JPS62204843A

JPS62204843A - 熱イオン効果によつて物質を処理しその物理化学的性質を変える方法及び装置

Info

Publication number: JPS62204843A
Application number: JP62039307A
Authority: JP
Inventors: ジャン−フランソワ　エロワ
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1986-02-25
Filing date: 1987-02-24
Publication date: 1987-09-09
Also published as: FR2594853A1; EP0239432B1; EP0239432A1; US4714628A; DE3770965D1

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】（産業上の利用分野）本発明は、熱イオン効果によって物質の表面及び内部を
処理してその物質化学的性質を変えることを可能とする
方法及び装置に関するものである。

さらに詳しく述べれば、本発明は冶金分野において金属
あるいは合金の表面及びある深さ迄の機械的性質を変え
たり（摩耗係数の減少、耐衝撃性、耐摩耗性、耐アブレ
ーション性等の増大）、これら被処理材の化学的性質（
耐腐食性）を変えたりするために適用される。

しかしながら、本発明は半導体の電気的性質を変えるた
めに超小型電子技術の分野にも応用されるとともに成る
種の物質の屈折率を変えるために集積光学分野にも適用
される。

また、本発明は中空あるいは中実部材の外壁の一部をな
す物質の処理及び中空部材の内壁の一部をなす物質の処
理の両方に対して適用される。

（従来技術及び問題点）現在、成る化学種を成る金属の表面層にイオン注入する
技術を用いて、その機械的な表面性質を変えることは知
られている。

特に、物質中にイオン注入することによって表面に合金
を形成することが知られている。この合金の表面形成に
ついては、「固体薄膜Ｊ　　（ＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ　
）のＶｏｌ、　９６．１９８２の３１−４４ページに掲
載されたバイスマンテル（ＩＩＥＩｓｓＭＡＮ置　）等
による題名が「硬質ｉ　−Ｃ及びｉ　−ＢＮ　　被膜の
製法及び性質」という冶金及び保護被覆についての論文
にさらに詳しく記載されている。残念ながら、物質中に
イオン注入を行なうと物質の熱応力付加がかなり大きく
なり耐腐食性が小さくなってしまう。

さらに、鋼の表面を脈動レーザー放射して鋼の耐腐食性
を増大させることが１９８３年８月１６日発行の米国特
許Ｎｏ、　４，３９８，９６６号から知られている。

鋼表面にレーザーで衝撃を与えると局所的に高い温度に
加熱されることになるが、この加熱はレーザー・パルス
を止めると同時に停まる。このことは表面硬化や高温で
得られた鋼組織を固定するのに用いられる一時的な焼鈍
現象に対応するものである。

また、脈動レーザー光線を用いて物質を蒸発させ、それ
によって蒸発した物質を支持材上に薄い膜の形で蒸着す
ることが出来ることも知られている。この薄膜蒸着工程
は、Ｂ、１．Ｓ、Ｔ、Ｃ，Ｅ、Ａ、Ｎｏ、　２０４．１
９７５年６月に掲載された題名が「脈動干渉光線と錯体
ターゲットとの相互作用及び薄膜化学物の生成への応用
」と訳されるＪ、デエッセル（ＤＥＳＳＥＲＲＥ　）及
びＪ、Ｆ、ニーロイ（ＩＥＬＯＹ　）による論文にさら
に詳しく述べられている。

特に、使用されているレーザー光線に対して光学的透過
性を有する支持体を介して塊状の物質を照射することに
よって物質を蒸発させそれを蒸着させることが出来る。

このような方法がヨーロッパ特許公開公報Ｎｏ、　００
２，７３８に詳しく述べられている。

さらに、レーザー光線に対して光学的に透過性を有する
支持体を介してレーザー光線を物質に照射して、この物
質の表面の機械的性質を変えることが知られている。こ
のような方法が、　１９８３年８月３０日に発行された
米国特許Ｎｏ、　４，４０１，４７７に記載されている
。この方法では、被処理物質によるレーザー光線の吸収
性を高めるために被処理物質の表面をレーザー光量子を
吸収する層で被覆している。使用されているレーザーは
、高出力脈動レーザーである。

上述の光量子吸収層を付着するには被処理部材に対して
特別の表面状態が要求されるが、これは被処理材処理時
間を長くしてしまう。さらに、この処理方法では圧縮室
を用いる必要がある。

（発明の目的）本発明の目的は、物質を処理してその物理化学的性質を
変え、特に該物質の機械的耐性を改良し。

上記種々の欠点を解消することを可能とする処理方法及
びその装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）この目的を達成するため、本発明の処理方法では、被処
理材の硬化にも使用されるパルスレーザ−光線すなわち
レーザー・パルスによって対応する物質を蒸発させるこ
とによってイオンを形成させるイオン注入法に基づくも
のである。

