JPH06220503A - 粒子緻密化方法 - Google Patents
粒子緻密化方法Info
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- JPH06220503A JPH06220503A JP5290934A JP29093493A JPH06220503A JP H06220503 A JPH06220503 A JP H06220503A JP 5290934 A JP5290934 A JP 5290934A JP 29093493 A JP29093493 A JP 29093493A JP H06220503 A JPH06220503 A JP H06220503A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 粉体乃至は粒子状物質を緻密化させるために
パルスレーザを使用した方法及びその方法により製造さ
れた物品を提供することを目的とする。 【構成】 本発明では、粒子の表面において高圧力条件
を発生する高振幅応力波を使用して該応力波を該粒子内
及びそれを介してドライブさせ、離散的な粉体物質の圧
縮及び緻密化を行なわせる。
パルスレーザを使用した方法及びその方法により製造さ
れた物品を提供することを目的とする。 【構成】 本発明では、粒子の表面において高圧力条件
を発生する高振幅応力波を使用して該応力波を該粒子内
及びそれを介してドライブさせ、離散的な粉体物質の圧
縮及び緻密化を行なわせる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大略、物質の高圧力処
理技術分野に関するものであって、更に詳細には、本発
明は、高圧力を印加させると共に、適宜、短時間の間高
温度の印加と結合させて離散的な粉体粒子を圧縮及び結
合させる方法に関するものであり、更には、その方法に
より製造される新規な物品に関するものである。
理技術分野に関するものであって、更に詳細には、本発
明は、高圧力を印加させると共に、適宜、短時間の間高
温度の印加と結合させて離散的な粉体粒子を圧縮及び結
合させる方法に関するものであり、更には、その方法に
より製造される新規な物品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】離散的な粉体粒子を包含する固体物質の
従来の衝撃（ショック）処理方法では、物品と接触する
高爆発性物質を使用するか、又は物品に衝突してそれに
圧力衝撃を与えるプレートを加速させるために使用する
高爆発性物質を使用していた。然しながら、これらの従
来の方法は厄介であり且つ常に再現性のあるものではな
い。
従来の衝撃（ショック）処理方法では、物品と接触する
高爆発性物質を使用するか、又は物品に衝突してそれに
圧力衝撃を与えるプレートを加速させるために使用する
高爆発性物質を使用していた。然しながら、これらの従
来の方法は厄介であり且つ常に再現性のあるものではな
い。
【０００３】更に、非平面状の表面及び複雑な幾何学的
形状のものを衝撃処理することは困難であり、且つこれ
らのプロセスは自動化することが困難であり且つある産
業上の必要性を充足するものではなく、特に粉体を完全
に緻密化した固体部分又は物品状態に圧縮するために一
般的に使用されている「熱間静水圧処理」即ち「ＨＩ
Ｐ」として知られる処理において特にそのことが言え
る。
形状のものを衝撃処理することは困難であり、且つこれ
らのプロセスは自動化することが困難であり且つある産
業上の必要性を充足するものではなく、特に粉体を完全
に緻密化した固体部分又は物品状態に圧縮するために一
般的に使用されている「熱間静水圧処理」即ち「ＨＩ
Ｐ」として知られる処理において特にそのことが言え
る。
【０００４】従来ＨＩＰは、通常、「クリープ」処理と
して特徴付けられている。結合させるべき種々の表面を
緊密な一体的状態に強制的にさせるために圧力が印加さ
れる。隣接表面の分子運動を増加させて一方の表面から
別の表面への拡散を発生すべく熱が付与される。圧力に
よって保持されている表面の間の分子の浸透によって発
生するこの質量拡散は、ＨＩＰ処理の典型的な完全に緻
密化した化学的に結合された物質を発生させる。然しな
がら、従来のＨＩＰ処理では適切なる質量拡散及び緻密
化が発生するためには、即ちそれらの表面が一体的に
「クリープ」するためには、高温及び高圧状態を何時間
にもわたって保持することが必要である。
して特徴付けられている。結合させるべき種々の表面を
緊密な一体的状態に強制的にさせるために圧力が印加さ
れる。隣接表面の分子運動を増加させて一方の表面から
