ホット・ダイナミック・コンパクションにおける熱エネルギー効果の解明

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本研究では、高温で爆発実験のできる遠隔操作可能な自動化システムを新しく製作し、水中収束衝撃波発生装置を用いたダイナミック・コンパクション実験を行った。ここでは初期加熱温度及び粉末粒子径を変化させて、接合を助ける粒子間の溶融状況について熱力学的考察を行った。高速度鋼粉末を用いた実験では、温度の上昇および粒子径の増加とともに溶融割合は増加した。温度の上昇は溶融を生じさせるのに必要とされるエネルギー量を低下させることができる。また粒子径の増加は、粒子表面の溶融部が内部の非溶融域から冷やされるまでの熱平衡時間を増加させる。これらの効果によって溶融割合の変化が生じたことが推察された。熱力学的考察によると、衝撃圧力と体積変化から推察された材料内に与えられたエネルギーの8分の1〜3分の1程度が溶融に消費されたと考えられ、その変換効率は加熱温度が増加するとともに上昇することが示された。溶融部は非常に急速に加熱、冷却されたことによって非常に微細な結晶組織が生じていた。これに加えて材料内を衝撃波が通過することによって材料が硬化し、得られた衝撃固化材の硬度は素材の硬度以上の値を示した。特に薄い溶融組織は、急冷微細化された組織によって、周辺部よりかなり高い硬度値を示した。また材料粉末の加熱は、溶融部と非溶融の粉末内部の間における温度の不均衡を小さくすると考えられ、常温で行った実験でみられた熱応力により生じたと思われる割れは、高温の実験ではほとんど認められなかった。