JP2012502789A - 振動破砕機のための複合衝撃材 - Google Patents

Abstract

規定された幾何学的形態に従った炭化チタンで少なくとも部分的に補強（５）された鉄合金を含む、振動破砕機のための複合衝撃材であって、前記補強部分（５）が、炭化チタン（４）のマイクロメートル球状粒子を本質的に含まないミリメートル領域（２）によって分離された炭化チタン（４）のマイクロメートル球状粒子で濃縮されたミリメートル領域（１）の交互マクロ−マイクロ構造を含み、炭化チタン（４）のマイクロメートル球状粒子で濃縮された前記領域が、前記球状粒子（４）間のマイクロメートル隙間（３）が前記鉄合金によって充たされるマイクロ構造を形成することを特徴とする衝撃材。
【選択図】図１０

Description

発明の分野
本発明は、ハンマーを有する破砕機、バークラッシャー（ｂａｒ ｃｒｕｓｈｅｒｓ）、鉛直軸を有する破砕機などの岩や硬い材料を破砕するための機械にグループ分けされる振動破砕機のための複合衝撃材に関する。この機械は、資源採掘産業（鉱業、採石、セメント加工、・・・）及びリサイクル産業において岩サイズを劇的に低減することを意図される製造ラインの第一工程及び第二工程に広範に使用される。

定義
表現「振動破砕機のための衝撃材（ｉｍｐａｃｔｏｒ ｆｏｒ ｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎ ｃｒｕｓｈｅｒｓ）」は、広い意味で解釈されるべきであり、即ち、岩や材料がそれらを細分化するために意図される極めて激しい衝撃を受けるときに方法の工程時に微粉砕される岩又は材料と直接接触する機能を持つ複合摩耗部品を意味する。それゆえ、これらの摩耗部品は大きな耐衝撃性を示し、それらはハンマー、バー又は衝撃材と称されることが多い。用語「衝撃材（ｉｍｐａｃｔｏｒ）」はハンマー及びバーを含むが、投射される材料の衝撃を受ける固定ライニング板も包含される。

鋳造合金の硬さ及び耐衝撃性を深さにおいて《大部分において》変性するための方法が幾つか知られている。既知の手段は一般に、小さい深さ（数ミリメートル）での表面変性に関する。鋳造工場で作られる部品に対して、機械的応力、摩耗及び衝撃に関して有意でかつ同時の局所的応力に耐えるために補強要素が深く存在しなければならない。また、それは一般に、その寿命の間に消費される部品の有意な容積（又は重量）割合であるからである。

文献ＬＵ６４３０３（Ｊｏｉｒｅｔ）は、二つの異なる材料、即ち摩耗を受けるヘッドを作るための硬い材料と、破壊に対する抵抗性を保証する一つ以上の弾性材料とを持つハンマーを製造するための方法を記載する。

文献ＥＰ０４７６４９６（Ｇｕｅｒａｒｄ）は、延性鋼で作られたハンマー体に機械的に埋め込まれた硬いインサートの使用を提案する。

文献ＥＰ１６５１３８９（Ｍａｙｅｒ）はまた、二つの異なる材料（即ち一方の材料が、部品が最も多く応力を受ける場所で他の材料に位置された組立てインサートの形で配置されている）を持つハンマーを製造するための技術を記載する。

文献ＵＳ２００８／０４１９９３（Ｈａｌｌ）は、ハンマーの加工面に固定された極めて硬い材料におけるインサートの使用を提案する。

文献ＵＳ６０６６４０７（Ｇｅｔｚ）は、炭化物で補強された複合衝撃材を開示する。しかしながら、それは、浸透合金によって包囲された炭化チタンの球状粒子を有する補強構造、又は補強部分における階層微視的幾何学的形態を開示しない。

振動によって破砕工程で使用される部品を補強するための全てのこれらの技術の共通点は、明らかに、製造及び使用時において使用される両材料間の完全で耐久性のある結合を保証する困難性である。

本発明は、良好な耐衝撃性を維持しながら改善された耐摩耗性を有する振動破砕機のための複合衝撃材を開示する。この特性は、この用途のために特別に設計された複合補強材によって、即ち金属炭化物の微細マイクロメートル球状粒子で密集した領域を衝撃材の金属マトリックス内にそれらを実際に含まない領域でミリメートル尺度で交互にする材料によって得られる。