別の表面への拡散を発生すべく熱が付与される。圧力に
よって保持されている表面の間の分子の浸透によって発
生するこの質量拡散は、ＨＩＰ処理の典型的な完全に緻
密化した化学的に結合された物質を発生させる。然しな
がら、従来のＨＩＰ処理では適切なる質量拡散及び緻密
化が発生するためには、即ちそれらの表面が一体的に
「クリープ」するためには、高温及び高圧状態を何時間
にもわたって保持することが必要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、例えばＨＩ
Ｐ処理における如く爾後の処理のために粉体乃至は流体
物質を緻密化するためにパルスレーザを使用する技術を
提供することを目的とする。
Ｐ処理における如く爾後の処理のために粉体乃至は流体
物質を緻密化するためにパルスレーザを使用する技術を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】離散的な粉体粒子を緻密
化させるための本発明に基づく典型的な方法では、物体
の表面に固体オーバーレイ物質の層を取付け、且つ高パ
ワー密度のラジエーションパルスを前記オーバーレイ物
質層へ指向させて、その際に下側に存在する粉体粒子の
完全なる圧縮及び緻密化を行なわせる。その結果得られ
る緻密化された物品は、更に、例えばＨＩＰ処理におい
て処理を行ない製造ステップを完了する。
化させるための本発明に基づく典型的な方法では、物体
の表面に固体オーバーレイ物質の層を取付け、且つ高パ
ワー密度のラジエーションパルスを前記オーバーレイ物
質層へ指向させて、その際に下側に存在する粉体粒子の
完全なる圧縮及び緻密化を行なわせる。その結果得られ
る緻密化された物品は、更に、例えばＨＩＰ処理におい
て処理を行ない製造ステップを完了する。
【０００７】本発明の基本的な目的は、「未加工」の加
工物を画定する粉体粒子物質の表面において短い高振幅
の圧力パルスを局所的に発生し且つ局所的な加熱を発生
させるために高パワーパルスレーザの出力から発生する
圧力で物品乃至は加工物を処理することであり、その加
工物は、次いで、固体の状態で焼結させ完成した製造物
品とさせることが可能である。
工物を画定する粉体粒子物質の表面において短い高振幅
の圧力パルスを局所的に発生し且つ局所的な加熱を発生
させるために高パワーパルスレーザの出力から発生する
圧力で物品乃至は加工物を処理することであり、その加
工物は、次いで、固体の状態で焼結させ完成した製造物
品とさせることが可能である。
【０００８】本発明の別の目的とするところは、新規な
特性を持った新規な物品を提供することである。
特性を持った新規な物品を提供することである。
【０００９】
【実施例】図１はレーザで発生した高パワー密度圧力パ
ルスで離散的な粉体粒子の緻密化を起こさせる予備的処
理ステップにおいて物品を製造する本発明に基づく方法
を実施するのに適した装置１０を概略示している。本発
明方法では、（ａ）レーザ１２によって高パワー密度の
圧力パルスを発生し、（ｂ）ハウジング１６内に収容さ
れている例えば金属粒子１４等の粉体の表面において高
圧力条件を発生し、その際に金属粒子内へ及びそれを介
して高振幅応力波をドライブ即ち駆動し、（ｃ）印加し
た高振幅応力波の影響によって該粒子を緻密化させ、
（ｄ）更に光吸収を介して該粒子の表面を加熱するもの
である。
ルスで離散的な粉体粒子の緻密化を起こさせる予備的処
理ステップにおいて物品を製造する本発明に基づく方法
を実施するのに適した装置１０を概略示している。本発
明方法では、（ａ）レーザ１２によって高パワー密度の
圧力パルスを発生し、（ｂ）ハウジング１６内に収容さ
れている例えば金属粒子１４等の粉体の表面において高
圧力条件を発生し、その際に金属粒子内へ及びそれを介
して高振幅応力波をドライブ即ち駆動し、（ｃ）印加し
た高振幅応力波の影響によって該粒子を緻密化させ、
（ｄ）更に光吸収を介して該粒子の表面を加熱するもの
である。
【００１０】本発明プロセスにおいては、照射されるべ
き面積を介して面接触するように固体オーバーレイ物質
１８からなる層を位置決めし、且つ高パワー密度のラジ
エーション（照射）パルス２０をレーザによって該物質
に指向させる。オーバーレイを使用することによって数
ナノ秒の時間期間でギガパスカル（ＧＰａ）範囲（１Ｇ
Ｐａ＝１４５，０００ｐｓｉ）における圧力を得ること
が可能である。本発明に基づいて使用することの可能な
種々のオーバーレイ物質としては、例えば、ガラス、石
英、ケイ酸ナトリウム、石英ガラス、塩化カリウム、塩
化ナトリウム、ポリエチレン、弗素樹脂、ニトロセルロ
