(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高度に配向された熱分解黒鉛（”ＨＯＰＧ”）のモザイク展開を予選択されたモザイク展開範囲内にシフトさせる方法において、
前記予選択されたモザイク展開範囲未満のモザイク展開を持つＨＯＰＧサンプルを選択するステップと、
該予選択されたサンプルを冷間加工して、該サンプルのモザイク展開を前記予選択されたモザイク展開範囲内にシフトさせるに充分な、表面がテクスチャされた捺印を形成するステップと、
を有することを特徴とするＨＯＰＧ材料のためのモザイク展開の調整方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記冷間加工ステップが、該サンプルを、その少なくとも１方がきざみ付き表面を持つダイス同士間で加圧することによって実行されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、該他方のダイスが、平滑な平坦表面上に取り付けられた変形可能な材料から成るパッドを有することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、前記変形可能材料が紙であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２記載の方法において、前記ダイスの各々がきざみ付き表面を持つことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、２つの金属製ダイスを各々のダイスが噛み合うように互いに配置し、そのきざみ付き表面でテクスチャされた表面を形成することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、前記金属製ダイスが、深さが０．００５−０．１０インチで相互間隔が０．０１５−０．０３０インチの範囲の断面寸法を持つ溝を形成している各ダイスのきざみを有するステンレス鋼から成ることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項２記載の方法において、該ＨＯＰＧサンプルが最大５０００ｐｓｉである第１の圧力で圧縮されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記サンプルのモザイク展開が、該第１の圧縮によってもたらされたモザイク展開よりも減少するように、前記第１の圧力未満である第２の圧力で前記サンプルをさらに圧縮することによって再調整することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、前記サンプルに対する前記さらなる圧縮が、平坦な平滑表面を持つダイス同士間で実行されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法において、前記第２の圧縮を実行するための前記ダイスが黄銅製であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高配向熱分解黒鉛（”Ｈｉｇｈｌｙ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ：ＨＯＰＧ”）のモザイク展開（ｍｏｓａｉｃ  ｓｐｒｅａｄ）を予選択された狭い範囲にシフトさせる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
黒鉛モノクロメータは、結晶材料の特性を測定するための分光計に使用するためのＸ線および／または中性子の単色光を発生させるためにＸ線および中性子を回折させる高純度熱分解黒鉛の高度に配向された形態である。
【０００３】