本発明はまた、前記補強構造を得るための方法を提案する。

本発明は、規定された幾何学的形態に従った炭化チタンで少なくとも部分的に補強された鉄合金を含む振動破砕機のための複合衝撃材であって、前記補強部分が、炭化チタンのマイクロメートル球状粒子を本質的に含まないミリメートル領域によって分離された炭化チタンのマイクロメートル球状粒子で濃縮されたミリメートル領域の交互マクロ−マイクロ構造を含み、炭化チタンのマイクロメートル球状粒子で濃縮された前記領域が、前記球状粒子間のマイクロメートル隙間が前記鉄合金によって充たされるマイクロ構造を形成する複合衝撃材を開示する。

本発明の特別な実施形態によれば、複合衝撃材は、以下の特徴の少なくとも一つ又は一つの好適な組み合わせを含む：
− 前記ミリメートル濃縮領域が、３６．９容量％より大きい炭化チタンの濃度を有する；
− 前記補強部分が１６．６〜５０．５容量％の球状炭化チタン含有量を有する；
− 炭化チタンのマイクロメートル球状粒子が５０μｍ未満のサイズを有する；
− 炭化チタンのマイクロメートル球状粒子の主要部分が２０μｍ未満のサイズを有する；
− 炭化チタンの球状粒子で濃縮された前記領域が３６．９〜７２．２容量％の炭化チタンを含む；
− 炭化チタンで濃縮された前記ミリメートル領域が、１〜１２ｍｍで変動する寸法を有する；
− 炭化チタンで濃縮された前記ミリメートル領域が、１〜６ｍｍで変動する寸法を有する；
− 炭化チタンで濃縮された前記領域が、１．４〜４ｍｍで変動する寸法を有する。

本発明はまた、以下の工程を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の複合衝撃材を製造するための方法を開示する：
− 予め規定された補強幾何学的形態を有する衝撃材の圧痕を含む型を準備する；
− 補強部分を形成することを意図された衝撃材の圧痕の部分内に、炭化チタンのミリメートル粒子プリカーサの形のチタン及び炭素を含む圧縮粉末の混合物を導入する；
− 型内に鉄合金を鋳造し、前記鋳造の熱により前記プリカーサ粒子内の炭化チタンの発熱自己伝播高温合成（ＳＨＳ）を引き起こす；
− 複合衝撃材の補強部分内に、前記プリカーサ粒子の位置に炭化チタンのマイクロメートル球状粒子で濃縮されたミリメートル領域の交互マクロ−マイクロ構造を形成し、前記領域を、炭化チタンのマイクロメートル球状粒子を本質的に含まないミリメートル領域によって互いに分離し、前記球状粒子を、マイクロメートル隙間によって炭化チタンで濃縮された前記ミリメートル領域内で分離する；
− 炭化チタンの微視的球状粒子の形成後に前記高温鋳造鉄合金によってミリメートル及びマイクロメートル隙間を浸透させる。

本発明の特別な実施形態によれば、上記方法は以下の特徴の少なくとも一つ又は一つの好適な組み合わせを含む：
− チタン及び炭素の圧縮粉末が鉄合金の粉末を含む；
− 前記炭素がグラファイトである。

本発明はまた、請求項１１〜１３のいずれかに記載の方法に従って得られる複合衝撃材を開示する。

図１は、本発明の衝撃材が使用される垂直軸を有する破砕機を示す。

図２は、本発明の衝撃材が使用される垂直軸を有する破砕機を示す。

図３は、補強が全くない従来技術の衝撃材／ハンマーを示す。

図４ａ−４ｂは、二つの可能な補強タイプを有するハンマーを示す。この補強幾何学的形態はもちろん限定されない。

図５ａ−５ｄは、本発明によるハンマーを製造するための方法を概略的に示す。図５ａは、チタン及び炭素粉末を混合するための装置を示す。図５ｂは、極めて微細な粒子を循環させて破砕及び篩い分けした後に二つのローラ間での粉末の圧縮を示す。図５ｃは、衝撃材（ハンマー）の補強の位置で圧縮された粉末の粒子を含めるためにバリヤーが置かれる砂型を示す。図５ｄは、ＴｉＣの試薬プリカーサを含む圧縮粒子が位置される補強領域の拡大図を示す。 図５ｅ−５ｈは、本発明によるハンマーを製造するための方法を概略的に示す。図５ｅは、型中への鉄合金の鋳造を示す。図５ｆは、鋳造の結果物であるハンマーを概略的に示す。図５ｇは、高濃度のＴｉＣ小塊を有する領域の拡大図を示す。図５ｈは、高濃度のＴｉＣ小塊を有する同じ領域内の拡大図を示す。マイクロメートル小塊は鋳造金属によって個々に包囲される。

