JPH07286945A - X線測定用試料加熱炉 - Google Patents

X線測定用試料加熱炉

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JPH07286945A
JPH07286945A JP6077590A JP7759094A JPH07286945A JP H07286945 A JPH07286945 A JP H07286945A JP 6077590 A JP6077590 A JP 6077590A JP 7759094 A JP7759094 A JP 7759094A JP H07286945 A JPH07286945 A JP H07286945A
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JP
Japan
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sample
ray
window
high temperature
heating element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6077590A
Other languages
English (en)
Inventor
Koichi Kawasaki
宏一 川崎
Toshiji Kikuchi
利治 菊池
Kenji Hirano
兼次 平野
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 板状の試料のX線測定に際し、高温でのX線
測定を高い温度精度で、試料の形状変化を小さくし、試
料角度の回転範囲を広く、出射X線を広い角度範囲で検
出できる装置を提供する。 【構成】 板状の試料7の観察すべき位置を発熱体11
を移動させ加熱中心に合わせ、試料7を保護板10を介
して発熱体11で板面をはさみ、試料7の側端のみを支
持体8で支持する。入射窓5及び/または出射窓6を広
くし、かつ試料7との距離を小さくする。 【効果】 高温でのX線測定を高い温度精度で、試料の
形状変化を小さくして行える。薄型の炉となるため、試
料角度の移動範囲を広くとれ、出射X線を水平面内、垂
直面内ともに広い角度範囲で検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、X線を用いて金属の結
晶構造や集合組織を測定するための板状試料用加熱炉に
関する。
【0002】
【従来の技術】X線による高温での非破壊構造解析によ
れば、熱処理などの材料を製造する工程において生起し
ている現象を手に取るように解析可能で、材料開発の指
針を決定することができる。このような高温における非
破壊での構造解析のためにX線測定用試料加熱炉が使用
される。
【0003】従来、X線測定用試料加熱炉としては透過
型と反射型が使用されている。透過型は板状試料の内部
観察が可能という点で優れているが、製作は困難であ
る。反射型は製作が容易であるが、観察は試料表面に限
定される。本発明では試料内部の観察を目的とするの
で、透過型に限定する。
【0004】透過型のX線測定用試料加熱炉の従来の装
置としては、例えばJapanese Journal of Applied Phys
ics Vol.20, No.8, 1981, 1533〜1539頁に記載されてい
る。上記文献に記載の装置では、ニクロム線を試料から
離して位置させる加熱炉の中に試料を垂直に保持するた
め、金属の薄い板状の試料では加熱に伴い、試料の形状
変化が起き、正確な結晶方位の測定が困難であった。ま
た、温度の均一性の点で問題があった。また試料傾角の
許容回転範囲が狭かった。かつ出射X線を水平面内、垂
直面内ともに広い角度範囲で検出できないという問題が
あり、金属の薄い板状の試料の測定には適用できなかっ
た。
【0005】また、本発明者等は発熱体で試料の板面を
はさむ機構の透過型のX線測定用試料加熱炉を製作し、
使用を試みたが、試料の歪が大きく実用上問題があっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
は金属の薄板状の試料の透過型X線測定に際し、高温で
のX線測定を高い温度精度を保ちながら、試料の形状変
化を小さくし、かつ試料角度の移動範囲を広く、出射角
度範囲を広く検出できる装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために用いる、本発明の透過型X線測定用試料加熱炉は
板状の試料の透過観察において、上下移動可能とした電
極に左右移動可能に発熱体を取り付け、発熱体で試料の
板面をはさむ機構とし、試料の側端のみを支持する支持
体を有することを特徴とするように構成されている。ま
た、X線の入射窓及び/または出射窓と試料との距離の
3倍以上の開口長さの入射窓及び/または出射窓を有す
