JPH0322209B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は固体又は液体状の凝縮系物質の衝撃処
理方法及び装置に関するものであり、より詳しく
は、火薬類の爆発を利用した凝縮系物質の改良さ
れた衝撃処理方法及び装置に関するものである。 従来、火薬類又は爆薬類の爆発衝撃を利用して
凝縮系物質を圧縮処理する方法として、例えば米
国特許第3238019号記載のダイヤモンドの製造方
法、特公昭36−1952号記載の粉体の緻密化方法、
特公昭47−34597号記載の固体材料の処理方法、
特公昭46−3378号記載のもろい結晶粉の製造方法
等が知られており、我が国においても金属の圧着
成型加工等工業的に実用化されているものもあ
る。凝縮系物質を、火薬類の爆発を利用し、衝撃
処理する従来の方法は二つに大別できる。すなわ
ち、静止した試料系に爆薬の爆発衝撃波を直接入
射させて衝撃圧縮する直接方法と、金属板、ある
いは、管等を爆発ガスで加速し、高速飛翔させ
て、これを静止試料系に衝突させることにより発
生する衝撃波で圧縮処理する飛翔体衝突方法であ
る。これら二つの方法は長、短があり、低圧力で
大容量の試料を衝撃圧縮処理する場合、直接方法
が、小容量を高圧力衝撃圧縮処理する場合には、
飛翔体衝突方法が一般に採用されているようであ
る。衝撃処理効果を高めるには衝撃持続時間をな
るべく長くすることが望ましく、直接方法の場合
使用薬量を増すことにより達成できるが、性能の
良い爆薬を多量に用いることは経済性の点で問題
があり、また、あまり高い圧力が得られないとい
う欠点を有す。飛翔体衝突方法においては圧力の
持続時間は主として飛翔体の飛翔方向の厚みによ
つて決まり、一般に直接方法よりもはるかに短い
のが欠点である。 本発明者らは従来方法のこれらの欠点をなくす
べく鋭意研究した結果、従来方法とは異なり、か
つ衝撃持続時間の長い処理方法を発明するに至つ
た。 本発明によれば、堅固な剛体面に平行且つ間隙
をもつて対向した平面状凝縮系物質層の背面に隣
接して設けた平面状爆薬層を起爆させて該凝縮系
物質を該剛体面に向けて飛翔、衝突せしめること
を特徴とする凝縮系物質の衝撃圧縮方法が提供さ
れる。 本発明の第２の発明によれば、平坦な底面を有
する剛体容器の開口部附近に平面状凝縮系物質層
を該底面に平行且つ間隙をもつて対向させ、その
外表面を金属板で覆い、更にその上面に爆薬層を
設けるとともに該爆薬層を起爆させる起爆装置を
設け、該起爆装置により該爆薬層を起爆させたと
きに該凝縮系物質が該容器の底面に衝突するよう
にしたことを特徴とする凝縮系物質の衝撃処理装
置が提供される。 本発明の方法によれば、従来法におけるように
真鍮などの飛翔体を爆薬により飛翔させて静止し
た被処理物質に衝突せしめ圧縮処理を施すのと異
り、被処理物質を爆発により飛翔させて金属等の
剛体面に衝突させることから一度の爆発により二
回の衝撃圧縮が行なわれるのでそれだけ圧縮の効
果が高まる。すなわち第一の圧縮過程は直接方法
と同様に行なわれ、圧縮後、空隙内を一様な速度
で飛翔する被処理物質が剛体面と相互に衝突する
ことにより、再圧縮が飛翔体衝突法と同様な過程
で行なわれる。このため従来方法と比較し圧縮処
理効果が著しく高められる。 本発明を次に図面により詳細に説明する。第１
図は本発明の方法を実施するための装置を模式的
に示す断面図である。１は円板、角板などの板状
特に平板状の形状を有する平面状又は液体の凝縮
系物質層（以下単に試料という）であり、剛体容
器２の開口部に設置される。尚、液体、粉体試料
のように流動性物質の場合には、適宜の例えば、
薄肉の金属箔でもつて収納器をつくり、これに試
料を充填して設置する。試料１は容器２の平坦底
面に平行且つ空間隙３をもつて設置される。容器
２は破損の恐れの少ない堅固な剛体で形成され、
その材質としてステンレス・スチール等の高張力
鋼材の使用が好ましい。 このように設置した試料の上面は全面にわたつ
て金属板４で覆われ、その上に更に爆薬層５が設
けられている。金属板４はなるべく強度の大きい
ものが好ましく、実用上、ステンレス・スチール
などの高張力鋼材が望ましい。金属板４の肉厚は
破損による試料の回収率低下を防止する意味から
は厚い方が好ましいが、試料の圧縮処理効果の点
からは薄い方が望ましい。実用上、金属板４の厚
