DE19801832C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kugelförmigen Teilchen nahezu gleichen Durchmessers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von kugelförmigen Teilchen nahezu gleichen Durchmessers

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von kugelförmigen Teilchen, insbesondere aus Metallen, Kunststoffen oder Glas, nahezu gleichen Durchmessers innerhalb eines engen Kornspektrums, bei dem der Stoff in die flüssige Form durch Aufschmelzen überführt wird, die Schmelze oberhalb der Liquidustemperatur gehalten und unter Druck mit einem Schutzgas in einem Schmelztiegel beaufschlagt wird, so daß sich beim Ausschleusen aus dem Schmelztiegel durch eine oder mehrere Düsen jeweils ein zusammenhängender dünner Schmelzstrahl bildet, der vor seiner Fallbewegung in ein Kühlmedium in Portionen nahezu gleichen Volumens zerlegt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Herstellen von kugelförmigen Teilchen, insbesondere aus Metallen, Kunststoffen oder Glas, annähernd gleichen Durchmessers innerhalb eines engen Kornspektrums, mit einem einen konischen Boden aufweisenden, widerstandsbeheizten, druckdichten Schmelztiegel, einer mit dem Schmelztiegel in der Trichteröffnung des Bodens befestigten Düsenanordnung für das Ausschleusen von Schmelzstrahlen und einer den Schmelzstrahl zerlegenden Trenneinrichtung, die senkrecht zu diesem unterhalb der Düsenanordnung angeordnet ist.
Bekanntlich werden kugelförmige Teilchen aus Metall mit engen Nenndurchmesser-Toleranzen, beispielsweise von ±5 bis 10%, in immer größeren Maße zum Verbinden elektronischer Bauteile durch Löten eingesetzt.
Die µ-ball-grid-array (BGA)-Verbindungstechnik erfordert bereits heute Kugeldurchmesserabmessungen von beispielsweise 75 µm ± 5 µm.
Diesen Anforderungen versucht die DE 42 42 645 A1 dadurch gerecht zu werden, daß ein zusammenhängender Strahl flüssigen Metalls lokal mit Druckschwingungen beaufschlagt wird, wodurch in Längsrichtung des Strahles voneinander beanstandete Querschnittsverengungen im Strahl gebildet werden, die zur Strahlzerlegung führen. Die abgeteilten Segmente nehmen infolge der Oberflächenspannung des flüssigen Metalls Kugelform an und werden dann gekühlt. Hierzu wird mit einer Schmelzvorrichtung und einer mit der Schmelzvorrichtung verbundenen Düsenanordnung ein Strahl flüssigen Metalls erzeugt, der in vertikaler Richtung nach unten aus der Düse ausfließt. Die Düsenanordnung mündet innerhalb einer rohrförmigen Abschirmung, die sich koaxial zur Strahlrichtung vertikal erstreckt und mehrere Einkoppelstellen für Druckschwingungen aufweist.
Die Beaufschlagung des Strahls mit Druckschwingungen erfolgt im wesentlichen radial oder axial zur Strahlrichtung, wobei die Druckschwingungen auch auf die den Strahl erzeugenden Düsenanordnung einkoppelbar sind oder über eine Gasatmosphäre auf den Strahl einwirken.
Nach der EP 0 467 211 A2 ist die Herstellung von kugelförmigen Teilchen im Korngrößenbereich von 5 µm bis 5 mm mit einem engen Kornspektrum aus flüssiger Phase durch Erzeugung von Tropfen mittels zumindest einer vibrierenden Düse und Verfestigung der gebildeten Tropfen in einem gasförmigen oder flüssigen Kühlmedium bekannt. Mit einem Vibrationsgenerator wird bei dieser bekannten Lösung der Düsenkopf in periodische Schwingungen versetzt, wodurch der aus der Düse fließende Flüssigkeitsstrahl in Tropfen zerfällt.
Des weiteren ist aus der DE 40 12 197 A1 ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung von teilchenförmigen Metall bekannt, bei dem Metallschmelze aus einem Schmelztiegel tropfenweise in einen Flüssigkeitsstrom eingeleitet wird, in dem die Metallschmelztropfen abgekühlt werden. Zur Herstellung von kugelförmigen Teilchen wird der Flüssigkeits-Strom entgegen der Fallrichtung der Metallschmelztropfen geleitet. Der Abstand zwischen dem Auslauf der Metallschmelztropfen aus dem Schmelztiegel und der einer Erstarrungszone, in der die Metallschmelztropfen wenigstens an ihrer Oberfläche erstarren, wird möglichst klein gehalten.
Die weiterhin bekannte Zerstäubung von Flüssigkeiten basiert auf der Beaufschlagung des aus einer Düse austretenden Strahls mit durch Ultraschall erzeugten Druckwellen.
Bei der Lösung nach der DE 44 44 525 A1, die einen Ultraschallzerstäuber zum Zerstäuben von vorwiegend flüssigen Medien mit einer schwingenden Sonotrode beschreibt, bilden die Oberflächen der schwingenden Sonotrode und mindestens eines weiteren festen Körpers einen Spalt, dessen Breite sich periodisch mit der Schwingung der Sonotrode verändert. In diesen Spalt wird das zu zerstäubende Medium eingebracht, wobei die Flüssigkeit aus dem Spalt herausdrängt und zerstäubt.
