DE10340606B4 - Vorrichtung zum Verdüsen eines Schmelzestrahls und Verfahren zum Verdüsen von hochschmelzenden Metallen und Keramikschmelzen - Google Patents

Vorrichtung zum Verdüsen eines Schmelzestrahls und Verfahren zum Verdüsen von hochschmelzenden Metallen und Keramikschmelzen Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Verdüsen eines Schmelzestrahls mit einer mit Schmelze versorgten Schmelzedüse, deren Austrittsöffnung über einer Öffnung einer Lavaldüse angeordnet ist oder in diese hineinragt und mit einer den aus der Schmelzedüse austretenden Schmelzestrahl begleitenden und mittels der Lavaldüse beschleunigten Gasströmung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzedüse (2, 24) von einer Wärmeisolierung (10, 11, 13, 21, 29) umgeben ist, die zur Abschirmung des unteren Bereichs der Schmelzedüse (2, 24) gegen die Gasströmung bis in die Nähe der Lavaldüse (6, 27) reicht, und nur die Austrittsöffnung (5, 26) der Schmelzedüse (2, 24) freilässt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdüsen eines Schmelzestrahls nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein Verfahren zum Verdüsen hochschmelzender Metalle und Keramikschmelzen.
  • Solche Verfahren und Vorrichtungen z.B. zur Herstellung von feinen Pulvern, sind bekannt, wobei die Verdüsung eines Schmelzestrahls durch begleitende Gasströme hoher Geschwindigkeiten bis in den Überschallbereich hinein geschieht.
  • In der DE 33 11 343 C2 wird ein Verfahren dieser Art offenbart. Zur Aufrechterhaltung der Schmelzetemperatur über möglichst lange Strecken nach dem Austritt aus einer Schmelzedüse wird das Gas auf den Bereich der Erstarrungstemperatur des Metalls und darüber hinaus vorgeheizt. Dazu sind besondere Vorrichtungen und zusätzliche Energie notwendig, denn die Massen der Gasströme liegen in der gleichen Größenordnung wie die der Schmelzen, durchaus auch darüber.
  • In der DE 35 33 964 C1 wird eine ergänzte Ausführung des vorgenannten Verfahrens beschrieben, bei der der Schmelzestrahl durch einen konzentrisch zu ihm angeordneten Strahlungsschirm aufgeheizt werden kann. Bei einer solchen Vorrichtung ist es technisch schwer durchzuführen, den Schmelzestrom deutlich aufzuheizen, weil die in dem als Lavaldüse geformten Strahlungsschirm beschleunigte Gasströmung entsprechend ihrer zunehmenden Geschwindigkeit auf dem Weg zum Schmelzestrahl hin Wärme durch Konvektion vom Strahlungsschirm aufnimmt, während der in Wärmeübertragungsrichtung dahinter liegende Schmelzestrom deutlich weniger erhält, als an Wärmeenergie zur Beheizung des Strahlungsschirmes eingesetzt wird.
  • Soll nach der Lehre des Verfahrens der beiden genannten Patente besonders feine Pulver erzeugt werden, so muss zum einen die Gasgeschwindigkeit hoch sein, vorteilhafterweise aber auch die Gasdichte und damit der Gasdruck, um über einen entsprechend hohen Strömungsimpuls des Gases zu verfügen und durch Schubspannungen viel davon auf den Schmelzestrahl zu dessen Verjüngung zu übertragen. Die Schallgeschwindigkeit der Gase setzt hier Grenzen, ebenso der Gasdruck in der technischen Ausführung der Vorrichtungen. Es gibt zwar Bereiche mit Überschallströmung (vorausgesetzt das hierfür maßgebliche kritische Druckverhältnis wird überschritten), aber das Verziehen des Schmelzestrahls geschieht im Unterschall und schallnahen Bereich bis etwas in den Überschallbereich hinein; danach platzt der Schmelzestrahl in der Regel auf und es formen sich die im allgemeinen Fall kugelförmigen Einzelpartikel (vgl. L. Gerking "Powder from Metal and Ceramic Melts by Laminar Gas Streams at Supersonic Speeds", pmi 25 (1993) 59 – 65). Es versteht sich, dass eine solche beschleunigte, zum Verhindern vorzeitigen Aufplatzens möglichst weitgehend laminar gehaltene Gasströmung nur ein bestimmtes Schmelzevolumen verformen kann. Das bedeutet, dass der Schmelzezufuhrkanal, die Bohrung im Schmelzenippel- einerlei welcher Querschnittsform, ob rund oder schlitzförmig -, verhältnismäßig dünn sein muss. Damit entsteht aber die Gefahr des Einfrierens der Schmelze im Nippel.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verdüsen eines Schmelzestrahls insbesondere für höher schmelzende Metalle und Keramiken zu schaffen, die bei geringerem Energieaufwand als bei der im Stand der Technik verwendeten Beheizung des Gases den flüssigen Zustand der austretenden Schmelze bis weit in das Hochgeschwindigkeitsgebiet der Gasströmung beibehält und feines Pulver, wenn gewünscht, mit enger Verteilung herstellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs und durch die Merkmale des Nebenanspruchs gelöst.
  • Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
  • Dadurch, dass die Schmelzedüse mit einer Wärmeisolierung abgedeckt ist, die auch im unteren Bereich der Schmelzedüse vorgesehen ist und nur die Austrittsöffnung freilässt, wird eine Art Schutzschild gegen Wärmeabfuhr durch die zugeführte Gasströmung gebildet, so dass durch Aufrechterhalten des flüssigen Zustandes des aus der Schmelzedüse austretenden Schmelzestroms möglichst weit in das Hochgeschwindigkeitsgebiet der begleitenden laminaren Gasströmung hinein hohe Schubspannungen zwischen Gas- und Schmelzestrom erzielt werden, wodurch feine Pulver z.B. bis unter 10 μm mittleren Durchmessers herstellbar sind.
  • Der Schmelzenippel wird gegenüber der Gasströmung isoliert, vorteilhafterweise durch die Luftschichten zwischen Schmelzenippel und den die Gasströmung führenden wärmeisolierenden Leitwänden. Zusätzlich kann der Schmelzenippel beheizt werden, was insbesondere beim Anlauf des Verfahrens, dem Anspinnen, und hohen Schmelzetemperaturen deutlich über 1000°C sinnvoll ist. Der schockartigen Abschreckwirkung des Gases bei Beginn der Verdüsung – aus einem Tiegel durch rasches Ziehen der als Verschluss dienenden Stopfenstange – wirkt die gespeicherte Wärme des vorhergehenden Aufheizens entgegen.
  • Durch diese Kombination von passivem und aktivem Schutz der Wärmeabfuhr von der Schmelze im Nippel und im laminaren Halten des Gasstromes gelingt es, den Schmelzestrom auf wenigen mm Laufstrecke nach seinem Austritt aus dem Nippel zu verziehen und ihn dabei hinreichend flüssig zuhalten, so dass er durch den in seinem Inneren durch die Wirkung der Oberflächenspannung anwachsenden Druck und den in der Gasströmung durch ihre Beschleunigung in der Lavaldüse abnehmenden Druck selbsttätig in feine Teilchen zerplatzt. Bei Metallen gelingt es ohne besondere Maß nahmen, die Temperatur dieser Teilchen bis dahin soweit hoch zu halten, dass sie wiederum durch Wirkung der Oberflächenspannung in Kugelform erstarren. In einer Sonderausführung des Verfahrens können auch nichtkugelförmige Teilchen erzeugt werden, indem im Bereich unterhalb des Aufplatzpunktes ein kaltes Medium – Gas oder Flüssigkeit – zur Abschreckung eingeführt wird.
  • Das Verfahren kann mit einem Gasdruck betrieben werden, indem gleicher Druck über dem Schmelzetiegel wie in der Gaszufuhr herrscht. Letzterer kann auch separat geregelt werden, wozu beide Räume, Tiegel- und Gaszufuhrraum, getrennt sein müssen, Dieses hat den Vorteil, dass man durch die positive Druckdifferenz zwischen beiden den Schmelzedurchsatz zusätzlich steuern kann. Kontinuierliche Verfahren können im niedrigeren Temperaturbereich auch mit Pumpen betrieben werden, etwa bei Bleischmelzen, wobei von vornherein zwei Drucksysteme gegeben sind.
  • Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei hohen Schmelzetemperaturen Unterschiede zwischen Schmelze- und Gastemperatur von bis zu 2000°C mit der Vorrichtung nach der Erfindung aufrecht erhalten werden können, wenn die Verfahrensdaten und die geometrische Gestaltung von Schmelzenippel und Lavaldüse so aufeinander abgestimmt sind, dass die Verdüsung durch Aufplatzen des Schmelzestroms (Nanoval-Effekt) innerhalb von weniger als 10 mm nach dem Schmelzeaustritt geschieht.
  • Von besonderer Bedeutung sind Verdüsungen über etwa 1000°C, beginnend mit Aluminium- und Kupferlegierungen von etwas über 800°C, über Eisenlegierungen (Stahl) mit über 1500°C und Platin um und über 2000°C, jeweils Schmelzetemperatur bei der Verdüsung. Bei der Verdüsung von Metallen deutlich unter 1000°C und zu gröberen Pulvern sind die besonderen Wärmeschutzmaßnahmen am Schmelzenippel, auch eine Beheizung nur im Anlauf im Allgemeinen nicht nötigt, können aber von Vorteil für einen stetigen Betrieb sein. Bei der Verdüsung bei höheren Temperaturen, also um etwa und über 1000°C, unter der Wirkung des selbsttätigen Aufplatzens nach wenigen Millimetern Laufstrecke wurde die Kombination aus aktivem und passivem Wärmeschutz als beste Möglichkeit bei den gegebenen geringen Dimensionen der Verdüsungszone gefunden, will man auf Gasheizung und externe Heizung des Schmelzestrahls verzichten.
  • Kennzeichnend für die Verhältnisse ist das Beispiel in DE 33 11 343 , wo eine Lötzinnschmelze von T = 300°C ins Vakuum verdüst wird. Das Schmelzemonofil hat in diesem Fall deutlich über 10 mm, je nach Ausflussquerschnitt auch über 25 mm Länge bevor es aufplatzt. Die Gefahr des Einfrierens des Monofils über diese Länge ist dort wegen der verhältnismäßig geringen Temperaturdifferenz zwischen Schmelzestrahl und Gasströmung nicht groß, insbesondere ist der Wärmeverlust durch Strahlung proportional T4 gering und Maßnahmen der vorliegenden Erfindung kamen nicht in Betracht.
  • Keramikschmelzen überstreichen ein wesentlich breiteres Spektrum in der erzeugten Teilchenform als Metalle und ihre Legierungen, denn sie können sowohl zu Kügelchen zerstäubt werden wie zu Fasern oder endlosen Fäden, oder Fasern mit Kugeln, sog. Perlen, darin, je nachdem ob die Zähigkeitskräfte oder die Oberflächenspannungskräfte überwiegen. Im letzteren Fall entstehen Einzelpartikel, so bei Metallen.
  • Auch Kunststoff- und allgemein Schmelzen können durch das erfindungsgemäße Verfahren zu Einzelpartikeln zerstäubt werden, wenn die Oberflächenspannung stärker wirkt als die Faden bildende Zähigkeit.
  • Die Ausflussquerschnitte der Schmelze aus den Schmelzenippeln haben einen runden Querschnitt und es treten Monofile aus. Sie können (neben denkbaren anderen irregulären Formen) auch schlitzförmig sein und es tritt ein Schmelzefilm aus. Dessen Zerstäubungsmechanismus ist bei ebenfalls beschleunigender laminarer Gasströmung vielgestaltiger als das geschilderte "reguläre" Zerplatzen eines Schmelzemonofils. Der Film schnürt sich von den Rändern her ein, verdickt sich dort, bildet über seine Breite hinweg ebenfalls strähnenförmige Verdickungen und wieder überwiegen durch diese Krümmungen der Schmelzeoberflächen die Oberflächenkräfte die Zähigkeitskräfte und der Film teilt sich in einem klar umgrenzten Bereich auf in einzelne Teilchen, die wieder in guter Kugelform erstarren, wenn nicht besondere Maßnahmen der schlagartigen Abkühlung durch ein drittes Medium erfolgen. Fehlt die begleitende Gasströmung, so kommt es mehr zu einem Zerflattern als Zerstäuben. In jedem Fall ergibt die Zerstäubung eines Films eine breitere Verteilung der Teilchengrößen und diese sind unter sonst gleichen Bedingungen für ein Material gröber als es mit Rundstrahl-(Monofil-)Zerstäubung nach dem vorliegenden Verfahren möglich ist. Der Durchsatz kann bei Filmzerstäubung allerdings sehr viel größer sein, weil der Schlitzquerschnitt größer sein kann und dennoch die Gaskräfte seitlich an einem dünnen Schmelzestrom angreifen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Verdüsungsvorrichtung, und
  • 2a und 2b zueinander senkrechte Schnitt durch den unteren Bereich einer Vorrichtung zum Verdüsen mit schlitzförmiger Schmelzedüse.