黒鉛モノクロメータは、そのモザイク展開によって分類される。モザイク展開は、好ましい配向に傾斜させて、「ロッキング・カーブ」として知られる好ましい配向のＸ線回折曲線を形成させたときの、ＨＯＰＧ材料のサンプルからのＸ線の反射の半最大強度での全幅の測定値である。ロッキング・カーブとは、角度変位を測定するために、反射したＸ線の強度を、ブラッグの法則（Ｂｒａｇｇ’ｓＬａｗ）を用いて参照平面からの角度間隔の関数として見たグラフである。ロッキング・カーブは、ＨＯＰＧサンプルに対し、そのモザイク展開が異なった規格のモザイク展開範囲に分類できるように、その各々について決められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
顧客がＨＯＰＧモノクロメータを購入しようとする場合、さまざまな展開範囲に対応する規格の等級に基づいて選択する。ＨＯＰＧ材料の各々の生産等級が、３．５度±１．５度という広いモザイク展開範囲を持つ。しかしながら、顧客は、より狭い範囲、例えば±０．２５度という範囲のモザイク展開を持つ特定のＨＯＰＧ等級を求めるかもしれない。この要求を現時点で満たそうとすれば、従来の方法で処理されたＨＯＰＧ材料による歩留まりに悪影響を与える。上記の例では、従来処理によるＨＯＰＧ材料のほんの約３０％が、±０．２５度という狭いモザイク展開の規格を満足するにすぎない。
【０００５】
本発明の目的は、材料に対する望まれる最終のモザイク展開規格未満のモザイク展開を持つＨＯＰＧ処理された材料も含め、いかなる予選択された望ましい狭い範囲にも適合するモザイク展開を持つＨＯＰＧ材料の歩留まりを、１００％にまで保証することができるようにすることである。
【０００６】
【発明を解決するための手段】
本発明による方法は、望ましいモザイク展開範囲未満のモザイク展開を持つ材料のＨＯＰＧサンプルを選択するステップ、および、望ましいモザイク展開範囲中にサンプルのモザイク展開をシフトさせるに充分な表面テクスチャを捺印するために、選択されたサンプルを冷間加工するステップを含む。テクスチャされた表面は、サンプルを、きざみ付き表面を持つダイスの内の少なくとも１つを持つ金属ダイス同士間で加圧することによって捺印することが望ましい。具体的な態様は、次の通りである。
【０００７】
第１の態様は、高度に配向された熱分解黒鉛（”ＨＯＰＧ”）のモザイク展開を予選択されたモザイク展開範囲内にシフトさせる方法において：
前記予選択されたモザイク展開範囲未満のモザイク展開を持つＨＯＰＧサンプルを選択するステップと；
該予選択されたサンプルを冷間加工して、該冷間加工されたサンプルのモザイク展開を前記予選択されたモザイク展開範囲内にシフトさせるに充分な、表面がテクスチャされた捺印を形成するステップとを、有する。
【０００８】
第２の態様は、第１の態様において、前記冷間加工ステップが、該サンプルを、その少なくとも１方がきざみ付き表面を持つダイス同士間で加圧することによって実行される。
【０００９】
第３の態様は、第２の態様において、該他方のダイスが、平滑な平坦表面上に取り付けられた変形可能な材料から成るパッドを有する。
【００１０】
第４の態様は、第３の態様において、前記変形可能材料が紙である。
【００１１】
第５の態様は、第２の態様において、前記ダイスの各々がきざみ付き表面を持つ。
【００１２】
第６の態様は、第５の態様において、２つの金属製ダイスを各々のダイスが噛み合うように互いに配置し、そのきざみ付き表面でテクスチャされた表面を形成する。
【００１３】
第７の態様は、第６の態様において、前記金属製ダイスが、深さが０．００５−０．１０インチで、相互間隔が０．０１５−０．０３０インチの範囲の断面寸法を持つ溝を各々のダイスが形成しているステンレス鋼から成る。
【００１４】
第８の態様は、第２の態様において、該ＨＯＰＧサンプルが最大５０００ｐｓｉである第１の圧力で圧縮される。
【００１５】
第９の態様は、第８の態様において、前記サンプルのモザイク展開が、該第１の圧縮によってもたらされたモザイク展開よりも減少するように、前記第１の圧力未満である第２の圧力で前記サンプルをさらに圧縮する。
【００１６】
第１０の態様は、第９の態様において、前記サンプルに対する前記さらなる圧縮が、平坦な平滑表面を持つダイス同士間で実行される。
