報) 斜め爆藤波を利用 した衝撃合成装置

研 究 輪 文

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爆薬 を用いた

の直接相転換 に関する研究 ( 第

報) 斜め爆藤波を利用 した衝撃合成装置

黒 山 豊 ● ,村 田健 司 ● ● ,伊 藤 患 治 ● ● ,藤 田 昌大

伊東

爆薬 を利用 した衝撃合成 ･衝撃同化 といった研究 を行 うにあた り,殺連な超高圧発生装低の 開発 は壇 めて重要である｡従来我 々は,水 中衝撃波の収束 を応用 した超高圧発生装置 を開発 し,静未の衝撃 固化等 の英験 を行 って きた｡その装忠 を利用 して衝撃合成実験 も行 って きた が,食通 な衝撃合成 を行 なう場合 には,その 目的にあった超高圧発生装置が必要 となる｡筆者 らは,斜め爆轟 を応用 した虐高庄発生我匿 を新たに設計 トたO本装置は,秩科粉末 を入れた円 筒の上部に,その前面 に発生 した港藤波が回 り込むよ うに工夫 された爆亜装置であ り,爆亜汝 が汚曲 して就科円管 に入射 し,入射圧力 を増大 させ,爆薬エネルギーを有効 に利用 しようとす るものである｡本報では装置特性 を理解す るために,爆轟速度潤走 と光学的観察実験 を行 い, 斜 め爆♯波の速度 を嗣べた｡その結果,斜め爆掛 こよる爆薬エネルギ ーの有効利用が確乾 され た｡ また低庄相皇化 ほ う索の直凄 相駐浜 を行 い

ウルツ鉱型窒化 ホウ素)が確紀で きた 結果 を報告する｡

1.は じめに

窒化 ほ う素

が初めて合 成 されたのは,今か ら 約

5 0年前のことであるH ｡直凄転換 による合成は, ま ず

Iらによって実現 された｡約

.

の範囲での実験 で

相国お よび

の存在 とその 肯晶パ ラメー タを明 らかに した｡室温で も

以上 の加圧で

が生成,常圧下に回収 され, また

以上の加熱 を併用すれば

立方晶系皇化 ホウ素)那 同時 に生成 し始め

以上 で

に比 して優 勢 となると報告 されている｡ さらに若槻等

は,結晶性 の悪い

六方晶皇化ホウ素,単位粒径

を始発物 質 とす れば, 痕低 圧 力

,最低 温 度

1100

℃で

か ら

への直接転換が起 こることを 兄いだ した｡この転換過程では

らの経過 と此 し

1998

年

月

● 北海道 日本油脂 ( 株) 技術開発部

〒

北海道乗取市光珠内

FAXO1266121I114

M日本油滑 ( 株) 武豊工場開発

〒470

‑ ^{2 3 7} 9愛知県知多郡武色町字北小松谷

FAX0569‑73

‑

…熊本大学工学部

〒8 6 0‑ 8盟5熊本市黒

て,1)比牧的低 い圧力 で起 こること

は生成 されず

に転換 されること

℃以上 の温度 を与 えなければ何の転換 も起生 しないことが特 徴である｡ ところで,衝撃波 を応用する衝撃波加圧法 では簡単 に超高圧力が達成 されるが,時間が

〟砂程 度 と短時間であるので.出発物質の結晶構造 を反映 し た高圧相転換が期待 される｡ ソ連の

等

) は

130kb

の動的衝撃庄力下で,低圧安定相か らウルツ鉱 型の相転移が起こることを報告 した｡エ菓的には,昭 和電工 ( 林)と日本油脂 ( 株) 両者 で開発 したセ ンターロ ッド円筒法 に よって,効率良 く