図６は、マイクロメートル球状炭化チタン（ＴｉＣ小塊）で濃縮されたミリメートル領域（薄いグレー）を有する本発明による衝撃材の補強部分の区域のエッチングされていない研磨面の双眼図を示す。濃い部分は、マイクロメートル球状炭化チタンで濃縮された領域間の空間だけでなく球状物自体の間の空間も充たす金属マトリックス（鋼又は鋳造鉄）を示す。

図７は、エッチングされていない研磨面上のマイクロメートル球状炭化チタンのＳＥＭ電子顕微鏡でとった図を示す。この特定のケースでは、炭化チタン球状物のほとんどは１０μｍより小さいサイズを持つことがわかる。 図８は、エッチングされていない研磨面上のマイクロメートル球状炭化チタンのＳＥＭ電子顕微鏡でとった図を図７とは異なる倍率で示す。この特定のケースでは、炭化チタン球状物のほとんどは１０μｍより小さいサイズを持つことがわかる。

図９は、ＳＥＭ電子顕微鏡でとった破断表面についてのマイクロメートル球状炭化チタンの図を示す。炭化チタン球状物が金属マトリックス内に完全に組み込まれていることがわかる。これは、いったんチタンと炭素の間の化学反応が開始されたら、鋳造金属が鋳造時に細孔に完全に浸透（含浸）することを証明する。

図１０は、ハンマータイプの衝撃材上の補強領域を概略的に示す。補強されたコーナは図４ｂのそれと類似し、補強領域の概略的な拡大は本発明によるマクロ−マイクロ構造を示すことができる。

材料科学では、ＳＨＳ反応又は《自己伝播高温合成》は、反応温度が一般に１５００℃以上、さらには２０００℃に達する自己伝播高温合成である。例えば、炭化チタンＴｉＣを得るためのチタン粉末と炭素粉末の間の反応は強い発熱性である。反応を局部的に開始するために少しのエネルギーだけが必要とされる。次いで、反応は、高温に到達することによって試薬の混合物の全体に自然と伝播するだろう。反応の開始後、反応面は発達し、それは自発的に伝播し（自己伝播）、それは炭化チタンがチタン及び炭素から得られることを可能にする。それによって得られた炭化チタンは、鋳造鉄合金由来ではないので、《現場で得られる》と言える。

試薬粉末の混合物は、炭素粉末及びチタン粉末を含み、板状に圧縮され、破砕されて粒子を得る。そのサイズは１〜１２ｍｍ、好ましくは１〜６ｍｍ、より好ましくは１．４〜４ｍｍで変化する。これらの粒子は１００％圧縮されない。それらは一般に理論密度の５５〜９５％に圧縮される。これらの粒子は簡単な使用／取り扱いを可能にする（図３ａ−３ｈ参照）。

図３ａ−３ｈの図に従って得られた混合された炭素及びチタン粉末のこれらのミリメートル粒子は、発生される炭化チタンのプリカーサであり、様々な又は不整な形状を有する型の部分を容易に充たすことを可能にする。これらの粒子は例えばバリヤー１６によって型１５の適所に維持されることができる。これらの粒子の造形又は集成は接着剤で達成されてもよい。

本発明による複合衝撃材は、炭化チタンの球状マイクロメートル粒子で濃縮された領域を、それらを実際に含まない領域によって分離された交互構造と称されうる補強マクロ−マイクロ構造を持つ。かかる構造は、炭素及びチタン粉末の混合物を含む粒子の型１５における反応によって得られる。この反応は、全体部分、従って非補強部分及び補強部分の両方を鋳造するために使用される鋳造鉄又は鋼の鋳造熱（図５ｅ参照）によって開始される。それゆえ、鋳造は、粒子として圧縮されかつ型１５内に前もって置かれた炭素及びチタン粉末の混合物の発熱自己伝播高温合成を開始する（自己伝播高温合成−ＳＨＳ）。次いで反応は開始されるとすぐに伝播し続ける特異性を持つ。

この高温合成（ＳＨＳ）は、鋳造鉄又は鋳造鋼によるミリメートル及びマイクロメートル隙間の全ての容易な浸透を可能にする（図５ｇ及び５ｈ）。湿潤性を高めることによって、浸透は衝撃材のいかなる補強厚さ又は深さにわたっても達成されることができる。ＳＨＳ反応及び外部鋳造金属による浸透後、高濃度の炭化チタンのマイクロメートル球状粒子を含む衝撃材上の一つ以上の補強領域（それはさらに、小塊の集団と称されうる）を生成することが有利であり、前記領域は１ミリメートル又は数ミリメートルのオーダのサイズを持ち、それは球状炭化チタンを実質的に含まない領域と互い違いになる。

