JPS6077904A - 無定形物質を含有する粒子集合体の内破的固化 - 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】 発明の背景および概要 本発明は、全部が無定形である物質、もしくは無定形物
質と無定形でなＶ）物質との混合物のどちらかからつく
らＪまた粉末（代表的には１粒子もしくはフレーク）の
内破的な（ｉｍｐｌｏｓｉｖｅ　）充填および同化に関
する。本発明は、無定形、磁性、鉄系および関連の合金
、例えば”メトグラス′″（ＭｅｔｇｌａＳ、アライド
社の商標）として販売されているものを用いて実施する
のに峙て適している。さらに詳細には、本発明は爆発力
の下で行なう充填および固化の方法を特徴とする。

本明細店での説明の目的で、本発明を実施する好適な方
法が、簡単な磁性モーターのステータリングなどの電磁
的デバイスの部材の製作とともに記述される。本発明は
このステータリングに関して特に有用性を持つことが見
出された。

無定形金属および合金は、限られた厚さおよび幅な持つ
リボンからのみ始まって製造され、またそのようなリボ
ンから生じた粒子もしくはフレーク状の粉末にさかのぼ
って製造されていた。そのような無定形材料が関度に利
用されている電気磁気的な応用分野において、リボン形
状の使用は積層もしくは積層物から構成することのでき
る形状に限定されていた。同様に、通常の粉末冶金法に
よる粉末の固化かも生成された粉末フレークの使用は、
結晶化温度を超える温度およびその他の結晶化銹因によ
り無定形もしくはガラス状暢から結晶状聾への反転の結
果として特性の致命的損失な引き起すので不十分である
。

本発明者の最近の研究におＶｌて、爆発的負荷からの衝
＊波を積層無定形メトグラスリボン具に対向する金属板
にあてると、結晶化が起らず、また透磁率および硬さな
どの重要な無定形の性質を損わないという知見を得た。

この研究で用いられた圧力は３５０キロバール程の高圧
であった。この知見より、本発明の焦点である具体化、
すなわち、もし過熱および粒間溶融を回避することがで
きるならば無定形粉末を充填および固化するために爆薬
を使用することができただろうとの具体化に到った。

上述の研究とほぼ同時釦、本発明者は、無定形磁性合金
もしくは無定形磁性合金と他の成分との混合物の固化に
より得られるような高透磁率材料を使用すると、変圧器
、磁気増幅器、センサーおよび広範なモーターなどの電
気磁気的デ・２イスに重要な利点および性能が付与され
ることを知った。

この認識で特に興味あることは、広帯域（周波数応答）
特性および非飽和直線性を有する磁性無定形材料を使用
することの予測可能性であった。特に、特定の磁性無定
形材料、その材料と他の材料との混合物の選択に応じて
、特に異なった限界状況に適するように、内破的固化体
の磁性を調整することができる。

従って、本発明の重要な一般的な目的は、無定形もしく
はガラス状磁性粉末、もしくはそのような粉末と他の材
料との混合物を、正確な所望の形状を有しかつ最終製品
中に実質的に完全に維持された無定形材料の特有かつ異
常な性質を保持する磁気および（または）電磁気的製品
に、内破的に充填および固化する方法を提供することで
ある。

前述した目的に密接に関連する目的は、同化前集合体中
に存在する未固化自由無定形粒子によって現れる無定形
特性と実質的に同じ特性を最終固化無定形粒子が確実に
示すように、固化作用中に圧力および温度を特別に制御
することを特徴とする方法が提供することであろう 本発明の他の目的は、実施するのに簡単かつ廉価であり
、前もって選んだ配置を種々に変えて極めて正確に形作
らねた最終製品を得ることのできるこれ家でに一般的に
概説したタイプの方法を提供することである。

本発明を実施する方法の好適な方法によれば、この方法
は次から一般的になる。

すべて無定形粒子もしくは無定形粒子と無定形でない粒
子との混合物から成る粒子集合体を組み立て、組み立て
られたが未固化である状帖で、所望の固形体に対し選定
さハた形状に形作ること。

１単位としての集合体中の粒子を結合させて所望の固形
体を形成させるように実質的に外側周囲の爆発力によっ
て組立て集合体を内側に圧すること（ｉｍｐｌｏｄ　ｉ
ｎｇ）　。

