JPS5893598A

JPS5893598A - 凝縮系物質の高圧衝撃処理方法

Info

Publication number: JPS5893598A
Application number: JP19263081A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Fujiwara; 修三藤原; Masao Kusakabe; 日下部　正夫
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1981-11-30
Filing date: 1981-11-30
Publication date: 1983-06-03
Also published as: JPS6119295B2

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】本発明は火薬類又は爆薬の爆発を利用し、固体、液体等
の凝縮系物質を衝撃処理する装置の改良に関する。

従来、爆発衝撃を利用する、物質の合成、粉体の固化、
金属の圧着等の技術は知られており、グラファイトから
のダイヤモンドの合成に代表されるように、その一部は
工業化されている。この場合、爆発ガスによシ駆動され
た金属板等の高速飛翔体を得て、これを試料に衝突させ
る方法が、よシ高い衝撃圧力が得られるため有利である
ことが知られており、この方法を実施するための装置が
提案されている（％公開ｌＩ７−３’１３９７　”）。

第１図はこのような飛翔体を利用する、従来の衝撃処理
装置を示す説明図であり、図中１は試料、２は金属容器
、３，４は金属栓、５は円筒状飛翔体、６は空隙、７，
８は円板状保持部材、９は主爆薬、１０は主爆薬９の起
爆薬、１１は雷管及び１２は金属床である。図示の状態
で雷管１１を作動させて起爆薬１０を爆発させると主爆
薬９は上方より下方へ向っである爆速で爆発し、その時
飛翔体５は上方より順次容器２に衝突し内部の試料１を
衝撃圧縮処理する。

この従来方法においては、飛翔体５と試料容器２との衝
突点の移動速度は概略容器の音速以下という条件を採用
しているため、得られる衝撃圧力が制限される。飛翔体
５の飛翔速度を増大させる目的で、又は衝撃処理効果を
高めるべく衝撃圧の持続時間を増加させる目的で爆薬層
５の厚さを例えば７０１１１１以上の如く増大させると
、試料に対し均一な衝撃圧縮処理を加えることが困難と
なる。

本発明者らは、上記したような肉厚爆薬層を用いた場合
に遭遇する処理の不均一性について種々研究を重ねた結
果、これが起爆方法に帰因することを見出した。即ち、
前記した従来法においては、起爆が試料の軸方向に対し
垂直な平面において中心から半径方向に同心的に放射状
に起る線起爆の形態で進行するため、爆轟波面が球状と
なシ、これにより駆動される飛翔体の速度がその場所に
よって異なることが不均一性の原因であることを見出し
た。

本発明は上記した従来技術の欠点を克服すべく完成した
ものであり、凝縮系物質の超高圧衝撃処理を可能ならし
むるとともに、均一な処理を施すことができる方法及び
それを実施するための一１装置を提供することを目的と
するものである。即ち、本発明によれば、軸方向に延び
る凝縮系物質に対し平行且つ間隙をもって設置した飛翔
部材の反対面に肉厚の主爆薬層を設け、該主爆薬層をそ
の一端部から他端部に向けて連続的に起爆せしめて、該
飛翔部材を該軸方向に衝突点が連続的に移動するように
衝突させて該凝縮系物質を衝撃圧縮させるにあたシ、該
軸と直交する切断面における該主爆層の断面全体を実質
的に同時に起爆せしめることを特徴とする凝縮系物質の
高圧衝撃圧縮処理方法が提供される。

また、本発明の第二の発明によれば、軸方向に延びる凝縮系物質に対し平行且つ間隙をもって
設置した飛翔部材の反対面に肉厚の主爆薬層を設けると
ともに、該主爆薬層の一端に起爆部を設け、該主爆薬層
を該一端部から他端部に向けて連続的に起爆せしめて、
該飛翔部材を該軸方向に衝突点が連続的に移動するよう
に衝突させて該凝縮系物質を衝撃圧縮させるようにした
凝縮系物質の衝撃処理装置において、該起爆部として平
面爆轟波発生手段を用いて、該軸と直交する切断面にお
ける該主爆薬層の断面全体を実質的に同時に起爆せしめ
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。