【００１７】
第１１の態様は、第１０の態様において、前記第２の圧縮を実行するための前記ダイスが黄銅製である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
黒鉛は、炭素原子の６角形配列または網状組織の層となった平面から成っている。６角形に配列された炭素原子のこれらの層平面は実質的には平坦であり、互いに実質的に並行で等距離になるように配向されている。実質的に平坦で並行な炭素原子の層は基本平面と呼ばれ、結晶中に配置されたグループ中に連結または接着されている。従来型の黒鉛または熱分解黒鉛はランダムな結晶構造を持つ。高度に秩序化された黒鉛は、高度の好ましい結晶配向を持つ。したがって、黒鉛は、２つの主軸  −−すなわち、”ｃ”軸と識別される炭素層に直角な方向および”ａ”軸と識別される炭素層に並行でｃ軸を横切る方向−−  を持つ炭素原子の積層構造体を特徴とするといってもよい。高度の配向性を示す黒鉛材料は、自然黒鉛および合成すなわち熱分解黒鉛を含む。熱分解黒鉛は、高温において適当な基板上での炭質気体の熱分解によって生成される。
【００１９】
簡単な方法では、熱分解堆積プロセスは、摂氏１５００度を上まわり最高２５００度までの温度に熱せられた高温炉中で適当な圧力下で実行してもよいが、この場合、メタン、天然ガス、アセチレンなどの炭化水素気体が高温炉中に導入され、なんらかの望ましい形状を持つ黒鉛などの適当な組成を持つ基板の表面で熱的に分解される。この基板は熱分解黒鉛から除去または分離してもよい。
つぎに、熱分解黒鉛は、さらに高温で熱アニールして、通常”ＨＯＰＧ”材料または”ＴＰＧ”材料と呼ばれる高度に配向された別分解黒鉛を形成してもよい。本発明の目的のための「高度に配向された熱分解黒鉛」（ＨＯＰＧ）とは、実質的に摂氏３０００度以上の高温でアニール（焼き鈍し）された熱分解黒鉛を意味するものとする。ＨＯＰＧサンプルは、従来は、平坦プレートとして、または単折り形状もしくは複折り形状で生産されてきた。
【００２０】
ＨＯＰＧプレートのサンプルの構造体および好ましい配向は、Ｘ線回折で決まる。図１に、ロッキング・カーブを発生させる装置を示す。低い原始発散角、通常は１度以下を持つＸ線光源１０１は、単色Ｘ線ビーム１０３をサンプル１０５上に出力する。検出器１０７が２θの傾斜位置で置かれ、サンプルから反射したＸ線ビーム１０９を検出する。反射されたビーム１０９は、サンプルの結晶格子の基本平面からのブラッグ（００２）反射に応じるサンプル角度（φ）でピーク強度を示す。Ｘ線ビームが反射する２θという角度は、ブラッグの法則（λ＝２ｄｓｉｎθ）から計算される（ここで、λは単色Ｘ線ビームの波長、ｄは結晶の層間間隔、θはブラッグ角度である）。本願では、Ｘ線は、ＣｕＫα（１．５４オングストローム波長）のＸ線光源で発生される。
【００２１】
サンプル１０５は、ビーム１０３内の軸Ａ−Ａの周りに回転される。サンプル１０５が回転するにつれて、００２基本平面におけるブラッグ反射に対応するピーク強度を含むＸ線強度が検出され、反射Ｘ線強度対サンプルの回転角度（θ）のロッキング・カーブを形成する。ロッキング・カーブは、熱分解黒鉛の場合、堆積平面である参照平面からの角度距離の関数としての反射Ｘ線の強度を表したグラフである。それゆえ、０度のピークは（００２）基板によって定義される堆積平面に平行な基本平面をさし示す。ロッキング・カーブ中のピークである”ＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）”は、ピークの最大強度の半分のところでのピークの半分幅のことである。ＦＷＨＭは、００２平面の好ましい配向の程度の尺度であり、高度に配向された結晶構造体は小さいＦＷＨＭ（狭いピーク）を生じ、低度に配向されたそれは大きなＦＷＨＭ（広いピーク）を生じる。モザイク展開は、ＨＯＰＧサンプルからのＸ線反射のＦＷＨＭ強度の程度の測定値であり、サンプルによって、また、炉の状態によっても変動する。
【００２２】