さらに詳しく述べると、本発明の処理方法は、所与の波
長に対して透過性のある支持体の表面にドーパント膜を
付着し、該ドーパント膜と被処理材との間に間隙をあけ
て前記支持体の膜被覆面に対向して被処理材を配置し、
支持体を介して該所与の波長を有する脈動平行レーザー
光線をドーパント膜に照射することにより前記ドーパン
ト膜を爆発蒸発させてドーパントイオンを形成し、同時
に前記支持体と被処理材との間の空隙に電界を形成して
ドーパントイオンを被処理材中に熱イオン注入する工程
からなる少なくとも１種のドーパントのイオン注入によ
って被処理材を処理してその物理化学的性質を変えるよ
うにした点に特徴を有する。

米国特許Ｎｏ、　４，４０１，４７７に記載されている
方法と比較すると、本発明の方法では実質的にレーザー
光量子吸収層を付着させる工程からなる被処理材の予備
処理をなくすことが出来る。従って、本発明の方法では
、ドーパント膜と被処理材との間の空隙において、レー
ザー光線及びレーザー光線と生成されたイオンとの相互
作用の結果化じる光の発光（Ｘ線、紫外線等）全体とし
ての反射能は、一方では支持材の対向する面の一方の面
を被覆しているドーパント膜及び他方ドーパント膜の機
械的挙動のみに左右される。ドーパント膜の性質及びそ
の機械的挙動によって該ドーパント膜によって被処理材
の方向にレーザー光線が反射され光線が完全に崩壊する
までの時間が決定される。レーザー・パルスの持続時間
に比べてこの時間は短かい（レーザー・パルスの約１０
％）。

従って、先行技術と比較して本発明の方法ではレーザー
・ドーパント膜の相互作用のエネルギー効率をかなり改
良することが出来る。さらに、本方法では被処理材表面
に対し特別な表面状態を必要としていない。

ドーパント膜を照射すると同時に電界を用いることによ
って本発明の方法では、被処理材中に表面及びある深さ
での熱効果を付随し被処理材中にイオン注入することが
可能となる。この熱効果によってイオン注入が容易とな
り、その結果イオン注入のもつ悪影響を取り除くことが
可能となる。

この熱的現象は、一方では物質の爆発的蒸発及び他方で
はドーパント膜を被処理材との間で生じる放電によって
誘発される非常に高い圧力波によるものである。この放
電は被処理材とドーパント膜との間で形成される電界に
よって誘起される電流によるものであり、より詳しくは
、電子はドーパントがイオン化されて出てくる。

誘発された圧力波は一時的に被処理材の表面層を通過し
て、それによってイオン注入を助けるとともにより深い
層をも通過して機械的性質を改良する。

さらに、工程期間が短い（１ミクロン秒未満）というこ
とに留意すれば本発明の方法によって被処理材を確実に
非常に迅速に硬化することが出来る。

レーザー光線は、１９０から１　、１００止の波長の電
磁線であることが好ましい。故に、このような電磁線を
用いることによってイオン注入に伴う熱効果を増大する
ことが可能となる。

ドーパント膜にその面に垂直に照射を行なうことによっ
て本発明方法の効果を改良することが出来る。

また、被処理材とドーパント膜の空隙を非常に狭くする
ことも有利である。こうすれば、一部反射する被処理材
の表面と被処理材に対向するドーパント膜の表面とによ
って実際形成された共鳴空間を作ることが出来る。この
ドーパント膜表面は、膜が全く無くなる（蒸発）するま
での時間は一次的に光を反射する。

本発明方法の好ましい実施態様では、緊密な空隙が加圧
されており、圧力は１０−１と１０’　ｐａとの間の範
囲とすることが出来る。さらに詳しく述べれば、この加
圧は所望すればイオン化し得る加圧ガスあるいは混合ガ
スを空隙内に導入することによって行なうことが出来る
。

レーザー光線及び／または電界との相互作用によってこ
の追加ガスをイオン化することにより被処理材とドーパ
ント膜との間に存在する媒質のイオン化率を上げること
が出来るとともに熱衝撃すなわち圧力波の強度を高める
ことが出来る。従って、このようにすると本発明方法の
効果をかなり高めることが出来る。

ガスは、不活性ガス、例えば希ガス（ネオン、アルゴン
、クリプトン）の１種あるいは窒素で構成することが出
来る。酸素は被処理材と反応して被処理材を損傷する可
能性があるので、ドーパント膜と被処理材との間の空隙
に酸素が存在するのを避けたい場合には不活性ガスを使
用することが特に必要である。