  • 1 zeigt eine Einrichtung zur Verdüsung von Metallschmelzen bestehend aus einem Tiegel 1, in der Regel aus Keramik oder Grafit, mit einem unter einer Ausflussöffnung 3 des Tiegels 1 angeordneten Schmelzenippel 2 bzw. einer Schmelzedüse, alles in der hier gezeigten Form in Rotationssymmetrischer Ausführung. Bei diskontinuierlichem Betrieb befindet sich am oberen Ende der Ausflussöffnung 3 eine hier nicht gezeichnete Stopfenstange, die den Tiegel 1 nach unten verschließt und zu Beginn des Anspinnens nach oben gezogen wird und den Ausfluss freigibt. Der Schmelzenippel 2, ebenfalls aus Keramik oder Grafit, hat am Ende seines Durchflusskanals 4 eine Ausflussbohrung 5 kleineren Querschnitts, etwa zwischen 0,5 und 2,5 mm im Durchmesser, und ist über einer Lavaldüseneinheit 6 mit dem unterhalb des Schmelzeaustritts 5 konvergent und dann divergent verlaufenden Durchtrittsquerschnitt angeordnet.
  • Eine Gasströmung strömt gemäß den Pfeilen 7 von der Seite hinzu zum engsten Querschnitt 8, wo sie sich auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt, wenn das kritische Druckverhältnis erreicht oder überschritten wird. Die Gasströmung kann "kalt" sein, d.h. sie kann Umgebungstemperatur bzw. die Temperatur aus ihrer Verdichtung haben und muss nicht aufgeheizt sein.
  • Die Schmelzedüse 2 bzw. der Schmelzenippel ist von einer Wärmeschutzanordnung umgeben, die vorzugsweise einen aktiven und einen passiven Wärmeschutz aufweist. Der passive Wärmeschutz besteht aus mehreren Isolierstücken 10, 11, 13, einem inneren Isolierstück 10, das die Schmelzedüse bzw. den Schmelzenippel 2 in unmittelbarer Nähe umgibt, einem äußeren Isolierstück 11, das über dem inneren Isolierstück 10 sitzt und unteren Isolierstück 13, das den unteren Teil des inneren Isolierstücks 10 und des Schmelzenippels 2 umgreift. Dabei kommt dem unteren Isolierstück 13 besondere Bedeutung zu, da es den Nippel 2 unter Bildung eines Luftspaltes 14 umgibt und nahezu seine gesamte Stirnseite gegen die Gasströmung abschirmt, so dass nur eine kleine Fläche bei 15 für den Schmelzedurchtritt frei bleibt.
  • Der aktive Wärmeschutz besteht aus einer elektrischen Heizung 12 mit einem Stromanschluss 16, die zwischen Schmelzedüse 2 und innerem Isolierstück angeordnet ist, wobei sie direkt auf dem Innenumfang und der oberen Stirnfläche des Isolierstücks 10 aufgebracht sein kann. Der Stromanschluss 16 ist mit der Heizung 12 an der Stirnfläche elektrisch verbunden und nach außen geführt. Die Heizung 12 kann eine käfigförmige Heizung aus Grafit, mäanderförmig geschnitten sein.
  • Bei der elektrischen Spannungsversorgung der Heizung 12 ist es oft nötig, je nach Material des Schmelzenippels 2, sie gegen diesen mit einem ebenfalls rotationssymmetrischen Isolierteil elektrisch zu isolieren. Bei nicht zu hohen Temperaturen im Bereich um 1000°C genügt anstelle der Heizung 12 auch ein enger Luftspalt zur besonderen Verhinderung des Wärmeab flusses, stärker als mit für diese Temperaturen geeigneten Isoliermaterialien.