ることを特徴とするように構成されている。
【0008】
【作用】本発明の構成を図面を参照して説明する。図1
及び図2に、本発明のX線測定用試料加熱炉の一例を示
す。炉体1と蓋2はステンレス鋼、アルミニウム、銅等
の材料で作り、水冷することが必要である。
【0009】入射窓5と出射窓6はベリリウム、炭素、
耐熱性有機材料の板材を用い炉を密閉し、炉内の雰囲気
を調整可能とすることが必要である。雰囲気としてはア
ルゴン、ヘリウム、窒素、水素、またはそれらの混合ガ
スまたは真空雰囲気が考えられる。特に、高い温度精度
のためには熱伝達率の低いアルゴンガスを炉内に充填す
ることが望ましい。
【0010】試料7の側端のみを支持体8で支持するこ
とが、板の反りに起因する高温での形状変化を抑えるた
めに必須である。測定部位でない試料7の低温部位は表
と裏の温度の相違により反りを起こすが、この部位を拘
束すると高温部位に大きい形状変化を生じ好ましくな
い。試料支持台8は炉体から絶縁体9によって熱的に絶
縁することが高い温度精度のために必要である。絶縁体
9としてはアルミナ、耐熱性有機材料などの材料を使用
する。
【0011】測定対象である試料7の高温部位の形状変
化を小さく抑制するためには、保護板を介して発熱体1
1で板面をはさむことも有効である。はさむための発熱
体11としては高温での強度の高い材料が要求される。
例えばC/Cコンポジット(カーボンファイバーで強化
した炭素材料)、炭化シリコン、窒化アルミニウムなど
X線の透過性が高く、かつ強度の高い材料を使う。
【0012】また試料7は発熱体11で板面をはさまれ
るが、その際、保護板10を介してはさむことが望まし
い。温度精度の点では発熱体11を試料7に極力近づけ
ることが必要であるが、試料7を発熱体11に接触させ
ると高温の発熱体11からの原子の侵入により試料7が
変質することがある。発熱体11はX線を透過させるた
め、例えば炭素、炭化シリコン、窒化アルミニウムなど
の軽い元素からなる材料で作る必要があるが、そのため
浸炭、浸窒などの変質が生じる。この変質を防ぐため、
試料7を保護板10で守ることが必要である。保護板1
0はアルミナ、窒化ボロン、窒化アルミニウムなどの高
温で安定な材料を用い、また、X線の透過損失を小さく
するため薄くすることが必要である。
【0013】高い温度精度のためには板状の試料7の観
察すべき位置を発熱体11の中心に合わせることが必要
である。これは発熱体11の中心付近が最も温度の均一
性が高く、高い温度精度が得られるためである。このた
め発熱体11が昇降可能で、かつ発熱体11が水平方向
にスライド可能な機構としなければならない。
【0014】発熱体11は電極12に取り付けられる。
電極12は電極昇降機構13により上下に移動可能であ
る。発熱体固定部19は発熱体11を水平方向にスライ
ド可能な機構とした。即ち、電極12に溝を作り、発熱
体11の止めネジの止める位置を水平方向に任意に選択
可能とした。電極12の材質としては、ステンレス鋼、
モリブデン、タンタルなどが考えられるが、安価なステ
ンレス鋼で十分である。電極12は絶縁体14により蓋
2と電気的に絶縁される。また、熱電対16の試料への
取り付け位置はX線測定部位を避けねばならないが、測
定範囲の外でなるべく試料中心に近い位置に取り付ける
ことが温度精度の高い実験のために必要である。15は
蓋2に取り付けた熱電対16用の端子である。
【0015】入射X線17は入射窓5を貫通して試料7
に入射され、出射X線18は出射窓6を通じて取り出さ
れる。入射窓5及び/または出射窓6の開口長さを、入
射窓5及び/または出射窓6と試料7との距離の3倍以
上にすることにより、試料を広い角度範囲(例えば0〜
±60°)で回転しても出射X線を検出可能とし、かつ
出射X線を水平面内、垂直面内ともに広い角度範囲で検
出できる。ここで開口長さとは矩形の場合は短辺の長さ
を、円の場合は直径を指す。このような広い角度範囲の
検出は、本発明において発熱体11で試料7をはさむ薄
型の構成とすることではじめて可能となる。上記3倍以
上とした比率には上限は特に設けないが、あまり大きす
ぎると炉の内容積が大きくなりすぎてガスの流量が多く
なりすぎ、実際的でない。
【0016】入射窓5と出射窓6はベリリウムまたは炭
素の板材を用い炉を密閉する。板厚は炭素では1〜5mm
が適当である。ベリリウムは強度が高いため0.5〜2
mmが適当である。耐熱性有機材料は500℃以下の加熱
温度の場合は使用し得る。入射窓5と試料7との距離は
できるかぎり近い方が望ましいが、入射窓5の加熱によ
る損傷を防ぐために、入射窓5の材質と加熱温度によっ
て最短の距離が決まる。例えば、1000℃で窓材質が
炭素のときは40mm以上離さねばならない。出射窓6に
ついても同様である。
【0017】入射窓5が広く、出射窓6が狭い場合は入
射X線17に対する試料角度の変更範囲を広くでき、出