イオン化し得る活性ガスを使用することが出来、そうす
れば、活性化ガスから生成されたイオンを被処理材に注
入することが出来る。特に、これら活性ガスから生成し
たイオンは、ドーパント膜を蒸発させることによって得
られるイオンと同じものとすることが出来る。例えば、
ドーパント膜を単一の元素（ホウ素、リン、ケイ素等）
とし、追加ガスを該元素の塩化物（Ｂｃｌ、、５ｉｃ１
．等）とすることが出来る。

一般的には、任意の物質の性質を変えるために注入する
イオンは正のイオンである。その結果、支持体を正の電
位にそして被処理材をアース電位あるいは負の電位にす
ることによってドーパント膜の該イオンを被処理材の方
向へ加速することが出来る。

支持体が導電性であれば、支持体への正の電位を直接か
けられる。しかしながら、支持体が誘電体の場合には、
支持体に取り付けた電極を介して正の電位を支持体へか
ける。

被処理材を予熱して被処理材中に注入されたイオンの拡
散距離を長くすることが好ましい、この予熱は、ドーパ
ント膜を蒸発させるのに用いたレーザー放射線の周辺部
分によって行なうのが好ましい。

上記本発明方法は、その物理化学的性質を変えようとす
るあらゆるタイプの物質、例えば、半導体材料、金属、
金属合金あるいは複合材料等に適用することが出来る。

また、本発明は本発明処理方法を実施するのを可能とす
る装置にも関する。この装置は、ドーパント膜で被覆さ
れている第１の表面及び対向する第２の表面とを有し、
ドーパント膜と被処理材との間に空隙を維持しかつ被処
理材に対向させて配置可能な支持体と、所与の波長に対
して透過性のある前記支持体の第２の表面上に向けてド
ーパント膜と相互作用をし該ドーパントの爆発的蒸発に
よりドーパントイオンを形成することが可能な波長を有
するレーザー・パルスを発生する平行レーザー源と、レ
ーザー・パルスと同時に前記空隙に電界を形成してドー
パントイオンを加速し、被処理剤中へのドーパントイオ
ンの熱イオン注入を行うための電気的手段とからなる。

本発明の装置の好ましい実施態様では、支持体を予熱す
るのに用いられる第１の周辺部分とドーパントを蒸発さ
せるのに用いられる第２の中心部分との２つの部分にレ
ーザー光線を分離する光学システムが設けられていて、
ドーパント膜は支持体の第１の面の１部のみを被覆して
いる。

特に、この光学システムは内側ミラーと外側ミラーから
なり該発生源から発生された光線上で共軸上に配置した
２つの環状の球形ミラーからなり、２つのミラーの凹面
は被処理材に向けられており、内側ミラーの反射面はレ
ーザー源に向けられており、そして外側ミラーの反射面
は被処理材、に向けられている。

米国特許Ｎｏ、　４，４０１，４７７に記載されている
装置とは異なり、本発明では圧縮室を用いる必要はない
。なぜなら、（支持体と被処理材の表面とで形成される
共鳴空間によって）過圧状態従って圧力波を局所的に形
成したり、熱衝撃波を局所的に形成するのにドーパント
膜を爆発させているからである。しかしながら、このよ
うな圧縮室を設ければ１本発明の効果はさらに改良され
る。

本発明では、ドーパント膜と被処理材との間に共鳴空間
を形成するために該空隙を気密にシールするための硬質
シール・リングを装置に設けることが好ましい。このリ
ングは、電気絶縁性物質から作られ、被処理材とドーパ
ント膜との間の電気絶縁性を確実に良好なものとしてい
る。

この空隙によって、レーザー光線の周辺部分により周辺
部の照射するための光学システムを用いて空間内に導入
された初期の光量子エネルギーを一次的に貯えることが
出来るとともに、該光量子エネルギーを増加させること
も出来る。

本発明は、中空部材の内壁の少なくとも一部を形成して
いる物質の処理に対して有利に適用される。

この場合には、本発明の装置は外表面がドーパト膜で被
覆されかつ被処理部材の内部に配置することが可能な支
持体形成スリーブと、スリーブ内に配置されレーザー光
線をスリーブの内表面に反射する反射装置と１部材内表
面全面を照射するために反射されたレーザー光線とスリ
ーブの内表面との間の相対的な移動を行なう手段とから
成る。