モザイク展開が３．５度±１．５度である高度配向熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）は、中性子の分光測定でより高いオーダーの中性子を求めるためのフィルタとして広範囲に使用されている。本発明によれば、望ましい範囲に達しないモザイク展開を持つ従来技術で生産されたＨＯＰＧのモザイク展開を増大させて、常温でサンプルを冷間加工することによって、この望ましい範囲に入るようにすることができる。
【００２３】
本発明による１実施態様を示す図２から分かるように、シリンダ１２ならびに２つのきざみ付き金属ダイスそれぞれ１３および１４を有する。希望のモザイク展開未満の値を持つＨＩＰＧ１０のサンプル片が、シリンダ１２内のダイス１３と１４間に置かれ、水圧プレスで最大５０００ｐｓｉの圧力を印加される。この圧力下で５秒から３０秒経ったら圧力が取り除かれ、ＨＯＰＧが取り外される。最良の効果を得るためには、ダイス１３および１４のきざみ付き表面１５および１６は、シリンダ１２に沿って一緒に締めつけて、１方のダイスの表面凸部が他方のダイスの凹部に整合する、すなわちきざみ付き表面が十字溝と都合よく噛み合うようにする。図２および図３で、１０倍から２０倍に拡大表示されている溝１８および１９、きざみ付き表面１５および１６は、深さ０．００５−０．０１０インチで相互間隔が０．０１５−０．０３０インチであるのが望ましい。ダイスは、黄銅製または鋼鉄製のダイスどちらを使用してもよいが、鋼鉄ダイスの方が耐摩耗性に優れているので好ましい。
【００２４】
図３に、図２の態様の変更例である。図中、ＨＯＰＧサンプルは、１方のきざみ付きダイス２０と、平滑な平坦ダイス２２上に取り付けられた変形可能材料、例えば、０．０１０−０．０２０インチ厚さの紙、との間に加圧されている。この方法もまた、モザイク展開を増大させる、ＨＯＰＧの厚さ全般にわたって希望のテクスチャリングを達成させる。このシステムでは、きざみ付きダイス２０は、平坦ダイス２２に対してなんら特定の配向は必要ないので、シリンダ１２に締め付ける必要はない。
【００２５】
ＨＯＰＧのモザイク展開は、きざみ付きダイス１３および１４にたいして加圧された後で測定される。モザイク展開があまりに高い場合、ＨＯＰＧは平滑な平坦ダイス（図示されていない）同士間に置かれ、再度加圧されるが、通常はきざみダイスを使って加圧した圧力よりも低く、５００−５０００ｐｓｉの範囲が望ましい。場合によっては、きざみ付きダイスと平滑ダイス間で加圧を繰り返すことは、モザイク展開を厳しい（非常に狭い）規格の範囲に収めるためには必要かもしれない。
【００２６】
図４に本発明を説明する５５の例を示す。ＨＯＰＧのサンプル片は、各々が３４．５×２７．１×１．５（厚さ）ｍｍの寸法を持つ。これらの従来処理された片の中性子モザイク展開は、１．５２−２．３４度であった。希望の中性子モザイク展開を２．５０−３．００度と仮定する。これは、きざみ付きダイスを用いて１回以上加圧することによって、これらの片の内の２５個の片で得られるのが観察される。他の３０の片のモザイク展開は、きざみ付きダイス間での加圧後に３．０３−４．１３度の間に存在するのが観察される。これら３０の片のモザイク展開は次に、平滑な平坦ダイス間で１回以上加圧することによって２．５０−３．００度にまで減少する。モザイク展開は、きざみ付きダイス間で加圧すれば即座に増加され、平滑ダイス間で加圧すればまた減少されるので、±０．０５度などのさらに小さいモザイク展開を複数回の加圧で達成可能であることは明かである。
【００２７】
以下に示す特定の例は、本発明をさらに説明、図示するために図４から取られたものである。すべての例において、以下に示す条件は一定である。ＨＯＰＧ片はすべて、３４．５×２７．１×１．５（厚さ）ｍｍである。黄銅ダイスおよび鋼鉄ダイスは直径２インチである。ＨＯＰＧ（００２）反射の中性子モザイク展開は、メリーランド州ゲティスバーグのＮ．Ｉ．Ｓ．Ｔ．で４．１５オングストロームで中性子誘導のＳＰＩＮＳ機器で測定された。
【００２８】