いったんこれらの粒子がＳＨＳ反応に従って反応すると、これらの粒子が位置される補強領域はＴｉＣ炭化物（球状物）のマイクロメートル球状粒子４の濃縮分散を示し、そのマイクロメートル隙間３はまた、ここでは鋳造鉄又は鋼である鋳造金属によって浸透されている。ミリメートル及びマイクロメートル隙間が衝撃材の非補強部分を形成するものと同じ金属マトリックスによって浸透され、これが鋳造金属の選択において完全な自由度を与えることに注目することが重要である。最終的に得られた衝撃材では、高濃度の炭化チタンを有する補強領域は、有意な百分率割合（約３５〜約７０容量％）のマイクロメートル球状ＴｉＣ粒子、及び浸透鉄合金からなる。

マイクロメートル球状粒子によって、１μｍから最大数十μｍまでの範囲のサイズを有する全体的に球状の粒子が意味される。これらの粒子の大多数は５０μｍ未満、さらには２０μｍ未満、又はさらには１０μｍのサイズを持つ。我々はまた、それらをＴｉＣ球状物とも呼ぶ。この球形状は、自己伝播合成ＳＨＳによって炭化チタンを得るための方法の特徴である（図８参照）。

衝撃材を補強するための粒子（Ｔｉ＋Ｃタイプ）を得る
粒子を得るための方法は図５ａ−５ｈに示されている。炭素／チタン試薬の粒子はローラ１０間の圧縮によってストリップになり、それは次いで破砕機１１で破砕される。粉末の混合は、均一性を与えるためにブレード付きのタンクからなるミキサー８で実施される。次いで混合物はホッパー９を通って粒状化装置に渡される。この機械は二つのローラ１０を備え、それらを材料が通過する。圧力はこれらのローラ１０に付与され、それによって材料の圧縮が可能となる。出口では圧縮材料のストリップが得られ、それは次いで破砕されて粒子を得る。これらの粒子は次いで篩１３において所望の粒子サイズに篩い分けされる。有意なパラメータはローラ上に付与される圧力である。この圧力が高ければ、ストリップが多くなり、従って粒子は圧縮されるだろう。ストリップの密度、従って粒子の密度は理論密度（それはチタン及び炭素の化学理論的混合物について３．７５ｇ／ｃｍ^３である）の５５〜９５％で変化されうる。（多孔性を考慮した）見掛け密度はそのとき２．０６〜３．５６ｇ／ｃｍ^３である。

ストリップの圧縮レベルはローラ（直径２００ｍｍ、幅３０ｍｍ）に対する付与圧力（Ｐａ）に依存する。１０^６Ｐａのオーダの低圧縮レベルに対しては、理論的密度の５５％のオーダの密度のストリップが得られる。この材料を圧縮するためにローラ１０を通過した後、粒子の見掛け密度は３．７５×０．５５、即ち２．０６ｇ／ｃｍ^３である。

２５×１０^６Ｐａのオーダの高圧縮レベルに対しては、理論密度の９０％の密度のストリップ（即ち、３．３８ｇ／ｃｍ^３の見掛け密度）が得られる。実際には、理論密度の９５％まで達成することができる。

それゆえ、原材料Ｔｉ＋Ｃから得られた粒子は多孔性である。この多孔性は極めて高度に圧縮された粒子の５％からわずかに圧縮された粒子の４５％まで変動する。

圧縮レベルに加えて、ストリップの破砕及びＴｉ＋Ｃ粒子の篩い分けの操作時に粒子の粒子サイズ分布並びにそれらの形状を調整することもできる。望ましくない粒子サイズ画分は所望により循環される（図３ｂ参照）。得られた粒子は全体的に１〜１２ｍｍ、好ましくは１〜６ｍｍ、より好ましくは１．４〜４ｍｍのサイズを有する。

本発明による複合衝撃材における補強領域の作成
粒子は上記のように作られる。これらの粒子で三次元構造又は超構造／マクロ−マイクロ構造を得るために、それらは、部品を補強することが望ましい型の領域に位置される。これは、接着剤によって、又は粒子を容器に閉じ込めることによって、又は他の手段（バリヤー１６）によって粒子を凝集することによって達成される。Ｔｉ＋Ｃ粒子の積重ねの嵩密度は、ＩＳＯ６９７標準規格に従って測定され、ストリップの圧縮レベル、粒子の粒子サイズ分布、及び粒子の形状に影響するストリップの破砕方法に依存する。これらのＴｉ＋Ｃ粒子の嵩密度は、これらの粒子の圧縮レベル及び積重ねの密度に依存して、一般に０．９ｇ／ｃｍ^３〜２．５ｇ／ｃｍ^３のオーダである。