  • Der ganze Aufbau wird getragen durch einen Trennflansch 18, der die darunter liegende Zerstäubungskammer 19, in dem das Pulver nach dem Aufplatzen des Schmelzemonofils etwa im engsten Bereich 8 der Lavaldüse 6 aufgefangen und weiter transportiert wird, von dem oberhalb liegenden Druckraum 20 trennt. Wegen der hohen Temperaturen ist sowohl die Lavaldüse 6 als auch das Gehäuse des die Zerstäubungskammer 19 bildenden Behälters gekühlt, z.B. indem es doppelwandig für die Durchströmung von Kühlwasser ausgeführt ist.
  • In dem Druckraum 20 wird das Gas von außen zugeführt, und die Schmelze wird durch eine induktive Heizung in Spulenform um den Tiegel 1 herum, zweckmäßigerweise isoliert gegen den Tiegel 1 aufgeheizt, wobei durch die Spule Kühlwasser strömt. Widerstandsheizungen finden auch Anwendung, allerdings weniger.
  • Im Raum 20 um und über dem Tiegel 1 und darunter auf Höhe des Schmelznippels 2 befindet sich der gleiche hohe Gasdruck, der sich aufgrund der durch die Druckdifferenz entstehenden Gasströmung gemäß den Pfeilen 7 langsam verringert.
  • Die Ausführung der Räume 20 und 19 in 1 ist ähnlich der in DE 33 11 343 , nur handelt es sich im Raum 20 oberhalb des Trennflansches 18 um ein Druckgefäß für Drücke von 20, 30 bar Überdruck und mehr, im Zerstäubungsraum 19 darunter um ein Gefäß für Drücke etwas über dem Atmosphärendruck, um folgende Abscheidevorrichtungen wie Zyklone, Sichter und Filter überwinden zu können. Der Raum 19 kann aber auch als Druckgefäß ausgeführt werden. Dies hat Vorteile bei der Erzeugung feinster Pulver, bei denen die mittlere Dichte im Zerstäubungsbereich des engsten Querschnitts 8 größer ist, als wenn auf etwa Atmosphärendruck entspannt wird.
  • Um die von den Werkstoffen der Isolierstücke 10, 11, größtmögliche Abschirmwirkung gegen Wärmeverluste des Nippels zu erhalten, sind diese durch entsprechende Passungen zueinander auszuführen, damit keine Gasströmung von oben aus dem Raum 20 zum Bereich des geringeren Drucks beim Querschnitt 8 konzentrisch zum Nippel 2 nach unten strömt. Diese Forderung gilt gleichzeitig für die Heizung 12 und die elektrische Isolierung und ist durch die Fertigungsgenauigkeit bei heutigen Isolierwerkstoffen gut zu erfüllen. Die Isolierstücke 10, 11 bestehen aus unterschiedlichen Materialien, wodurch sie besser an die Temperaturgegebenheiten angepasst werden können. Sie können aber auch aus denselben Materialien und aus einem Stück bestehen.
  • In 2 ist mit den senkrecht zueinander vorgesehenen Schnitten a) und b) mit Schmelzdüse oder Schmelzenippel 24, Lavaldüse 27 und Gaszufuhr 35 über einen gekapselten Raum 34 eine Einheit für die Verdüsung aus einem Schlitz dargestellt. Die Schmelzedüse kann, wie im Ausführungsbeispiel nach 1, mit einem Tiegel verbunden sein, sie kann aber auch an eine Zufuhrpumpe oder allgemein an eine Schmelzezufuhrleitung angeschlossen sein.
  • Durch Vorsehen des gekapselten Raums 34 verläuft eine Verdüsung unter zwei Drucksystemen, in der Kapsel 34 herrscht der Druck p2 und über der Schmelzedüse 24 ein höherer Druck p1, nämlich der Druck des Tiegels oder der Zufuhrleitung. Die Druckdifferenz p1 – p2 regelt den Durchsatz überlagernd zur Schwerkraft der Schmelzesäule.
  • Die Schmelzedüse 24, die in ihrem oberen Bereich rotationssymmetrisch ist und ein unteres keilförmiges Ende 25 aufweist, ist in einem Isolierstück 21 aufgenommen, das zusammen mit dem die Lavaldüse 27 aufnehmenden Konstruktionsteil 22 und für die Gaszufuhr 35 durchlässigen Seitenwänden die Kapsel 34 bilden.
