DE102008047899A1

DE102008047899A1 - Verfahren zur industriellen Herstellung von Materialien für die hochtechnologische Produktion (einschließlich der Nanotechnologie) unter Verwendung von Rotor-Prall-Wellen-Mühlen

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Publication number: DE102008047899A1
Application number: DE200810047899
Authority: DE
Original assignee: LITVINOV GEORGY
Current assignee: LITVINOV GEORGY
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2010-03-25

Abstract

Das vorgeschlagene Verfahren zur industriellen Herstellung von Materialien und ultrafeinen Pulvern zur Verwendung in der Industrie, Medizin, Biologie usw., einschließlich der Nanotechnologie, das in einem komplexen, technologischen Mahlsystem realisiert wird, das eine Gruppe in Bezug auf Haupt- und Hilfs-Einrichtungen hat, die die technologischen Arbeitsstufen bilden: Vorbrechen mit der maximalen Stufe des Zermahlens von Material mit minimalem spezifischem Energieverbrauch, End-Zermahlen bis zur Sollgröße der Materialteilchen in Rotormühlen mit Aufprall-Wellen-Beaufschlagung bei gegenläufiger Drehung von zwei koaxial angebrachten Rotoren, und ebenfalls einen Block zum Abfüllen und Verpacken des fertigen Produktes, dadurch gekennzeichnet, dass dieses die Erzeugung von ultrafeinen Pulvern und Materialien, einschließlich der Verwendung in der Nanotechnologie, mit minimalem Energieverbrauch gestattet.

Description

Die Anforderungen an die Materialien, die in unterschiedlichen Zweigen der Industrie, der Medizin, der Biologie und in anderen Tätigkeitsbereiche angewendet werden, wachsen ständig unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der physikalisch-technischen Eigenschaften, der Homogenität und der Beständigkeit der Zusammensetzung, der Zuverlässigkeit und der Qualität.
In einer Reihe von Fällen werden von herkömmlichen Materialien andere Eigenschaften gefordert. Für viele Parameter wird dieses durch die Schaffung und Verwendung von Nanomaterialien erreicht: Speziallegierungen mit Nanostruktur, Nanokeramik, Nano-Composites, korrosionsbeständige Überzüge, Nanoüberzüge für Sonnenkollektoren und eine Vielzahl von anderen.
Zurzeit haben die Technologien zur Erlangung von Nanopulvern und von mit diesen modifzierten Materialien eine stürmische Entwicklung genommen und wurden im Labormaßstab Technologien auf der Grundlage von chemischen, elektrochemischen, termischen und anderen Prinzipien geschaffen. Hauptnachteile dieser Technologien liegen in der hohen Energieintensität, in der niedrigen Produktivität, in der Teuerung bzw. im Preis, in dem Fehlen von Anlagen für die großtonnagige industrielle Herstellung.
Eine wichtige Etappe der industriellen Herstellung ist das Zermahlen des Rohstoffs zu ultradispersen (Nano-)Pulvern mit gefordertem Feinheitsgrad und der geforderten Struktur des Dispersionsgrades. Verfahren und Anlagen, die in der weltweiten Praxis verwendet werden, sind: Strahlmühlen, Druckstrahlmühlen, Ringwalzenmühlen und Hochdruck-Ringwalzenmühlen, Kugelmühlen und Rohrmühlen und andere. Die niedrige und ständige Energieintensität von diesen gestattet nicht, die Aufgabe des Erhaltens von ultrafeinen Pulvern mit den vorgegebenen Eigenschaften zu lösen.
Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Gruppe bzw. Zusammenstellung von Haupt- und Hilfsvorrichtungen gestattet, diese Nachteile aufgrund der Schaffung eines Mahlsystems zu beheben, in dem die grundlegende Endmahl-Einrichtung eine Rotormühle mit Prall-Wellen-Beaufschlagung ist, in der die Energieintensität proportional zum Radius der Rotoren wächst, die eine gegenläufige Drehung haben, zu ihrer Drehfrequenz, zum Geschwindigkeitsdruck des zugeführten Produkte (beim Druckschema bzw. Druckdiagramm der Beschickung der Mühlen). Die Möglichkeit der Regulierung der Drehfrequenz der Rotoren, der Geometrie der Prall-Beschleunigungs-Platten, die gasdynamische Kanäle bilden, des Neigungswinkels der Platten zum Radius, der Auswahl des Drucks und der Auffüllung der festen Phase, der Verwendung des Geschwindigkeitsdrucks bzw. dynamischen Drucks und andere Faktoren gestatten bei einer Vergrößerung der Mikrohärte das Wählen (experimentell und rechnerisch) der Arbeitsweise der Mühle zum Erhalten von ultrafeinen Teilchen.
Die Ultraschall-Arbeitsweise und die Auswahl der Resonanzfrequenzen gestatten das Erhalten eines maximalen Anteils von Nanoteilchen und des geforderten Dispersionsgrades für die kubische Verpackung des Pulvers.
Das Mahlsystem hat folgende technologische Arbeitsstufen:

– die Vorbereitung und das Vormahlen des Materials mit eigenem System der Absaugung und mit einem Silo bzw. einer Zelle zur Aufbewahrung des Halbfabrikats,
– einen Block des End- bzw. Fertigmahlens mit einem System von (beispielsweise Luftkammer-)Pumpen zum Zuführen der Gassuspension in die Rotor-Prall-Wellen-Mühle mit einzelnen elektronischen Blöcken zur automatischen Steuerung;
– einen Block zur Abscheidung und Abfüllung des fertigen Produktes,
– ein System zur Steuerung der Qualität des Produktes und des technologischen Prozesses (beispielsweise unter Verwendung eines Übervakuum-Tunnelmikropskops).