さは、ステンレス・スチールを用いる場合には
0.5〜10mmであり、また、薄板を複数枚重ね所定
の厚さにして使用するこもできる。 爆薬層５の薬種には特に制限はなく、ペントリ
ツト又はヘキソーゲン等のような高性能爆薬、及
びこれら高性能爆薬の粉末をシリコンゴム、ウレ
タンゴムのような架橋性プラスチツク樹脂類に混
合、成型したものの他、硝酸中に可燃性の液体又
は固体燃料を溶解したもの、あるいはニトロメタ
ンのような液体爆薬、更にはANFO、ダイナマ
イト類、含水爆薬等の一般産業用の爆薬も使用で
きる。次に試料が飛翔する空隙３の距離は少くと
も５mm以上とするのが良く、上限はほぼ試料の厚
さ程度とするのが望ましい。空隙３及び／又は試
料内空隙は必要に応じ真空あるいはアルゴン、チ
ツ素のような不活性ガス雰囲気とすることができ
る。 第１図に示される装置６は、爆薬層５の上部全
面を同時に起爆させて、試料１を対向する容器の
底面に全面同時に衝突せしめるものであつて、平
面爆轟波発生装置と呼ばれるものである。 爆薬５の起爆は第１図のような平面爆轟波発生
装置を使用せずに、例えば爆薬５の右端、もしく
は左端、もしくは上端の中心部で雷管だけを用い
て起爆しても良いが第１図のように平面起爆し、
試料系を平面を保ちながら飛翔させる方がより均
一で効果的な衝撃処理ができるので好ましい。平
面爆轟波発生装置６としては、第１図におけるよ
うに爆薬層５の上面を実質的に同時に起爆せし得
るものであれば任意のものが適用でき、例えば特
公昭53−29673号、同53−25833号及び同52−
42543号公報に記載の爆轟波発生手段やハイプレ
ツシヤー フイジクスアンドケミストリー第２
巻、224頁（米国アカデミツクプレス社、1963年
刊）記載のいわゆるマウストラツプと呼ばれる装
置等を用いることができる。７は雷管でこれによ
り平面轟波発生装置が起爆され、それにより爆薬
層５の上面が全面同時起爆され、その平面爆轟波
は第１図において下方向に進行し、金属板４を経
て試料１内へ平面状の衝撃波となつて入射し、試
料を衝撃圧縮する。衝撃波が試料１と空隙３との
界面に到達すると、界面より衝撃波と逆方向に進
行する圧力を減ずる希薄波を発生し、試料は空隙
内を自由膨張し下方へ飛翔する。飛翔中、背後の
爆発ガスにおされて金属板４とともに試料はより
高速に加速され、最終的には剛体容器３の平状面
と衝突するため衝突面から発生する衝撃波により
再度圧縮される。容器２は衝突により試料になる
べく高い圧力を発生させる目的に対しては、機械
的強度が大きく、かつ高衝撃インピーダンスを有
する物質を使用するのが好ましい。 なお、前記衝撃インピーダンスＩ（Shock
Impedance）とは、物質の密度をρ（ｇ／cm³）、物
質内の衝撃波速度をUs（cm／sec）とするとき、
Ｉ＝ρ×Us（CGS単位）で定義される物理量であ
る。 第２図は本発明のもう一つの態様を示すもの
で、図中、符号１１〜１７はそれぞれ第１図の１
〜７に対応する。長方形、正方形など軸方向に延
びる板状、好ましくは平板状の試料１１は第１図
に関して説明したのと全く同様にして容器１２の
開口部に設置され、また、金属板１４及び爆薬層
１５が積層される。尚、場合によつては試料１１
は円板状のものを使用することもできる。容器１
２、金属板１４の材質、空隙層１３の厚さ、およ
び爆薬層１５の薬種に関しては第１図で説明した
ことと同様である。 １６は爆薬層１５の起爆装置であつて、図示の
例では平面爆轟波発生装置が使用されている。本
発明においてはこのような起爆装置を省略し、爆
薬層１５の右端面のもしくは左端面一点より雷管
だけで起爆する方法においても効果は得られる
が、平面起爆装置を用い、爆轟波面を平面に形成
する方が試料の衝撃処理がより均一に行なわれる
ので好ましい。特に爆薬層１５が１cmより厚い場
合には、図示の方式により起爆するのが好まし
く、１cm以下の爆薬層の場合は所望の結果が得ら
れる限り任意の起爆装置を用いることができる。
起爆装置１６は軸方向に延びる試料１１に積層し
た爆薬層１５の軸方向の一端面に隣接して設けら
れ、雷管１７により起爆された時、爆薬層１５を
爆発部位が該一端部から他端部に向けて連続的
に、しかも爆発面が平面状を保ちながら移動する
ように爆発させる。 上記のような起爆方法を採用したことにより、