  • Das Isolierstück 21 umfasst im Bereich des unteren keilförmigen Schmelzenippels 24 einen Schirm 29 aus möglichst gut wärmeisolierendem Material, das der Temperatur aber Stand hält, zur Verminderung der Wärmeabfuhr zu beiden Seiten des unteren keilförmigen Schmelzenippels 24. Zur weiteren Wärmeisolierung ist zwischen Schirm 29 und Schmelzenippel 24 im unteren Bereich ein Luftspalt 30 vorgesehen.
  • Der Schmelzenippel 24 weist einen Durchflusskanal 31 auf, der in einen schlitzförmigen, im Querschnitt bogenförmigen Raum 32 (s. 2b) mit einer Schlitzlänge und entsprechenden schlitzförmigen Austrittsöffnung 26 übergeht. Der Schmelzedurchflusskanal 31 kann in Vorbereitung auf die spätere Erweiterung zum Schlitz bereits oval ausgeführt sein, wie in 2b bei 33 gezeigt. Der wärmeisolierende Schirm 29 wird dicht an die schlitzförmige Austrittsöffnung 26 herangeführt und nur ein kleiner Teil des Schmelzenippels 24 um sie herum freigegeben.
  • Das untere keilförmige Ende 25 des Schmelzenippels 24 mit der schlitzförmigen Austrittsöffnung 26 ist über der ebenfalls schlitzförmigen Lavaldüse 27, die in einen nicht weiter dargestellten Zerstäubungsraum mit dem Druck p3 mündet.
  • Der Schmelzenippel 24 ist in seinem oberen Teil, hier nicht näher gezeigt, durch z.B. rotationssymmetrische Teile gegen Wärmeabfuhr isoliert und kann zusätzlich, wie in 1 gezeigt, aktiv durch Heizung hierbei unterstützt werden.
  • Die Schmelze wird zum Verdüsen dem Durchflusskanal 31 zugeführt und der aus der schlitzförmigen Austrittsöffnung austretende Schmelzefilm wird durch die Gasströmung beschleunigt, die seitlich in die Kapsel 34 entlang den Pfeilen strömt und sich auf dem Weg zum engsten Querschnitt 28 der Lavaldüse 27 beschleunigt. Kurz unterhalb der Lavaldüse zerschlägt sich der Film wie weiter oben beschrieben wurde.
  • Die folgenden Beispiele zeigen Zerstäubungsergebnisse mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seiner Vorrichtungen. Sie zeigen feine Pulver in enger Verteilung mit verhältnismäßig wenig Aufwand an Gas und bei immer noch mäßigen Drücken.
  • Beispiel 1
  • Edelstahl der Type X2CrNiMo 17-12-2 entsprechend 316L wurde aus einem Tiegel 1 und dem Nippel 2 mit einem Ausflussdurchmesser von 1,5 mm, beide aus Aluminiumoxyd, bei einer Schmelzetemperatur von 1680°C verdüst. Der Durchmesser der Lavaldüse 6 betrug 4 mm.
  • Im Falle eines Druckes über dem Tiegel von 20 barÜ (2 Mpa über Atmosphäre) ergab sich ein mittlerer Durchmesser d50=23 μm in einer Verteilung d84/d50=1,85 und bei 25 bar (2,5 Mpa) d50=17 μm und d84/d50 von 1,72. Die Durchsätze betrugen in beiden Fällen etwa 1,5 kg/min. Der Gasverbrauch betrug im ersten Fall 2,5 und im zweiten 3,4 kg Argon/kg Metall. Um der Wärme abfuhr vom Schmelzenippel trotz sorgfältiger Isolierung durch die Isolierstücke 10 und 11 entgegenzuwirken, wurde die Heizung 12 mit einer Leistung von 1,5 kW geheizt.
  • Beispiel 2
  • Eine Silber-Kupferlegierung (AgCu 27 Zn25 Su2) wie sie für Hartlote verwendet wird, wurde bei 850°C Schmelzetemperatur mit 2 barÜ verdüst und ergab: d50=42 μm, d84/d50=1,55 bei einem Durchsatz von 1,4 kg/min. Der Gasverbrauch betrug 0,33 kgN2/kg Metall.
  • Beispiel 3
  • Aus einer Verdüsungseinheit mit einem Schlitz 26 gemäß 2 von 20 mm Länge und 0,7 mm Breite wurde eine Kupfer-Zinnlegierung (CuSn 10) bei einer Schmelzetemperatur von 1200°C bei 12,6 barÜ verdüst und es ergab sich d50=22 μm, d84/d50 = 2,2 bei einem Durchsatz von 8,4 kg/min und einem Gasverbrauch von 0,35 kgN2/kg Metall.
