ダイヤモンド粉末のダイナミックコンパクションに関する研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04044064
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 澤岡 昭 東京工業大学, 工業材料研究所, 教授 (40029468)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): HORIE Yasuyu アメリカ, ノースカロライナ州立大学・工学部, 教授 ; 田村 英樹 東京工業大学, 工業材料研究所, 助手 (30188437)
• Keywords: ダイヤモンド / 窒化ホウ素 / 衝撃圧縮 / 衝撃圧力 / ダイナミックコンパクション / 計算シミュレーション / 微細構造 / 発熱化学反応

Research Abstract

本研究はダイヤモンド粉末の衝撃固化に関するものである。ダイヤモンドは最も強い共有化学結合性をもつ物質であり、しかも高圧力下でのみ安定な物質なので、通常の方法によって焼結することが困難である。粉体を衝撃圧縮した場合、粉末粒子の表面温度が著しく上昇することが知られている。この温度上昇は極めて短時間であり、同時に衝撃圧力によって粉体が強く圧縮されるので、この現象を巧みに利用することによって、ダイヤモンドの緻密な多結晶体を合成することができる。又、ダイヤモンドにシリコンを添加することによって、ダイヤモンドの構成元素である炭素とシリコンの化学反応に伴う発熱を利用して、粉体中の温度分布を制御することができる。
東京工業大学では実験を通じて、ダイヤモンド粉末のダイヤモンドコンパクションに関する知見を蓄積してきたが、得られる多結晶体に発生するクラックの除去がこの技術の実用上の発展を阻んできた。金属カプセル中のダイヤモンド粉体中に衝撃波を通過させた場合の温度と圧力変化についての解折が十分に行われれば、クラックの防止についての対策をたてることが可能になる。
アメリカ、ノースカロライナ州立大学ホリエ教授は2次元解折コード「DYNA」を基本とした衝撃現象のシミュレーションについての研究を行っている。本年度においては東京工業大学で使用している衝撃回収装置及び具体的な実験条件に合わせたダイヤモンド粉体中の衝撃温度と圧力についてのシミュレーションを行い、回収ダイヤモンド多結晶体の微細構造との対比を行った。その結果、ダイヤモンド粉体の物性値に関する初期パラメーターを修正することによって、極めて現実に近いシミュレーションが可能であることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] H.KUNISHIGE: "Shock Compaction of Diamond Powder in Reactive Mixtures" Shock Waves and High-Strain-Rate Phenomena in Materials. 353-359 (1992)
• [Publications] I.Simonsen: "Diamond Formation in Aluminum Nickel/Graphite under Shock Loading" Shock Waves and High-Strain-Rate Phenomena in Materials. 233-243 (1992)
• [Publications] A.SAWAOKA: "Heterogeneous Shock Compression Mechanism of Diamond Powders in a Metal Capsule" Shock Compression of Condensed Matter. 621-624 (1992)
• [Publications] Y.HORIE: "Shock Compression Chemistry of Materials" KTK/TERA 学術出版, 400 (1993)