JPS6252183A - 圧粉体製造方法及び装置 - 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〕 この発明は、耐火性セラミックス、セラミック複合材料
、サーメット、及び他の高硬度材料の高密度の粉末成形
体（ｃｏ＋ｎｐａｃ　ｔ　）の分野に関る、。

〔従来の技術及び発明が解決しようとる、問題点〕粉体
を加熱及び圧縮る、ことによるそのような粉末成形体の
製造は、先行技術により開示される。

ｆｉ［圧力が使われてきた。オーブンその他同種類のち
のを含めて、様々な加熱手段が使用されてきた。つい最
近では、加熱は、テルミット（ｔｈｅｒｍｉｔｅ）組成
物のような発熱反応混合物の燃焼、金属間反応（ｉｎＬ
ｅｒＩＩｌｅｔａｌｌｉｃ　ｒｅａｃｔｉｏｎｓ）その
他同種類のものにより達成されている。。発熱性粉体は
、圧縮すべき粉体に混合されるか、あるいは圧縮粉に隣
接した独立層として燃焼されるかのいずれかであった。

代表的先行技術の開示を以下において説明る、。

いくつかの種類のセラミック及びサーメット材料は、い
かなる外部からの加熱をもる、ことなくこれらの材料の
要素成分間の発熱反応を利用して合成る、ことができる
。この独特の処理技術は、「自己伝播高温合成（Ｓｅｌ
ｆＰｒｏｐａｇａｔｉｎｇｌＩｉ８ｂ−Ｔｅｍ−ｐｅｒ
ａｔｕｒｅ　５ｙｎｔｈｅｓｉｓ）　」と呼ばれ、ＳＨ
３，５ＩＩＴＳ、及びＳＵＳと略称されている。ＳＨＳ
処理は、１９６７年以降ソビエト連邦で研究されており
、２００相以上がこの技術により作り出された。発熱反
応は、色々の熱的必要条件及び自然発火性の応用のため
に米国で長年の間利用されてきた。この処理技術がセラ
ミックス及びサーメットを合成及び焼結る、ための方法
として探求されてきたのは、つい最近である。

５）（Ｓ処理では、混合した先駆物質の粉末成形体の一
端において加熱（電気火花、通電した電線、イオンビー
ムなどを使用る、）により点火された弾発熱反応が、第
１図に示す粉末成形体内を自然に伝播る、。この反応の
一例は、チタン粉末及び硼素粉末からの二硼［ヒチタン
（ＴｉＩ１２）の合成である。

この反応は、次のように表わすことができる。

Ｔｉ　　モ　２Ｂ−”ＴｉＢ２　　　ト１　　＝６６．
８　　ｋａｌ／ｍｏｌ　　（２９８Ｋにて） この反応に由来る、断熱温度（ａｄｉｕｂａｔｉｃ　ｔ
ｅｍｐｅｒａｔ−ｕｒｅ）は、反応熱が全て反応生成物
の温度上昇に寄与る、と仮定して３１９０１（と計算さ
れるが、これはＴｉ［１２の融点に対応る、。いくつか
の耐火性セラミックスの熱力学データを第１表に記載る
、。（１）及び（Ｓ）の表示は、反応生成物が断熱反応
温度において液体であるかあるいは固体であるかを示す
。

自己持続反応（ｓｅｌｉｓｕｓｔｎｉｎｉｎｇｒｅａｃ
Ｌｉｏｎｓ）は、生成相が反応温度において液体又は部
分的に液体であるときにのみ起り得る。それゆえに、全
ての発熱反応が自己持続性であるとは限らない。

第１表 ’Ｔａｄ＞Ｔａｐ ノビコツ（Ｎｏｖｉｋｏｖ）、　Ｎ、Ｐ、、ポロビンス
カヤ（［３ｏｒｏｖｉｎｓｋａｙａ）、　　Ｉ　、Ｐ、
、メルツアノフ（Ｍｅｒｚｈａｎｏｖ）、Ａ　、　Ｇ　
、、化学技術及び冶金における燃焼処理、チェルノゴロ
ブ力（（：）１ｅｒｎｏｇｏ−Ｉｏｖｋａ）　（１９７
５）、ｐ、１７４−１８８゜今日、ＳＨ３Ｈ２Ｏ量礎的
研究及び応用は進展している。Ａ、Ｐ、ハート（Ｈａｒ
ｄｙ）及びｐ、ｖ、ファン（Ｐ　ｈ　ｕ　ｎ　ｇ　）は
、簡単な、拡散限定反応モデル（ｄｉｆｆｕ−ｓｉｏｎ
−１ｉｍｉｔｅｄ、ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅりを提
案し、発熱反応速度を概算した。反応速度は、二つの因
子、すなわち、反応帯域における熱の蓄積を可能にる、
ために十分率さい熱伝達性、並びに、高速度の物質移動
を促進る、ために十分率さい、粒度及び融解温度のシス
テム特性に依存る、。その上、反応特性は、熱伝達率を
変える適当な添加剤を使用る、ことにより変えることが
できる、ということを彼らは実験的に示しな。第２図は
、Ｓ　ＯＳ反応及び生成物に影響を及ぼす、先駆物哲の
粉体の物理的及び化学的特性のいくつかの因子を示す。

応用研究の分野では、１９５９年に、Ｊ　、　Ｄ　、ウ
オルトン（Ｗａｌｌ：ｏｎ）　Ｊ　ｒ、及びＮ、Ｅ、ボ
ウロス（ｒ’ｏｕｌｏｓ）が、耐熱性サーメット（Ｚｒ
Ｓｉ２−＾１２０＋）の製造にテルミット反応を応用し
、ＺｒＯ□、　ＳｉＯ□、及びアルミニウムから首尾よ
くそれを生成しな。彼らは、この製造方法のいくつかの
利点を次のように報告した。