この内側に圧力を加える段階中に、集合体の固化を起さ
せるが、集合体中の無定形粒子の再結晶およびその結果
の重要な無定形特性の損失を起させない圧力および温度
に制御すること。

前述したように、特定の無定形粉末もしくは粉末混合物
の選択に応じて、硬さ、耐久性および透磁率などの最終
所望の無定形品質を選ぶことができる。さらに、最終製
品の形状は、粒子が未固化の集合体として組立てるよう
に容易に決めることができる。無定形でない粒子を選択
しこれと無定形粒子とを組合せることにより、例えばタ
ングステン、ニッケル系超合金の粒子のような硬金属粒
、アルミナ（酸化アルミニウム）、炭化タングステン、
炭化チタン、窒化ホウ素などの硬化合物粒、もしくはこ
れらの混合物とを組合せることにより、最終固化体中の
機誠的もしくは構造的な特性などの他の重要な性質を容
易に制御することができるっ本発明により提案された方
法のさらに別の利点は、所望により、粒子固化中に、最
終固化体とそれとは別の対象物との間を結合させうろこ
とである。したがって、本発明の方法はそれ自身、内側
へ圧して固化する一回の作用中に、部材（そのうちの−
個は無定形％佳を持って形成されることを要す）を組立
てること゛ができる加工方法となる。

本発明の方法な実施するための装置は種々の変形をとる
ことができる。代表的なものには、未固化粉末を受け入
れ、同化製品の最終形状を制御することのできる容器（
型、ダイスなど）がある。

例えば、同化粉末を他の部品と組立てようとする場合、
この他の部品それ自体がその粉末のための型のすべても
しくは一部として働いてもよい。

以下に説明するように、種々の通常の爆薬な用いること
ができる。これらは典型的に粉末もしくはスラリー状で
あり、製品のために選定された型を取り囲む。このよう
な粉末もしくはスラリーは、操作員の選択によって、粉
末が同化作用中に均一もしくは不均一に固化されるよう
に爆発材料体な爆破させる全体装置内に入れられる。

種々の他の目的および本発明により達成される利点は、
添附図面とともに以下の記載な読むことにより十分に明
らかになるであろう。

発明の具体的な社１）明 図面に関し、先ず第１図におｌ／ｌては、本発明方法に
依る同化体の一形ｇｔ製造する為に簡単且つ便利に使用
し得る装置が多少「ｊ酪化して示されている。本願明細
上１に記載する方法において形成する物体は細長い円筒
・管状のものが選ばれ、Ｆｅ７８Ｂ□３Ｓｉ９の組成を
有するアライド社製メトグラス粉末２６０５５−２より
形成される。この粉末は未固化状態におＶ）ては自由流
動粒子から成り、該粒子は、第５図に示すような高倍率
下で見ると、薄片（フレーク）から成る。本願発明の実
施に関連して記載する特定の粉末に関しては、粉末中の
粒子は約６０乃至約１００メツシユの範囲内にあるもの
と定義される。更に、こねは明らかに使用者の選択に係
ることであるが、形成する管は、長さ約ｌＱＣｍ、外径
約２．５ｃＩｎ、壁の厚さ約７間になる。この管は、後
に、機械にかけ、輪状に分断して電磁モーターに用Ｖ）
ることができる。

第１図において一般に１０で示される装置は上記のよう
な管の製造用に設計されており、この目的を達する為、
スチール基板１２を備え、そσ）頂部に円筒状スチール
ジャケット１４が・前切に載置されてＶｌる。本例にお
けるジャケラ日４は、内径約１０１１ｍ、軸長約１５ｃ
ｍである。

基板１２の頂部の軸方向の中央には、ジャケット１４内
に、直径約３ｃｍの環状木製支持板１６が載置されてい
る。図示の如く、支持板１６の頂部には、事実上管状且
つ円筒形であり、本例においてはボール紙製の内外両ス
リーブ１８．２０が適切に支持さねている。内スリーブ
１８の外径は約１．２αであり、これは最終形成目標の
無定形製品の予想内径に該当する。外スリーブ２０の内
径は約２．５６ｒｎであり、これは最終製品の予想内径
に等しく、このスＩＪ　−ゾの外径は支持板１６の外径
に略等しい。スリーブ１８．２０の軸長は、各々、最終
製品の予想軸長に等しい。