本発明の好ましい実施態様では、この相対的移動を行う
手段はその一端部近傍にスリーブ内に位置している屈曲
部を有する中空導電性部材から成リ、該端部は電極とし
て作動するスリーブの内側面に当接しており、該導電部
と一体となった反射手段が屈曲部に配置され、かつ導電
部が長手方向軸の周りに回動可能かつ同軸と平行に可動
となっている。

（実施例）以下に限定を意図はしていない実施態様及び添付した図
面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は、いくつかの光線が図示されている脈動平行レ
ーザー光線４を発光するレーザー源２を示す、特に、こ
のレーザー光線４は１．０６μｍの波長を有する赤外線
である。このレーザー光線４の脈動すなわちパルスの持
続期間は１０−＠と１０−１秒の間である。

このレーザー光線４は、支持体８の第１の表面６に向け
られていて、支持体８は使用されているレーザー光線４
の波長に対して透過性を有する。

赤外レーザー光線の場合には、支持体８をガラス。

プレキシグラス、マイラー、酸化亜鉛あるいは酸化スズ
インジウム（ＩＴＯ）とすることが出来る。

第１の表面６に対向している支持体８の第２の表面１０
は、ドーパント物質（ｄｏｐａｎｔ　ｍａｔｅｒｉａｌ
　）の膜１２で被覆されている。支持体８は任意の形状
（平面あるいは曲面）をもつことが出来る。

以下、膜１２をドーパント膜１２とする。ドーパント膜
１２は、真空蒸発によって支持体上に蒸着することが出
来る。その厚さは、レーザー光線４の光束、レーザー・
パルスの持続期間及びドーパント膜１２のリフレフティ
ング・パワー（ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇｐｏｗｅｒ）すな
わち反射能の関数として求められる。

ドーパント膜１２は、ホウ素、アルミニウム、モリブデ
ン、クロム等の１以上の元素あるいは酸化物あるいは窒
化物等の単一元素化合物によって形成することが出来る
。

ドーパント膜１２は、被処理材１４と対向している。

特に、被処理材１４は、スチール３１６等の金属、ファ
スト・スチール（ｆａｓｔ　５ｔｅｅｌ　）すなわち堅
ロウ鋼、アルミニウム合金（ＴｉＡｌ、ＡｌＬｉ　）、
ウラン合金等の金属合金あるいは炭素繊維複合材料によ
って形成することが出来る。

介装されている電気絶縁性物質のリング１６は、ドーパ
ント膜１２と被処理材１４との間に十分な空隙ｄを保持
することを可能としていて、空隙ｄはレーザーとの相互
作用の際にイオン化された粒子の加速が行なわれる様に
している。さらに、例えばガラス及び石綿繊維からなる
リング１６およびドーパント膜１２と被処理材１４は、
レーザー・パルスの存続している間、衝撃波を存続可能
とする気密室（ｔｉｇｈｔ　ｃｈａａ＋ｂｅｒ　）１８
を形成している。

共鳴空間として作用する気密室１８は、加圧されかつ希
ガスあるいは窒素等の不活性ガスあるいは被処理材１４
に注入可能なイオンを形成し得るイオン化可能な活性ガ
スを含むことが出来る。

絶縁性（第２図）あるいは導電性（第１図）とし得る支
持体（第２図では８ａ、第１図では８）は、直流電源２
０によって供給される正の電位とされている。それに平
行して、被処理材１４をアースするか負の電位とする。

この電位差によって電界Ｖが形成され気密室１８すなわ
ち空間に形成された正のドーパントイオンを加速するこ
とが可能となる。

確実にエネルギーを保存し支持体８及び被処理材１４の
各極性を維持するために、支持体８と被処理材１４との
間に並列に低インピーダンスのコンデンサー２２を接続
することも出来る。コンデンサーｚ２の一方の板を直流
電源２０に接続しかつ他方の板をアースするか負の電位
に接続する。

ド−パント膜１２に垂直に指向させた平行なレーザー光
線４は、支持体８を介してドーパント膜１２と相互に作
用することにより、ドーパント膜１２を爆発的に蒸発さ
せることが出来る。気密室１８で生成されたドーパント
蒸気は、電界ぜの存在及びドーパント膜１２の消失に伴
う蒸気とレーザー光線４との相互作用によってイオン化
される。

その後、形成されたイオンは高い値の電界ぜ（約１にＶ
／ｄｌｌ）によって加速される。

形成されたイオンが被処理材１４に注入されるのに十分
な加速がなされる為には、ドーパント膜１２と被処理材
１４とを分離する空隙ｄを十分に大きくしなければなら
ず、０．０１と１ａｍの間とすることが出来る。