【実施例】
実施例１（片１）
初期中性子モザイク展開が２．０４度であるＨＯＰＧの１片が、深さが０．００５インチ相互間隔が０．０１５インチの十字溝を持つきざみ付き鋼鉄製ダイス同士間で、５０００ｐｓｉの圧力下で１５秒にわたって加圧された。この加圧後、このＨＯＰＧの中性子モザイク展開は２．９７度であった。
【００２９】
実施例２（片２）
初期中性子モザイク展開が２．２４度であるＨＯＰＧの１片が、深さが０．０１０インチ相互間隔０．０３０インチの十字溝を持つきざみ付き黄銅製ダイス同士間で、５０００ｐｓｉの圧力下で１５秒にわたって加圧された。この加圧後、ＨＯＰＧの中性子モザイク展開は３．５２度であり、これは希望の２．５０−３．００度を上回る値である。ＨＯＰＧサンプルは、１５秒にわたって２５００ｐｓｉの圧力下で平滑黄銅ダイス同士間で再度加圧された。この動作によって、ＨＯＰＧのモザイク展開は２．６４度に減少した。
【００３０】
実施例３（片３）
初期中性子モザイク展開が２．０３度であるＨＯＰＧの１片が、深さが０．０１０インチ相互間隔０．０３０インチの十字溝を持つきざみ付き黄銅製ダイス同士間で、５０００ｐｓｉの圧力下で１５秒にわたって加圧された。この加圧されたＨＯＰＧは検査され、再度５０００ｐｓｉの圧力で１５秒にわたって加圧された。この２回の加圧後、ＨＯＰＧの中性子モザイク展開は２．５２度であった。
【００３１】
実施例４（片１８）
初期中性子モザイク展開が２．２１度であるＨＯＰＧの１片が、深さ０．０１０インチ相互間隔が０．０３０インチの十字溝を持つ１つのきざみ付き黄銅ダイスと、０．０１５インチ厚の紙パッドを上に取り付けた平滑黄銅ダイスとの間で加圧された。５０００ｐｓｉでの圧力が１５秒にわたって維持された。ＨＯＰＧは検査され、再度、同一の条件で加圧された。この２回の加圧後の中性子モザイク展開は３．１９度であった。第３回目の加圧は、１５秒にわたって２５００ｐｓｉで平坦黄銅ダイスを用いて行われたが、これによって中性子モザイク展開は２．５７度に減少した。
【００３２】
実施例５（片３５）
初期中性子モザイク展開が２．１２度であるＨＯＰＧの１片が、深さが０．０１０インチ相互相隔が０．０３０インチの十字溝を持つみざみ付き黄銅製ダイス同士間で、５０００ｐｓｉの圧力下で１５秒にわたって加圧された。この加圧後、ＨＯＰＧの中性子モザイク展開は３．５７度であった。ＨＯＰＧは次に、平滑な平坦黄銅ダイス同士間で２８００ｐｓｉで１５秒にわたって加圧された。この動作によって、モザイク展開は３．１４度に減少した。ＨＯＰＧは継いで、５０００ｐｓｉで１５秒にわたって平滑黄銅ダイス同士間で２回加圧された。ＨＯＰＧの最終的な中性子モザイク展開は２．８５度であった。
【００３３】
実施例６（片４９）
初期中性子モザイク展開が２．３１度であるＨＯＰＧの１片が、深さが０．００５インチ相互間隔が０．０１５インチの十字溝を持つきざみ付きスレンレス鋼製ダイス同士間で、５０００ｐｓｉで１５秒にわたって加圧された。この加圧後、ＨＯＰＧの中性子モザイク展開は３．１１度であった。ＨＯＰＧは次に、平滑なステンレス鋼製ダイス同士間で３０００ｐｓｉで１５秒にわたって加圧された。ＨＯＰＧの最終的な中性子モザイク展開は２．６０度であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＨＯＰＧサンプルのモザイク展開を得るためのロッキング・カーブを発生させる装置の略斜視図である。
【図２】本発明によるＨＯＰＧサンプルを冷間加工するための金属ダイスの配置図である。
【図３】本発明によるＨＯＰＧサンプルを冷間加工するための図２を変更した金属ダイスの配置図である。
【図４】調整前のモザイク展開レベルを超えるいずれかの希望範囲内へモザイク展開を調整する本発明による原理を示すグラフである。
【図１】
0004108160.tif 000002
【図２】
0004108160.tif 000003
【図３】
0004108160.tif 000004
【図４】
0004108160.tif 000005