JPS6248529B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は固体又は液体状の凝縮系物質の衝撃処
理方法に関するものであり、より詳しくは、火薬
類の爆薬を利用した凝縮系物質の改良された衝撃
処理方法に関するものである。 従来、火薬類又は爆薬類の爆発衝撃を利用して
凝縮系物質を圧縮処理する方法として、例えば米
国特許第3238019号記載のダイヤモンドの製造方
法、特公昭36−1952号記載の粉体の緻密化方法、
特公昭47−34597号記載の固体材料の処理方法、
特公昭46−3378号記載のもろい結晶粉の製造方法
等が知られており、我が国においても金属の圧着
成型加工等工業的に実用化されているものもあ
る。凝縮系物質を、火薬類の爆発を利用し、衝撃
処理する従来の方法は二つに大別できる。すなわ
ち、静止した試料系に爆薬の爆発衝撃波を直接入
射させて衝撃圧縮する直接方法と、金属板、ある
いは、管等を爆発ガスで加速し、高速飛翔させ
て、これを静止試料系に衝突させることにより、
発生する衝撃波で圧縮処理する飛翔体衝突方法で
ある。これら二つの方法は長、短があり、低圧力
で大容量の試料を衝撃圧縮処理する場合、直接方
法が、小容量を高圧力衝撃圧縮処理する場合に
は、飛翔体衝突方法が一般に採用されているよう
である。衝撃処理効果を高めるには衝撃持続時間
をなるべく長くすることが望ましく、直接方法の
場合使用薬量を増すことにより達成できるが、性
能の良い爆薬を多量に用いることは経済性の点で
問題があり、また、あまり高い圧力が得られない
という欠点を有す。飛翔体衝突方法においては圧
力の持続時間は主として、飛翔体の飛翔方向の厚
みによつて決まり一般に直接方法よりもはるかに
短いのが欠点である。 本発明者らは従来方法のこれらの欠点をなくす
べく鋭意研究した結果、従来方法とは異なり、か
つ衝撃持続時間の長い処理方法を発明するに至つ
た。 本発明によれば、空隙をはさみ対向して配置し
た凝縮系物質をその背面に設けた爆薬の爆発力に
より飛翔させ、該空隙内において、該凝縮系物質
同志を直接衝突させるか又は該空隙内の中心部に
配置した剛体を介して間接的に衝突させることを
特徴とする凝縮系物質の衝撃圧縮処理方法が提供
される。 本発明の方法においては従来法におけるように
真鍮などの飛翔体を爆薬により飛翔させて被処理
物質に衝突せしめ圧縮処理を施すのと異り、空隙
をはさみ対向して配置した被処理物質を爆発によ
り飛翔させて被処理物質同士を直接又は間接的に
衝突せしめることから一度の爆発により二回の衝
撃圧縮が行なわれるのでそれだけ圧縮の効果が高
まる。すなわち第一の圧縮過程は直接方法と同様
に行なわれ、圧縮後、空隙内を一様な速度で飛翔
する被処理物質が相互に直接又は間接衝突するこ
とにより、再圧縮が飛翔体衝突法と同様な過程で
行なわれるゆえ従来方法と比較し圧縮処理効果が
著しく高められる。 本発明を次に図面により詳細に説明する。第１
図は本発明の方法を実施するための装置を模式的
に示す立断面図である。１は圧縮処理すべき固体
又は流体等の凝縮系物質（以下単に試料という）
であり、以下の説明においてはこの試料を円筒状
の形状を有するものとして扱うが、本発明はこれ
に限らず四角形状のような各種の管状形体のもの
や、２枚の対向する平行板に対しても適用できる
ものである。 次に試料が粉体とか流動性物質の場合、肉厚が
10〜100ミクロン程度の箔でもつて円筒をつく
り、空隙３、及び３′に対して境界層をつくり、
所定の形状を試料が保持できるようにする。箔の
材質は特に制限はないが、好ましくは、ステンレ
ス、スチールのように強度の大きいものがよい。
また、試料が空気雰囲気を嫌う場合、真空あるい
は、チツ素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気で使
用することもできる。 さて、円筒状試料１は、金属円筒容器２の内周
面に接するように配置され、容器２の外周面には
爆薬層５が試料１と同心的に設けられている。４
は容器２の両端開口部を閉止し、処理時の試料の
散失を防止する蓋体であつて、図示の例では試料
１の固定部材としても機能している。爆薬層５の
上端部には円板状起爆薬層６及び雷管７からなる
起爆装置が設けられている。８で示すのは後述す
る減速用爆薬層である。第２図は第１図における
衝撃処理が進行中の状態を示した説明図で、図中
