JPS596176B2 - 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（−ｆ）目的物をルツボに入
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
利用した遠心急冷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）目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、←→高周波誘導加熱と前記に）（口）に
おける急冷方法とを組み合わせた方法等があつた。しか
しながらに）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
湯所ど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１８００℃止りであるからＡＩｌ２
０３或は３Ａｌ２０３・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
ｏ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１８００℃
以上の高融点物質からアモルフア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アスを製造すること
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気
密の耐熱ガラス管を配置し、その内部に目的物を懸垂し
、その底部には水入容器を嵌着したものを用いて目的物
を加熱急冷する方法である。

耐熱ガラス管の一例としては石英ガラス管である。該耐
熱ガラス管と水入容器の嵌着は耐熱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、上部は目的物を懸
垂するワイヤの昇降装置を有する蓋を矢張り耐熱パツキ
ンを用いたボルト締め或はねじ締め等の構造とし耐熱ガ
ラス管内部を気密に保つたものを用いる。水入容器には
その上部に、耐熱ガラス管内に高圧ガスを充填するため
のガス導入口とその出口を設け、目的物を懸垂した後、
目的物の性質に応じその高温時における蒸発や酸化を防
ぐため、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耐熱ガラス管は複数準
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結像位置付近に運
ぶ。而して該石英ドームの位置はＸＹＺ軸方向にダイヤ
ル操作により正確に微調整できるように構成する。冷水
管は少量生産の場合は必ずしも設けなくともよいが、非
晶質材料などを或程度以上多量に生産する場合には、耐
熱ガラス管内のガスの圧力と同じ水圧の冷水を絶えず水
入容器中に送入するための入口冷水管と排出するための
出口冷水管を水入容器に取付けたものを用いる。此等の
配管は目的物の入れ替えのため耐熱ガラス管をレール上
で往復移動させるに充分な長さだけ可撓性のものを用い
て取付ける。而して目的物を懸垂した耐熱ガラス管に放
射鏡からの光熱線を投射すると、一様に屈折して管内に
イメージを作るから前記ＸＹ方向で目的物を微調整した
後、目的物吊下げ機構中に設けた垂直軸早送り機構によ
つてＺ軸上の目的物の位置を調整することもできる。目
的物は形状の細長いものを用いてその下端をイメージに
合わせると、その部分だけ加熱され、高圧ガスを封入し
た耐熱ガラス管内に入つているので特に高温となり２，
００００Ｃ〜３，５００℃に達する。更に本発明方法の
も一つの特徴として、前述のように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、その部分は液状となるから、細長い目的物の下
端だけが自然に切れて落下し直下に設けてある水入容器
の冷水中に入るので、従来技術にない高速度で超急冷さ
れることになる。

此の場合は溶融した目的物の粘性が小である場合であり
、細長い目的物を適宜の速度で、垂直軸送り機構によつ
て下げれば、耐熱ガラス管をレール上で動かすことなく
、或程度の量の目的物を生産することができる。また粘
性の大なる物質については、目的物の先端が溶融した処
を、溶接用の着色眼鏡などにより見計らい前記目的物の
垂直早送り機構によつて目的物を急降下させ直下に設け
た冷水中に入れることもできる。従来技術による冷却速
度は、アークイメージ炉による加熱冷却方法では略々１
０３０Ｋ／Ｓｅｃ止りであるが本発明方法では例えば前
述の装置を用いれば凡そ１０５０Ｋ／Ｓｅｃ程度となる
。但し本発明方法は目的物を水中に入れるのであるから
フオルステライトのように磁器的性質のもの其の他水と
直ちに反応しない材質のものに適している。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
熱後目的物を水中に急降下させる等して超急冷すること
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。