射する回折X線18は中心付近のスポットのみを観察す
る実験に適当である。入射窓5が狭く、出射窓6が広い
場合は入射X線17に対する試料角度の変更範囲は狭く
例えば垂直入射とし、出射する回折X線は広い範囲の多
数のスポットを観察する実験に適当である。入射窓5が
広く、出射窓6が広い場合は、入射X線17に対する試
料角度の変更範囲を広くでき、かつ、出射する回折X線
は広い範囲の多数のスポットを観察可能である。また、
試料7の表と裏の結晶構造の相違を調べるときには、試
料7に対する入射X線17の向きを反対に変える必要が
あるが、このとき試料7を取り出すことなく、加熱炉を
回転させるだけで実施できるという優れた特徴を有す
る。即ち一旦冷却し、再加熱する必要がないで短時間で
観察できるし、冷却、再加熱による材料組織変化も避け
られる。
【0018】
【実施例】次に、本発明の装置を用い以下の測定を実施
した。 (1)加熱実験 (2)高温でのX線写真撮影の1 (3)高温でのX線写真撮影の2
【0019】(1)加熱実験実験例1 図1及び図2に示した装置を用い加熱実験を行った。炉
体1と蓋2はアルミニウムの板材で作り、炉体内に水を
循環させ水冷した。入射窓5は厚さ0.5mmのベリリウ
ム板とし、一辺120mmの正方形とした。入射窓5と試
料7との距離は40mmとした。出射窓6は厚さ1.0mm
の炭素の板材を利用し一辺120mmの正方形とした。出
射窓6と試料7との距離は40mmとした。窓長さを窓〜
試料7間距離で除した値(窓長さ/距離と表記)は入射
窓5、出射窓6のいずれに対しても3.0である。雰囲
気はアルゴンガスとした。試料7は厚さ0.1mmの鉄単
結晶板で、長さ80mm、幅20mmである。ステンレス鋼
製の試料支持台8で側端のみを支持する。試料支持台8
はアルミナ製の絶縁体9によって炉体1に固定した。保
護板10は厚さ0.2mmのアルミナを用いた。試料7は
保護板10を介して発熱体11で板面をはさまれる。発
熱体11はC/Cコンポジット製で、電極12に取り付
けた。発熱体固定部19は発熱体11を水平方向に±1
0mmスライド可能な機構とした。電極12はステンレス
鋼で製作した。電極12はアルミナにより作られた絶縁
体14により、蓋2とは電気的に絶縁される。
【0020】また電極12はネジにより構成される電極
昇降機構13により上下に±10mm移動可能である。熱
電対16は試料中心から水平方向に15mm離れた位置に
取り付け、熱電対16の検出温度を1000℃に一定と
した。温度精度の測定のため、試料中心位置にも、他の
熱電対を取り付けて、温度を測定し、熱電対16との温
度差を測定した。
【0021】実験例2 発熱体の位置を中心から水平方向へ10mmとして測定し
た。他の条件は実験例1と同様である。
【0022】実験例3 発熱体の位置を中心から上方向へ10mmとして測定し
た。他の条件は実験例1と同様である。
【0023】比較実験例1 比較実験のためJapanese Journal of Applied Physics
Vol.20, No.8, 1981,1533〜1539頁に記載されている加
熱装置と同様に、ニクロム線を用いた加熱炉の中に試料
を垂直に保持する装置を製作した。この装置では入射X
線にニクロム線が接触しないようにするため加熱炉を薄
くできず、入射窓は広く設計できても、入射窓と試料と
の距離を小さくすることが不可能であった。同様に、出
射窓を広くしても、出射窓と試料との距離を小さくする
ことが不可能であった。この装置を用いて測定をした。
試料、温度測定方法などは、実験例1と同様である。以
上の実験結果を次の表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】(2)高温でのX線写真測定の1実験例4 実験室においてCr管球(30kV,50mA)より発生さ
せた連続X線を、コリメータを通し直径1mmの平行ビー
ムとし入射X線17とした。入射X線17は入射窓5を
貫通して、発熱体11と保護板10を通り試料7に垂直
に入射され、試料7からの回折X線は出射X線18とし
て出射窓6を通じて放射される。この出射X線18をX
線フィルムにより写真撮影した。露光時間は120秒と
した。露光後、X線フィルムを現像した。
【0026】高温での試料7の形状変化の測定のため加
熱前(常温)と加熱後(1000℃)に写真撮影を行
い、ラウエスポットの移動距離から試料7の形状変化を
ラウエスポットの放射角度の変化で算定した。熱電対1
6は試料中心から15mmに取り付けた。加熱炉について
の他の条件は、実験例1と同様である。
【0027】実験例5 放射光(2.5 GeV,200mA)をモノクロメータを通
さず連続X線のまま光源とし実験を行った。露光時間は
3秒とした。他の条件は、実験例4と同様である。放射
光はX線ビームの平行性が高いため鮮明なX線写真が得
られ正確な測定が行えた。
【0028】比較実験例2 試料7の両端を固定した。他の条件は、実験例4と同様