試料１１は爆薬層１５の爆発部位の移動に対応し
て容器１２の底面に向つて飛翔、衝突する。即
ち、試料１１は飛翔部位が一端から他端に向けて
連続的に移動するように飛翔し、容器１２の底面
に対し衝突部位が連続的に移動するように衝突す
る。試料が衝撃圧縮される様子は第１図の方法で
説明したことと略同一である。 本発明はグラフアイトからダイヤモンドへの転
化反応のような衝撃を利用する物質合成や、タン
グステン、炭化ケイ素、鉄等の粉体状物質を緻密
に衝撃固化させる場合、更には炭化ケイ素、アル
ミナのごときセラミツクス粉体を微粉化しかつ歪
を与えて活性化する場合等、凝縮系物質を種々な
目的で衝撃処理する場合に適用することができ
る。 以下、実施例により更に本発明を詳細に説明す
る。 実施例 １ 第１図に示す方法において、平均粒径が約250
ミクロンの緑色炭化ケイ素約78ｇを試料として用
いる。容器２はスチール製で直径100.5mm、高さ
60mmの円筒状のもので上部径、下部径が各々60、
35mm、深さ40mmのすり鉢状の空洞３を有する。空
洞の上面からの深さ20mmの場所に肉厚50ミクロン
のスチール箔の円板を置き、その上に試料をかさ
比重が1.85程度に充填する。金属板４には肉厚２
mm、直径76mmのステンレス円板を使用し、さらに
ステンレス板の上に肉厚４mmの真鍮板を重ねる。
爆薬１５には平均粒径が0.5mm以下のペントリツ
ト70重量部と硬化前シリコン樹脂（信越化学製
KE−10）30重量部を混和し、直径76mm、肉厚６
mmに硬化、成形したものを使用する。また、飛翔
板４の飛翔速度を減じるため、爆薬６と真鍮板と
の間に約６mm巾の空隙層を設ける。平面爆轟発生
装置には特公昭52−42543記載の方法で、有効径
が65mmのものを使用する。以上の装置を爆発室に
置き、６号電気雷管１７でもつて起爆することに
より、試料の衝撃処理を行なつた。爆発後試料は
容器２のすり鉢状開口部３の下部に細くなつて凝
集しており、回収率はほぼ100％であつた。回収
した試料について見かけの比重を測定し、次にこ
れをスチール製ポツトに入れ、スチールボールを
用い５、15、30分間粉砕した場合の平均粒度分布
を調べた。また粉末Ｘ線回折法により炭化ケイ素
（六方晶系構造）の結晶面（101）（以下、6H
（101）と示す）からの反射Ｘ線（回折Ｘ線）のピ
ークに対して回析強度、半価巾（°）を測定し
た。また比較のため同様な測定を未衝撃試料に対
しても行なつた。結果はみかけ比重及びＸ線関係
に関しては第１表に示し、粉砕結果は第３図に示
す。第３図の線ａは未衝撃試料、ｂは実施例１に
おける試料を示す。 実施例 ２ 第１図に示す方法において、飛翔板４を肉厚４
mmのステンレス板上に３mm肉厚の銅板を重ねたも
のを用い、これを爆薬層と密着して使用する他
は、実施例１と同様な条件で緑色炭化ケイ素の処
理を行なつた。但し、試料は約82ｇで装填かさ比
重は約1.95であつた。試料を爆発衝撃処理後回収
したが回収率はほぼ100％であつた。回収試料に
ついて実施例１と同様な各種の測定を行なつた結
果を第１表と第３図のｃで示す。 実施例 ３ 第１図に示す方法において爆薬層５には外径76
mm、内径67mm、長さ30mmの硬質塩ビ管容器に約
130ｇの液体ニトロメタンを満たしたものを用い
る。また飛翔板としては肉厚２mm、径76mmのステ
ンレス円板上に同径で肉厚４mmの真鍮板を重ねた
ものを使用する。その他は実施例１と同様な条件
で緑色炭化ケイ素を衝撃処理した。使用試料は約
70ｇで装填かさ比重は約1.79であつた。処理後、
試料を容器より回収したが回収率はほぼ100％で
あつた。実施例１と同様に回収試料に対して各種
の測定を行なつた結果を第１表及び第３図のｄで
示す。

【表】 実施例 ４ 第２図に示す方法において試料１１には0.5〜
３mm程度の粒子サイズを有する鉄粉を使用する。
容器１２は実施例１と同じものを使用する。容器
すり鉢状の空洞上面から深さ約18mm場所に肉厚50
ミクロンのスチール箔製の円板を設け、その上に
試料を約130ｇ、かさ比重が3.4程度に装填する。
飛翔板１４は直径76mm、肉厚２mmのステンレス円
板を用いる。爆薬１５は粒径が0.5mm以下のペン
トリツト粉末50重量部をシリコン樹脂（信越化学
製KE−10）50重量部と混和し、縦、横ともに約