を

に転移 さ せているS I ｡ また無機材研 のグループは

糞両型 窒化 ホウ素)の

^{を衝撃加圧 して}

^への転換

を実現 している｡低庄相

^{か ら高圧相}

^への転換

に必要な基本条件 は,出発原料 の結晶性が大 きい点で あることが指摘 されている6 ) ｡

筆者の うち黒山 らは,･ 爆薬の爆轟エネルギーを利用 した

の直凄相を換 に関す る研究 を行い.各種 の衝 撃合成装置 を亜案 して きた｡隼者 らは,セ ンターロッ

ドを円筒 に挿入す るこ とによって低圧相

の相転換 物 の回収 に成功 し

か ら

を合成 し.その結 果 を報告 した5 ) ｡ また爆薬の有効利用の一つ として,

Stuivinga

お よび

等 は,主爆薬である低速側の 外側表面 に高速仰爆 薬を巻 き付 け,主爆薬中に,ある

KayakuGakkaishf.Vol.60.No.4.1999 ‑ 157‑

入射角を持つ爆轟紋 を伝播 させ,粉末 を固化 させるシ ステムを娃案 している7 ) ｡彼 らは.斜 め爆#汝が.同 装置の粉末円何事等内に発生す る斜め衝撃彼の傾 き角 を低下 させ,衝撃波の圧力 を高める投射 を果たす と指 摘 している｡ また

線回折英版 によって.粉来客者内 な らびに主爆薬内の斜め衝撃波ならびに斜め爆轟沈の 傾 きをもとめ,姓薬の姐み合わせによっては,通常の

倍程度の高圧 を達成 した と報告 している｡

本報では.爆葬の斜め爆轟 を応用 した衝撃合成轟位 を新たに放棄す る｡本装医は拭科瀞未を入れた円冊の 上部にその前面 に発生 した爆轟液が回 り込むように工 夫 された爆衣装匿であ り,爆轟液が再曲 して駄科円管 に入射 し,入射圧力 を増大 させ,軽率エネルギーを有 効 に利用 して衝撃合成 を行 わせ る｡原材料 としでは低 圧相 hBN を使用 し ,c BN の生成 を液絡 目的 とする｡ ま た社業 された装低特性 を知 るために.爆亜速度測定, 並 びに光学的観溺先験 を行 って,倣薬の斜め爆♯過程 を問べた｡あわせてその結果 を報告す る｡

2.

美浜叢覆 および方法

BN の直凄鞍換 を拭み.新 たに姓案 した衝撃合成装 位 を

1に示す｡本装置 は. よ く知 られた円侍法8 ) を基本 とした ものである｡屯気骨管の起爆 によって発 生 した爆轟波は,ブース ターを介 して主爆薬 に伝港す る｡爆養液はブースター と主爆薬の問に設任 されたプ ロ ッタの影響 によって,それを迂回するように して主 爆薬中に伝♯す る｡プロッタを迂回 して きた爆轟液は 斜め蜂毒汲 とな り.その形状 を維持 しなが ら爆薬中を 伝播すると期待 される｡ その斜め姫鹿波が粉末円侍容 掛 こある入射角 を持 って入射 し.粉末容等内に.角皮 を有する斜め衝撃波 を発生 させ る｡ この衝撃波 によっ て餅 粉末を加圧.加温 し,衝撃合成 を達成 させ るも のである｡装低 にはセ ンターロッ ド法 を採用 し.円侍 中心掛 こ発生するマ ッハ孔 をさけた｡ さらに爆薬円侍

c s o s n 4 t O o ? n ler Ceml ent肯 く E . l e eeE i o c t o,

層 d

0

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./ ExploslVe

̲d20 Powder 477

Flg.1Anewlysuggestedsynthesisapparatus Fig･2 Aschematic syTLthesi乙ed

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zF20中位

F l g.4 Ane xpe r ime nt al

sembly formeasur ement o f d etonationv

elodty た形状を もつ平面爆薬を用いて . 爆薬中を伝播する爆

轟速庇を判定した ｡ ま た , 光学約枚寮集 魚によって侭 轟汝 の伝林 過程 を統幕 し

た｡ それ らの実験装 置 を F ig . 4 ,Fig. 5 にそれぞれ示す｡爆#速度の

胡定報に 用

いた僻 は,高性能爆薬 HMX

( Hi g h Md血gEx p l

s i ve s) 系 PBX( PI a s t i cBo n de dExpl o s i ve s ) (E ]本油脂

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Rg.5 Ane xp e r ime nt a la s s

e mb l yf orh i g h s pe e d ph o t o g

r a ph

( 株) 乳 充填密度 . '1 7 4 0 kg / m

.糠♯速

度 ; 8 3 W s ) で,丑さは

である｡速

度潮走にはよく知 られた 抵抗鼻プローブを用いた｡園に示すように,プ

を1 5 mm間常でA か ら F まで配 した｡A.B.C と ローブ

の

系列で速度を潤定 した｡ D.E.