実施例 １ 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によつてその結像位置５に集光する。而
して耐熱ガラス管６の中に予じめ細長に形成した目的物
７を懸垂し、下部には水入容器、上部には蓋を夫々パツ
キンを用いて気密にねじ締め、又はボルト締めして嵌着
し、管内部には水入容器８の上部に取付けた高圧ガス管
９により目的物の蒸発防止のため必要に応じ不活性ガス
等を高圧で封入する。第２図は目的物を内部に懸垂した
耐熱ガラス管の一部縦断面拡大説明図である。然る後耐
熱ガラス管６を水入容器８と共に台車１０に載荷しワイ
ヤー１１の牽引によりレール１２上を移動し結像位置５
の付近に運び目的物７の位置をＸＹＺ軸方向調整装置１
３及び垂直軸送り機構１４により正確に微調整して第一
焦点５即ちイメージの位置に合致させる。かくして光熱
線を目的物７に集光させれば耐熱ガラス管内は高圧ガス
雰囲気にしてあるので目的物７は益々高温となり光高温
計で測定したところ約３，０００℃に達した。本実施例
では目的物７はフオルステライト系組成物を選んだ。此
の場合目的物の下端に約２０秒光熱線を照射して該フオ
ルステライト組成物の下端を液状となし直下の水中に落
下させた。次に垂直軸送り機構で落下した長さだけ垂直
軸送り機構１４で位置を下げ次々と同様に或程度連続し
て加熱急冷を行なつた。冷却速度は１０５′Ｋ／Ｓｅｃ
程度と推定された。また冷却後該目的物７のフオルステ
ライト系物質をＸ線回折試験により検査したところ、第
３図に示す通りなだらかなＸ線回折図となり、第４図の
一定の反射角のところに複数のピークを有するフオルス
テライト結晶の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フオルステライ
ト系アモルフアスとなつたことが確認された。実施例
２ 操作は殆んど実施例１同様であるが、此の場合は目的物
７にムライト系組成物を用い、光熱線の照射時間を約１
０秒とし、目的物７の先端が溶融はしているが、未だ落
下しない状態で電源を開とし加熱を止め、垂直軸送り機
構１４中の早送り機構により、該目的物７を水中に急降
下させた。

冷却後得られた該目的物のムライト系物質をＸ線回折試
験により検査した結果、第５図に示す通りなだらかなＸ
線回折図となり、第６図の複数の鋭いピークを有するム
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
フアスが得られたことが確認された。本実施例のような
場合は溶融物の粘度が高い場合や研究等のため少量の目
的物を処理する場合等に適している。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耐熱ガラス管で覆つた
ので此の種アーク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、従来技術のようなルツボによる目
的物の汚染の問題が解決される。

３従来技術の方法では溶融目的物をルツボのノズル付近
で若干の時間を経て移動しローラーなどで冷却するので
冷却速度はあまり上らずせいぜい１０３０Ｋ／Ｓｅｃ程
度止りであるが、本発明方法では落下或は強制的急降下
の方法と水冷方法を併用しているので冷却速度は従来方
法に比し格段に大きく１０５０Ｋ／Ｓｅｃ程度に達する
。

４前述の如く目的物を従来の冷却速度を超えて超急冷す
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の材料等の優れた
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定されるも
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
イメージ炉の一部縦断面説明図である〇第２図は同様に
本発明方法の一例としての実施に用いる耐熱ガラス管の
拡大一部縦断面説明図である。 第３図は本発明の方法により得られたフオルステライト
系アモルフアスのＸ線回折図、第４図はフオルステライ
ト系結晶物質のＸ線回折図、第５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６
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は放射鏡の結像位置、６は耐熱ガラス
管、７は目的物、８は水入容器、９は高圧ガス管、１０
は台車、１１はワイヤー、１２はレール、１３はＸＹＺ
軸方向位置調整装置、１４は垂直軸送り機構、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アークイメージ炉を用いて、その結像位置の付近に
   、気密に結合した有蓋耐熱ガラス管と水入容器とを配置
   し、その内部に細長に形成した目的物を懸垂し、その下
   端を結像位置に合致させ該イメージ炉の光熱線を集中照
   射して加熱溶融させた後、液状となつた該目的物の下端
   を耐熱ガラス管の底部に設けた該水入容器の水中に急降
   下させて、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。 ２ 水中に急降下させる方法が溶融目的物を液状として
   落下させる方法である特許請求の範囲第１項記載のアー
   クイメージ炉を用いた加熱後目的物急冷方法。 ３ 水中に急降下させる方法が目的物の懸垂機構に付属
   した早送り降下機構による方法である特許請求の範囲第
   １項に記載のアークイメージ炉に用いた加熱後目的物急
   冷方法。