JPS61502A - 粉体の成形方法 - 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 本発明は、粉体材料から成形体を得る方法、詳しくは、
静水圧的な加圧により密度と強度の高い成形体を得る方
法に関する。

従来の技術 粉末の加圧成形法には、（ａ　）プレス法、（ｂ）遠心
力加圧法、（Ｃ）押出し法、（ｄ　）静水圧加圧法、（
ｅ）高温加圧法、（ｆ）金属粉より直接連続的にストリ
ップを作る法、（０）スリップキャスティング法、（ｈ
）高エネルギー加圧法などがある。これらのうちもっと
も古くから広く用いられているものは（ａ　）プレス法
であって、これにはプレスとともに押型が非常に重要で
あり、色々と研究されている。粉末を加圧することによ
って成形したものの物性で一つの重要なポイントは、装
填密度の均一性である。普通に行なわれる加圧方式は、
粉末の外側から機械的圧力を加えるものであるから、圧
力の伝達は外側の粉末がまず力を受け、次第に内部に圧
力が伝達される。しかし粉末粒子同士の摩擦があるため
、流体の様に外力が一様に内部に伝達されない。最も簡
単な加圧方法として円筒形の押型゛を用い、上部方向か
ら加圧した場合を考えてみると、最大密度部は、円筒の
上部型壁付近にある。また底面ではその中央部の密度が
最大となる。しかしその最大密度も上部の最大密度より
は相当小である。これは加圧方向及び型壁と粉末の摩擦
を考えれば容易に理解される。この現象は型の径が小さ
くなるに従っていちじるしい。また、粒度が粗く、硬い
粉末の場合、あるいは滑剤を用いると、この密度差は小
さくなる。これらの現象は、プレス方式そのものに由来
するものであり、加圧方向を２方向に増す程度では、均
一密度の圧粉体は得がたい。そこで、もつとも理想的な
加圧方法として、（ｄ）静水圧加圧法が密度の均一性に
すぐれている事が理解される。この方法は、粉末をゴム
の型に詰め、そのまま液中に沈め、その液体に圧力を加
えて加圧するラバープレス法が一般的である。高圧プレ
ス装置を用いて加圧を実施するので、当然ながら操作圧
力を１昇させると装置を大型にするか、試料形状も小さ
くならざるを得ない。

現状は機械的耐圧強度の制限から最大加圧カー　　　　
　　　は、５０００に！１／　ｃｌに抑えられている。

これ以上の高圧力は、付属設備の規模等号えれば、その
経済性は極めて悪化し、工業化の枠から出てしまわざる
を得ない。他方、成形体の物性で、視点を充填密度の均
一性から、加圧力の高さに移した場合、（ｈ）の高エネ
ルギー加圧法がクローズアップされる。これは爆発成形
法と呼ばれ、加圧力として爆薬の爆発力を利用したもの
である。爆薬の衝撃圧力は、爆速の２乗と爆薬の密度に
比例し、例えば７０００ｍ／　ｓｅｃ級の高性能爆薬を
用いて爆発させると、その発生圧力は、２０万気圧を越
えると言われている。この超高圧力は、通常の成形手段
では成形不可能なセラミックスや、高融点金属でさえも
、充填率にして９５％程度迄緻密化する事が可能である
。しかし、その衝撃力ゆえに、爆薬のセット方法も限定
され、円柱形及び円筒形以外の試料への適用は非常に困
難である。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、粉末成形の理想である静水圧加圧法における
経済性の問題と、成形性の不良な材料についても充分な
加圧力を発生する爆発成形法における衝撃力に伴なう問
題を同時に解決したものである。

問題を　決するための手段 本発明は、加圧によって密実化すれば自ら保形できる構
造体となれるような粉体又はその予備成形体を延性の包
囲部材で囲み、これを圧力媒体を介して密閉金属容器に
入れて、高速で爆轟する爆薬の層に点火する事によ６て
該粉体又は予備成形体を爆発圧搾して密実化した後に前
記包囲部材を取り除き成形体を得ることを特徴とする粉
体の成形方法である。

本発明を図を用いて詳述する。第１図は、粉末試料を成
形体にする一態様を示し、原料である試料１を容器２内
に充填し、さらに圧力媒体３とともに外側容器４に充填
し、容器外側を囲んで配置される爆薬５の層の爆発エネ
ルギーにより外側から中心方向に圧搾され、成形体が得
られる。

内側の容器２は、下部を栓６で溶接し密閉される。試料
を充填後、上部に真空引き用の穴加工を施された栓７で
蓋をする。容器２と上部枠７の接合部は真空排気を行な
うために真空フンパウンドで覆う必要がある。導管８は
真空排気の後、中間部を潰す事により、容器２内の真空
を保持する。外側容器４の下端は、予め溶接により密閉
しておく。先の試料容器２を圧力媒体３と共に外側容器
４の中に充填セットする。この時、圧力媒体が常温で液
体である物性を用いるならば、外側容器４と試料容器２
の接触を避番プるために、スペーサー９を配置する事が
望ましい。外側容器４を密閉するために、上蓋１０を溶
接により取付ける。外側容器４上部には円錐状の粘土１
１が置かれ、上部から加わる衝撃力による外側容器の破
壊を抑える。外筒１２を薬厚を一定にするスペーサー１
３を介して、外側容器４の外側に配置しその間隙に爆薬
５で充たす。これらの装置は架台１４の上に置かれ、爆
薬及び容器を支える。爆薬５は、頂上部に置いた雷管１
５に起爆する事により同軸的に伝爆する。