符号１〜５は第１図と同じであり、Ｐは爆薬５の
爆発波面を、Ｑはこれに伴い試料内に発生する斜
め衝撃波面を、Ｒは空隙３内を飛翔する試料１の
先端面を、Ｓは試料の飛翔に伴い発生する希薄波
の先端を、Ｕは試料の衝突点を、Ｔは衝突により
試料内に再度発生した衝撃波面を表わす。第１図
の方法において、雷管７により起爆薬層６を起爆
させると、円筒状爆薬層５の上端面は同時起爆さ
れ、その爆発波面（第２図Ｐ）は下降する。これ
に伴い、容器２を界して、試料内に衝撃波（第２
図Ｑ）が発生し、試料を圧縮しつつ、中心軸に向
つて進行する。衝撃波が試料１１と空隙３との界
面に到達すると、試料内には圧力を解放する希薄
波（第２図、Ｓ）が発生し、試料は空隙３内を自
由膨張飛翔し（飛翔面は第２図のＲで示す。）中
心点で衝突する。（衝突点を第２図、Ｕで示す。）
試料の衝突により、衝突点、Ｕは下方向へ、定常
な場合、爆薬５の爆速に等しい速度で進行し、Ｕ
点より衝突による衝撃波（第２図、Ｔがその波面
を示す。）が発生し試料は再度圧縮される。衝突
点Ｕの移動速度より試料内の擾乱の伝播速度（音
速）の方が大きいと、衝突点よりジエツトが発生
するようになり、圧縮処理においてこれを嫌う場
合は、第３図に示すように、空隙内の中心部に配
置した剛体を介して間接的に衝突させる圧縮処理
を行うこともできる。第３図中符号１１〜１８で
示される要素は第１図の１〜８とそれぞれ同一で
ある。第３図の装置においては、空隙１３の中心
軸上に同心的にジエツト防止用の剛体としての円
柱体１９が設けられている。円柱体１９の材質
は、衝突試料内へなるべく高い衝撃圧を発生させ
る目的から衝撃インピーダンスの大きい物質が好
ましい。また、試料と円柱体との衝突面において
ジエツト発生を防止することから円柱体の音速が
爆薬５の爆速よりも小さいものが好ましい。第３
図の方法、装置において雷管１７により起爆薬層
１６を起爆させると、第１図で説明したとおり、
爆薬層１５が爆発し、容器１２内の試料１１はま
ず爆発による衝撃圧縮を受け、次に空隙１３を中
心軸方向に飛翔し、円柱体１９と衝突することに
より発生する衝撃波で再度圧縮処理される。 上述の第１及び第３図の実施例においては、試
料１又は１１を円筒状のものとして説明したが、
前記したように、対称中心軸をもつ管状試料や面
対称に配置された２枚の板状試料の圧縮処理につ
いても適用可能である。この場合、試料容器、起
爆装置等の形状も試料の形状に対応して適宜変化
させることは前述の説明により当事者にとつて当
然のことと理解されよう。例えば第２図を２枚の
面対称板状試料の処理装置として考えた場合、円
柱状体１９に替え板状形状を有するものを対称面
上に設置し、その両側面より試料が衝突するよう
にする。 第４図は本発明の更に別の実施態様を示すもの
で、図中、符号２１〜２８で示される要素は第１
図の１〜８にそれぞれ対応するものである。符号
２２ｂで示すのは内部容器であつてその中には内
部爆薬層２５ｂが装填されている。内部容器２２
ｂの外側にはこれと同心的に外部容器２２ａが設
けられ、容器２２ａ，２２ｂの間に形成される環
状収容室には外部円筒状試料２１ａ及び内部円筒
状試料２１ｂが同じく同心的に配置されている。
換言すると、内部容器２２ｂの外周面に密着して
内部円筒状試料２１ｂが、又外部容器２２ａの内
周面に密着して外部円筒状試料２１ａが環状間隙
２３をもつて設けられている。外部容器２２ａの
外周には外部爆薬層２５ａが装設されている。
２４で示すのは環状の蓋体であつて、試料２１
ａ，２１ｂを収容する容器２２ａ，２２ｂ間の収
容室の両端開口部を閉止するものである。 ２８ａ，２８ｂで示すのは任意に設けられる減
速用爆薬層であり、その機能等は後に詳述する。
２６は外部爆薬層２５ａ及び内部爆薬層２５ｂの
上端面を同時に起爆させる平面爆轟波発生装置で
あり、雷管２７を備えている。 平面爆轟波発生装置により外部及び内部爆薬層
２５ａ，２５ｂの上端面を起爆させると、その爆
発部位は他端（下端）に向つて連続的に移動す
る。これに伴つて外部円筒状試料２１ａは外部容
器２２ａと共に衝撃圧縮を受けて中心軸に向つて
飛翔する。一方、内部円筒状試料２１ｂは内部容
器２２ｂと共に衝撃圧縮を受けて中心軸から外方
向に放射状に飛翔し、その結果試料２１ａ及び２
１ｂは衝突し、再度の衝撃処理が行われる。衝突
は爆薬層２５ａ，２５ｂの爆発部位の移動に伴つ