図示の如く、内外スリーブ間の管状空間内には、上記組
成を有するメトグラス粒子の未固化集合体が分布してい
る。この集合体は第１図中２２によって示されてｌ／ｌ
る。

スリーブ１８．２０の頂部には、第１図に示すような形
状の円錐状上部表面を有する木製キャップ冴が載置さ牙
１ている、 スリーブ１８内の支持板１６及びキャップ２４の間には
、砂の支持カラム局が充填されている。

本願明細書に記載する方法においては、適当な組成の爆
薬、例えば、硝酸アンモニウム、重油及びパーライトの
混合物であるアマトールを選択したが、この煤峯は一般
に２６で示されており、装置１０における使用に適する
よう分布されている。爆薬２６の円錐状頂部には、公知
の起爆装置、例えば電管あが嵌め込まれている。この型
の１湿性」爆薬を使用する場合、外部ジャケット管は第
１図に示す点線迄延びている。

上記の爆薬は、特に、後述の如く、集合体２２を最終所
望無定形固体に適切に同化できるような爆発パラメータ
ーを４女るよう、即ち、爆発速度約２９００　ｍ　／秒
、圧力約１５０キロバールになるように選択されたもの
である。更に説明を加えると、集合体２２中のメトグラ
ス粒子は、共同化圧力（ｃｏ　−ｃｏｎｓｏｌ　１ｄａ
ｔ　ｉｏｎ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　）約１５０キロパ−ル
ー集合体中の粒子を確実に円形体固化する為にはこの圧
力は上でなければなら７：Ｃｖｌ−１及び文無定形温度
限界（ａｎｔｉａｒｎｏｒｐｈｉｃ　ｔｅｍｐｅｒａｔ
ｕｒｅ　１１ｍ１ｔ）約４５０℃−粒子の再結晶化を回
避する為にはこの温度を越えてはならなＶ）−によって
特徴づけられている。

爆薬２６について記載した爆発特性は、第１図に示す装
置において、こハらの規準に十分合致し、更に、装置１
０に関して図示したように爆薬が分布している為、粒子
集合体のあらゆる部分を均一に固化する。特に、前記の
爆発・ξラメーターによって、爆発中、粒子の集合体に
約１５０キロ／々−ルの圧力が加わり、温度は、全・ｉ
ノ発過程を通じ、約４００°Ｃを越えることがない。

このよりなｒＪ、ｉ化）の稈には全て約５マイクロセカ
ンド（推定時間）要し、元の自由粒子ｌＩｔ略完全完全
化した固体管が得られる。第６図はそのような粒子の極
端に空隙のない同化後状態を示し、第７図（破面）は岐
路固化製品の無定形ガラス様性状を明確に示してＶする
。

前記の特定のメトグラス粒子を用いると最終製品の材質
は多くの電磁用途にとって理想的になる。

例えば、Ｆ、１図の装置によって形成した固体管を用Ｖ
する場合同じ筒を復Ｌ’ｔの環に分断し、例えば電気モ
ーター用部品を形成することができる。

上記の如く、記載した特定の）３薬は、簡単に調製・注
入さね、然も異る用途に合わせてｊ暴発速度を約１５０
０乃至約３０００７７１／秒の範囲で変化させるよう容
易に組成を変えらｔしるスラリーである。

第２図の装置は本願発明な実施する為の他の装置構成を
示すもので、単一の固化作用中複数の環を形成し、後に
長い円筒を分断する必要がない。

装置１０の変形を３０で示すが、これは主として、前記
の内外筒スリーブ１８、加を３２．３４で示すような短
い内外スリーブの組合わせに換えた点で異る。

こｈら＠対のスリーブは、隣接する対との間にスペーサ
ー３６のような環状スペーサーを設けて積み重ねらｈて
のる。

図面中鎖３図は、複数の物品を同時に爆破同化製造する
更に他の例を革すものである。基板上に載置された襞間
の中央に中央環状支持板あを設け、１■立スリーブ４０
を支持する。円錐状のキャップ４２はスリーブ４０の頂
部を逸れて閉じ、スリーブの内部の支持板間とキャップ
４２との間には砂４４がびっしり充填されている。砂の
中には、適当な利料、例えばボール紙によって形成され
た＋ＡＤの閉鎖した原型（型の二つＱ４６で示す）が分
布し、谷型には前記と同じメトグラス粉末が充填されて
いる。

