水中を伝播する衝撃波の挙動とセラミックス基複合粉末の衝撃固化への応用

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爆薬の爆発によって発生する超高圧を利用しての、これまでの円筒圧縮法では、試料の中心部にクラックや孔等の欠陥が生じたり、円周部と中心部とで圧力等が生じ均質な成形体が得られにくい等の難点がある。そこで、本研究では爆薬の衝撃エネルギ-を衝撃波として、容器内の水中に伝播し、それを収束させて極めて高い圧力に変換し、この変換された圧力を有効に利用した新しい衝撃固化法を開発した。この方法の特微は、1)水中衝撃波を利用するため、先頭衝撃波が通過した後もその後流には高い衝撃波後流が存在するため、圧力保持時間を長くできる。2)収束により、高圧力が得られる。3)粉末充填部での反射衝撃波により、少ないエネルギ-で固化が可能である。以下に研究成果の概要を報告する。ルギ-を水中圧力波の解析は連続の式、運動の式および水の状態式により、差分法を用いて行い、収束角30°の場合に理想的な平面衝撃波がえられ、粉末充填部での圧力は15ー30GPaと計算された。この値はイオンギャップ法での実測値とほぼ一致した。 つぎに衝撃固化実験はセラミックス基複合材をSicファイバ-を強化材としたSi_3N_4成形体を助材を用いずに作製した。爆薬として、硝酸エステルを主体とした、爆速6900m/s級のものを用い、薬高50mmで割れ等の次陥のない良好な圧搾体が得られた。SiCの体積分率最大30%まで変化させて圧縮体を作製し、焼結処理をしたところ、30vol%SiCを含有する圧縮体を1923Kで5h焼結したものが良好であり、破壊靭性値はSi_3N_4単体で4.0MPam^<1/2>であるのに対し、30vol%SiCをふくむ圧縮体では5.1MPam^<1/2>と上昇し、割れ等の欠陥のない良好な圧縮体を作制できた。また試料粉末周囲をTiとCの混合粉末をセットし、混合粉末の反応熱によるホットコンパクションを試みた。その結果700℃に加熱でき、常温圧搾より,良好な圧搾体がえられた。