本発明を次に図面により詳細に説明する。尚、第一〜ｑ
図において、第１図と同一な符号は同一の要素、部材を
示す。符号３０で示すのは平面爆轟波発生手段である。

平面爆轟波発生手段３０としては、試料２の軸方向と直
交する面上における主爆薬層９の断面全体を実質的に同
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！；　３−２９乙７３号、同！；　３−
．２！；８．３３号公報に記載の爆轟波発生手段やノ・
イブレッシャー　フィジクス　アンド　ケミストリー第
２巻１．２２１１頁（米国アカデミツクブレス社、／９
６３年刊）記載のいわゆるマウストラップと呼ばれる装
置を用いることができる。

主爆薬９としてはなるべぐ爆発伝播速度の大きいものの
使用が好ましく、飛翔部材５の音速より十分爆速の大き
いものが好ましい。例えば、飛翔体としてスチール製の
ものを用いる場合、その音速は約Ｓ―／秒であるので、
爆薬９としては爆速かｓ、５ＩｃＩｒ１７秒より大きい
ものの使用が好ましい。

このような爆薬の具体例として、ヘキソーグン、Ｋント
リットテトリル等の高性能爆薬の単体又は混合物、゛ニ
トログリセリン量の多いダイナマイト類、ニトロメタン
、硝酸及び燃料からなる混合液体、硝酸ヒドラジンとヒ
ドオジンの混合物等の固体、液体爆薬が挙げられる。

飛翔部材５の材質は特に制限はないが、経済性及び加工
性からみて、スケール又は真鍮が好ましい。また飛翔部
材５の肉厚は爆発による飛翔部材５の飛翔速度を決定す
る要因であって、実用上は、少なくともｏ　、　ｔ　ｍ
ｍ以上とするのが好ましい。

試料容器２及びその栓３，４はなるべく強度の大きい金
属で構成されることが好ましく、実用上、ステンレス等
の高張力鋼材が望ましい。容器２の肉厚は破損防止の点
からは厚い方が好ましいが、容器の変形に消費°される
衝撃エネルギーが多くなり、それだけ試料の処理効果が
減じられるので、この点からは薄いのが好ましいが、本
発明においてはステンレス容器の場合、／〜ｌｏ朋程度
の肉厚があれば十分である。金属栓は、形状が試料に対
して、平滑なものよりも、第一図に示すように凸型、あ
るいは凹型の形状をもたせた方が、容器の破断防止に効
果的であり、また容器本体と接する部分がなるべく多く
なるようなねじこみ式構造とするのが好ましい。飛翔部
材５と容器２間の間隙６は、遣方向（試料の軸方向に直
交する方向）の巾として主爆薬９の横方向厚みの少なく
とも嵐以上とするのが良い。

第３図は、第一図図示の装置の爆発衝撃処理が進行中の
状態を示した説明図である。第２図の爆薬上部端面な平
面爆轟波発生手段３０で同時起爆すると、第３図のＱで
示す平面状の爆轟波が下方に進行する。

この時爆轟波面Ｑと飛翔部材５の軸の構成する角度は９
０度であり定常状態では飛翔部材と試料容器２との衝突
点の移動速度は主爆薬９の爆速に等しくなる。主爆薬９
の爆発特性と、飛翔部材５の材質、肉厚、衝撃特性が既
知ならばたとえばハイフン　クネッフェル氏著のパルス
トハイマグネティクフィールド書（ノース、オランダ出
版社／９７θ年判）あるいは第を回国際デトネーション
シンポジウム（米国、ネイパルオーダンスラボラト１トトリ／９６Ｓ年）誌にエヌー□、イー、ホスキン氏他の
著者記載の方法により飛翔部材５の飛翔速度を計算によ
って知ることができる。飛翔部材５が飛翔し、容器２の
壁と衝突すると、衝突点から容器をとおって試料内に中
心軸へ向う斜めの衝撃波が発生し、中心軸で衝突し、よ
り圧力の高い反射衝撃波が発生し、中心軸から外側へ向
って進行する。