上記三種の装置構成の各々においては、図示のように爆
発性物質が分布してＶ）る為、無定形粒子の全集合体が
均一に固化する。

第４図は装置の変形をボすもので、主に、爆薬充填容器
の上部の構造の為、応差固化（ｄｉｆｆｅｒｅｎ−ｔｉ
ａｌ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）が起るものと考え
らねる。装置４８を示す第４図には第１図の装置との二
つの主な差異が明示されてＶｈる。先ず第一に、第１図
における円錐状のキャップ２４は、第４図において平坦
な環状キャップ５０に換えらねでいる。第二の重要な差
異は、爆発性物質の上部が（円錐状の頂部ではなく）平
坦になってＶＩることである。

この型の装ＷＩ内で爆発が起こる場合、最終生成物体の
固化は粒子充填カラムの頂部と底部で異る。

この粒子のカラムの寸法が第４図及び第１図において等
しいならば、カラム頂部及び底部の粒子間の同化差は下
舵のように説明できる。即ち、圧力が頂部における約１
００キロｄ−ルから底部における１０００キロバール迄
増加するので、粉末は軸長に清って種々の同化圧力を受
ける為である。最終固化標品の固化程度または実際に同
前状標品に応差同化を生ずる程度を検査することによっ
て、上記同化差な最適圧力の同定法として利用すること
ができる。

前述の如く、内破固化作用が同化無定形物体を生ずるの
みならず、この物体を他の構造体と結合させることも望
むならば、他の構造体は未固化粒子の集合体を組立てる
為に設けろねる型乃至ダイスの一部または全体の形状に
すればよい。例えば、Ｐｉび第１図について云えば、ア
ルミニウムの周囲ノヤケットに結合した無定形材料の針
の形の最終構造体な製造しようとするならば、第１（９
）のポール紙製外ストリーブ２０を容易にアルミニウム
のスリーブに換えることができる。第１図に関連して説
明した爆発ノにラメータにおいては、前記の構成におい
てそのようなスリーブに結合が起る。

明らかに、所望製品の最終形状は設計者が選択し得る問
題であり、無数の変化を示すことができる。極めて棲雑
な形にする場合は、爆発性物質が固化すべき物質な適切
に包囲するよう、乾燥爆薬より湿性スラリー爆薬を用い
て本願発明を実施することが望ましかろう。

無定形粒子のみから成る粒子集合体の固化に関する特定
例を示したが、無定形及び非無定形粒子の混合物を用い
ることにより無定形粒子の特性を損うこと１よく、他の
物質によって得らねるような成る種の構造的利点が最終
同化ｊ物体に生ずる適用例も多い。そのような粒子の相
対的比率及び性質によって最終的構造特性が決定される
ことは明らかである。−例として、無定形粒子を炭化タ
ングステンのような粒子と２：１乃至３：１の比で混合
して非常に堅固な工具材な形成することができるが、こ
れを同化すると通常の金属または合金に結合でき、容易
に固着する。この構成におＶｌては炭化タングステンの
堅固な粒子は固化されて、殆ど同程度に堅固な無定形結
合剤の連続集合体になるものと思わｈる。同等の堅固な
金属または合金結合剤粒子、νｉ」ち、結晶性金属また
は合金の堅固な粒子は現在知られ、てＶ）なＶ）。従っ
て、工具材中の金属結合剤は急速に磨耗し、炭化タング
ステンのような堅固な粒子が露出し、結局壊れて治耗し
続けるようになるう無定形結合剤を使用すれば、工具の
操作温度を該無定形結合剤の結晶化温度を越えないよう
に維持する限り、磨耗を著しく減少させることができる
。