８cm、内厚1.5cmの角板状に成形硬化させたもの
を使用する。この爆薬の端面に起爆装置１６を接
着させる。起爆装置１６は高爆速爆薬として前述
のペントリツト70重量部をシリコン樹脂30重量部
と混和し約150〜200Kg／cm²の油圧でプレス成形硬
化させて得られる爆薬Ａと低爆速爆薬として前述
のペントリツト、シリコン樹脂を各50重量部を混
合成形硬化して得られる爆薬Ｂを前述のハイプレ
ツシヤー フイジクスアンドケミストリー誌記載
の方法に基づき、Ａ，Ｂを適宜に組み合わせるこ
とにより得られるもので、爆薬層１６の一つの端
面を同時に起爆できるものを使用する。以上のよ
うにして得られた装置を爆発室に置き、平面起爆
装置１６を６号電気雷管１７で起爆することによ
り、鉄粉試料を爆発衝撃処理を施した。爆発後、
試料は容器１２のすりばち状開口部の下部に凝集
しているが、容器からこれを容易にとり出すこと
ができ、回収率はほぼ100％であつた。凝集した
試料は飛翔板であるステンレス板の一部とも密に
接着しているが、これを金のこで切断することに
より、凝集塊と分けその比重を測定すると約7.00
で鉄の真比重の約89％であつた。また凝集塊をさ
らに二つに切断し、切断面を湿式粗研摩すると研
摩面は金属光沢を示し、その表面を観察すると非
常に密で一様な凝集体となつていることがわかつ
た。 以上実施例１〜３で示すとおり、本法により炭
化ケイ素のごときセラミツクス粉を回収率100％
で衝撃処理することが可能で、かつ処理した試料
は容易に極く微小の粉末化ができること、及びＸ
線回折の結果から判るように、ひずみ化と結晶サ
イズの微小化を起こすことができる。また本法は
実施例４に示すように、粉体をほぼ真比重にまで
均一に圧着、固化することもできる。 なお、Ｘ線による結晶面からの回折線において
は、Hallの式が成立することが知られている。
この式を簡略化すると、半価巾（2θにおける回折
スペクトルの高さ（回折強度）の半分の高さにお
けるスペクトルの広がり巾（度）で定義される
量）と結晶中の残留ひずみは比例し、半価巾と結
晶子径とは反比例する。従つて、第１表に示した
半価巾の測定結果から、本発明により得られる結
晶粒子は、衝撃処理を受けていないものに比較し
て、残留ひずみが大きく、結晶子径の小さいもの
となつていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の方法の各種実施装置を説
明するための立断面図である。第３図は粉砕時間
と粉砕粒子の平均粒径との関係を示すグラフであ
る。 １，１１……凝縮系試料物質、２，１２……容
器、３，１３……空隙、４，１４……金属板、
５，１５……爆薬層、６，１６……平面爆波発生
装置、７，１７……雷管、ａ……未衝撃炭化ケイ
素の粉砕曲線、ｂ……実施例１の試料の粉砕曲
線、ｃ……実施例１のもの、ｄ……実施例１のも
の。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 堅固な剛体面に平行且つ間隙をもつて対向し
   て配設した平面状凝縮系物質層の背面に沿つて隣
   接して設けた平面状爆薬層を、該爆薬層の背面に
   沿つて設けた平面爆轟波発生装置を用いて全面に
   わたつてかつ同時に起爆し、該凝縮系物質を該剛
   体面に向けて飛翔させ、該剛体の全面にわたつて
   かつ同時に衝突せしめることを特徴とする凝縮系
   物質の衝撃圧縮方法。 ２ 堅固な剛体面に平行かつ間隙をもつて対向し
   て配設した平面状凝縮系物質層の背面に沿つて隣
   接して設けた平面状爆薬層を、その一端から他端
   に向けて連続的に爆発部位が移動するように爆発
   させて、該凝縮系物質を該剛体面に向けて飛翔さ
   せると共に、該凝縮系物質をその一端から他端に
   向けて連続的に衝突部位が移動するように該剛体
   面に衝突せしめることを特徴とする凝縮系物質の
   衝撃圧縮方法。 ３ 平坦な底面を有する剛体容器の開口部附近に
   平面状凝縮系物質層を該底面に平行且つ間隙をも
   つて対向させ、その外表面を金属板で覆い、更に
   その上面に爆薬層を設けるとともに該爆薬層を起
   爆させる起爆装置を設け、該起爆装置により該爆
   薬層を起爆させたときに該凝縮系物質が該容器の
   底面に衝突するようにしたことを特徴とする凝縮
   系物質の衝撃処理装置。