である。
【0029】比較実験例3 比較実験例1の加熱炉を用いた。他の条件は、実験例4
と同様である。以上の実験結果を次の表2に示す。
【0030】
【表2】
【0031】(3)高温でのX線写真測定の2実験例6 加熱炉中に試料7をセットし、加熱して1000℃に保
持してX線写真撮影を行った。露光時間は90秒とし
た。加熱炉の回転により、試料角度を移動させながら写
真撮影を繰り返し、試料角度の移動範囲を調べた。ま
た、撮影した写真から出射X線18の角度範囲を水平面
内及び垂直面内の各々について算定した。水平面内及び
垂直面内ともにほぼ同じ値であったので、表3には平均
値を記す。他の条件は、実験例4と同様である。
【0032】比較実験例4 窓長さ/距離を入射窓5、出射窓6のいずれに対しても
1.0とした。他の条件は実験例6と同様である。
【0033】比較実験例5 窓長さ/距離を入射窓5、出射窓6のいずれに対しても
9.0とした。内容積が大きすぎるため、ガス流量が不
足し、発熱体11の温度が上昇し、制御ができず、実験
が不可能であった。他の条件は実験例6と同様である。
【0034】比較実験例6 窓〜試料7間距離を入射窓5、出射窓6のいずれに対し
ても20mmとした。窓の加熱により実験が不可能であっ
た。他の条件は実験例6と同様である。
【0035】比較実験例7 比較実験例1の加熱炉を用いた。他の条件は、実験例6
と同様である。以上の実験結果を次の表3に示す。
【0036】
【表3】
【0037】
【発明の効果】本発明の装置によれば、高温でのX線測
定を高い温度精度で、試料の形状変化を小さくして行え
る。かつ、試料角度の移動範囲を広くとれ、出射X線を
水平面内、垂直面内ともに広い角度範囲で検出可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるX線測定用試料加熱炉の
概略構成正面図である。
【図2】本発明の実施例によるX線測定用試料加熱炉の
概略構成平面図である。
【符号の説明】
1 炉体 2 蓋 3 入射窓枠 4 出射窓枠 5 入射窓 6 出射窓 7 試料 8 試料支持台 9 絶縁体 10 保護板 11 発熱体 12 電極 13 電極昇降機構 14 絶縁体 15 端子 16 熱電対 17 入射X線 18 出射X線 19 発熱体固定部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上下移動可能とした電極に左右移動可能
    に発熱体を取り付け、発熱体で試料の板面をはさむ機構
    とし、試料の側端のみを支持する支持体を有することを
    特徴とするX線測定用試料加熱炉。
  2. 【請求項2】 X線の入射窓及び/または出射窓と試料
    との距離の3倍以上の開口長さの入射窓及び/または出
    射窓を有することを特徴とする請求項1に記載のX線測
    定用試料加熱炉。
JP6077590A 1994-04-15 1994-04-15 X線測定用試料加熱炉 Withdrawn JPH07286945A (ja)

Priority Applications (1)

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JP6077590A JPH07286945A (ja) 1994-04-15 1994-04-15 X線測定用試料加熱炉

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JP6077590A JPH07286945A (ja) 1994-04-15 1994-04-15 X線測定用試料加熱炉

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JPH07286945A true JPH07286945A (ja) 1995-10-31

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007309790A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Toshiba It & Control Systems Corp 放射線検査装置
JP2009074800A (ja) * 2007-09-18 2009-04-09 Bridgestone Corp ヒータユニット及びx線解析装置
JP2011232029A (ja) * 2009-04-07 2011-11-17 Yoshinobu Abe 加熱装置
US9161392B2 (en) 2009-04-07 2015-10-13 Yoshinobu ANBE Heating apparatus for X-ray inspection

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