JPH01215766A - 微小重力場での複合体の製造方法 - Google Patents

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、短時間の微小重力場での燃焼合成を利用した
均一分散複合体の製造方法に間し、より詳しくは物体を
空中から落下させることによりつくりだすことのできる
短時間ではあるが宇宙空間と同等な微小重力場において
、短時間で急激な発熱を伴う自己発熱反応により３００
０に以上の高温状態をつくりだし金属やセラミックスの
材料合成が可能である燃焼合成及びその膨大な発熱量を
利用して、電気炉等の設備を必要としない短時間の微小
重力場において地上の重力場では比重差でお互いに分離
してしまうような複合体を均一に分散させるようにする
製造方法に関する。

（従来の技術） 微小重力項番利用して均一に分散した複合体を製造する
技術は、地上での重力場では比重差のため得られない複
合体の創製が可能であり、スペースシャトル計画等でも
重要課題の一つとなっている。

燃焼合成技術は、高融点無機化合物を製造することに関
し、高温の電気炉等を必要としない短時間での製造を可
能とする省工゛ネルギー的方法であり、近年その用途が
有望視されている。この種の技術としては、例えば特公
昭５６−２７４４１号公報に記載の発明のご′とく、反
応過程における反応伝播速度を出発粉末の充填度や周囲
の圧力環境で制御することにより高効率の合成を達成さ
せる方法が提案されている。このような技術により得ら
れる生成物のうちとくに燃焼合成に伴い溶融過程を経る
ような二種類以上の複合生成物を得るような系について
は、例えば特公昭５７−４０２１９号公報に記載の発明
のごとく、比重差のため不均一に分散する複合生成物に
対し反応過程で遠心力を作用させ強制的に層分離を起こ
させ管形状の複合構造管を製造する、いわゆる遠心テル
ミット法が提案されている。溶融過程を経る生成物は、
その移動が容易であり形状の制御及び緻密化が可能であ
るため、構造材等としての無機複合体の製造において目
的物質が溶融過程を経ることは非常に有効である。

（発明が解決しようとする問題点） 前記従来の微小重力場での複合体の製造技術では、製造
に必要な高温状態を電気炉等の外部加熱により達成させ
ているため、かなり長時間の微小重力場が必要であった
。また、電気炉による外部加熱を考慮しているため周辺
使用設備に関わる配慮も必要であり製造装置の簡便化が
技術的に困難であった。

また前記従来の燃焼合成技術では、溶融過程を経る複合
生成物が凝集するため初期混合での分散状態を維持する
ことができず、特に比重の異なる生成物に対して均一に
混合した複合体を製造することは難しい。外力として遠
心力を作用させ層分離を起こすような技術は、複合構造
化された複合体の各々の境界に冷却過程での熱膨張の違
いによる剥離が起こり必ずしも材料特性に優れた複合体
を得るのに適していなかった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記従来の微小重力場での複合体の製造技術で
は解決できなかった短時間での高温状態の導入及び製造
装置の簡便化と従来の燃焼合成技術では解決できなかっ
た均一分散複合体の製造を同時に解決し、均一に分散し
、た材料特性に優れた複合体を簡便に得ることを目的と
する。この目的を達成するための手段として次の方法を
採用した。

燃焼合成の特長である高温状態の自己生成及び秒単位の
合成達成を利用し、溶融複合生成物を得る燃焼合成を微
小重力場で行うことにより、短時間で目的生成物が均一
に分散した複合体を製造する。

すなわち、少なくとも一種類の反応生成物が反応過程で
溶融するような着火すべき初期混合物を反応チャンバに
充填し反応を誘導し、落下基より落下させ、反応をその
ような落下過程で生成した微小重力場で伝播させ、反応
による複合生成物を均一に分散させた複合体を得る。ま
た、着火すべき初期混合物中に少なくとも一種類が該初
期混合物の燃焼による生成熱で溶融する燃焼反応に関与
しない混合物を配置し、落下により形成された微小重力
場での前記初期混合物の反応伝播に伴う高温状態の印加
で目的混合物を溶融させ、均一分散した複合体を製造す
る。

初期混合物を反応チャンバの一端で高温に電気的加熱さ
れたタングステンフィラメントなどによって着火すると
、着火後燃焼面は自発的に混合物上に広がる。燃焼面に
は３０００に以上もの高温が発生するので、初期混合物
と最終生成物の少なくとも一種類は溶融する。したがっ
て、目的とする複合体製造が上記の燃焼による生成熱の
みを利用する場合においても、その複合混合物の少なく
とも一種類の融点が燃焼反応で到達する系の最高温度以
下であるならば、本方法を適用し所望の複合体を得るこ
とができる。

（作用） 落下により発生した微小重力空間で進行する着火すべき
初期混合物の自発的な燃焼反応及び生成する反応熱によ
り、反応生成混合物及び反応に関与しない混合物が初期
充填分布に従って均一に分散された複合体を製造する。

（実施例） 本発明方法で用いる燃焼反応においては、強還元性元素
と金属酸化物との組み合わせで起こる急激な発熱反応に
伴う発熱とその反応生成物を利用するものであり、その
組み合わせとしては通常の燃焼合成で複合生成物を生成
し少なくともその一種類が反応過程で溶融するようなも
のであればどのようなものでも使用し得る。簡単な場合
において、このような混合物の反応式は次のように書く
ことができる。

ｋ１＋　　Ａ２　　→　Ｂ＋　＋　　Ｂ２あるいは Ａ１＋　Ａ２　＋　Ａ３　　→Ｂ＋　＋　　Ｂ３ここで
、Ａｌは周期律表第四から第六周期に属する酸化物、た
とえばＦ　ｅ　２０　ｓ、Ｃｒ　２ｏ　３．Ｎ　ｉ　Ｏ
。