Das gesamte Mahlsystem kann bei einer Ausgeglichenheit der Arbeitsstufen in Bezug auf die Produktivität sowohl in der kontinuierlichen als auch in der diskontinuierlichen Arbeitsweise arbeiten.
Das Mahlsystem arbeitet wie folgt:
Das Ausgangsmaterial wird in einen zu regulierenden Vibrationsspeiseapparat (1) mit der Soll-Produktivität gegeben. Das Material gelangt in den Vorzermahleinrichtung-Hochdruck-Wellen-Zerkleinerer (2), der im geschlossenen Kreislauf arbeitet. Aus dem Zentrifugal-Klassierer gelangt das vorzerkleinerte Produkt in den Zyklon-Abscheider (3) und dann in das Zwischensilo (4), das im unteren Konus eine Schleusen-Sperrvorrichtung (5) hat, die die Zuführung des Produktes 20–30 μm in die Zweikammerpumpe mit kontinuierlichem Betrieb (6) reguliert, die im automatischen Betrieb arbeitet, aus der die Einführung unter Druck in die Düse der Rotor-Prall-Wellen-Mühlen (7) umgesetzt wird, oder bei Notwendigkeit in die nachfolgend aufgestellten Mühlen. Die Transport-Rohrleitungen, die Filter, die Zyklon-Abscheider und andere Ausrüstung der technologischen Linie arbeiten unter Entspannung, die durch die Vorrichtung (z. B. mit einen Zugventilator) (8) geschaffen wird. Das fertige Produkt wird in der Vorrichtung (beispielsweise im Zyklon) mit dem Block der Verpackungslinie (9) abgeschieden. Nachfolgend wird das Produkt in das Lager ausgetragen, wo Molekular-Assemblierer aufgestellt sind (Vorrichtungen, die in der Lage sind, Atome aus den erhaltenen ultrafeinen Pulvern aufzunehmen und zu mischen).

P. S. Die Projektierung realer Mahlsysteme und Mühlen für jegliches Material erfordert eine jeweilige Herangehensweise mit einer großen Menge an Know-How, das ein Zusatz zum vorliegenden Patent sein kann.

Claims

Ein vorgeschlagenes Verfahren zur industriellen Herstellung von Materialien und ultrafeinen Pulvern zur Verwendung in der Industrie, Medizin, Biologie usw., einschließlich der Nanotechnologie, das in einem komplexen, technologischen Mahlsystem realisiert wird, das eine Gruppe in Bezug auf Haupteinrichtungen und Hilfs-Einrichtungen hat, die die technologischen Arbeitsstufen bilden: Vorbrechen mit der maximalen Stufe des Zermahlens von Material mit minimalem spezifischem Energieverbrauch, End-Zermahlen bis zur Sollgröße der Materialteilchen, in Rotormühlen mit Aufprall-Wellen-Beaufschlagung bei gegenläufiger Drehung von zwei koaxial angebrachten Rotoren, und ebenfalls einen Block zum Abfüllen und Verpacken des fertigen Produktes, dadurch gekennzeichnet, dass dieses die Erzeugung von ultrafeinen Pulvern und Materialien, einschließlich der Verwendung in der Nanotechnologie, mit minimalem Energieverbrauch gestattet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Sicherstellen der radialen Bewegung der Gassuspension beim Drehen der Rotoren nicht nur zentrifugale Kräfte verwendet werden, sondern auch der dynamische Druck, der durch die Druckeinführung des Materials (beispielsweise durch eine Luftdruckkammerpumpe) geschaffen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Teilchen in der Mühle Pralllasten, eine Volumenbeaufschlagung von Gegen-Wellen-Prozessen und Resonanzerscheinungen mit maximaler Amplitude wirken.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material in der Mühle mehrfache, hochfrequente Zusammenstöße mit einer Bewegung vom Rotationsmittelpunkt zur Peripherie mit ständig wachsender Energiestärke erfährt, was mit der sich erhöhenden Mikrohärte beim Mahlen von ultrafeinen Teilchen überstimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine zuverlässige Arbeit und das Fehlen von Abriebmaterial der Rotorteil der Mühle aus verschleißfesten Materialien (z. B. Legierungsstählen, Keramik, Composites und anderen) mit ei ner Oberflächen-Mikrohärte von größer 1100 HV ausgeführt ist, wobei die stoßfesten Platten aus hochfesten Materialien (beispielsweise aus heißgepresstem Borkarbid) ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihe von Materialien bei dem Zermahlen seine physikalisch-chemischen Eigenschaften ändert, eine andere Gruppe von Materialien auf Grund der Aktivierung in den Rotor-Prall-Wellen-Mühlen die Eigenschaften der Reaktionsfähigkeit, die magnetischen, optischen, elektrischen und andere Eigenschaften ändert, wobei eine Änderung der Farbe des Ausgangsmaterials beobachtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Mahlsystem komplex durch eine Automatik und elektronische Systeme zur Erhöhung der Stabilität der Qualität des Endproduktes gesteuert wird.