衝撃波Ｐの衝突点の下方への移動速度（Ｖａと記す）は
定常な場合、主爆薬９の爆速に等しいが、反射衝撃波背
後の試料物質内を伝播する擾乱の伝播速度がＶａより大
きいと、衝突点でマツハ衝撃波が生成され、これもＶａ
の速度つまり主爆薬の爆速と等速で下方に伝播する。試
料内に入射した衝撃波間の衝突角が大きいほど、・した
がって入射した衝撃波が強いほど、マツハ衝撃波波面の
面積が大きくなると同時に、マツハ面背後と、入射衝撃
波背後の圧力差も小さくなるゆえ、試料のほぼ均一な圧
縮ができる。

マツハ衝撃波が発生する臨界的な衝突角の場合、マツハ
衝撃波面の面積は小さく、かつ各波面背後の圧力差も大
きくて、圧縮が試料の横方向断面において、不均一にな
りやすく、これを嫌うならば第７図に示すように試料１
の中心部になるべく試料と同一の衝撃インピーダンスを
有す棒状の物体３１を置き試料１をマツハ衝撃波が通過
しないようにすればよい。このマツハ衝撃波導通棒は試
料径の少くとも４程度の径とするのがよい。

試料１がどのような圧縮を受けるかは計算により推定で
きるが、実際に爆発処理した試料を含んだ容器２を回収
し、円筒軸に垂直な面で切断し、切断面を観察すれば容
易に判定できる。

第２図において、符号２１〜２６で示すのは、容器２の
両端に設けた容器破断防止手段である。

すなわち、爆発により飛翔体を試料に対して衝突させて
圧縮処理を行う場合、この飛翔体の衝突により容器２の
上部は上方向へ、その他は全体として下方向へと移動し
ようとし、その結果容器の上及び下部、特に試料１と栓
３，４が接する近傍で容器の破断が生じ易く、試料が散
逸損失するという問題がある。本発明の如く、爆薬層を
肉厚とし、超高圧な衝撃圧縮を行う場合にはこの容器の
破断に対処することが特に望まれるが、との破断防止は
、容器２の両端部に飛翔部材の衝突により爆発する減速
用爆薬層を設け、該飛翔部材の衝突によ′る該容器の核
他端部側方向への移動速度を減じるようにしたことによ
シ達成できる。

２１．２２は容器破損防止用の減速用爆薬層であシ、図
示のように、衝撃波減衰板２３．２４及び２５．２６に
それぞれサンドインチ状にはさんで使用するのが好まし
い。爆薬層２１．２２に用いる爆薬の薬種に関しては特
に制限はないが、低速爆轟性のもの、元圧現象を呈しや
すいもの、あるいは、衝撃で爆性が急速に変化しやすい
ものの使用はなるべく避は起爆性が良好かつ爆発伝播限
界薬厚のなるべく小さなものが好ましく、このよう々も
のとして、ベントリフト、ヘキソ−ゲンチトリル等の高
性能爆薬単体、これらの混合物、又はこれらの高性能爆
薬の粉体なパラフィン、みつろうあるいはシリコンゴム
やブタジェンゴム等で成型処理したもののほか、ニトロ
メタン、硝酸及びこれらに可溶な可燃性物質、からなる
溶液などの液体爆薬を例挙することができる。液状の減
速用爆薬の場合は、薄肉の容器に入れて使用するが、固
体状の場合も裸薬でなく、側面を塩化ビニル管等で囲っ
て使用しても良い。爆薬層２１．２２の形状は、通常、
板状とするのが良く、試料容器２と概略同一な平面形状
とするのが好ましい。薬厚は爆発限界薬厚以上として使
用する。

衝撃波減衰板２３．２４，２５．２６としては、その衝
撃インピーダンスが減速用爆薬となるべく類似したもの
の使用が好ましく、例えば、メタクリル等のプラスチッ
ク類、或は水、無機もしくは有機塩類の水溶液等が使用
される。液体状物質を衝撃波減衰用に適用する場合には
、゛薄肉の容器に封入して使用する。衝撃波減衰板２３
，２４，２５゜２６の形状は、挾持する爆薬層２１．２
２と略々同一平面形状を有し且つ同一厚とするのが好ま
しい。