Ｍ　ｏ　Ｏ３，Ｗ　Ｏ３，Ｖ　２０３であり、Ａ２はＡ
ｌ，Ｍｇ。

Ｚｒ、Ｔｉからなる群より選ばれた還元剤であり、Ａ３
はＣ，Ｂ、Ｓｉからなる群より選ばれた非金属または非
金属の酸化物、たとえばＢ２Ｏ３，Ｓ　ｉ　０２であり
、Ｂ１は用いた還元剤の酸化物、すなわちＡ　１２０３
．ＭｇＯ＋Ｚ　ｒ　０２．Ｔ　ｉ　０２であり、Ｂ２は
還元された金属であり、Ｂ３は耐火化合物ＷＣ９Ｃｒ２
ｃ２．ＭＯ２Ｃ，ＶＣ，Ｔ　ｉ　Ｃ，Ｃｒ　Ｂ２．ＭＯ
Ｂ。

Ｔ　ｉ　Ｂ２．ＷＳ　ｉ２などである。

燃焼合成を、落下により誘導した場合の反応伝播及び合
成物の生成過程は以下のごとくである。

着火は、地上の重力場と同じ環境で行うのであるが、反
応伝播は微小重力場で行う。反応が主に高温状態での気
相成分の移動に支配される場合であっても、気相が生成
する際の圧力の印加が伝播を進展させるため、微小重力
場であっても反応特性には変化ない。また、地上の重力
場では生成する気相成分が生成物内に取り込まれ結果的
に気孔の多い複合体となるが、微小重力場では濡れ性の
ため気相は生成物より完全に分離する。

第１図は、本発明方法の一実施例を示す説明図であり、
着火後反応チャンバを落下させている状態であり、図示
のように落下基２の上端の反応チャンバ脱着治具（電磁
チャックなど）３に着火すべき初期混合物を含む混合物
５を充填した反応チャンバ４を配置し、初期混合物に接
触するようにタングステンフィラメントの着火線１を導
入しその加熱により着火し、着火後、反応チャンバを落
下させる。着火方法としては、電気的加熱ばかりでなく
過酸化バリウム−マグネシウム着火剤の投入、レーザー
加熱、衝撃波着火などにより行うことができる。Ｆｅ２
０ｓ−ＡＩ系の場合、反応伝播速度は初期混合物の充填
塵３０　Ｘで約２　ｃｍ／ｓであり、長さ５　ｃｍの反
応体の温度は反応後約４秒で３５００に程度から１８０
０に以下になる。したがって、１００　ｍの落下基を用
いることにより落下中に溶融から凝固まで完了すること
ができる。地上にはシリカガラス、炭素繊維などの耐火
物でできたネット６を配置し落下物の速度を緩和しさら
に油、水などの冷媒７を置くことにより落下物の冷却を
促進し、微小重力場で形成された状態でのＦｅとＡ　！
　２０　ａが初期充填分布に従って均一に分散しそれぞ
れの界面での剥離もない複合体を得ることができる。

第２図は、初期混合物の反応で得られる生成物で複合体
を製造する場合の反応チャンバの様子であり、第３図は
、燃焼反応に関与しない混合物による複合体製造を着火
すべき初期混合物の燃焼の反応熱を利用して行う場合の
反応チャンバの一例であり、反応チャンバ４は燃焼の生
成熱で溶融しない程度の厚みを有する簡単な容器で良く
、初期混合物５は充填塵により反応伝播速度が約１　ｃ
ｍ／ｓから１０　ｃｍ／ｓ程度に変化するのでその所望
に応じて適当に混合充填すると良い。燃焼反応に関与し
ない目的混合物９を収納する耐熱密閉容器８０利用は目
的混合物が反応熱で気化する場合や反応生成物と相互作
用する場合に特に必要であり、熱伝導あるいは輻射によ
る熱伝播が容易な材質であれば良く、軟化を伴うガラス
、炭素、窒化ホウ素などが有効である。

（発明の効果） 本発明によれば、地上に構築可能な落下基または気球や
飛行機などの飛行体からの落下を用いた微小重力場で均
一に分散した複合体の製造を容易に行うことができる。

電気炉の設備をいっさい必要とせず経済的かつ簡便に目
的に合う複合体を製造することができ、直ちに実施可能
なものとして工業的に価値がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す落下塔内実験の半断面
を示した横断面図、第二図は反応生成物で複合体を製造
する場合の反応チャンバの断面図、第三図は初期混合物
の反応熱を利用して目的混合物より複合体を製造する場
合の反応チャンバの断面図である。 １１０６着火用フィラメント、２００．落下基、３．。 反応チャンバ脱着治具、４６００反応チ反応チャンバ。 、初期混合物、６００．耐熱緩衝ネット、７８．。 冷却用媒体、８０１．耐熱密閉容器、９００．燃焼反応
に関与しない目的混合物。 第１図　　　　　第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．反応チャンバに均一に混合した着火すべき初期混合
   物を含む混合物を充填し、着火した後前記反応チャンバ
   を落下させ、初期混合物の燃焼反応で生成された生成物
   または燃焼反応に関与しない混合物の少なくとも一種類
   が落下中の燃焼反応過程で溶融することにより形成され
   る複合体を初期充填分布に従って均一に分散させること
   を特徴とする複合体の製造方法。
2. ２．初期混合物が周期律表の第四から第六周期に属する
   金属の酸化物、Ａｌ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｔｉからなる群から
   選ばれた還元剤及びＣ，Ｂ，Ｓｉからなる群から選ばれ
   た非金属または非金属の酸化物Ｂ＿２Ｏ＿３，ＳｉＯ＿
   ２から構成された混合物である特許請求の範囲第一項記
   載の方法。