なお、試料の包囲部材に用いる延性の内側容器の材質は
、強度的には金属製が適切である。溶接による密閉、衝
撃による分解、溶融が無い場合等金属製容器には利点が
多いが、衝撃力のロスが大きい、特殊形状の作成が困難
、成形試料の取出し回収が難しい等の欠点もある。衝撃
力を減少すれば、ゴム、軟質プラスチック等の有機質材
料の適用も可能である。外側容器の材質は、爆薬の衝撃
力を直接受ｃプる為に金属製でなければならない。内部
容器の上下に取り付けられる栓は、周囲からの圧力を内
部の試料に均一に与える必要がある為に、容器の肉厚と
同−又は、それに近い肉厚が好ましい。圧力媒体は圧力
の伝播機能を得るために用いるが、気体は好ましくない
。

それは、外側容器が飛翔体となって、試料容器に対して
側面のみの衝撃に終るためである。

６　　　　　　　　望ましくは爆発圧搾時に流動化する
材料がよく、例えば、水、オイル等の様に常温で液体で
ある物質、パラフィン、低融点合金等の常温で固体であ
るが、爆発圧搾時液体となる物質、Ｎａ　Ｃ１、砂、木
粉、セラミックス粉の様に、常温でも爆発圧搾時でも固
体である物質がよい。

試料容器内を真空排気するのは、収縮を容易にする目的
の他に、高分子材料やアモルファス合金材料の様に高温
を嫌う材料に対して断熱圧縮による発熱を抑える目的を
持つ。爆発圧搾前のかかる真空排気処理において、試料
容器の内部真空度は高真空である程前述した効果が期待
出来る。しかし本発明者が鋭意に研究を重ねた結果、少
なくとも真空度１×１０’Ｔｏｒｒの状態にすれば、前
述した断熱圧縮による温度上昇、及び成形圧力の有効利
用に対して充分な効果を示す事がわかった。

本発明において、炉ｎ時に爆度１５００〜７０００１１
１／　ＳｅＣを有する爆薬を用いる。試料の材質が有機
物やアモルファス合金材料の様に高温で不安定な場合、
爆度４０００ｍ／　Ｓｅｃ以下が好ましい。爆発圧搾後
の容器は、機械切削加工の他、薬品によって取り除いて
もよい。

また、内部の試料を変質させない温度で溶解する低融点
合金を用いて試料容器を作成する事も可能であり、圧搾
後の取り出しを容易ならしめる。

こういった爆発力による静水圧加圧の発生方法には、第
１図にかかげる方法の他に、第２図かかげる方法を採る
事も可能である。第２図において、１６は平面爆轟波発
生装置であり、頂部の雷管の点起爆を平面的な爆轟波に
変える。この爆轟波は爆薬５に伝爆し、衝撃力を金属プ
レート１７に伝える。金属プレートは保護林１８に溶接
されており、試料室内を密閉化している。試料１は容器
に密閉された状態で圧力媒体３と共に試料室内にセット
される。

実施例 以下に実施例並びに比較例によって本発明を説明する。

実施例１ 第１図に示す方法を用いて爆発圧搾を行なった。外径２
７．３１ｍ１肉厚１　、　Ｏｗｍ、長さ６Ｗｌｆｆｌの
Ｎｉ管の片側に肉厚１　、０ｍｍのＮｉ板を溶接した容
器の中に、冷間静水圧加圧装置を用いて５０００気圧で
圧縮したＮｉ粉末成形体を装填した。試料を装填した容
器を１０’Ｔｏｒｒ迄真空排気した部屋に置き、電子ビ
ーム溶接により、肉厚１．Ｏｎ＋ｍのＮｉ板を上部に溶
接密封した。

冷間静水圧加圧装置により圧縮成形した試料は、旋盤加
工によりＮｉ管の内径に合せた。

試料密度は、爆発圧搾前で理論密度の７８％であった。

この試料容器を外径６０．５ｍｍ、肉厚２．０ｍｍ、長
さ１８３ｍｍの鋼管の片側に肉ｆｉｌ　５５ｍｍの下部
枠を溶接し、Ｎａ　Ｃ１を介して試料を装填した。容器
の上部も肉厚５５ｍｍの上部柱を溶接して密封した。こ
の周囲に爆速３１００ｍ／Ｓｅｃのスラリー状爆薬を囲
み、上端電気雷管より起爆した。爆発圧搾後、外側の容
器を切開し、水中にてＮａＣｌを溶出して試料容器を取
り出した。試料容器の外径は、上部２４．０ＩＩＩＩＩ
１１中間部２３．８ｍｌｌ１．下部２３．８ｍｍｍｍ線
収縮おり、上下柱共に内側にくぼんでいた。内部の試料
を取り出した所、Ｎｉ容器とＮ１圧粉体とは一体化して
いなかった。Ｎｉ圧粉体の密度は、理論密度の９０％に
達しており、長手方向の密度差は２％であった。