ース又はそれらの混合物、ＰＥＴＮ（ペンタエルトリト
ールテトラニトラート）、ビスマス、鉛、カドミウム、
錫又は亜鉛等がある。典型的なオーバーレイとしては、
約５０乃至２０，０００ミクロンの厚さである。更に、
固体のアンダーレイ即ち裏打ち物質１５を使用すること
が可能であり、その物質は音響的乃至は応力波減衰物質
であることが望ましい。
き面積を介して面接触するように固体オーバーレイ物質
１８からなる層を位置決めし、且つ高パワー密度のラジ
エーション（照射）パルス２０をレーザによって該物質
に指向させる。オーバーレイを使用することによって数
ナノ秒の時間期間でギガパスカル（ＧＰａ）範囲（１Ｇ
Ｐａ＝１４５，０００ｐｓｉ）における圧力を得ること
が可能である。本発明に基づいて使用することの可能な
種々のオーバーレイ物質としては、例えば、ガラス、石
英、ケイ酸ナトリウム、石英ガラス、塩化カリウム、塩
化ナトリウム、ポリエチレン、弗素樹脂、ニトロセルロ
ース又はそれらの混合物、ＰＥＴＮ（ペンタエルトリト
ールテトラニトラート）、ビスマス、鉛、カドミウム、
錫又は亜鉛等がある。典型的なオーバーレイとしては、
約５０乃至２０，０００ミクロンの厚さである。更に、
固体のアンダーレイ即ち裏打ち物質１５を使用すること
が可能であり、その物質は音響的乃至は応力波減衰物質
であることが望ましい。
【００１１】圧力波が粉体上に作用して個別的な粒子を
緊密なる接触状態へ駆動し、従って塑性変形が発生しレ
ーザのターゲットとされた領域において部分的に緻密化
された圧縮条件が発生する。所望の結果を得るために
は、特定の圧力パルス振幅及び形状を発生すべく選択し
たパラメータの下で一連のレーザパルスを使用すること
が必要な場合がある。更に、所要によりレーザビームを
整形するか又はマスクして所定の区域においてのみ圧縮
が発生させることが可能であり、それによって内部通路
又はその他の複雑な特徴を構成することが可能である。
必要な場合には、粒子物質又は粉体の予熱を本方法の一
部として取込むことが可能である。
緊密なる接触状態へ駆動し、従って塑性変形が発生しレ
ーザのターゲットとされた領域において部分的に緻密化
された圧縮条件が発生する。所望の結果を得るために
は、特定の圧力パルス振幅及び形状を発生すべく選択し
たパラメータの下で一連のレーザパルスを使用すること
が必要な場合がある。更に、所要によりレーザビームを
整形するか又はマスクして所定の区域においてのみ圧縮
が発生させることが可能であり、それによって内部通路
又はその他の複雑な特徴を構成することが可能である。
必要な場合には、粒子物質又は粉体の予熱を本方法の一
部として取込むことが可能である。
【００１２】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
【図１】 本発明の一実施例を示した概略図。
１０ 処理装置 １２ レーザ １４ 金属粒子 １６ ハウジング １８ オーバーレイ物質層 ２０ ラジエーションパルス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム エドワード マクデルモット アメリカ合衆国， カリフォルニア 90214， ランチョ パロス ベルデ， ロモ ドライブ 28034
Claims (5)
- 【請求項１】 物品の製造方法において、 （ａ）レーザで高パワー密度の圧力パルスを発生し、 （ｂ）離散的粉体粒子の表面に高圧力条件を発生しその
際に前記粒子内及びそれらを介して高振幅応力波を駆動
し、 （ｃ）レーザ発生ビームの前記粒子によって部分的吸収
を介して前記離散的粉体粒子の表面部分を加熱し、 （ｄ）前記印加した高振幅応力波及び表面加熱の効果に
より前記粒子を緻密化させる、ことを特徴とする物品の
製造方法。 - 【請求項２】 請求項１において、前記粒子の前記表面
の少なくとも一部の上にオーバーレイを配置させて前記
高振幅応力波を増加させることを特徴とする物品の製造
方法。 - 【請求項３】 請求項１において、前記粒子を介して通
過する前記応力波を減衰させるために前記離散的粉体粒
子に隣接して音響物質を位置させたことを特徴とする物
品の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１において、前記方法によって製
造したことを特徴とする物品。 - 【請求項５】 物品の製造方法において、レーザによっ
て発生させた高パワー密度圧力パルスで離散的粉体粒子
を緻密化させることを特徴とする物品の製造方法。
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