１）先駆物質の粉体は安価である。

２）発火温度が低い（９８０℃）。

３）反応温度が高い（＋２７６０℃）。

４）焼成時間が短い。

５）雰囲気の制御が不要である。

従って、この技術は、セラミックス及びサーメットの工
業的製造にとって重要なる意味を有る、。

１９８４年のアメリカセラミック学会く＾悄、Ｃｅｒ、
Ｓｏｃ、）第８６回年次大会では、テルミット反応とＳ
Ｈ３とについて７つの発表があった。これら中の１つは
、Ｔｉ４−Ｃ系材料の自己焼結についてであった。

この方法で作られたＴｉｔｌｚ　、　ＴｉＣ１及びこれ
らの混合物の粉末成形体は、兵器関連分野に対して大き
な応用可能性を有る、。従来の方法により生産したその
ような材料は、焼結る、のに適当な性質の粉体が必要で
あり、且つ高強度材料を生産る、のにこれらの粉体の高
温・高圧焼結が必要なので、高価である。これに反して
、ＳＨＳ処理によれば、室温で圧縮粉の一端のみに点火
る、ことにより先駆物質の粉体混合物から所望の相の強
く結合した材料を作ることが可能かもしれない。Ｎ、Ｄ
、カービン（Ｃａｒｂｉｎ）らは、先駆物質の粉体混合
物がＴｉ−Ｂ−Ｃ系の生成物を生ずる効果を調査して、
細かいＴｉ粉末を含有る、混合物は点火る、のがより簡
単であり、また反応速度がより遅いが、■い粉末を含有
る、ものよりもその生成物が多孔質であることを示した
。更に、Ｂ及びＣの成分として［１，Ｃを使用した混き
物の反応速度は約１００分の１に低下し、ＴｉＢ２とＴ
ｉＣとを含有る、部分的に焼結した生成物を生じた。し
かしながら、これらの生成物の硬さの値と密度は明らか
ではなく、生成物はかなり多孔質のように思われる。

最近、このＳＨ３処理技術を利用した、セラミックスの
高圧自己燃Ｊｆｔ焼結（ｈｉｇｈ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ、
ｓｅｌｆ−ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ
）が、日本の大阪大学と住友電気工業株式会社との共同
研究によって説明された。彼らの試みは、ＳＨ３Ｈ２Ｏ
量に高い圧力を適用る、ことによって、ＳＨ３により作
られる生成物の細孔を除去る、ものである。緻密なＴｉ
１３２焼結圧縮粉が、３　ＧＰａで圧縮したＴｉとＢと
の混き物を電気点火る、ことのみによって数秒で作られ
たこと、そして高圧反応容器の中心領域の相対密度と微
小硬さくｍ１ｃｒｏｂａｒｄｎｅｓｓ）の値は、それぞ
れ９５％、２００ｇの荷重に対して２０００ｋＦｌ／ｍ
ｍ２であったことが報告されている。この結果は、Ｓ　
ＨＳ処理に高圧力を適用る、ことが、細孔をなくすのに
非常に有効であり、またＳＨＳ処理技術により緻密にな
って強固なセラミック粉末成形体を作る可能性を有る、
ことを示唆る、。ところが、この高圧自己燃焼法では、
従来からの高圧焼結にほとんど対応る、、高価な高圧機
器と複雑な高圧装置とが必要である。ＳＨ３Ｈ２Ｏ量点
のｍ−）は、高価な処理装置を必要としないことである
。

本発明の主要な目的は、硬さの大きい材料の粉末成形体
を作るための改良方法である。

次の目的は、高硬度材料の改良圧縮粉である。

別の目的は、装置を簡素にる、ことを特徴とる、そのよ
うな目的のための改良方法である。

もう一つの目的は、より簡単でより廉価の粉体を出発物
買として使用る、ことである。

その他の目的は、下記の発明の詳細な説明から認識され
るであろう。

〔問題点を解決る、ための手段及び作用効果〕本発明は
、耐火性セラミックス、セラミック複き材料、サーメッ
ト、及び他の高硬度材料の改良高密度圧縮粉を、それら
の粉体の発熱性焼結の間に爆発１１′＠（ｅｘｐｌｏｓ
ｉｖｅ　ｓｌ＋ｏｃｋ）を適用る、ことを含む新しい改
良方法により作ることに関る、。

本発明に属る、様々な特徴的事項は、次のとおりである
。

１、発熱反応の反応熱を利用した高性能セラミック粉体
の動的圧縮方法。

ａ）耐火性セラミックスの薄板。

ｂ）金屈、サーメット、及びセラミックスへの耐火性セ
ラミックスのコーティング。

Ｃ）発熱反応性材料上の耐火性セラミックス層。

２、高硬度材料と発熱反応性材料との複合材料の動的圧
縮。

大−１し ダイヤモンド、ｃ−ＢＮ　、　Ｂ＝Ｃ、５ｉＣ１及び５
ｉＪ−を包含る、組成物。

３、　　Ｔｉｅ−Δ１２０３複合体の動的反応焼結。

ＴｉＣ−＾１□０．複合体用の、ＴｉＣ２、炭素、及び
アルミニウムのテルミット混合物を衝撃圧縮した。

ＴｉＣ−＾１□０３の焼結成形体が生じ、その微小硬度
（ビッカース硬度）は５５０ｋｇ／　ｍｍ２であった。

４、　　ＳｉＣ粉末の動的圧縮。

ＳｉＣ粉末の動的圧縮は、Ｔｉ−Ｃ系の発熱反応の熱を
利用して行なった。理論的密度の９９％であり、微小硬
さが２８５０〜３２００ｋＨ／　１ｔｓ２である十分に
焼結されたＳｉＣ成形体が得られた。衝撃条件は同じで
あるが発熱反応の熱を利用せずに作ったＳｉＣ成形体は
、相対密度９８．６％、微小硬さくビッカース）１６０
０〜２３００ｋｇ／＋１２を示した。