実験は, 日本油脂 ( 秩) 武豊工場で行った｡光学観察

英鹿 は.踊本大学衝撃エ ネルギー央政所の爆轟重で行った｡ また光学的観

察に は,旭化成工寮 ( 秩)製のSEP( Sa f et yExpl

o s i ve s;

P

ETN6 5 %,パラフィン35 % 初期充填密

度

, 港速 ;7 0 0 0m/ s e e )を用

いた｡爆轟鼓の敢寮は.知 ら れたシャ ドウグラフ法 を用

い. イメージコンパ‑タカ メラ( I MACON7 9 0

; フレー ミング速度2 0 0 0 万助/ s e e , 叔大ス い)‑ク速度 1 . 0 mm/ ns e c ) を用いて,ス トリー

ク撮影ならびに駒撮 り撮影によった9 BN の直凄相変換の J ｡

集魚 において,舟東部には昭和 電工 ( 株) 製h BN( 商品名

p‑ ' FM) および電解鉄静( F

S1 00;福 田金属

箔粉工菓 ( 秩)輿)を.重丑比 hBN :

Fe

で汲合 したものを充填寧5 5 % で充填 した｡

の括晶の発達の軌点から見ると.供銑材料h BNは.特 に

Ⅹ

付近にある

両を表すピ ークから完全に三次元秩序のあるものであることがわ かる｡(

と

のピーク比.及び

比か ら面内の結晶が大変発達 したものであることがわかる｡

また.格子欠陥の少ないことも分かる｡

3.

結果および考案

爆轟速度淘定美戟

各胡定点に爆薬の換養液が到達 した時刻を

に 示す｡各潤定点の鹿低はあらかじめわかっているので, それ らから伝播する爆♯波の速度がわかる

点を出 発原点 とした時,爆井波は

点には l

C遅れで 到達 し

点には

C遅れで到達する｡一方.

A

点 と爆薬の軸方向に同 じ距掛 こある

点へは l B 6F L

遅れで到達する｡それぞれの測定点脚の速度を国 中にあわせて示すが.

問では

間 では

と

C問で高い値がでているが.点

C

間では平均およそ

で,あらか じめ行った 爆速測定値 と壌めてよく一敦する｡爆#波が

及

点に到達 した時刻における.D‑ E‑ F線上での爆帝政の 到達の梯子 を同園に併せて示す｡ またそれらの点 と,

点 とを結んだ直線 を同園左個 に示すが,そのな す角皮はそれぞれ. Oが

6 00であることがわかる｡

ところで,爆速測定の際 に用いた抵抗線プローブの潤 走誤差を考慮すれば.爆薬中の港速度は,ほほ一定で 定常的に進行 していると推潤される｡ また軸上を伝播 する爆轟汝の軸掛 二村する角皮は,速度潮定から,お よそ6は

5

2 8 Bo であった｡

3.2

煉轟波伝瀬観測集散

爆薬幅6

mの

爆薬を用いて得 られた.斜め爆 轟 を示す写真結果 を

に示す｡同写其下部には, 中心掛 二

の銅板 を放置 した結果を示す｡上部 の写真結果 より.糠轟波が装値上鰍 二役思されたメタ ルを迂回 し.入射 し,大 きく河曲 し.伝播 している様 子が明 らかである｡圃中の細線は,爆曲波の速度

A t = 0

8 C t t = = 3 1 . . 8 5 9 3 5 5 8 8 5 1 7 2 0 m / S 0 n / S

t:I(S Q=530‑60.