それゆえ、反応前に、チタン粉末及び炭素粉末の混合物からなる多孔性粒子の積重ねが存在する。

反応Ｔｉ＋Ｃ→ＴｉＣの間、試薬から生成物までにわたって２４％のオーダの体積収縮が起こる（試薬と生成物の間の密度差から生じる収縮）。従って、Ｔｉ＋Ｃ混合物の理論密度は３．７５ｇ／ｃｍ^３であり、ＴｉＣの理論密度は４．９３ｇ／ｃｍ^３である。最終製品において、ＴｉＣを得るための反応後、鋳造金属が浸透するだろう：
− これらの粒子の初期圧縮レベルに依存する、高い炭化チタン濃度を有する空間に存在する微視的な多孔性；
− 粒子の初期積重ね（嵩密度）に依存する、高い炭化チタン濃度を有する領域間のミリメートル空間；
− ＴｉＣを得るためのＴｉ＋Ｃ間の反応時の体積収縮から生じる多孔性。

以下の実施例では、以下の原材料が使用された：
− チタンＨ．Ｃ．ＳＴＡＲＣＫ，Ａｍｐｅｒｉｔ １５５．０６６，２００メッシュ未満
− グラファイトカーボンＧＫ Ｋｒｏｐｆｍｕｈｌ，ＵＦ４，＞９９．５％，１５μｍ未満
− Ｆｅ，ＨＳＳ Ｍ２鋼の形態、２５μｍ未満
− 割合：
− Ｔｉ＋Ｃ １００ｇＴｉ−２４．５ｇＣ
− Ｔｉ＋Ｃ＋Ｆｅ １００ｇＴｉ−２４．５ｇＣ−３５．２ｇＦｅ
アルゴン下でＬｉｎｄｏｒミキサーで１５分間混合。
粒状化はＳａｈｕｔ−Ｃｏｎｒｅｕｒ粒状機で実施された。
Ｔｉ＋Ｃ＋Ｆｅ及びＴｉ＋Ｃ混合物に対して、粒子の圧縮性は１０〜２５０×１０^５Ｐａでローラ間圧力を変化することによって得られた：
補強は、金属容器に粒子を置くことによって実施され、それは次いで衝撃材が補強されやすい位置の型に置かれる。次に、鋼又は鋳造鉄はこの型内に鋳造される。

実施例１
この実施例では、目的は衝撃材を作ることであり、その補強領域は約４２％のＴｉＣの全体的な容積百分率を含む。この目的のため、ストリップはＣ及びＴｉの混合物の理論密度の８５％の圧縮によって作られる。破砕後、粒子は、１．４〜４ｍｍの粒子の寸法を得るように篩い分けされる。２．１ｇ／ｃｍ^３のオーダの嵩密度が得られる（粒子間の空間の３５％＋粒子の多孔性の１５％）。

粒子は補強される部分の位置の型に位置され、それは６５容量％の多孔性粒子を含む。クロムを有する鋳造鉄（３％Ｃ，２５％Ｃｒ）は次いで予熱されていない砂型に約１５００℃で鋳造される。ＴｉとＣの間の反応は鋳造鉄の熱によって開始される。この鋳造はいかなる保護雰囲気もなしで実施される。反応後、補強部分では、高濃度の約６５％の球状炭化チタンを有する６５容量％の領域が得られる。即ち、衝撃材の全体の容積の４２容量％のＴｉＣ。

実施例２
この実施例では、目的は衝撃材を作ることであり、その補強領域は約３０％のＴｉＣの全体的な容積百分率を含む。この目的のため、ストリップはＣ及びＴｉの混合物の理論密度の７０％の圧縮によって作られる。破砕後、粒子は、１．４〜４ｍｍの粒子の寸法を得るように篩い分けされる。１．４ｇ／ｃｍ^３のオーダの嵩密度が得られる（粒子間の空間の４５％＋粒子の多孔性の３０％）。粒子は補強される部分の位置の型に位置され、それは５５容量％の多孔性粒子を含む。反応後、補強部分では、高濃度の約５３％の球状炭化チタンを有する５５容量％の領域が得られる。即ち、衝撃材の全体の容積の３０容量％のＴｉＣ。