実施例２ 第１図に示す方法を用いて爆発圧搾を行なった。外径７
６１１肉厚０．８ｍｍ、深さ１２０＋ｎｍのＡＩ製深絞
り容器に理論密度に対して５０％の密度を有するまでに
プレス成形されたＡ１合金圧粉体を装填した。上部に、
肉厚１．５ｍｌ１ｌのＡＩ板を溶接した。上部蓋中央部
に取付けた真空排気ノズルより６ｘ　１０−５１”　ｏ
ｒｒ迄真空排気後密封した。この試料容器を外径９０Ｉ
ｌｌＩｌ、肉厚４ｍｍ　、長さ２３０ｍｍの鋼管にＮａ
　Ｃ１と共に装填し、上下端を肉厚２ｖｅの鋼板を溶接
密閉１　　　　　　　　した。外側容器の周囲に爆速１
８００ｍ／ｓ。。の粉状爆薬で爆発圧搾した。試料容器
の外径を測定した所、上部６６．３＋＋＋ａ、中間部６
６、７＋ｎｉ、下部６６．４ｍｍに収縮していた。上下
端面は、共に内側にくぼんでいた。

実施例３ 第１図に示す方法を用いて爆発圧搾を行なった。外径１
５０１１１１１　、肉厚６ｍｍ　、深さ５１　ｏｍ＋ｍ
のＡ１製深較り容器に理論密度に対して５０％の密度を
有する迄にプレス成形されたＡ１合金圧粉体を装填した
。上部に肉厚６ＩｌｌＩＩｌのＡ１板溶接した。上部蓋
中央部に取付けた真空排気ノズルより０．０５Ｔｏｒｒ
迄真空排気後密封した。

この試料容器を外径１９０ｍ５　、肉厚５．３ｍｌ１＋
の鋼管に砂と共に装填し、上下端を肉厚４ＩｌｌＩｎの
鋼板を溶接密封した。外側容器の周囲に爆速２３００ｍ
／　ｓｅａの粉状爆薬で爆発圧搾した。試料容器の外径
を測定した所、上部１２１．６ａ＋ｍ、中間ｉ！１１１
２１．６ｗｒｔａ、下部１２２．４ｍａｒに収縮してい
た。

上下端面は、共に内側にくぼんでいた。

比較例１ 圧力媒体を用いずに、試料容器の周囲に直接爆薬を配置
する従来法を用いて爆発圧搾を行なった。試料は実施例
１と同様で、同方法で外径２６０ｍｎ＋のＮｉ容器に装
填されている。

試料容器の周囲に直接爆速２４００ｍ／　ｓｅｃの粉状
爆薬を配置し、上端電気雷管より起爆した。

爆発圧搾後、試料容器の外径を測定すると、−上部２３
．８ｍ１Ｉｌ、中間部２３．９１１１１１１１下部２４
．７ｍ１ｌｌに収縮していたが、下部枠は平坦で衝撃力
を受けた形跡はなかった。

比較例２ 圧力媒体を用いない従来法を用いて、爆轟方向を交互に
二回爆発圧搾した。試料は、実施例１と同様で、同方法
で外径２７．３ｍｍのＮｉ容器に装填されている。１度
目は、爆速２９００ｍ／　ｓｅｃのスラリー状爆薬を用
いて爆発圧搾後、さらに２度目は、試料容器を上下逆に
配置し、爆速３６００ｍ／　ｓｅａの粉状爆薬で爆発圧
搾した。試料容器の外径を測定すると、上部２４．５ｍ
ｍ、中間部２４．Ｏｎ＋ｍ、下部２４．釦ｍに収縮して
いた。外径差は実施例１が最も少ない。

及Ｊ！ｌＵＬ この発明を用いる事により、従来の静水圧加圧法では充
分な成形を実現出来なかった材料、例えば高硬度、＾融
点セラミックス、超微粉材料、アモルファス合金材料に
ついても、爆発エネルギーでもって一瞬のうちに圧搾す
る事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図は他の実施例の
説明図である。 １・・・粉末　２・・・容器　３・・・圧力媒体４・・
・外側容器　５・・・爆薬　６．７・・・栓８・・・導
管　９・・・スペーサ　１０・・・上蓋１１・・・粘土
　１２・・・外筒　１３・・・スペーサ１４・・・架台
　１５・・・雷管 １６・・・平面爆轟波発生装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加圧によつて密実化すれば自ら保形できる 構造体となれるような粉体又はその予備成形体を延性の
   包囲部材で囲み、これを圧力媒体を介して密閉金属容器
   に入れて、高速で爆轟する爆薬の層に点火する事によっ
   て該粉体又は予備成形体を爆発圧搾して密実化した後に
   前記包囲部材を取り除き成形体を得ることを特徴とする
   粉体の成形方法。