Aus der US 5 266 098 A ist auch ein Verfahren zur Herstellung etwa gleich großer Metalltropfen bekannt, bei dem ein Schmelztiegel mit einer Vielzahl von Öffnungen im Boden eingesetzt wird. Das im widerstandsbeheizten Schmelztiegel aufgeschmolzene Metall wird gerührt, so daß aus den Öffnungen Metalltropfen etwa gleicher Größe austreten.
Andere bekannte Lösungen, so nach US 5 258 053 A, DE 297 06 921 U1, CH 664 298 A5, US 2 356 599 A oder JP 59-19531 A, erzeugen Metallgranulate dadurch, daß eine Metallschmelze in ein Kühlbad gegossen wird, wobei die Kühlflüssigkeit im wesentlichen senkrecht dem in die Flüssigkeit eingegossenen Metallstrahl entgegenströmt, wobei sich Metallkugeln bilden, die auf ein Klassierungsband fallen.
Alle diese bekannten Lösungen haben den Nachteil, daß die gebildeten Kugeln unterschiedliche Durchmesser, d. h. ein breites Kornverteilungsband, aufweisen. Durch Zusammentreffen einzelner abgetrennter Teilchen im noch flüssigen Zustand können außerdem diese Teilchen wieder zusammenschmelzen und sich zu unregelmäßig geformten Gebilden, sogenannten Satelliten, Schneemänner, Bohnen, Nadeln u. ä., vereinen.
Die bekannten Verfahren erlauben es bisher nicht, enge Kornverteilungen, beispielsweise Kugeldurchmesser mit einer Toleranz von < ±5% des Nenndurchmessers, mit vertretbarem Aufwand herzustellen.
Enge tolerierte Kornverteilungen, wie sie insbesondere in der BGA-Löttechnik notwendig sind, erfordern Siebungs- und Klassierungsverfahren, die sehr kosten- und zeitintensiv sind.
Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß exakt sphärische Kugeln in einem beliebigen Durchmesser zwischen 1 µm und 10 mm sowie engster Toleranz bei minimalen Klassieraufwand kostengünstig herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Volumen der abgeteilten Portionen mit einem auf den Durchmesser abgestimmten Gasdruck von 4 bis 40 bar, einer Schmelztmperatur von 50 bis 10°C oberhalb der Liquidustemperatur und mit einem mit einer Frequenz von 5 bis 30 kHz eines einseitig eingespannten, vor der Düsenöffnung schwingenden Schiebers einer Sonotrode etwa senkrecht zum Schmelzstrahl auf eine Toleranz von ±3 bis ±10% der Nenngröße eingestellt wird, und daß die Trennfläche des Schiebers und die abgetrennten Portionen des Schmelzstrahles während ihrer Fallbewegung bis zum Eintritt in das Kühlmedium mit einem Schutzgas beaufschlagt, die Portionen im Eintauchbereich der Kühlstrecke auf einer Temperatur von etwa 10°C oberhalb der Liquidustemperatur gehalten werden und diese Temperatur sodann kontinuierlich über die verbleibende Kühlstrecke auf einen Wert etwas unterhalb der Solidustemperatur des Stoffes definiert abgesenkt wird.
Nach einem weiteren bevorzugten Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Schwingfrequenz des schieberartigen Messers 10 kHz, wobei eine Schwingamplitude von 20 bis 800 µm, vorzugsweise 250 µm vorteilhaft ist.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Schutzgas Stickstoff, Argon oder andere Inertgase oder deren Gemische verwendet.
Der messerförmige Schieber wird in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens piezoelektrisch oder magnetostriktiv in Schwingung versetzt.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn mehrere Schmelzstrahlen durch einen einzigen Schieber synchron in Portionen gleichen Volumens zerlegt werden. Dies führt zu einem hohen Wirkungsgrad in der Ausbeute des erfindungsgemäßen Verfahrens. Je nach den Erfordernissen kann in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedem Schmelzstrahl ein gesonderter Schieber zugeordnet sein, die die Zerlegung der Schmelzstrahlen in Portionen nahezu gleichen Volumens synchron durchführen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Schmelze im Schmelztiegel mit einem Inertgas beaufschlagt wird, das vorzugsweise auf einen Druck von 10 bis 15 bar eingestellt ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens haben sich als Kühlmedium Öle, Lösungsmittel oder auch Gase bewährt.