このように、本発明方法によって無定形構造体を含む固
体構造体を製造する独特の方法が提示され、その構造体
は自由未固化粒子（その全てまたは一部から無定形構造
体が形成される）の無定形特性を保持しているのである
。そのような粒子の集合体を内破させて同体状轢にする
為爆発力を用いることは、必要な共固化田力な達成する
と同時に、上述の反無定形温度限界を越えない臨界的要
因に基づくものであるう異る無定形物質や前記のように
そのような物質と他の物質どの混合物を用いて本発明を
反復実施したところ、同化無定形粒子は自由未固化粒子
と略等しＶ）無定形特性を保持していることが判明した
つ 従って、本発明を実施する好ましい方法及びその変形の
成るものを記載したが、本発明の本質を離れることなく
、他の変更乃至変形も可能であることが判ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法な実施する為の装置を説明する断
面略図、 第２図、第３図および第４図は各々本発明の方法を実施
する為の変形装置を示す断面部分図、第５図は固化前に
集合体中に見られる無定形粒子の未固化の集りを示す２
５０倍走査電子顕微繞写真、 第６図は粒子間境界な示すために磨かれ、エツジングさ
れたプンプルから見た同化処理後粒子を示す１５０倍顕
微鏡写真、 １０・・・装置、１２・・・スチール基板、１４・・・
スチールジャケット、１６・・・支持板、１８・・・ス
リーブ、加・・・スリーブ、２２・・・集合体、Ｕ・・
・キャップ、５・・・カラム、が・・・爆薬、郡・・・
雷管、加・・・変形装置、３２・・・スリーブ、あ・・
・スリーブ、箕・・・スペーサー、３８・・・支持板、
４０・・・スリーブ、４２・・・キャップ、４４・・・
砂、４６・・・型、４８・・・変形装置１２、犯・・・
キャップ。 出願入代を人　猪　股　清 第１頁の続き ＠発明者　エフ、ポール、カール　アメソン　ト、 リカ合衆国オレゴン州、ボートランド、ノースウェスカ
イザー、ロード、ｇ４３５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、次のことを特徴とする、自由無定形粒子から成る粒
   子集合体を固形体に内破的に固化する方法。 前記集合体に組立て、組立てられたが未固化の状暢で、
   前記固形体のために選定された形状に形作ること １単位としての集合体中の粒子を結合してそのように選
   定された形状を有する固形体を形成するように、外側を
   実質的に取り囲む爆発力によって組立て集合体を内側に
   圧すること前記の固形体への前記無定形粒子による寄与
   によって、未固化無定形粒子によって現れる無定形特性
   と実質的に同じ特性を保持するように前記の内側へ圧す
   ることを制御すること２、無定形粒子と無定形でない粒
   子との混合物から成る粒子集合体を用いて実施する、特
   Ｈ′ｆ請求の範囲第１項記載の方法。 ３、次のことからなり、既知の共同化界面圧および反無
   定形温度限界により無定形粒子が特徴付けられる、自由
   無定形粒子から成る粒子集合体を固形体に内破的に固化
   する方法。 前記集合体に組立て、組立てられたが未固化の状轢で、
   前記固形体のために選定された形状に形作ること 組立て集合体を少なくとも部分的に取り囲む領域で爆発
   させて、組立て集合体全体に前記共同化界面圧に少なく
   とも等しい圧力をかけかつ、集合体占有空間で、１４発
   期間中の温度を反無定形温度限界未満にする内破的力を
   生じさせること 前記爆発によって、選定された形状を有する固形体を形
   成するように組立て集合体を内側に圧すること ４、無定形粒子と無定形でない粒子との混合物から成る
   粒子集合体を用いて実施する、特許請求の範囲第３項記
   載の方法。 ５、次のことを特徴とする、自由無定形粒子を無定形固
   形体に内破的に固化する方法。 前記粒子を集め、集められたが未固化の状暢で、前記固
   形体のために選定された形状に形作ること １単位として粒子を結合させて選定した形状を有する固
   形体を形成するように、外側を実質的に取り囲む爆発力
   によって集められた粒子を内側に圧し、未結合粒子が示
   すと実質的に同じ無定形特性を結合粒子体が示すこと ６、次のことからなり、既知の共同化界面圧および文無
   定形温度限界により無定形粒子が特徴付けられる、自由
   無定形粒子を固形体に内破的に固化する方法。 前記粒子を集め、集められたが未固化の状部で、前記固
   形体のために選定された形状に形作ること 集められた粒子を少なくとも部分的に取り囲む領域で爆
   発させて、集合粒子全体に前記共同化界面圧に少なくと
   も等しい圧力をかけかつ、粒子占有空間で、爆発期間中
   の温度を反無定形温度限界未満にする内破的力を生じさ
   せること前記爆発によって、選定された形状を有する固
   化体を形成するように粒子を内側に圧すること