実施例３
この実施例では、目的は衝撃材を作ることであり、その補強領域は約２０％のＴｉＣの全体的な容積百分率を含む。この目的のため、ストリップはＣ及びＴｉの混合物の理論密度の６０％の圧縮によって作られる。破砕後、粒子は、１〜６ｍｍの粒子の寸法を得るように篩い分けされる。１．０ｇ／ｃｍ^３のオーダの嵩密度が得られる（粒子間の空間の５５％＋粒子の多孔性の４０％）。粒子は補強される部分に位置され、それは４５容量％の多孔性粒子を含む。反応後、補強部分では、約４５％の球状炭化チタンに濃縮された４５容量％の領域が得られる。即ち、衝撃材の補強部分の全体の容積の２０容量％のＴｉＣ。

実施例４
この実施例では、粉末として鉄合金を加えることによって炭素とチタンの間の反応の強さを弱くする努力をした。実施例２と同様に、目的は衝撃材を作ることであり、その補強領域は約３０％のＴｉＣの全体的な容積百分率を含む。この目的のため、ストリップは１５重量％Ｃ，６３重量％Ｔｉ及び２２重量％Ｆｅの混合物の理論密度の８５％の圧縮によって作られる。破砕後、粒子は、１．４〜４ｍｍの粒子の寸法を得るように篩い分けされる。２ｇ／ｃｍ^３のオーダの嵩密度が得られる（粒子間の空間の４５％＋粒子の多孔性の１５％）。粒子は補強される部分に位置され、それは５５容量％の多孔性粒子を含む。反応後、補強部分では、高濃度の約５５％の球状炭化チタンを有する５５容量％の領域が得られる。即ち、衝撃材の補強マクロ−マイクロ構造の全体の容積の３０容量％の炭化チタン。

以下の表は多数の可能な組み合わせを示す。

表１（Ｔｉ＋０．９８Ｃ）
衝撃材の補強部分におけるＴｉ＋０．９８Ｃの反応後に補強マクロ−マイクロ構造において得られたＴｉＣの全体の百分率
この表は、ストリップ、従って粒子に対する５５〜９５％の範囲の圧縮レベルにより、４５容量％〜７０容量％（粒子の全容積とそれらの閉じ込め容積の間の比率割合）の範囲の衝撃材の補強部分の粒子充填レベルを実施することができる。従って、約２９容量％（表中の太字）の補強部分における全体のＴｉＣ濃度を得るためには、例えば６０％圧縮率及び６５％充填率、又は７０％圧縮率及び５５％充填率、又はさらに８５％圧縮率及び４５％充填率のような様々な組み合わせで行なうことができる。７０容量％までの範囲の補強部分における粒子充填率レベルを得るために、振動を付与して粒子を充填することが必要である。この場合において、充填率レベルを測定するためのＩＳＯ６９７標準規格はもはや適用できず、所定の容積における材料の量が測定される。

表２
粒子における反応後に得られた、圧縮レベル、理論密度及びＴｉＣ百分率割合の関係
ここで、我々は粒子の圧縮レベル及び反応後に得られたＴｉＣの容積％に従って粒子の密度を表し、従ってそこから約２４容量％の収縮を推論した。それゆえ、それらの理論密度の９５％に圧縮された粒子は反応後に７２．２容量％の濃度のＴｉＣを得ることができる。

表３
粒子の積重ねの嵩密度
実際には、これらの表はこの技術の使用者によって計算盤として使用され、彼は衝撃材の補強部分で得られる全体のＴｉＣ百分率を設定し、これによって、自分が使用する粒子の充填率及び圧縮率を決定する。同表はＴｉ＋Ｃ＋Ｆｅ粉末の混合物に対して作られた。

Ｔｉ＋０．９８Ｃ＋Ｆｅ
ここで、本発明者は、反応後に１５容量％の鉄を得ることができる混合物を目的とした。使用された混合物の割合は１００ｇＴｉ＋２４．５ｇＣ＋３５．２ｇＦｅである。鉄粉末によって、純粋な鉄又は鉄合金が意味される。混合物の理論密度：４．２５ｇ／ｃｍ^３。反応時の体積収縮：２１％。

表４
衝撃材の補強部分におけるＴｉ＋０．９８Ｃ＋Ｆｅの反応後に補強マクロ−マイクロ構造において得られた全体のＴｉＣの百分率
再び、約２６容量％（表中の太字）の補強部分における全体のＴｉＣ濃度を得るためには、例えば５５％圧縮率及び７０％充填率、又は６０％圧縮率及び６５％充填率、又は７０％圧縮率及び５５％充填率、又はさらに８５％圧縮率及び４５％充填率のような様々な組み合わせで行なうことができる。