て起るため、試料２１ａ，２１ｂの対向面が全面
同時に衝突するのではなく、対向面が上端から下
端に向つて次第に連続的に衝突する。 次に上記した装置の各部について詳細に説明す
る。 容器２，１２，２２ａ，２２ｂ及び蓋体４，１
４，２４としては、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２，１２，２２
ａ，２２ｂ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、１〜10
mm程度の肉厚があれば十分である。 互いに衝突する試料の対向面間距離は第１図、
第３図、第４図の場合ともに試料層の半径方向の
厚さを越えない程度で少なくとも５mm以上あれば
実用上十分である。 尚、第３図の実施例においては、円柱体（又は
平板体）１９の径（又は厚さ）は実用上５〜50mm
の範囲であれば十分である。 爆薬層５，１５，２５の薬種に関しては特に制
限はなく、ペントリツト、ヘキソーゲン等のよう
な高性能爆薬単体あるいはこれらの高性能爆薬の
粉体をシリコンゴム、ウレタンゴムのような架橋
性プラスチツク樹脂類に混合、成形したものの
他、硝酸中に可燃性の液体又は固体燃料を溶解し
たものとか、ニトロメタンのごとき液状爆薬、更
にはANFO、カーリツト、ダイナマイト類、含水
爆薬等の一般産業用の爆薬も使用できる。 起爆薬層６，１６としては、被処理試料の形状
に応じ円板、角板等のものが使用され、その種類
には特に制限は無いが、なるべく爆発伝播限界厚
の小さいものの使用が薬量を少くすることができ
て好ましい。第３図の実施例で用いる平面爆轟波
発生装置２６としては試料２１の軸方向に直交す
る平面上における爆薬層２５ａ，２５ｂの各部を
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53−29673号、
同53−25833号公報に記載の爆轟波発生手段やハ
イプレツシヤーフイジクスアンドケミストリー第
２巻、224頁（米国アカデミツクプレス社、1963
年刊）記載のいわゆるマウストラツプと呼ばれる
装置を用いることができる。 上記した各実施例において符号８，１８，２８
ａ，２８ｂで示したのは容器２，１２，２２ａ，
２２ｂの破断防止用爆薬である。第４図の態様を
例にとつて、これを説明する。爆薬層２５ａ，２
５ｂの爆発による爆轟波及び収縮衝突により発生
する衝撃波により容器２２ａ，２２ｂの上部は上
方向へ、その他の部分は全体として下方向へ移動
しようとする力が発生し、その結果容器の上及び
下部、特に試料２１ａ，２１ｂと栓２４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、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、この破断防止は、容器２
２ａ，２２ｂの上下両端に減速用爆薬層２８ａ，
２８ｂをそれぞれ設け、容器の両端に向う移動速
度を減じることにより達成できる。 また、第１，３，４図において、金属栓、４，
１４，２４と金属容器２，１２，２２ａ，２２ｂ
の各衝突速度がこれらの金属の音速を越えない範
囲となるように栓と容器の材質、爆薬の爆速、栓
と容器の構成する角度を適当に設定することによ
り、栓と容器を爆発圧着することができるので内
部試料の回収時における飛散防止効果を高められ
る。 爆薬層２８ａ，２８ｂ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、死
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け
起爆性が良好かつ爆発伝播限界薬厚のなるへく小
さなものが好ましく、このようなものとして、ペ
ントリツト、ヘキソーゲンテ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
薬の粉体をシリコンゴムやブタジエンゴム等で成
形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、側面を塩化ビニール管
等で囲つて使用しても良い。爆薬層２８ａ，２８
ｂの形状は通常、板状とするのが良く、試料容器
２２ａ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。