次に本発明による減速爆薬層２１．２２の作用について
説明する。いま減速用爆薬層２１．２２が無いとすると
、減−板２３　、２４　、２５　、２６及び試料容器２
への飛翔体５の衝突により、容器２の上部は上方向へそ
れ以外は下方向へ全体として移動しようとする。特に容
器２の最下部は減衰板の下をグラスチック円板２７とし
、更にその下部を自由空間とした場合、自由面から上方
へ稀薄波が発生し容器全体の下方への移動速度をさらに
増加させる。また試料は一般に容器２及び金属栓３．４
よシ、かなシ衝撃抵抗が小さいため試料との界面で二次
的な稀薄波が発生しやすく、稀薄波間の複雑な相互干渉
によシ、この近傍で強い引張力が発生し、容器を破断し
やすい。容器の上部に関しても概略同様な効果が生じ、
試料と容器枠の界面近傍で破断しやすい。一方、爆薬層
２１．２２を設け、これに対して飛翔体５を衝突させて
側面よシ起爆させた場合、その爆発力によって上記した
容器の上部及び下部方向への移動速′度は減ぜられる。

従って容器の破断が防圧できる。

尚、起爆部３０の爆発力が十升強い場合には、上部に設
けた減速用爆薬層２２は省くことができる。

以上の本発明の実施例においては、圧縮処理すべき試料
の平断面が円形なものについて説明したが、本発明はこ
れに限゛らず、角柱状、平板状などのように軸方向に延
びる形状の試料の処理にも適用でき、その場合、試料容
器、飛翔部材などの形状は試料の形状に対応して適宜変
化させることは当業者にとって当然のことと理解されよ
う。

本発明は、グラファイトからダイヤモンドの転化反応の
ような衝撃を利用する物質合成や、タングステン、炭化
ケイ素等の粒状の高融点物質を緻密に衝撃する場合、文
は鋼のような金属材料を衝撃硬化せしめる場合、更には
炭化ケイ素等のセラミック粉を微粉化しかつ歪を与えて
活性化する場合等、固体や液体の凝縮系物質を種々な目
的で衝撃処理する場合に適用される。

本発明を次に実施例により更に詳細に説明する。

実施例第２図に示した衝撃圧縮装置を用いて緑色の炭化ケイ素
粉末（かさ比重約へ９）を圧縮処理した。

飛翔体５とし２て、内径り０Ｉ１１肉厚八！；　ｘｉｓ
長さ／９θ龍の真鍮管を用い、これと同心的に内径１０
θｕ１肉厚７１１ｓ長さ／　９０１１の硬質塩化ビニル
管を設置し、その間に形成した環状空間に硝酸ヒドラノ
ン７５重量部を抱水ヒドラジ７２５重量部に溶解させた
液体爆薬を装薬して、主爆薬層９を形成させた。この爆
薬は毎秒ざ、３１ａｎの爆速を有する。

上記試料を、内径３０１１％肉厚＝２１１１！％長さ／
ｌｌ０ｍｍのステンレス＜５ＵＳ−３ｏｔｉ）　曽で形
成した容器２に充填しく空隙率約１Ｉｏｅｓ＞、両端に
凸型のスチール（８８１／）製栓３，４を螺合させた。