５、　　ｃ−ＢＮ複合体の動的圧縮。

添加剤として発熱反応性材料を利用したｃ−８１複合体
の動的焼結を試験した。ｃ−ＢＮを４０％含有し、微小
硬さくビッカース）が２０００ｋｇ／　ｍｍ２であるｃ
−ＢＮ複合体が得られた。ｃ−ＢＮを８０％含有る、複
合体の微小硬さくビッカース）は、２２００〜２７００
ｇ　／　ｍｍ２であった。

６、シＣ及び＾１４ｃ、の動的反応焼結。

これらの材料の元素成分から発熱反応を利用してＢ、Ｃ
及び＾１４Ｃ１をき成し、そして焼結る、ことを、Ｗ＋
撃圧縮技術により試みた。この技術により作られたＢ、
Ｃの焼結粉末成形体の微小硬さくビッカース）は、１６
００〜１７００ｋＨ／　ｍｍ２であった。Ａ！及び炭素
の混合物が部分的に反応して、微小硬さくビッカース）
が７００−８００ｋｇ／ｍｎ＋２の＾１４Ｃ３成形体を
生じた。

本発明は、その詳細な説明、特に色々な実施例及び図面
中の記載をたどることによって更に認識されるであろう
。

〔実施例〕

詳細な実施例は、次のとおりである。

以下余白 例ｌ ＴｉＣを作るためのチタン及び炭素の粉末の化学量論的
混合物を衝撃圧縮した。発熱性混合物は、衝撃圧縮によ
り反応して固まり、ＴｉＣ粉末成形体にる、ことができ
る。この技術によって作られたＴｉＣ粉末成形体は、比
較的多孔質てあり、その微小硬さくビッカース）は５０
０−７００ｋｇ／　ｍｍ２であった。ＴｉＣの添加剤を
含有る、Ｔｉ−Ｃの混合物も反応し且つ焼結る、ことが
できるが、これの粉末成形体には大きな孔がなく、その
微小硬さくビッカース）は１１００〜１３００ｋＨ／　
ｍｍ２であった。

実験の手順 第４図に示したチタン粉末（粒度１０μ泊）と炭素粉末
（０，５μｍ）とをトレン（ｔｏｌｅｎ）中で十分に混
合し、そして５００℃、１０−　’Ｔｏｒｒで脱気した
。

第３図Ｂに示すステンレス鋼製カプセルの中に、混合物
を押込んだ。第３図Ａに示すフライヤ一式衝撃波発生器
と運動量捕捉回収システム（ｍｏｍｅｎｔｕｍｔｒａｐ
　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｓｙｓｔｅｍ）とを使用して、衝
撃処理を行なった。厚さ４．３ｍｍの鉄のフライヤープ
レートを、１．５．２，０、及び２．４ｋｍ／ｓｅｅ　
（７）速度でカプセルに打ちつけた。カプセル内に誘発
された衝撃圧力は、これらの衝撃速度について３３．４
５、及び６０ＧＰａと見積られた。衝撃処理の後、生成
物はＸ線回折計、微小硬さ試験機、及びＳＥＭて試験を
行なった。

注目すべきことは、第３図Ａに示した衝撃波発生器の概
念は、決して新しくはなく、実際のところ長年の間知ら
れている、ということである。同様のもめの理論と実際
、及びその他の目的にそれを用いることは、爆発物に関
る、文献の至るところに記載されている。代表的ものは
、Ｈ５＾、タック（Ｃｏｏｋ）博士の「高性能爆薬の科
学＜Ｔｈｅ　５ｃｉｅｎｃｅ　ｏｆＨｉｇｈ　Ｅｘｐｌ
ｏｓｉｖｅｓ）　」と題した著書（レインホールド社（
Ｒｅｉｎｈｏｌｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ）刊）に閉示される
。第１版の第１０章は、この点について特に包括的であ
る。しかしながら、その概念は長い間利用可能であった
にもかかわらず、圧縮成形性粉体の発熱焼結中において
それを使用した者は、本発明者ら以前にはいなかった。

級釆退ユらＬ断 出発物質の粉体及び最終生成物のＸ線回折線を第５図に
示す。混合物における発熱反応は、衝撃圧力が４５ＣＰ
ｕ以上では完全に起ったが、３３Ｇｒ’ａで衝撃圧縮し
た試料では、ＴｉＣの生成は試料の中心領域にのみ見い
だすことができ、カプセル内の衝撃圧力と温度の分布を
反映る、ように思われた。

第６図Ａは、この技術により作られたＴｉＣ粉末成形体
の研磨表面の光学顕微鏡写真を示す。４５及び６０Ｇｒ
’ａで得られた粉末成形体には、大概めところ、３３Ｃ
Ｐｕで作らｈな粉末成形体では見られない色々な大きさ
の丸い細孔があった９第６図Ｂは、ＴｉＣ粉末成形体の
比較的緻密な領域の破断表面のＳＥＭ瀾微鏡写真を示す
。作られたＴｉＣの粒度は、それぞれの粉末成形体にあ
っては比穀的一様であったが、衝撃温度が上昇る、につ
れて大きくなったことが分る。ＴｉＣ粉末成形体におけ
る粒状体の成長は、衝撃圧縮中よりもむしろ衝撃圧力の
解除後に起るように思われた。残留温度（ｒｅｓｉｄｕ
−ａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ）は、４５及び６Ｑ
ＧＰａで衝撃圧縮した生成物では３０００℃以上である
と推定される。