尚、起爆装置の爆薬量が十分多い場合、上部の減
速用爆薬層２８ａは省くことができる。第１及び
３図の例においては、起爆薬層６，１６が上部側
の減速用爆薬としても作用しており、下部側の爆
薬層８，１８と相俟つて容器破断防止の役割を果
している。 本発明はグラフアイトからダイヤモンドへの転
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、炭化ケイ素等の高融点物質で粉体状の
ものも緻密に衝撃固化させる場合、更には炭化ケ
イ素アルミナのごときセラミツクス粉体を微粉化
しかつ歪を与えて活性化する場合等、凝縮系物質
を種々な目的で衝撃処理する場合に適用すること
ができる。 以下、実施例により更に本発明を詳細に説明す
る。 実施例 １ 第１図に示す方法において、平均粒径が265ミ
クロンの緑色炭化ケイ素約590ｇを使用する。容
器２は外径60.5mm、内厚２mm、長さ200mmのステ
ンレス管（SUS−304）を、また、栓４はスチー
ル製（SS−41）で高さが15mmであり、巾５mmに
わたり、容器２とねじどめの固定できる構造と
し、かつ容器と約30度の角度をなす円錐台形のも
のを使用する。上栓の下面と下栓の上面にステン
レス箔（肉厚、50ミクロン）製の直径58.5mmの円
板をはりつけ、かつ中心部に直径30mm、長さ約
170mmのステンレス箔製の円筒を固定し、容器と
ステンレス箔で囲まれた空間に試料をカサ比重が
1.9程度となるよう装填する。 容器と栓のねじ止め固定部分にエポキシ系の接
着剤で内部を減圧できるように接着し容器内を約
0.001気圧程度に減圧する。爆薬５，６，８はす
べて同一種類のものを使用する。すなわち、平均
粒径が0.5mm以下のペントリツト50重量部と硬化
前のシリコン樹脂（信越化学製KE−10）50重量
部を混和し、板状に成形硬化させることにより得
られるもので（以下これをPETN／SEG＝70／30
と記す。）、肉厚が５mmのものを使用する。爆薬５
は長さ200mm、巾約190mmの角板状のものを容器２
の外周に巻きつけその外側をビニールテープで幾
重にも巻いて固定し、さらに栓４の各上、下面に
直径が約70mmの円板状爆薬６，８を爆薬５の上、
下面と接するように固定する。総使用薬量は約
380ｇでまた、PETN／SEG＝70／30は約506Km／
秒の爆発速度を有す。爆薬６の中心部を６号電気
雷管７で起爆し、衝撃処理した試料を容器ととも
に回収した。回収した容器は長さが約10mm、直径
が平均12mm収縮しており、上部（雷管部に近い
方）の栓が、はずれかけていたが、全体として内
部の試料を保存しており、試料の回収率は90
（％）以上であつた。回収した試料のそのままの
カサ比重をまず測定し、次にこれを軽く手でたた
いて粉砕し、平均粒径と化学成分を測定した。ま
た、小型振動モル（塩ビポツト、モノボール使
用）で５分間回収試験料を粉砕し、粉砕後の平均
粒径をも測定した。これらの結果を第１表の
（）、（）に示す。 実施例 ２ 実施例１において、爆薬５をPETN／SEG＝
60／40の組成のもので肉厚が３mmのものに替えて
使用する他は実施例１とほぼ同じ条件で試料を衝
撃処理した。この場合、総使用薬量は230ｇであ
り、また、PETN／SEG＝60／40は約６Km／秒の
爆発速度を有するものである。回収容器は長さ方
向が約10mm、直径が約11.5mm収縮していたが、破
損はみられず、試料回収率は100（％）であつ
た。実施例１と同じように回収試料に対して各種
の測定を行なつた結果を第１表に示す。 実施例 ３ 実施例２において、内部空隙３は直径42mmとな
るようにし、かつ、中心部に直径21mm、長さ約
170mmのスチール製の円柱を固定し、第３図に示
す方法が行なわれる装置とし、かつ試料の量を
350ｇとした他は実施例２とほぼ同じ条件で撃処
理を行なつた。回収した容器は長さが約20mm、直
径が平均16mm収縮していたが破損はみられず、試
料の回収率は100（％）であつた。実施例１と同
じようにして行なつた測定結果を第１表の
（）、（）に示す。（）は比重と粒径を、
（）は化学成分の分析結果を示す。 実施例 ４ 実施例１において、内部空隙３が直径34mm、ま
た、爆薬５としてアンホ爆薬約900ｇ使用し、か
つ、試料を約480ｇ使用する他は実施例１と同一
条件で衝撃処理した。回収した容器は長さ方向、