表５
鉄の存在を考慮しながら、粒子における反応後に得られた、圧縮レベル、理論密度、及びＴｉＣ百分率割合の関係

表６
（Ｔｉ＋Ｃ＋Ｆｅ）粒子の積重ねの嵩密度

利点
本発明は一般に、従来技術と比較して以下の利点を有する。

衝撃に対する良好な耐性
本発明による方法により、多孔質ミリメートル粒子が得られ、それは浸透金属合金中に埋め込まれる。これらのミリメートル粒子はそれ自体、浸透金属合金中に埋め込まれた球状傾向を持つＴｉＣの微視的な粒子からなる。この系はマクロ構造を含む補強領域を有する衝撃材を得ることを可能にし、そのマクロ構造内には約１０００倍小さい尺度で同一のマイクロ構造が存在する。

衝撃材の補強領域が、包囲する金属マトリックスに微分散された炭化チタンの小さい硬質の球状粒子を含むことにより、クラックの形成及び伝播を回避することができる（図４及び６参照）。従って、クラックに対して二重の消失系を持つ。

クラックは一般に最も脆い場所で発生し、それはこの場合においてＴｉＣ粒子又はこの粒子と浸透金属合金の間の界面である。もしクラックが界面又はマイクロメートルＴｉＣ粒子で発生するなら、このクラックの伝播はそのときこの粒子を包囲する浸透合金によって妨げられる。浸透合金の靱性はセラミックＴｉＣ粒子のそれより大きい。クラックは、粒子間に存在するマイクロメートル空間を横断するため、粒子間で渡されるエネルギーを多く必要とする。

適用パラメータに対する最大のフレキシビリティ
粒子の圧縮レベルに加えて、二つのパラメータが変化されうる。それらのパラメータは粒子サイズ分画及び粒子の形状、従ってそれらの嵩密度である。他方、インサートを有する補強技術では、インサートの圧縮レベルだけが限定された範囲内で変化されうる。補強に与えられる所望の形状に関して、補強が設けられる場所及び衝撃材のデザインを考慮すると、粒子の使用はさらなる可能性及び適応を可能にする。

製造に関する利点
補強として多孔質粒子の積重ねの使用は製造に関して以下のような特定の利点を持つ：
− 少ないガス放出、
− クラックに対する感受性が少ない、
− 衝撃材中の補強のより良好な局在化。
ＴｉとＣの反応は強い発熱性である。温度の上昇は試薬の脱ガス、即ち試薬に含まれる揮発性材料（炭素中のＨ_２Ｏ、チタン中のＨ_２，Ｎ_２）の脱ガスを生じる。反応温度が高いほど、この放出は有意になる。粒状化技術は温度を制限し、ガス容積を制限し、より容易にガスを放出し、従ってガス欠陥を制限することを可能にする（望ましくない気泡を有する図９参照）。

本発明による衝撃材の製造時のクラックに対する低感受性
ＴｉＣ補強の膨張係数は鉄合金マトリックスのそれより低い（ＴｉＣの膨張係数：７．５×１０^−６／Ｋ、鉄合金の膨張係数：約１２．０×１０^−６／Ｋ）。この膨張係数の差は、凝固段階時及び熱処理時に材料中の応力の発生の結果を持つ。もしこれらの応力が極めて有意であるなら、クラックは部品中に出現し、その拒絶に導く。本発明では、少ない割合のＴｉＣ補強が使用され（５０容量％未満）、それは部品中の応力を少なくさせる。さらに、低及び高濃度の交互領域におけるマイクロメートル球状ＴｉＣ粒子間の延性マトリックスの存在は、可能な局所的応力を良好に取り扱うことを可能にする。

衝撃材中の補強の優れたメンテナンス
本発明では、衝撃材の補強部分と非補強部分の間の境界は突然ではない。なぜならば補強部分と非補強部分の間の金属マトリックスの連続性があるからであり、それは補強の完全な脱離に対してそれを保護することを可能にする。

試験結果
これらの試験は、３０〜１３０ｋｇの重量の範囲にわたって図４ｂ及び図１０に示されたタイプのハンマータイプの衝撃材で実施された。
試験１
ハンマーの重量：３０〜７０ｋｇ
破砕材料：セメント加工クリンカー
急冷鋼から作られたハンマーと比較したハンマーの寿命の増加：２００％
試験２
ハンマーの重量：７０〜１３０ｋｇ
破砕材料：石灰岩
段階：第一
急冷鋼から作られたハンマーと比較したハンマーの寿命の増加：１００〜２００％
試験３
ハンマーの重量：３０〜８０ｋｇ
破砕材料：石灰岩
段階：第二
部品の寿命の増加：１００〜２００％