発熱反応により作られなＴｉＣ粒子の速やかな集合と粒
状体の成長とを可能にる、ような、このように高い温度
においては、ＴｉＣの気相及び／又は溶融相が生じな。

とは言え、第６１Ａに示した色々な大きさの細孔は、Ｔ
ｉＣの気相を生ずることによって最終生成物に取入れら
れた。

この方法で作ったＴｉＣ粉末成形体の微小硬さくビッカ
ース）は、２００ｇの荷重において５００〜７００ｋｇ
／ｍａ＋２であったが（第２表）、それは、これらの実
験の範囲の衝撃条件とは無関係であった。この微小硬さ
くビッカース）は、通常の方法で作られた焼結ＴｉＣ成
形体と比較してがなり小さい。この結果は、ＴｉＣ粉末
成形体の破断表面に局部的に粒内破壊（ｔｒａｎｓｇｒ
ａｎｕｌａｒ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　）が観測されたとは
言え、粒子間の結合は強くない、ということを示す。こ
れは、ＴｉＣ粒子の焼結と粒状体の成長とが：衝撃圧力
の解除後に起っなという事実によって引き起され得る。

粒子間の結合を強めるなめに、Ｔｉ−Ｃの発熱反応とこ
の生成物の焼結とは、残留温度を低下させることによっ
て衝撃圧縮中に完了しなければならない。

第２表 ＴｉＣ添加剤を添加した発熱性混合物を、添加剤を添加
しないＴｉ−Ｃ系と同じ方法で衝撃圧縮した。

添加剤を添加した混合物では、発熱反応を起こした熱が
、衝撃温度が低い大きなＴｉＣ粒子に行き渡ることがで
きる。粒子間の小さな孔は、第７図Ａ及びＢに示したこ
れらの粉末成形体中になお残りているけれども、大きな
孔は、添加剤のない粉末成形体には見られない。添加剤
を添加した混合物から作られたＴｉＣグ）粒度には多少
の分布範囲があり、またその粒度は、添加剤なしのもの
よりも小さかった。この粉末成形体の微小硬さくビッカ
ース）の値は、２００ｇの荷重において１１００〜］、
３００ｋｇ／ｍｍ２であった。

先駆物質である、ＴｉＣ２、炭素、及びアルミニウムの
混合物からＴｉＣ−Δ１□０．複合体を合成しそして焼
結る、ことを、衝撃圧縮技術により試みた。テルミット
混合物を４５ＧＰａの衝撃圧力で反応させた。得られた
複合体は、比較的多孔質であり、大きなＴｉＣ及び小さ
な＾１２０．の粒子がらなった。この複合体の微小硬さ
くビッカース）は、２００ｇの荷重において約５５０ｋ
）？／＋ｎｍ２であった。

尺ｉへ（肛 ＴｉＣ２（粒度１０μｍ）、カーボンブラック（０，５
μ＋ｎ）、及びアルミニウム（１０μｍ）をトレン中で
混合し、そして５００°Ｃ１１０−’Ｔｏｒｒで脱気し
た。この混合物をカプセルの中に押込んだ。例１の実験
と同じ方法で、４５ＧＰａでのＦＡ撃処理を行なった。

許敦及び考察 混合粉体及び最終生成物のＸ線回折線を第８図に示す。

ＴｉＯ□、炭素、及びアルミニウムの混合物におけるテ
ルミット反応は、４５ＧＰａで完全に行なわれた。この
生成物の＾１□０３及びＴｉＣの計算重量比は、５２．
９：４７．１％と推定された。

第９図Ａ及びＢは、この技術により作られた＾１２Ｃｈ
−Ｔ＋Ｃ複合体の破断表面のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。

生成物の見掛の粒度は１〜５μｍであるが、これらの粒
子は、第９図に示すように粒度が０．１μ餉のより細か
い粒子からなった。この複合材料は、そのような細かい
粒子と色々な大きさの細孔の集まったものによって作ら
れた。

この動的反応系においては、ＴｉＣや八１２０．のよう
な添加剤は、十分に焼結した複合体を作るためのテルミ
ット反応速度及び熱を制御る、のに重要であＳ。

この方法によって作られたＴｉＣ粉末成形体の微小硬さ
くビッカース）は、２００ＦＩの荷重において５００〜
７００ｋ）（／＋ｎＫ１２であったが（第２表）、それ
は、これらの実験の範囲の衝撃条件とは無関係であった
。この微小硬さくビッカース）は、通常の方法で作った
焼結ＴｉＣ粉末成形体と比べてがなり小さい。この結果
は、ＴｉＣ粉末成形体の破断表面に局部的に粒内破壊が
認められたけれども、粒子間の結合は強くない、という
ことを示す。これは、ＴｉＣ粒子の焼結と粒状体の成長
とが、衝撃圧力の解除後に起ったという事実によって引
き起されえる。粒子間の結合を強めるために、Ｔｉ−Ｃ
の発熱反応とこの生成物の焼結とは、残留温度を低くる
、ことによって衝撃圧縮中に完了しなければならない。

添加剤のＴｉＣを添加した発熱性混合物を、添加剤を添
加しないＴｉ−Ｃ系と同じ方法で衝撃圧縮した。

添加剤入りの混合物では、発熱反応を起した熱が、衝撃
温度の低い大きなＴｉＣ粒子に行き渡ることができる。

粒子間の小さな孔は、第７図に示したこれらの粉末成形
体中になお残留る、が、大きな孔は、添加剤のない粉末
成形体には見られない。添加剤入りの混合物から作られ
たＴｉＣの粒度には多少の分布があり、またその粒度は
、添加剤なしのものよりも小さかった。この粉末成形体
の微小硬さくビッカース）の値は、２００ｇの荷重にお
いて１１００−１３００ｋｇ／ｍ＋＊２であった。