Fig.7 Resultsforthedetonationvelocity NonSt eelb

ar

E

寧Rg.8 Highs甲peedphotogr^琴aphsofprop^寧agating of thedetonationwave

時間 ( 同一速度偉さ披伝播曲線)を半径 として

点を 基準 として鮭轟沈の到達庫軽を模式的に描い

たもので ある｡爆轟液は定常的に伝満 し.かつ,両側

から伝播 して くる燦轟液は中心で砺央 しても,得 られ

た括兼の 範囲内では正常反射のようにみられる｡それ

に引 き替 え,中心に解せ を持つ蕪位では.銅枚 と衝央

するとこ ろで.わずかではあるが細線 ( 同一速度港轟

鼓伝播曲 線)か らのずれが確認されるが,いずれにし

ても斜め 爆轟現象が確乾された｡このように.投薬 し

た装債で は斜め爆轟が発生 し,それが円筒粉末掛 こある入射

角 をもって入射 していると考えられる｡

3.3

衝撃

合成実験

装思内に発生 し,伝播する爆砕汝の糠子を表す前 出 の

の幾何学 より,粉末掛 こ

発生する圧力は.汰 式で与えられることが直ちに理解

できる｡

ここでPは粉末部円筒部の致庇 と爆薬の港

轟圧によ って基本的に決定され,爆轟波の円筒部への入射角に 大 きな影響を受けないことが前出の

a

らの X 線 可視化集験で明 らかになっている｡彼 らの集

魚でもそ の差 は

o種皮である( 爆薬の爆轟速鼠 円満

l ) ｡ また Cが小さくなるにつれて.静未申 部材貿

を伝播す る衝撃波の交差角

は.大 きくなることが定性的に理 解でき

,Stuivinga

らの夷政 によっても

βが

の時

は

か ら

o程度に増加

するこ とが報告 されている｡これ らのことより. βが

小 さく なると (正一β) は大 きくなることが考えられる｡

従っ て.式 ( 2) より計算される

は大 きくなり.古巣 と

し て式 ( 1 ) ' から得 られる圧力値が大きくなる｡つ

まり,斜

め爆轟を利用 した場

Fi g.g Pho t o gr aphsJ ' us ta f te re xp

l o s i ngo ft he de t ona

t i o nwa vwi me xpl o s i ve

25 30 ^{35 40}

4 5 5

2 C . d e g r e e

Fi g,1 0 Af la s hx‑ r a ypa t t e r nso fs a m p l eo fBN u血 gSl l O WaD

e nkohBN 生圧力が高いことが推察 される

｡

実鹿後の反射円筒 の写真及び,試料管の写兵 を F i g.

9 に示す｡反射円筒は 4 分割 されているにもかか わらず 大 きな変形が生 じている｡試料管の上部が破壊 してい

るのは,爆薬の膨張 によって,膨張波 による大 きな引 っ張 りが作

用 したため と考 えられる｡,昭和電工 ( 株) 製 hBN を用 い

て得 られたⅩ線 回折結果 を Fi g. 1 0に示 す ｡wBN の ( 1 00) ピー クと ( 002) ピークはほぼ同 じ

強 度 を有 し

ている｡ また hBN の ( 1 0 0) のピー クが小 さい こ

とか ら相変換 が有効 に行 われていることが分かる｡

しか しなが ら ,c BN の生成 は確認で きなか った｡

4

Onadirectphasetransitionofboronnitrideusingexp一osives (I)

A newlydevelopedassemblyforsynthesisbyapplyingobliquedetonation YutakaKUROYAMA'.KenjiMURAYAMA''.KenjiITOH''

MasahiroFUJITA… andShigeruITOH…

Duringthestudiesonshocksynthesisandshockcompactionusingexplosiv

es

Although thisapparatushasbeenusedfortheshocksynthesisexperiment.itiss也llnecessary tolookforthenew typehigh pressuregeneratingapparatusinordertoachievethebest objecdveontheshocksynthesis.Therefore.theauthorsnewlydevelopedaultra･high pressure generadngapparatusbyudizingtheobliquedetonadontechnique.Themainfeatureoftheset‑ upisthatlettingthedetonadonwaveattheupperendofthepowder･packedcylinderpipe propagateinaradiadngway.then,acurveddetonadonwaveisform edandimpingesuponthe samplecylinder.asaresulLtheincidentpressureisincreasedandtheexplosiveenergyise

f B ･

('HokkaidoNOF.Koshunai549.Bibai.Hokkaido079‑0167.Japan

●●NOFTaketoyoPlant,Taketoyo61I1,Chita,Aichi470‑2379.Japan

'''DepertmentofMechanical Engineering&MaterialsScience,FacultyofEngi‑ neering.KumamotoUniversity,2‑39‑1Kurokami.Kumamoto860‑8555,Japan)

‑162‑

_{火薬学会徒}