ドーパント膜１２の爆発的蒸発によって熱あるいは圧力
波を誘発させ、電界百によって誘起された電子の影響Ｆ
で気密室１８に放電を生じさせ、これらの熱あるいは圧
力波と放電とによってドーパントイオン及びもし適用さ
れるのであれば気密室１８に含まれているガスのイオン
を被処理材１４中に確実に熱イオン注入することが出来
る。

レーザー光線は比較的持続期間が短いので（１０−６秒
以下であるので）、熱イオン注入された被処理材１４は
ヒートシンク（ｈｅａｔ　５ｉｎｋ　）性を有するとい
う事実によってイオン注入された被処理材１４は非常に
迅速に硬化する。故に、レーザー発光が突然中断された
とき生じる冷却波は、被処理材１４の中心からその表面
に向けて生じる。

第２図は、支持体８ａに対向している平面状の金属板と
しての被処理材１４ａの処理を行なうことが出来る装置
の断面を図示したものである。支持体８ａも平板状に形
成されレーザー光線４に対して透過性を有する。支持体
８ａは絶縁性を有し、その内面（内表面）１０ａの一部
のみドーパント膜１２ａで被覆されている。他の面６ａ
には中央部に開口２６を有する電極２４が設けられてい
て、該電極２４の開口２Ｇをレーザー光線４が通過出来
るようになっている。

電極２４は例えば環状形状を有する。

被処理材１４ａに対向している支持板８ａの内面１０ａ
と実際の被処理材１４ａとの間に形成される空隙ｄは、
いわゆる圧力及び電気絶縁性の環状のリング１６ａによ
って気密にシールされている。気密室１８ａは環状のリ
ング１６ａに設けた図示しない孔及び導電部１８ａに設
けた通気孔（番号省略）を解してガス導管２８に連通し
、ガス導管２８は導電部３８の通気孔に接続されている
。このガス導管２８は２方弁３０を介してポンプ３２に
接続されており、必要であると分ればポンプ３２で気密
室１８ａのパージが出来るようになっている。特に、金
属の酸化を防止するためには本発明による金属あるいは
合金の処理は酸素のない状態で行なわれる。さらに、矢
印Ｆで示されているように、不活性ガスあるいは活性ガ
スが２方弁３０によって気密室１８ａに導入され得るよ
うになっている。

例えば、被処理材１４ａをアルミニウム板として、この
アルミニウム板にホウ素イオンを注入する場合には、使
用ガスは塩化ホウ素とすることができる。この塩化ホウ
素は、レーザー光線を当て且つ電界をかけた状態でイオ
ン化して、被処理材１４ａに加わえられ注入される。

第２図に図示した実施態様では被処理材１４ａは。

特により導電性とされていると共に、スプリング３６で
押圧されている対向板３４によりシール・リングすなわ
ち環状のリング１６ａに当接させられている。気密室１
８ａに対するこのような作用により。

気密室を圧縮室という名称にすることも可能である。

スプリング３６は凹部４０を有する金属部分すなわち金
属製の導電部３８と一体とされており、凹部４０内には
被処理材１４ａと対向板３４とが配置されている。負の
電位−■あるいは接地すなわちアース電位（第１図）を
与えられている導電部３８は、被処理金属板である被処
理材１４ａと接触している個所を有する。

絶縁性の支持板８ａは支持板４２に取り付けられ。

支持板４２はフランジシステム４５によって金属部品で
ある導電部３８に対向保持され得るようになっている。

金属部品である導電部３８と支持板４２との間のジヨイ
ント４４によって気密室１８ａのシールが確実に行なわ
れている。さらに、正電位子Ｖがかけられる電極２４が
設けられ、この電極２４を取り囲んでいる電気絶縁性の
環状のジヨイント４６が設けられていて、環状のジヨイ
ント４４．４６及び環状のリング１６ａは支持体８ａと
被処理金属１４ａとの間の短絡を防止している。

上記機械的応力付加システムは、レーザーとドーパント
膜との相互作用並びに圧縮室（気密室）に形成される電
界とによる衝撃波に耐えることが出来るようになってい
る。

ドーパントイオン及び適用される場合には気密室１８に
含まれているガスのイオンの被処理材中への拡散距離を
大きくするために、被処理材の予熱が行なわれる。第３
図に図示するように、この予熱はレーザー源２で発光さ
れる平行なレーザー光線４を２つの部分、すなわち中央
部５と側部すなわち周辺部７とに分離することによって
行なうことが出来る。中央部５はドーパント膜１２ａを
照射してそれを蒸発させるのに用いられ、一方、側方側
すなわち周辺部７は被処理材１４ａを予熱するのに用い
られている。