添加剤を添加しないＳｉＣ粉末の動的圧縮は、発熱反応
の熱を利用して行なった。理論密度の９９％であり、微
小硬さくビッカース）が２８５０〜３２００ｋｇ／ｍｍ
２である、十分に焼結したＳｉＣ粉末成形体が得られた
。衝撃条件は同じであるが発熱反応の熱を利用せずに作
ったＳｉＣ粉末成形体は、相対密度９８．６％及び微小
硬さくビッカース）　１６００〜２３００ｋｇ／ｍ「１
１２を示した。

実験の手順 添加剤を添加しないＳｉＣ粉末（粒度５〜１０μｍ）を
圧縮してその初期密度を理論値の６０％とし、そしてこ
れを、第１０図に示すように、Ｔｉ−Ｃ又はＴｉＯ□−
Ｃ−ＡＩの発熱性成形混合物の間に入れた。サイドイッ
チ消遣をしたこの未処理の粉末成形体は、ＳｉＣからな
った。発熱性混合物をステンレス鋼のカプセルに詰め、
４５ＧＰａめ圧力で衝撃圧縮した。

衝撃処理は、例１の実験と同じ方法で行なった。

この衝撃条件（４５ＧＰａ）でのＴｉ−Ｃ及びＴｉＯ□
−Ｃ−Ａ１の混合物の発熱反応は、事前の実験で確認し
た。

反応熱を利用したＳｉＣ粉末の動的圧縮の結果は、はと
んど完全な密度（９９％）を示し、また微小硬さくビッ
カース）は５００ｇの荷重において２８５０〜３２００
ｋｇ／ｌｌｌｌｌ１２であったが、この硬さは、ＳｉＣ
の単結晶のそれにほとんど相当る、。これに反して、衝
撃条件は同じであるが反応熱を利用しないで作ったＳｉ
Ｃ粉末成形体は、相対密度が９８．６％、微小硬さは５
００ｇの荷重において１６００〜２３００ｋｇ／ｎｕｎ
’であった。

第１１図Ａ及びＢは、この技術により作られたＳｉＣ粉
末成形体の粒内破断表面のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。Ｓ
ｉＣ粒子の内部に細かい割れは見られない。

発熱反応の熱を利用せずに得られたＳｉＣ粉末成形体で
は見ることができない細かな粒状体（１μ哨）が、粒子
の間に沿って見つかった。これは、ＳｉＣの気相及び／
′又は液相からの結晶化が、粒界の間で起ったことを示
す。衝撃波の“前方でＳｉＣの最大密度（ｆｕｌｌ　ｄ
ｅｎ３ｉｔｙ　）に圧縮すべきＳｉＣ粉末を集合る、こ
とは、衝撃圧縮と発熱反応との熱によりそのような気相
及び／又は溶融相を形成る、ことによって促進る、こと
ができる。

第１２図に、発熱反応の熱を利用して作った焼結ＳｉＣ
粉末成形体及びそれを利用せずに作った焼結ＳｉＣ粉末
成形体の、研磨表面の光学閉微鏡写真を示す。発熱反応
の熱を利用して得られた粉末成形体では、細かい割れは
見つからなかった。ところが、反応熱を利用せずに作っ
た粉末成形体では、写真に見られるように、大きな割れ
と微小な割れとが目立った。発熱反応性混合物から粉末
成形体へと伝導された熱は、ＳｉＣ粉末を集きる、こと
はもちろん焼結したＳｉＣ粉末成形体を徐冷る、のにも
有効に作用る、ように見えた。

これらの予備的な結果は、添加剤を添加しないＳｉＣ粉
末はその理論的密度に圧縮る、ことができること、そし
て、粉末成形体中の大きな割れと微小な割れとは、セラ
ミック粉体の衝撃圧縮においては避けられない問題であ
ると思われていたが、高い残留温度の下で徐冷る、こと
によってなくすことが可能であることを示す。

第３表 医−ヱＬ 添加剤であるＴｉ−Ａ１とＴｉ−Ｃとの混合物の発熱反
応を利用したｃ−ＢＮ複合体の動的圧縮を行なった。

得られたｃ−ＥＩＮ複合体の微小硬度は、発熱反応性材
料の添加によって著しく増大した。微小硬さくビッカー
ス）が２０００ｋｇ／＋帽２であって、４０％のｃ−Ｂ
Ｎを含有る、複合体が得られた。添加剤のＴｉ−ＢとＴ
ｉ−Ａ１とを添加した、８０％のｃ−ＢＮを含有る、複
合体の微小硬さくビッカース）は２２００−２７００ｋ
ｇ／ｍｍ２であったが、これは、高い静圧力で作られた
複合体のものより少し小さい。

夫贋の手順 ｃ−８Ｎ粉末（粒度１〜５μ＋ｎ）と発熱反応粉体とを
、アルミニウムの乳鉢と乳棒とで屹式混合した。

ｃ−ＢＮ　、　ＴｉＣ５及びＡ１粉末の混合物を同じ方
法で調製し、その混合物をカプセルに押込んだ。例１の
実験と同じ方法て、６０ＧＰａでの衝撃処理を行なった
。

以下金白 晴盟退ユ９Ｌ毅 発熱性材料を添加した混合物及びそれを添加しなかった
混合物から得られるｃ−ＢＮ複合体の微小硬度を、第４
表に掲載る、。発熱性材料を添加しなかったｃ−ＢＮ複
合体の最良のものは、微小硬さくビッカース）が５００
ｇの荷重において７００〜９００ｋｇ／ｍ…２であり、
またそれには多くの大きな割れ及び微小割れがあった。