栓３゜４のねじ部の長さは３１１１％ふた部の長さはＳ
龍であった。容器２を内径３１１．／ＷＩＮ肉厚７龍、
長さ／！；Ｏｍｔｘのスチール（ＳＳ−ダ／）管で囲ん
で補強し、容器の上及び下部に直径ｌＩｇｍｔｘ、厚さ
ｓｍの円板型のゴム状爆薬層２１．２２を直径ｌＩｇＩ
ＩＩ１１厚さＳＶＸのメタクリルアミド板でサンドイッ
チ状にはさんだものをそれぞれ固定して、全体を飛翔体
５内部に同心的に装着し、上記に起爆部３０を、下部に
プラスチック板２７を取り付けた。起爆部３０としては
、有効径が１００　ｍの液体１爆薬レンズからなる平面
爆轟波発生装置を用いた。また爆薬層２１．２２として
は、粒径００５１１ｍ以下のペントリット粉末を硬化前
のシリコン樹脂（信越化学展、ＫＥ−１０）　　に対し
、７θ対３０の重量割合で混合攪拌し、成型後硬化はせ
たものを用いた。このようにして構成した衝撃圧縮処理
装置を爆発室の中心部に置き、６号電気雷管で起爆させ
た。処理後の試料を含む容器を約１０．、間隔で輪切り
にし各切断面を観察したところ、いずれの切断面につい
ても炭化ケイ素は凝集し、固く緻密に締っており、色は
黒味を帯びており、かさ比重は約３．７に集中しており
、ばらつきは少なかった。このことから、試料は均一な
処理を施こされたことが認められた。

尚、処理後の試料容器を点検したところ、下部の栓４の
ネジ部が少し損傷しただけで、試料の回収率はｉｏｏチ
と認められた。

比較例上記実施例において、平面爆轟波発生装置３０に替えて
、粒径０．５ｉｔｌ以下に調整したペントリノ：：、：
１ト粉末を硬化前のシリコン樹脂（信越化学展、旺−／θ
）と等量混合攪拌し、直径１００　ｙｎｙｘ、肉厚、ｔ
ｌｌｌの円板状に成型硬化したものを使用した他は、上
記実施例と全く同様にして処理を行った。処理後の試料
を含む容器を実施例と同様にして切断、観察、測定を行
ったところ、かさ比重はコ、ｓ〜３．０にばらついてお
り、均一な圧縮処理は行われていなかった。容器の損傷
程度は実施例と変りはなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の衝撃圧縮処理装置を立断面で示す説明図
であり、第２図は本発明による衝撃圧縮装置の一例を立
断面で示す説明図、第３図は第２図の装置の処理進行中
の状態を示す説明図、及び第９図は第２図の容器内部に
マツハ衝撃波導通手段を設けた例を示す図である。図中
、１・・・・・・・・・試料、　　　２・・・・・・・・
・容器、１１・・・・・・・・・雷管、　　　２１．２
２・・・・曲・減速爆薬層、２３　、２４　、２５　、
２６・・・・・・・・・衝撃波減衰板、２７・・・・・
・・・・プラスチック板、３０・・・・・・・・・平面
爆轟波発生手段、３１・・・・・・・・・マツハ衝撃波
導通棒、Ｐ・・・・・・・・・衝撃波面、　Ｑ・・・・
・・・・・爆轟波面゛第１図　　　　　第２図第３図第４図１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）軸方向に延びる凝縮系物質に対し平行且つ間隙を
もって設置した飛翔部材の反対面に肉厚の主爆薬層を設
け、該主爆薬層をその一端部から他端部に向けて連続的
に起爆せしめて、該飛翔部材を該軸方向に衝突点が連続
的に移動するように衝突させて該凝縮系物質を衝撃圧縮
させるにあたり、該軸と直交する切断面における該主爆
薬層の断面全体を実質的に同時に起爆せしめることを特
徴とする凝縮系物質の高圧衝撃圧縮処理方法。
（２）軸方向に延びる凝縮系物質に対し平行且つ間隙を
もって設置した飛翔部材の反対面に肉厚の主爆薬層を設
けるとともに、該主爆薬層の一端に起爆部を設け、該主
爆薬層を該一端部から他端部に向けて連続的に起爆せし
めて、該飛翔部材を該軸方向に衝突点が連続的に移動す
るように衝突させて該凝縮系物質を衝撃圧縮させるよう
にした凝縮系物質の衝撃処理装置において、該起爆部と
して平面爆轟波発生手段を用いて、該軸と直交する切断
面における該主爆薬層の断面全体を実質的に同時に起爆
せしめ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。