環状の電極２６及びドーパント膜１２ａは支持体８ａの
対応する面の一部のみをカバーしており、支持体８ａを
介してレーザー光線の側方部すなわち周辺部７のみが被
処理材材１４ａと相互作用することが出来るようになっ
ている。

レーザー光線４を２つの部分に分ける光学システムすな
わち光学系は逆カセグレン型式のものである。このもの
は、　１９８２年５月１８日に特許された米国特許Ｎｏ
、４，３３０，２０８に詳説されている。この光学系は
、レーザー光線４に対して共軸的に配置された２つの環
状の球面ミラー４８．５０から成っている６球面ミラー
４８は外側ミラーと呼ばれ凹面（凹面鏡）となっており
、一方、球面ミラー５０は内側ミラーと呼ばれ凸面（凸
面鏡）となっている。内側ミラーすなわち球面ミラー５
０の反射面５６はレーザー源２に向けられ、外面ミラー
すなわち球面ミラー４８の反射面５２は被処理材１４ａ
に向けられている。、Ｑ状形状の球面ミラー４８．５０
はレーザー光線４の中央部５を反射せずに直接伝波する
ことを可能としている。

各球面ミラー４８．５０の曲率半径及び焦点距離は、レ
ーザー光線の広がり及び導電性電極２６の大きさに適合
すると共に、被処理材１４ａの表面寸法に適合するよう
にしである。これら寸法上の要素は、レーザー光線の側
方部すなわち周辺部７が被処理材１４ａの内側に焦点を
結ぶように決定されている。

代表的には、光学システムすなわち光学系の焦点距離は
４００ｍであり、内側ミラーである球面ミラー５０の曲
率半径は９００ｍで外側ミラーである球面ミラー４８の
曲率半径は６００ｍｍである。

上記光学装にすなわち光学系は、レーザー光線４の強度
のより小さい周辺部を取り出し、このレーザー光線４の
周辺部を強度がより大きい平行な非散部すなりち中央部
５と同軸上に焦点を結ばせることによって被処理材１４
ａの表面に予防的に衝撃を与えることが出来る。レーザ
光線４の周辺部７による予備照射に比較して若干の時間
的遅れをもって中央部５でドーパント膜を爆発的に蒸発
させる。このようにして、被処理材１４ａの表面が増感
されるとともに予備吸収相により圧力すなわち衝撃波現
象を起こす第１の熱衝撃が生起される。

第４図は、特に円筒状中空部材の内側壁の少なくとも１
部を形成する物質を処理するための本発明に係わる装置
を図示したものである。１４ｂは中空部材であり、５８
は中空部材１４ｂの処理される内側壁、６０は被処理部
の対称凹部の中央長手方向軸（以下、単に軸６０と略称
）を示している。

被処理部の内部には支持部として機能し、かつ使用され
る平行レーザー光線４に対して透過性を有する円筒状の
スリーブ８ｂが設置されている。スリーブ８ｂの長手方
向軸は、軸６０と一致している。

スリーブ８ｂの外表面１０ｂは、ドーパント膜１２ｂに
よって被覆されている。これにより、ドーパント膜１２
ｂは、処理される中空部材１４ｂの内壁面すなわち内側
壁５８に対向していると共に、内側壁５８からある距離
の所に位置している。

この処理装置は中空の導電部６２を有し、導電部６２は
その一端部６６の近傍に封部すなわち屈曲部６４を有す
る。この屈曲部６４はスリーブ８ｂの中に配置されてい
る。導電部６２の一端部６６は、スリーブ８ｂの内表面
６ｂに当接している。この一端部６６は、スリーブ８ｂ
を正電位とする電極として機能する。導電部６２は被処
理部へ与えられているアース電位すなわち負電位からは
絶縁されている。

光学反射装置６８は、導電部６２に設けた屈曲部６４の
内部に配置されていると共に、屈曲部６４と一体化され
ている。光学反射装置６８は、屈曲部６４内に斜めに配
置されたミラーすなわち全反射プリズムとできる。光学
反射装置６８の反射面は、軸６０に対して４５°の角度
をなすと共に一端部６６に向けられている。光学反射装
置６８によって反射されたレーザー光線４は軸６０に垂
直な半径方向に送られている。

光学反射装置６８は、軸６０と平行に導電部６２内に送
られてきたレーザー光線４の波長を完全に反射出来なけ
ればならない。光学反射装置６８は、被処理材１４ｂの
内表面の処理に使用される強力なレーザー光束すなわち
高レーザー光束に耐えられるように多層処理とすること
も出来る。