ｃ−ＢＮと発熱性混合物の系では、微小硬さくビッカー
ス）が５００ｇ荷重において１７００〜２０００ｋｇ／
＋ｎｍ２であり、４０％のｃ−ＢＮを含有る、、十分焼
結されたｃ−１３Ｎ複合体が得られた。これらの焼結複
合体によって、硬さＨ、，５０〜６０の焼入鋼を機械加
工る、ことができる。添加剤のＴｉ−ＢとＴｉ−＾ｌと
を添加した、８０％のｃ−ＢＮを含有る、複合体の大き
い方の微小硬さくビッカース）は、５００ｇ荷重におい
て２２００〜２７００ｋｇ／＋ｎ偵２であったが、これ
は、高い静圧力で作られた複合体のものよりも少し小さ
い。これらの焼結ｃ−ＢＮ複合体は、焼入高速度鋼及び
耐熱合金（５ｕｐｅｒ　ａｌｆｏｙｓ　）用の切削工具
に応用る、こともできる。第１３図は、発熱性材料を添
加した焼結ｃ−ｔ３Ｎ複合体及びそれを添加しなかった
焼結ｃ−ＢＮ複合体の研磨表面の光学＄　ｍ　ｊｆｌ写
真を示す。ｃ−ＢＮと発熱性材料との混合物から作った
複合体には、多少の大きな割れはあるが、発熱性材料を
添加しなかった複合体に見られる微小割れはない。発熱
反応の熱は、ｃ−ＢＮ及び発熱性材料間を焼結る、のは
もちろん、得られたｃ−ＢＮ複合体の徐冷、すなわち発
熱反応の熱を利用してＳｉＣを焼結る、際に見ることが
できる現象にも作用る、ように思われた。

以下余白 第４表 ここには、多数のテルミット型及び金属間反応型の混合
物を開示してはいるが、もちろんのことながら、適当る
、であろうものはそれ以上に数多くある。

大部分のものが発熱を伴って作られる金属開化金物（ｉ
ｎＬｅｒｍｅｔａｌ　Ｉ　ｉｃ　ｃｏ＋ＩＩｐｏｕｎｄ
ｓ　）を作ることに関る、包括的な論文は、１９７７年
９月、「冶金学会報Ａ　　（Ｍｅｔａｌ　ｌｕｒｇｉｃ
ａｌ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　Ａ　）　Ｊ第８Ａ巻
の第１３２７頁及びその次の頁に発表された「金属間化
合物：それらの過去と将来（Ｉｎｔｅｒｍｅｊａｌｌｉ
ｃ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：Ｔｂｅｉｒ　Ｐａ５ｔ　ａｎ
ｄ　Ｐｒｏｍｉｓｅ）　」と題された論文である。この
論文は、アメリカ金属学会の１９７６年度キャンベル（
Ｃａｍｐｂｅｌ　ｌ　）記念講演を記録る、。この論文
の脚注とその末尾記載の参照文献とは、特に注目される
。

興味のあるその他の論文には、「燃焼と炎（Ｃｏｍｂ−
ｕｓｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｆｌａｍｅ）　Ｊ第２１巻、第
７７〜８９頁（１９７３年）に掲載されているｒ固体に
おける無ガス反応の伝播（ＰｒｏｐａｇａＬｉｏｎ　ｏ
ｆ　Ｇａ５１ｅｓｓ　Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ　１ｎＳｏｌ
ｉｄｓ）　Ｊが含まれる。この論文は、発熱性金属間反
応速度の分析的研究を発表る、。著者は、Ａ。

Ｐ、ハート及びｐ、ｖ、ファンである。　先行技術には
、ゴレルキン（Ｇｏｒｅｌｋｉｎ　）らによる「焼結法
による金属開化金物生成熱の等温熱量計での測定」と題
された、「ロシア物理化学誌」第４６巻第３号（１９７
２年）、第４３１頁及びその次の頁の論文も含まれる。

例　　５ Ｂ、Ｃ及び＾１．Ｃ０の動的反柵− Ｔｉ−Ｃの発熱反応を利用し、衝撃圧力を与えることに
よって、［１，Ｃ及びＡＩ　、Ｃ３材料の構成成分から
ｌ１１．ｃ及び＾１．Ｃ５を合成し且つ焼結る、ことを
試みた。

硼素及び炭素の化学量論的混合物から作ったＢ、Ｃの焼
結粉末成形体の微小硬さくビッカース）は、１６００〜
１７００ｋｇ／＃１ｍ２であった。ＡＩ及びＣの混合物
は、反応して＾１イＣ５の焼結粉末成形体を作り、それ
の微小硬さくビッカース）は７００−８００ｋｇ／ｍｍ
２であった。

実験の手順 Ｂ−ＣとΔ１−Ｃの粉末混合物を乾式粉砕により調製し
た。これらの混合物を圧縮して初期密度を理論的密度の
６０％とし、成形したＴｉ−Ｃの発熱性混合物の間に入
れた。試料と発熱性混合物とからなるサンドイッチ構造
をした未処理の粉末成形体は、ステンレス鋼のカプセル
に詰め、そして６０ＧＰａの圧力で衝撃圧縮した。衝撃
処理は、例１の実験と同じ方法で行なった。

