水中衝撃波収束によるTiAl合金粉末の新しい固化技術の開発とその材料特性

次世代の超高温材料として注目されているTiAl金属間化合物の泣き所は、常温延性及び加工性に劣ることである。本研究のねらいはP-REP法により作製した、硬質のTiAl合金粉末を用いて、焼結助材無しに、微細組織を有するTiAl圧縮体を我々の開発した水中衝撃波収束を利用した衝撃固化法で作製しようとするものである。本衝撃圧縮法の特徴は1)容易に超高圧がえられるので、高密度の圧縮体が作製できる。通常、相対密度94%以上である。2)粉末粒子の接合は粉末粒子の摩擦と、粉末の極表面の摩擦熱による溶融によるので、成形と焼結過程を同時に行うことが出来る。3)衝撃負荷時において、粉末粒子間の摩擦により、粉末表面が活性化しているため、その後に焼結が必要な場合にも、通常の粉末治金の焼結温度よりも、低い温度で焼結がなされる。一方、この圧縮法の欠点は、固化の際、試料中を通過した衝撃波が反射波として戻るときに膨張波となるため、試料中に割れを発生することが多いことである。従っていかにうまく割れの発生を防止するように、衝撃波を作用させるかが重要な問題となる。我々は水中衝撃圧力を利用することにより、擬静水圧力を直接粉末に均一に作用させ、さらに先頭衝撃波が通過した後も、その後流に高い圧力を持った衝撃波後流が存在させ、長時間の高圧を負荷し、さらに、稀薄波の発生を極力抑えることにより、割れのない高密度の固化材の作製に成功している。本実験で用いた衝撃固化装置は爆薬部、水槽及び粉末充填部の3つの部分より構成されている。用いた爆薬は硝酸エステルを主成分とする可塑性爆薬で、爆轟速度は6900m/sである。爆薬の爆轟により発生した衝撃波を水中に伝播し、水中衝撃波とし、そのエネルギーは水槽部を上部から下に行くにつれ、水槽壁面で反射・収束して、増大していく。えられる衝撃圧力は4〜11GPaで、欠陥の無い、高密度の圧縮材がえられた。えられた圧縮材について、さらに973〜1623Kで各1h焼結を行い、圧縮試験を行った。その結果、1623K-1hの焼結で、圧縮強度1300MPa、圧縮伸び32%を得た。その組織はγ相とα相とがほぼ等しい体積比から成る微細複合組織のため、強靱化されたものと推定される。

次世代の超高温材料として注目されているTiAl金属間化合物の泣き所は、常温延性及び加工性に劣ることである。本研究のねらいはP-REP法により作製した、硬質のTiAl合金粉末を用いて、焼結助材無しに、微細組織を有するTiAl圧縮体を我々の開発した水中衝撃波収束を利用した衝撃固化法で作製しようとするものである。本衝撃圧縮法の特徴は1)容易に超高圧がえられるので、高密度の圧縮体が作製できる。通常、相対密度94%以上である。2)粉末粒子の接合は粉末粒子の摩擦と、粉末の極表面の摩擦熱による溶融によるので、成形と焼結過程を同時に行うことが出来る。3)衝撃負荷時において、粉末粒子間の摩擦により、粉末表面が活性化しているため、その後に焼結が必要な場合にも、通常の粉末治金の焼結温度よりも、低い温度で焼結がなされる。一方、この圧縮法の欠点は、固化の際、試料中を通過した衝撃波が反射波として戻るときに膨張波となるため、試料中に割れを発生することが多いことである。従っていかにうまく割れの発生を防止するように、衝撃波を作用させるかが重要な問題となる。我々は水中衝撃圧力を利用することにより、擬静水圧力を直接粉末に均一に作用させ、さらに先頭衝撃波が通過した後も、その後流に高い圧力を持った衝撃波後流が存在させ、長時間の高圧を負荷し、さらに、稀薄波の発生を極力抑えることにより、割れのない高密度の固化材の作製に成功している。本実験で用いた衝撃固化装置は爆薬部、水槽及び粉末充填部の3つの部分より構成されている。用いた爆薬は硝酸エステルを主成分とする可塑性爆薬で、爆轟速度は6900m/sである。爆薬の爆轟により発生した衝撃波を水中に伝播し、水中衝撃波とし、そのエネルギーは水槽部を上部から下に行くにつれ、水槽壁面で反射・収束して、増大していく。えられる衝撃圧力は4〜11GPaで、欠陥の無い、高密度の圧縮材がえられた。えられた圧縮材について、さらに973〜1623Kで各1h焼結を行い、圧縮試験を行った。その結果、1623K-1hの焼結で、圧縮強度1300MPa、圧縮伸び32%を得た。その組織はγ相とα相とがほぼ等しい体積比から成る微細複合組織のため、強靱化されたものと推定される。