中空部材１４ｂの内側壁５８を完壁に処理するために、
矢印で示すように導電部６２を軸６０に沿って長手方向
に動かすことも出来る。同じように、導電部６２を軸６
０の周りに回動出来るようにしなければならない。この
目的で、導電部６２はスリーブ８ｂの外方に位置しかつ
円筒状の絶縁部７４内に配置されているベアリングすな
わちローラ７２で保持されている幅広部７０を有し、絶
縁部７４の長手方向軸は軸６０と一致している。

導電部６２の回動若しくは移動または回動及び移動は、
公知の方法、さらに詳しく述べれれば１図示しないステ
ップモーターを用いて行なわれる。

被処理表面に対して導電部６２の位置を示すために図示
していない基準表示システムを随意設けることも出来る
。

スリーブ８ｂと被処理部の内側壁５８との間に形成され
る環状空隙によって気密な圧縮室すなわち気密室１８ｂ
を構成するために、電気Ｍ縁性の２つの環状のリング１
６ｂ、　１６ｃを上記スリーブ８ｂの２つの端部に装着
することが出来、気密室１８ｂに圧力をかけるか又は気
密室１８ｂに不活性あるいは活性ガスを充填すること、
或いは気密室１８ｂに圧力をかけると共に不活性あるい
は活性ガスを充填することができる。

スリーブ８ｂを介したドーパント膜１２ｂ全体の照射は
、装置の部品を分解したり或いは取り換えたすせずに連
続的にレーザーを当てることよによって行うことができ
る。

（発明の効果）以上説明した様な本発明の方法及び装置によって鋼部材
を処理することにより、その摩耗係数を小さくすること
が出来た。これは、鋼の表面にアルミニウムあるいはモ
リブテンを注入することばよって行なわれた。この目的
のために、波長１．０６μｍで２００Ｍ１１／ｃｄの出
力のパルス持続期間が３．１０−”秒の光線を発光する
レーザー源が用いられた。使用した支持体はアルミニウ
ムであった。ドーパント層と被処理材の表面を分けてい
る空隙ｄは０．０５０であった。さらに、ドーパント膜
の厚さは０．８μｍで電界は２．１０’ｖ／ａ＋＋であ
った。圧縮室はＮ２を１バール気圧で充填をした。

