パルス出力パワ
ー２９kＷのミリ波を、加工炉中に配置したＡl2Ｏ3９５
wt％及びＳiＣ５wt％からなる試料に照射した。加工炉
の寸法は、直径１０９mm及び長さ４２０mmの円筒状で、
径５０mmのビーム導入用誘電体製窓と、温度測定用窓を
設けた。試料は大気圧下、大気雰囲気中、室温の条件下
に置いた。
ーの例である。６０ＧＨzの高出力のミリ波発生器であ
るジャイロトロンと、楕円反射筒及び放物線反射筒の２
枚で構成した反射・収束系からなる準光学的アンテナ系
を用い、パルス幅を１０ms、繰り返し周期を１／２Ｈ
z、全照射回数を５０回とする条件で、パルス出力パワ
ー２９kＷのミリ波を、加工炉中に配置したＡl2Ｏ3９５
wt％及びＳiＣ５wt％からなる試料に照射した。加工炉
の寸法は、直径１０９mm及び長さ４２０mmの円筒状で、
径５０mmのビーム導入用誘電体製窓と、温度測定用窓を
設けた。試料は大気圧下、大気雰囲気中、室温の条件下
に置いた。
【００３３】但し、試料は、加工炉中で焦点(ｘ＝−２
９０mm)の後方２１５mmに配置し、試料の後方に種々の
距離を離間して金属製反射板(アルミニウム製)を設け
た。
９０mm)の後方２１５mmに配置し、試料の後方に種々の
距離を離間して金属製反射板(アルミニウム製)を設け
た。
【００３４】その結果を図８に示す。反射板を用いるこ
とにより、加熱速度が１.５〜２倍向上している。これ
は、同等の吸収エネルギー量でありながら、加工炉中で
散乱した照射が直接加熱に寄与していることを示してい
る。反射板の離間距離を代えることによって加熱速度を
コントロールできる。
とにより、加熱速度が１.５〜２倍向上している。これ
は、同等の吸収エネルギー量でありながら、加工炉中で
散乱した照射が直接加熱に寄与していることを示してい
る。反射板の離間距離を代えることによって加熱速度を
コントロールできる。
【００３５】
【実施例４】高純度(純度９９.９９５wt％)のＡl2Ｏ3粉
末をプレスし、繊維状セラミックスで覆って試料とし
た。この試料の平均結晶粒は０.２μm、密度は理論密度
の５４％である。加工炉として実施例３に用いた寸法の
加工炉を用い、焦点(ｘ＝−２９０mm)の後方２１５mmに
配置し、その８５mm後方に反射板を設けた。誘電加熱損
失を防止するために、加工炉を５×１０-7Ｔorrの真空
とし、試料の加熱速度と冷却速度をパルス幅とジャイロ
トロンの出力を調節することによってコントロールし
た。
末をプレスし、繊維状セラミックスで覆って試料とし
た。この試料の平均結晶粒は０.２μm、密度は理論密度
の５４％である。加工炉として実施例３に用いた寸法の
加工炉を用い、焦点(ｘ＝−２９０mm)の後方２１５mmに
配置し、その８５mm後方に反射板を設けた。誘電加熱損
失を防止するために、加工炉を５×１０-7Ｔorrの真空
とし、試料の加熱速度と冷却速度をパルス幅とジャイロ
トロンの出力を調節することによってコントロールし
た。
【００３６】その結果を図９に示す。試料は１℃／s以
下の加熱速度で１４００℃に加熱保持して焼結した。焼
結体は、理論密度の９９％の密度を有し、結晶粒の粗大
化は認められなかった。これにより、従来よりも低温度
で且つ短時間に焼結できることが確認された。
下の加熱速度で１４００℃に加熱保持して焼結した。焼
結体は、理論密度の９９％の密度を有し、結晶粒の粗大
化は認められなかった。これにより、従来よりも低温度
で且つ短時間に焼結できることが確認された。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
６０ＧＨzの周波数で高出力のミリ波発生器の１つであ
るジャイロトロンと、例えば楕円反射筒及び放物線反射
筒の２枚で構成した反射・収束系からなる準光学的アン
テナ系を用い、収束させたビームを円筒状加工炉中に導
入して加工材料に照射するので、加工材料を短時間に内
部加熱することができ、また加工材料の形状も制限され
ない。特にマイクロ波電導加熱式では加熱できない高純
度Ａl2Ｏ3なども加熱、焼結することができる。また、
焼結用のみならず、セラミックスの表面改質などにも応
用できる。
６０ＧＨzの周波数で高出力のミリ波発生器の１つであ
るジャイロトロンと、例えば楕円反射筒及び放物線反射
筒の２枚で構成した反射・収束系からなる準光学的アン
テナ系を用い、収束させたビームを円筒状加工炉中に導
入して加工材料に照射するので、加工材料を短時間に内
部加熱することができ、また加工材料の形状も制限され
ない。特にマイクロ波電導加熱式では加熱できない高純
度Ａl2Ｏ3なども加熱、焼結することができる。また、
焼結用のみならず、セラミックスの表面改質などにも応
用できる。
【図１】本発明におけるミリ波発生器(ジャイロトロン)
及び準光学系アンテナ系(楕円反射筒及び放物線反射筒)
とからなるビーム系の一例を示す説明図である。
及び準光学系アンテナ系(楕円反射筒及び放物線反射筒)
とからなるビーム系の一例を示す説明図である。
【図２】楕円反射筒の構成及びビーム系を説明する図
で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）横断面図である。
で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）横断面図である。
【図３】放物線反射筒の構成及びビーム系を説明する図
である。
である。
【図４】加工炉の構成及び入射ビーム系を説明する図で
ある。
ある。
【図５】加工炉中に反射板を設けた構成び入射ビーム系
を説明する図である。
を説明する図である。
【図６】実施例１における照射時間と上昇温度の関係を
示す図である。
示す図である。
【図７】実施例２における照射時間と加熱温度の関係を
示す図である。
示す図である。
【図８】実施例３における照射時間と加熱温度の関係を
示す図である。
示す図である。
【図９】実施例４における照射時間と加熱温度の関係を
示す図である。
示す図である。