結果及び考察 Ｂ−Ｃ及び＾Ｉｃの化学量論的混合物の反応は、発熱反
応であるが、自己持続反応ではない。第１４図Ａ及びＢ
に、これらの混合粉体と最終生成物のＸ線回折線を示す
。これらの混合物は反応して、Ｂ−Ｃ及び＾Ｉｃについ
てそれぞれＩｌ、Ｃ及び＾ＩＣ１を生じな。第１５図Ａ
は、こ゛れらの粉末成形体の破断表面のＳＥＭｇ微鏡写
真を示す。３１４０１粒子の粒状体の成長は、５μｍの
大きさに至るまで起った。得られた＾１．Ｃ１粉末成形
体は、微小硬さくビッカース）が５００ｇの荷重におい
て７００〜８００’ｋｇ／ｍｍ２であり、比較的多孔質
であるように思われた。これに反して、１３−Ｃ混合物
より作られたＢ、Ｃ粉末成形体は、細かい粒状体からな
る凝集塊によって作られたが、これには、第１５図Ｂ及
びＣに見られる局部的な緻密領域があった。このＢ、Ｃ
粉末成形体の微小硬さくビッカース）は、５００ｇの荷
重において１６００〜１７００　ｋ　ｇ／　ｍ　ｔｎ　
２であった。これらの子試験の結果は、たとえこれらの
材料を自己伝播反応（ｓｅｌｆ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｎ
ｇ　ｒｅａｃｔｉｏｎ）により合成る、ことができない
としても、衝撃圧縮と発熱反応の熱を利用る、ことによ
り耐火物を合成し、同時に固めることが可能であること
を示す。

先行技術の記載と対照して見ると、本発明の詳細な説明
から、本発明が先行技術より以上に多くの改善を達成し
たことが認識されよう。とりわけ、本発明は、密度、硬
さ、孔の排列及び外観に関して、改良された粉末成形体
を達成る、ことを可能にる、。更に、それは、より廉価
でより複雑でない粉体の使用を可能にる、。それは、よ
り複雑な先行技術の圧力装置を排除しながら、これらの
改良を達成る、のを可能にる、。その上に、それは、よ
り複雑な先行技術の炉と対照して見ると、構成成分の加
熱を簡素化る、。

前述の態様に限定されることのない多くの付加的な利点
が、本発明の原理を使用る、ことがら現出る、であろう
が、しかしそれらは、本発明がら一般的に演鐸される多
くの態様を含むことができる、ということが認められよ
う。

例えば、第３図Ａ及びＢに示した衝撃圧縮実験用装置に
変更を施すことができる。第１６図及び第１７図に代表
的な態様を示す。

これらの図面を更に詳細に説明る、と、第３図において
、爆発物を爆発（ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ）させてガラス
を主爆発物中に押込み、その結果平面爆発（ｐｌａｎｅ
ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ）を起す。主爆発物の爆発によっ
て、フライヤープレートが特定の速度でカプセルに向っ
て推進され、そして、平面衝撃波がカプセルを通して試
料に伝えられる。なお、本図中、１は起爆装置（ｄｅｔ
ｏｎａｔｏｒ）、２はガラス板、３は線状波（ｌｉｎｅ
　ｗａｖｅ）発生器、４は平面波発生器、５は主爆発１
勿、６はフライヤーブレート、７はカプセル、８は運動
量捕捉器（＋＊ｏｍｅｎｔｕｍ　ｔｒａｐ）、９は試料
、１０はプラグを示す。

第１６図は、異なる２つの爆発物を有る、平面波発生器
を示す。内側の爆発物の爆発速度（ｄｅｔｏｎｃｔ−Ｌ
ｉｏｎ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ）Ｖ、１．は、外側の爆発物
の爆発速度Ｖ、２よりも小さい。角度θは、次の式によ
り決定る、。

ｓｉ口θ＝Ｖｄ１／■イ。

平面爆発は、主爆発物に伝えられる。この爆発によって
、フライヤーブレー１へがカフ゛セルに向って決められ
た速度で推進され、そして、平面衝撃波が粉体容器を通
して試料に伝えられる。なお、本図中、１１は起爆装置
、１２は平面波発生器、１３は主爆発物、１４はフライ
ヤープレート、１５は粉体容器、１６は粉体、１７は運
動量捕捉器を示す。

第１７図は、次のように機能る、円筒式衝撃波装置を説
明る、。起爆装置（ｄｅｔｏｎａｔｏｒ）の点火後、爆
発の前部（ｃｌｅｔｏｎａｔｉｏｎ　ｆｒｏｎｔ）は決
められた速度で管壁を下向に伝わり、そして、円筒式衝
撃波を発生して粉体容器とカプセルの圧縮をもたらす。