直径方向に各約22mm、16mm収縮しており、下部の
ネジが脱落しかけていたが試料の回収率は80
（％）以上であつた。回収試料に対して行なつた
各種の測定結果を第１表の（）、（）に示す。
また回収試料を小型振動ミル（スチールボール・
スチールポツト使用）で粉砕したさいの44ミクロ
ン以下の粒子が発生する割合（重量・パーセン
ト）と粉砕時間の関係を第５図の曲線ａで示す。
第５図の曲線ｂは、未衝撃試料に対するもので、
また、ｃは、未衝撃試料とほぼ同一の粒径組成と
なるように調整した衝撃試料に対してのものであ
る。 実施例 ５ 平均粒径が256ミクロンのアルミナ（α−
Al₂O₃）約68.5ｇをカサ比重が2.23で使用する他
は、実施例２とほぼ同一条件で衝撃処理を行なつ
た。回収容器は長さ、直径が各々６mm、10mm収縮
していたが破損はみられず試料の回収率は100
（％）であつた。 回収試料の各種測定結果を第１表の（）、
（）に示す。また実施例４と同様にスチールポ
ツト、スチールボールを使用した小型振動ミルで
回収試料を粉砕した場合、粉砕時間と44ミクロン
以下の粒子が発生する割合（％）を第５図の曲線
ｄで示す。曲線ｅは未衝撃試料に対してのもので
ある。回収試料を粉末Ｘ線回折方法により回折強
度と半価巾を測定し、未衝撃試料と比較した結
果、強度が約10（％）減少し、半価巾は３（％）
増加しており、このことから衝撃試料にはひずみ
が残溜し、活性化されているものと考えられる。 以上の実施例の結果から、明らかなように、本
発明の方法によれば試料の回収が確実であり、炭
化ケイ素等のセラシツクスを不純物を増加させる
ことなく容易に微細に粉砕し、活性化することが
でき、かつ小量の爆薬の使用によつても効果的な
処理ができることがわかる。

【表】 (イ) 衝撃試料を軽く手でたたいて粉砕
したもの
(ロ) 振動ミルで5分間粉砕したもの

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の方法の各種実施装置
を説明するための立断面図である。第５図は回収
試料を粉砕した際の44ミクロン（μ）以下の粒子
が発生する割合（重量％）と粉砕時間との関係を
示すグラフである。１，１１，２１……凝縮系物
質、２，１２，２２……金属容器、３，３′，１
３，１３′，２３，２３′……空隙、４，１４，２
４……蓋体、５，１５，２５……爆薬層、６，１
６，２６……起爆薬層、７，１７，２７……雷
管、８，１８，２８……減速用爆薬層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空隙をはさみ対向して配置した凝縮系物質を
   その背面に設けた爆薬の爆発力により飛翔させ、
   該空隙内において、該凝縮系物質同志を直接衝突
   させるか又は該空隙内の中心部に配置した剛体を
   介して間接的に衝突させることを特徴とする凝縮
   系物質の衝撃圧縮処理方法。 ２ 該凝縮系物質は軸方向に延びる管状形状物で
   あり、該管状凝縮系物質の外周面に隣接して設け
   た爆薬層をその爆発部位が該軸方向に連続して移
   動するように爆発させて、該管状凝縮系物質をそ
   の飛翔部位が該軸方向に連続して移動するよう且
   つ中心に向つて収縮するように飛翔せしめる特許
   請求の範囲第１項の方法。 ３ 該凝縮系物質は軸方向に延びる、互いに平行
   且つ間隙をもつて対称的に配置された２枚の板状
   形状物であり、各々の該板状凝縮系物質の外面に
   隣接して設けた爆薬層をその爆発部位が該軸方向
   に連続して移動するように爆発させて、各々の該
   板状凝縮系物質をその飛翔部位が該軸方向に連続
   して移動するよう且つ対称面に向うように飛翔せ
   しめる特許請求の範囲第１項の方法。 ４ 該凝縮系物質は同心的に配置された２つの外
   部及び内部円筒状物であり、該外部円筒状凝縮系
   物質の外周面に隣接して設けた外部爆薬層及び該
   内部円筒状凝縮系物質の内周面に隣接して設けた
   内部爆薬層の両方をその爆薬部位が軸方向に連続
   して移動するように爆発させて、各々の円筒状凝
   縮系物質をその飛翔部位が軸方向に連続して移動
   するように飛翔せしめ、且つ該外部円筒状凝縮系
   物質は中心軸に向つて収縮するよう、又該内部円
   筒状凝縮系物質は中心軸から放射状に拡散するよ
   うに飛翔せしめる特許請求の範囲第１項の方法。