１０ ジャイロトロン １１ 電子銃 １２ 電子銃電磁石 １３ 主電磁石 １４ コレクタ １５ 出力窓 ２０ 準光学的アンテナ系 ２１ 楕円反射筒 ２２ 放物線反射筒 ３０ 加工炉 ３１ 窓 ３２ 反射板 Ｗ 加工材料
Claims (7)
- 【請求項１】 平均出力が１００Ｗ以上で連続又はパル
ス状のミリ又はサブミリメートルの電磁波発生器を用
い、これと準光学的アンテナ系で構成した反射・収束系
により収束したビームを加工材料に照射して加熱するに
際し、加工材料を金属製の加工炉中に配置し、加工炉の
窓を通して導入して、大気圧下で加工材料を加熱するこ
とを特徴とする高密度ミリ波によるセラミックスの製造
方法。 - 【請求項２】 加工炉中に金属製反射板を設け、誘電体
製窓とこの反射板との間に加工材料を配置する請求項１
に記載の方法。 - 【請求項３】 ビームを走査し或いは加工材料を移動乃
至回転させる請求項１又は２に記載の方法。 - 【請求項４】 加工炉の雰囲気を大気、気体又は真空ま
での可変雰囲気とする請求項１、２又は３に記載の方
法。 - 【請求項５】 平均出力が１００Ｗ以上で連続又はパル
ス状のミリ又はサブミリメートルの電磁波発生器を用
い、これと準光学的アンテナ系で構成した反射・収束系
によりビームを収束するビーム系と、金属製の加工炉を
有し、該加工炉にビーム導入用の誘電体製窓を設け、加
工炉内の加工材料支持部材を移動乃至回転可能に構成し
たことを特徴とする高密度ミリ波によるセラミックスの
製造装置。 - 【請求項６】 加工炉中に金属製反射板を設けた請求項
５に記載の装置。 - 【請求項７】 加工炉の雰囲気を大気、気体又は真空ま
での可変雰囲気とする請求項５又は６に記載の装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25900292A JP3164911B2 (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 高密度ミリ波によるセラミックスの製造方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25900292A JP3164911B2 (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 高密度ミリ波によるセラミックスの製造方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0687663A true JPH0687663A (ja) | 1994-03-29 |
| JP3164911B2 JP3164911B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=17327994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25900292A Expired - Fee Related JP3164911B2 (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 高密度ミリ波によるセラミックスの製造方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3164911B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6891140B2 (en) | 2000-10-19 | 2005-05-10 | Gifu Prefecture | Sintering furnace, method of manufacturing sintered objects, and sintered objects |
| JP2008251499A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Tokyo Electron Ltd | 処理装置および処理装置の使用方法 |
| US20140360230A1 (en) * | 2013-06-06 | 2014-12-11 | Gyrotron Technology, Inc. | Method for the chemical strengthening of glass |
-
1992
- 1992-09-01 JP JP25900292A patent/JP3164911B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6891140B2 (en) | 2000-10-19 | 2005-05-10 | Gifu Prefecture | Sintering furnace, method of manufacturing sintered objects, and sintered objects |
| JP2008251499A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Tokyo Electron Ltd | 処理装置および処理装置の使用方法 |
| US20140360230A1 (en) * | 2013-06-06 | 2014-12-11 | Gyrotron Technology, Inc. | Method for the chemical strengthening of glass |
| US9505654B2 (en) * | 2013-06-06 | 2016-11-29 | Gyrotron Technology, Inc. | Method for the chemical strengthening of glass |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3164911B2 (ja) | 2001-05-14 |
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