１． 炭化チタンのマイクロメートル球状粒子（小塊）で濃縮されたミリメートル領域
２． 炭化チタンのマイクロメートル球状粒子を全体的に含まない鋳造合金で充たされたミリメートル隙間
３． 鋳造合金によって浸透されるＴｉＣ小塊間のマイクロメートル隙間
４． 炭化チタンで濃縮された領域におけるマイクロメートル球状炭化チタン
５． 炭化チタン補強
６． ガス欠陥
７． ハンマー／衝撃材
８． Ｔｉ及びＣ粉末のミキサー
９． ホッパー
１０． ローラ
１１． 破砕機
１２． 出口格子
１３． 篩
１４． ホッパーへの極めて微細な粒子の循環
１５． 砂型
１６． Ｔｉ／Ｃ混合物の圧縮粒子を含むバリヤー
１７． 鋳造ひしゃく
１８． 衝撃材（略図）

Claims (13)

1. 規定された幾何学的形態に従った炭化チタンで少なくとも部分的に補強（５）された鉄合金を含む、振動破砕機のための複合衝撃材であって、前記補強部分（５）が、炭化チタン（４）のマイクロメートル球状粒子を本質的に含まないミリメートル領域（２）によって分離された炭化チタン（４）のマイクロメートル球状粒子で濃縮されたミリメートル領域（１）の交互マクロ−マイクロ構造を含み、炭化チタン（４）のマイクロメートル球状粒子で濃縮された前記領域が、前記球状粒子（４）間のマイクロメートル隙間（３）が前記鉄合金によって充たされるマイクロ構造を形成することを特徴とする衝撃材。
2. 前記ミリメートル濃縮領域が、３６．９容量％より大きい炭化チタン（４）のマイクロメートル球状粒子の濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の衝撃材。
3. 前記補強部分が１６．６〜５０．５容量％の球状炭化チタン含有量を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の衝撃材。
4. 炭化チタン（４）のマイクロメートル球状粒子が５０μｍ未満のサイズを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の衝撃材。
5. 炭化チタン（４）のマイクロメートル球状粒子の主要部分が２０μｍ未満のサイズを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の衝撃材。
6. 炭化チタン（１）の球状粒子で濃縮された前記領域が３６．９〜７２．２容量％の炭化チタンを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の衝撃材。
7. 炭化チタン（１）で濃縮された前記領域が、１〜１２ｍｍで変動する寸法を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の衝撃材。
8. 炭化チタン（１）で濃縮された前記領域が、１〜６ｍｍで変動する寸法を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の衝撃材。
9. 炭化チタン（１）で濃縮された前記領域が、１．４〜４ｍｍで変動する寸法を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の衝撃材。
10. 以下の工程を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の複合衝撃材を鋳造により製造するための方法：
    − 予め規定された補強幾何学的形態を有する衝撃材の圧痕を含む型を準備する；
    − 補強部分（５）を形成することを意図された衝撃材の圧痕の部分内に、炭化チタンのミリメートル粒子プリカーサの形のチタン及び炭素を含む圧縮粉末の混合物を導入する；
    − 型内に鉄合金を鋳造し、前記鋳造の熱により前記プリカーサ粒子内の炭化チタンの発熱自己伝播高温合成（ＳＨＳ）を引き起こす；
    − 衝撃材の補強部分（５）内に、前記プリカーサ粒子の位置に炭化チタン（４）のマイクロメートル球状粒子で濃縮されたミリメートル領域（１）の交互マクロ−マイクロ構造を形成し、前記領域を、炭化チタン（４）のマイクロメートル球状粒子を本質的に含まないミリメートル領域（２）によって互いに分離し、前記球状粒子（４）を、マイクロメートル隙間（３）によって炭化チタンで濃縮された前記ミリメートル領域（１）内で分離する；
    − 炭化チタン（４）の微視的球状粒子の形成後に前記高温鋳造鉄合金によってミリメートル（２）及びマイクロメートル（３）隙間を浸透させる。
11. チタン及び炭素の圧縮粉末の混合物が鉄合金の粉末を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記炭素がグラファイトであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 請求項１０〜１２のいずれかに記載の方法に従って得られた衝撃材。