同じ条件で、ＴｉＡ１合金のアブレーション抵抗を大き
くするためにクロムを該合金に熱イオン注入した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係ねる処理方法を模式的に示す概略説
明図、第２図は本発明の第１の実施態様に係わる処理装
置の長手方向の断面図、第３図は本発明に係わるレーザ
ー光線を２つの部分に分けるための光学システムを模式
的に示す説明図、第　。４図は本発明の第２の実施態様に係わる処理装置の長手
方向の断面図である。２・・・レーザー源　　　　４・・・レーザー光線５・
・・中央部　　　　　　６・・・第１の表面６ａ・・・
面　　　　　　　　６ｂ・・・内表面７・・・周辺部　
　　　　　８，８ａ・・・支持体ＩＯ・・・第２の面　
　　　　１０ａ・・・内面１０ｂ・・・外表面１２．１２ａ、１２ｂ・＝ドーパント膜１４．１４ａ、
−被処理材　　１６，１６ａ、１６ｂ−リング１８．１
８ａ、１８ｂ・・・気密室　　２ｏ・・・直流電源２２
・・・コンデンサー　　　２４・・・電極２６・・・開
口　　　　　　　２８・・・ガス導管３０・・・２方弁
　　　　　　３２・・・ポンプ３４・・・導電板　　　
　　　３６・・・スプリング３８・・・導電部　　　　
　　４ｏ・・・凹部４２・・・支持板　　　　　　４４
・・・ジヨイント４８・・・球面ミラー（外側ミラー）
　　　　　　５０・・・球面ミラー（内側ミラー）５２．５６・・・反射面　　　　５８・・・内側壁６０
・・・軸　　　　　６２・・・導電部６４・・・屈曲部
　　　　　　６６・・・端部６８・・・反射装置　　　
　　７ｏ・・・幅広部７２・・・ローラ　　　　　　７
４・・・絶縁部ｄ・・・空隙　　　　　　　ば・・・電
界Ｆ・・・ガス流出願人　　コミッサリアタ　レナジーアトミッ代理人　
弁理士　西　脇　民　雄Ｆ旧、４６θ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所与の波長に対して透過性のある支持体の表面に
ドーパント膜を付着し、該ドーパント膜と被処理材との
間に間隙をあけて前記支持体の膜被覆面に対向して被処
理材を配置し、支持体を介して該所与の波長を有する脈
動平行レーザー光線をドーパント膜に照射することによ
り前記ドーパント膜を爆発蒸発させてドーパントイオン
を形成し、同時に前記支持体と被処理材との間の空隙に
電界を形成してドーパントイオンを被処理材中に熱イオ
ン注入する工程からなる少なくとも１種のドーパントの
イオン注入によって被処理材を処理してその物理化学的
性質を変える処理方法。
（２）レーザー光線が赤外線、可視光線あるいは紫外線
である特許請求の範囲第１項に記載された処理方法。
（３）ドーパント膜がその面に対して垂直方向に照射さ
れる特許請求の範囲第１項に記載された処理方法。
（４）空隙が緊密にシールされて共鳴空間を形成してい
る特許請求の範囲第１項に記載された処理方法。
（５）空隙には被処理材中に注入することが出来るイオ
ンを形成可能なガスが充填されている特許請求の範囲第
１項に記載された処理方法。
（６）空隙には不活性ガスが充填されている特許請求の
範囲第１項に記載された処理方法。
（７）空隙が加圧下に置かれている特許請求の範囲第１
項に記載された処理方法。
（８）支持体を正の電位とし被処理材をアースするか負
の電位とすることによって電界を形成している特許請求
の範囲第１項に記載された処理方法。
（９）被処理材を予め加熱しイオン注入を助長している
特許請求の範囲第１項に記載された処理方法。
（１０）被処理材の加熱はレーザー光線の周辺部によっ
て行われる特許請求の範囲第９項に記載の処理方法。
（１１）ドーパント膜で被覆されている第１の表面及び
対向する第２の表面とを有し、ドーパント膜と被処理材
との間に空隙を維持しかつ被処理材に対向させて配置可
能な支持体と、所与の波長に対して透過性のある前記支持体の第２の表
面上に向けてドーパント膜と相互作用をし該ドーパント
の爆発的蒸発によりドーパントイオンを形成することが
可能な波長を有するレーザー・パルスを発生する平行レ
ーザー源と、レーザー・パルスと同時に前記空隙に電界を形成してド
ーパントイオンを加速し、被処理剤中へのドーパントイ
オンの熱イオン注入を行うための電気的手段とからなる
少なくとも１種のドーパントのイオン注入によって被処
理材を処理してその物理化学的性質を変える処理装置。
（１２）空隙を気密にシールするための電気絶縁性材料
からなる硬質シール・リングを有する特許請求の範囲第
１１項に記載された装置。
（１３）前記空隙に加圧ガスを供給する手段を有する特
許請求の範囲第１１項に記載された装置。
（１４）電気的手段が支持体と被処理材との間に連結さ
れたコンデンサーからなり、支持体は正の電位とされ、
被処理材はアースされているか負の電位とされている特
許請求の範囲第１１項に記載された装置。
（１５）支持体が導電体であり、支持体の第２の表面に
電極が設けられており、そして電極には該電極をレーザ
ー光線が通過することを可能とする開口が設けられてい
る特許請求の範囲第１１項に記載された装置。
（１６）支持体を予熱するために用いられる第１の周辺
部分とドーパントを蒸発させる第２の中央部分との２つ
の部分にレーザー光線を分離するための光学システムが
設けられており、ドーパント膜は支持体の第１の表面の
１部分のみを被覆している特許請求の範囲第１１項に記
載された装置。
（１７）光学システムがレーザー源より発生したレーザ
ー光線に共軸に配置された内側ミラーと外側ミラーの２
つの環状の球面ミラーからなり、２つのミラーの凹面は
被処理材に向けられており、内側ミラーの反射面はレー
ザー源に向けられており、かつ外側ミラーの反射面は被
処理材に向けられている特許請求の範囲第１１項に記載
された装置。
（１８）外表面がドーパント膜で被覆されていて処理す
べき個所内に配置可能な支持体を形成するスリーブと、
スリーブ内に配置されスリーブの内表面でレーザー光線
を反射するための反射装置と、スリーブの内表面の全面
を照射するために反射されたレーザー光線と内表面との
間で相互的移動を行う手段とを有し、少なくとも中空部
材の内壁の１部分を形成している被処理材を処理するた
めの特許請求の範囲第１１項に記載された装置。
（１９）相対移動を行なう手段が中空導電性部分を有し
、該中空導電性部分はその一端部近傍にスリーブ内に位
置する屈曲部を有し、該端部は電極として作用する屈曲
部を有し、該端部は電極として作用するスリーブの内表
面に当接し、反射装置が導電性部分と一体となっていて
屈曲部に配置され、それによって導電性部分が長手方向
軸の周りに回動可能とされ、かつ該軸に対し平行移動が
可能とされている特許請求の範囲第１８項に記載された
装置。