  • Beispiel 4
  • Eine Messingschmelze mit einer Temperatur von 950°C wurde aus einer Vorrichtung gemäß 1 mit Stickstoff (N2) von 2 barÜ verdüst, und direkt unterhalb des engsten Querschnitts 8 wurde seitlich durch 2 Bohrungen von 1,5 mm Durchmesser Wasser eingeblasen. Der Schmelzedurchsatz betrug 1,3 kg/min, die Menge des eingesprühten Wassers zur möglichst raschen Abkühlung der Metallteilchen, ohne dass sich durch die Oberflächenspannung runde Teilchen ergeben, betrug etwa 1,5 kg/min. Die Teilchen hatten stark irreguläre Form von Ellipsoiden zu knochen- und wurzelförmigen, aber auch feinere runde Teilchen ergaben sich. Die Größenverteilung zeigte etwa
    76 % unter 200 μm
    15 % 200 bis 300 μm
    9 % über 300 μm.
  • Die mittlere Teilchengröße, bezogen auf Kugelform, errechnete sich für den ersten Anteil von 76% zu 91 μm.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zum Verdüsen eines Schmelzestrahls mit einer mit Schmelze versorgten Schmelzedüse, deren Austrittsöffnung über einer Öffnung einer Lavaldüse angeordnet ist oder in diese hineinragt und mit einer den aus der Schmelzedüse austretenden Schmelzestrahl begleitenden und mittels der Lavaldüse beschleunigten Gasströmung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzedüse (2, 24) von einer Wärmeisolierung (10, 11, 13, 21, 29) umgeben ist, die zur Abschirmung des unteren Bereichs der Schmelzedüse (2, 24) gegen die Gasströmung bis in die Nähe der Lavaldüse (6, 27) reicht, und nur die Austrittsöffnung (5, 26) der Schmelzedüse (2, 24) freilässt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schmelzedüse (2, 24) und Wärmeisolierung (10) eine elektrische Heizung (12) angeordnet ist, die die Schmelzedüse (2, 24) über den größten Teil ihrer Länge umgibt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wischen elektrischer Heizung (12) und Schmelzedüse (2, 24) eine elektrische Isolierung vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizung (12) aus Graphit besteht.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizung (12) mäanderförmig ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzedüse (2, 24) als Schmelzenippel mit rundem Querschnitt ausgebildet ist, aus dem ein Schmelzemonofil austritt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzedüse (2, 24) als lang gestreckte Schlitzdüse ausgebildet ist, aus der ein Schmelzefilm austritt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse (6, 27) einen runden Querschnitt aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse (6, 27) einen lang gestreckten schlitzartigen Querschnitt aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der den unteren, zur Lavaldüse (6, 27) gerichteten Teil der Schmelzedüse (2, 24) abdeckende Wärmeisolierung, die einen Wärmeschild (13, 29) bildet, und dem genannten Teil der Schmelzedüse (2, 24) ein Luftspalt (14, 30) vorgesehen ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierung aus mehreren Teilen besteht, die zur Vermeidung von Leckgasströmen mit Passungen zueinander versehen sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung Umgebungstemperatur aufweist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Aufplatzpunktes der aus der Schmelzedüse (2, 24) austretenden Schmelze Mittel zum Zuführen eines Abschreckmediums vorgesehen sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze eine Metallschmelze ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze eine Kunststoffschmelze ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze eine keramische Schmelze ist.
  17. Verfahren zum Verdüsen von hochschmelzenden Metallen und Keramikschmelzen zu Pulver, die bei Schmelzetemperaturen über 800°C einer Schmelzedüse zugeführt werden, wobei die aus der Schmelzedüse austretende Schmelze mittels eines durch eine Lavaldüse bis in Bereiche der Schallgeschwindigkeit beschleunigte Gasströmung beschleunigt wird und nach dem Austreten aus der Lavaldüse in feines Pulver zerplatzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströmung bei Umgebungstemperatur oder der Temperatur der Verdichtung des Gases erzeugt oder zugeführt wird, und dass die Schmelzedüse bis auf ihre Austrittsöffnung wärmeisoliert wird und bis zur Austrittsöffnung gegen die Gasströmung abgeschirmt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzedüse zusätzlich beheizt wird.
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