なお、本図中、２１は起爆装置、２２は木製板、２３は
爆発物、２４は鋼管、２５はプラグ、２６は粉体容器、
２７は粉体を示す。

本発明の精神と範囲とから逸脱る、ことなく、多くのそ
の外の変更を施すことができる。従って、本出願人らは
、特許請求の範囲の記載によってのみ限定されることを
意図る、。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＳＨ３反応を説明る、概要図である。 第２図は、Ｓ　ｌ（Ｓの特性と出発物質の物理的・化学
的特性との関係を示す説明図である。 第３図Ａは、衝撃波発生器の斜視図である。 第３図Ｂは、圧縮混合物を入れるステンレス鋼のカプセ
ルの断面図である。 第４図Ａ〜Ｃは、それぞれチタン粉末、炭素粉末、及び
圧縮したそれらの混合物の結晶構造を示す３２Ｍ顕微鏡
写真である。 第５図は、出発物質の粉体及び最終生成物のＸ線回折線
を示すグラフである。 第６図Ａ（イ）〜（ハ）は、それぞれ３３　、４５、及
び６０ＧＰａで作られたＴｉＣ粉末成形体の研磨表面の
結晶構造を示す光学顕微鏡写真である。 第６図Ｂ（イ）〜（ハ）は、それぞれ３３　、４５、及
び６０ＧＰａで作られたＴｉＣ粉末成形体の緻密領域の
破断表面の結晶構造を示す３２Ｍ顕微鏡写真である。 第７図Ａ及びＢは、ＴｉＣ−Ｔｉ−Ｃ混合物から６０Ｇ
Ｐａで作られた粉末成形体の破断表面の結晶構造を示す
３２Ｍ顕微鏡写真である。 第８図は、回折線を定義る、グラフである。 第９図Ａ及びＢは、ＴｉＯ□−Ｃ−＾１混合物から４５
ＧＰａで作られたＴｉＣ−＾１□０．粉末成形体の破断
表面の結晶構造を示す３２Ｍ顕微鏡写真である。 第１０図は、粉体を組合せたところ（サンドイッチ構造
）を表わす断面図である。 第１１図Ａ及びＢは、焼結したＳｉＣ粉末成形体破断表
面の結晶構造を示す３２Ｍ顕微鏡写真である。 第１２図（１）（（＞は、発熱反応の熱によらずに作っ
た焼結ＳｉＣ粉末成形体の研磨表面の結晶構造の光学顕
微鏡写真、第１２図（１）（ｆｆ＞及び（ハ）は、第１
２図（１）（イ）の（Ａ）部及び（Ｂ）部の結晶構造の
拡大写真である。 第１２図（２）は、発熱反応の熱によって作った焼結Ｓ
ｉＣ粉末成形体の研磨表面の結晶構造の光学ｍ微鏡写真
である。 第１３図（１）（（＞及び（ｒｌ〉は、発熱性材料を添
加せずに６０ＧＰａで作ったＣ−［ＩＮ複合体の研磨表
面の結晶構造の光学顕微鏡写真である。 第１３図（２＞（（）〜（・）は、発熱性材料を添加し
て６０ＧＰａで作られたＣ−ＢＮ複自体の研磨表面の結
晶構造の光学顕微鏡写真である。 第１４図Ａは、６ＱＧＰａて作られた＾ｌ−Ｃ系の混合
粉体及び最終生成物のＸ線回折線図である。 第１４図Ｂは、６ＱＧＰａで作られたＢ−Ｃ系の混合粉
体及び最終生成物のＸ線回折線図である。 第１５図Ａは、６０ＧＰａで作られた＾１４Ｃ５粉末成
形体の破断表面の結晶構造のＳＥＭｆｆｉ微鏡写真であ
る。 第１５図Ｂ及びＣは、６０ＧＰａで作られたＢ、Ｃ粉末
成形体の破断表面の結晶構造の３２Ｍ顕微鏡写真である
。 第１６図は、平面衝撃波装置の断面図である。 第１７図は、円筒式衝撃波装置の断面図である。 １．１１．２１・・・起爆装置、 ４．１２・・・平面波発生器、　　５　、１３．、、主
爆発物、６．１４・・・フライヤープレート、 ７・・・カプセル、　　８．１７・・・運動量捕捉器、
９・・・試料、　　　　１５　、１６・・・粉本容器、
１６　、２７・・・粉体、　　２２・・・木製板、２３
・・・爆発物、　　２４・・・鋼管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックス、サーメート、及び硬さが大きいその
   他の材料の粉体の粉末成形体（ｃｏｍｐａｃｔｓ）を作
   るための改良方法であって、そのような粉体の発熱性の
   焼結と一緒に爆発衝撃（ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ　ｓｈｏ−
   ｃｋ）を適用することを含む方法。 ２、前記焼結が、圧縮すべき粉体に発熱性成分を混合す
   ることによって達成される、特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ３、圧縮すべき粉体に隣接した発熱性組成物の独立した
   少くとも１層を用意することによって前記焼結を達成す
   る、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、前記粉体が複数種類の粉末成分を含んでなり、前記
   粉末成形体が該粉体を反応焼結して得られる複合体あっ
   て、前記粉体に爆発衝撃を適用し且つ発熱性組成物で加
   熱することを含む、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、粉末混合物が酸化チタン、炭素、及びアルミニウム
   であり、発熱性反応混合物がテルミット（ｔｈｅｒｍｉ
   ｔｅ）混合物であり、そして、得られる複合体が炭化チ
   タン−酸化アルミニウム（ＴｉＣ−Ａｌ＿２Ｏ＿３）で
   ある、特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６、前記圧縮すべき粉体が炭化珪素（ＳｉＣ）であり、
   その炭化珪素の層の上下に前記発熱性組成物が独立した
   層をなして配置されており、そしてそれら発熱性組成物
   が、チタンと炭素（Ｔｉ−Ｃ）、及び酸化チタン−炭素
   −アルミニウム（ＴｉＯ＿２−Ｃ−Ａｌ）からなる群よ
   り選択される、特許請求の範囲第３項記載の方法。 ７、混合される前記発熱性成分がチタンと炭素（Ｔｉ−
   Ｃ）及びチタンとアルミニウ（Ｔｉ−Ａｌ）であり、圧
   縮すべき前記粉体が等軸晶系（ｃｕｂｉｃ）の窒化硼素
   である、特許請求の範囲第２項記載の方法。 ８、チタンと炭素の混合物の発熱性サンドイッチ層の間
   で、衝撃焼結（ｓｈｏｃｋ　ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）によ
   り炭化硼素（Ｂ＿４Ｃ）の粉末成形体を調製する、特許
   請求の範囲第３項記載の方法。 ９、チタンと炭素の混合物の発熱性サンドイッチ層の間
   で、衝撃焼結により炭化アルミニウム（Ａｌ＿４Ｃ＿３
   ）を調製する、特許請求の範囲第３項記載の方法。 １０、セラミック、サーメット、及び硬さが大きいその
   他の材料の粉体の粉末成形体を製造するための装置であ
   って、粉体の容器、発熱性組成物、及び爆発衝撃波発生
   器を含んでなる装置。