Die Aufgabe wird des weiteren durch eine Vorrichtung gelöst, die zur Zerlegung des Schmelzstrahls eine Trenneinrichtung verwendet, die aus einem Schieber besteht, der unmittelbar senkrecht zur Düsenanordnung angeordnet, von einer gekapselten Reaktionskammer, die Düsenaustrittsöffnung etwa in Richtung des Schmelzstrahles umschlossen ist und der von einer, mit einem Generator verbundenen, die Wandung der Reaktionskammer durchdringenden Sonotrode einseitig gehalten ist, wobei der Schieber die Düsenaustrittsöffnung im Frequenzgang der Sonotrode öffnet und schließt, und daß dem Schieber ein in die Reaktionskammer in Flucht des Schiebers hineinreichender Gaserhitzer für die Erhitzung und Spülung mit Schutzgas zugeordnet ist, und daß in die Reaktionskammer eine in Richtung des Schmelzstrahles angeordnete, eine manschettenartige Heizung und eine Kühlung aufweisende Kühlstrecke großer Länge hineinreichend hängend gehalten ist, in deren tiefsten Punkt eine Entleerungseinrichtung für die erstarrten Portionen angeordnet ist.
Der schwingende Schieber überstreicht bei seiner Schwingbewegung alle Düsenaustrittsöffnungen der Düsenanordnung, die in einer Flucht angeordnet sind. Die Schwingebene liegt dabei senkrecht zur Düsenaustrittsöffnung.
Der Schmelztiegel ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf dem Gehäuse der Reaktionskammer aufgesetzt angeordnet.
Die Düsenanordnung im Boden des Schmelztiegels besteht nach einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus einem zwischen einen, am Boden des Schmelztiegels angeordneten Befestigungsflansch und einem dazu parallel angeordneten, durch eine Rohrhülse beabstandeten Halteflansch gehaltenen, in die Trichteröffnung einsteckbaren zentralen Führungsrohr, das von einer Heizung umschlossen und in eine zu- und abschaltbare Kühlung integriert ist, einer am Halteflansch lösbar befestigten Platte, in die eine in Flucht des Führungsrohres eingesetzte Verlängerung angeordnet ist, und aus einem auf die Verlängerung aufgesetzten auswechselbaren Düsenkopf.
In bevorzugter weiterer Ausgestaltung ist in den Befestigungsflansch und in den Halteflansch eine Bohrung eingebracht, die mit der das Führungsrohr aufnehmenden Rohrhülse eine Kühlleitung bildet, die die Schmelze in der Düsenöffnung bei Zuschaltung der Kühlung bis zur Erstarrung kühlt.
Dem messerförmig ausgebildeten Schieber ist ein piezoelektrisches Schwingsystem mit mechanischem Amplitudenverstärker oder ein magnetostriktives Schwingsystem mit elektromechanischem Amplitudenverstärker zugeordnet.
Von besonderem Vorteil ist, wenn der Düsenkopf aus Hartmetall, Diamant, Edelstahl oder auch Keramik besteht. Diese lassen sich leicht auswechseln, so daß der Durchmesser der Düse variierbar ist. Geeignet haben sich Düsen mit Durchmessern zwischen 10 µm und 2,0 mm erwiesen.
Schmelztiegel aus rostfreiem Stahl, Titan oder Nickel besitzen besonders für Metallschmelzen, insbesondere Lotschmelzen, eine lange Lebensdauer. Natürlich gehört es auch zu der Erfindung, wenn Schmelztiegel aus Keramik eingesetzt werden. Das Tiegelmaterial wird sich immer nach der Art des Schmelzstoffes richten.
Der Schieber ist federartig ausgebildet und besteht aus einer dünne Klinge, die zum Schmelzstrahl ausgerichtet eine ballige oder abgeschrägte Trennfläche aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, von einem schmelzflüssigen zusammenhängenden Stoffstrahl, beispielsweise einem Metallstahl einer Lotlegierung, Portionen abzuteilen, deren Volumina sich nur geringfügig unterscheiden. Aus diesen genau portionierten Segmenten des Strahles bilden sich infolge der Oberflächenspannung des Stoffes und der definierten Abkühlung exakt sphärische Kugeln, deren Durchmesser Toleranzen von etwa ±4% aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich gegenüber allen bisher bekannten Lösungen dadurch aus, daß die Trenneinrichtung, d. h. der Schieber, direkt durch die Sonotrode bewegt wird. Der unter hohem, aber definierten Druck durch die Düse austretende Stoffstrahl ist von seinem Volumenstrom konstant. Die Temperatur des flüssigen Stoffes ist während seiner Auslaufzeit ebenfalls konstant. Die Frequenz des Ultraschalls ist definiert und präzise. Somit ist auch das Volumen jeder abgetrennten Portion und die Ausformung zur Kugel durch die Oberflächenspannung immer gleich und definiert. Der Schieber kann durch ein piezoelektrisches oder magnetostriktives System im Schwingungen versetzt werden.
Durch das einfache Auswechseln der Düse und der Anpassung der Druck-, Temperatur- und Frequenzwerte ist somit jeder beliebige Kugeldurchmesser im Bereich zwischen 10 µm und 2,0 mm kostengünstig herstellbar. Aufwendige Klassierungsschritte entfallen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich ferner durch einen Bedienungsfreundlichkeit und Kompaktheit aus. Sie wird höchsten Sicherheitsansprüchen auch bei langen Betriebszeiten gerecht.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzip-Darstellung der Funktionseinheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 einen Schnitt des Schmelztiegels und
Fig. 3 einen Schnitt der Düsenanordnung
Nach Fig. 1 und Fig. 2 gelangt Schutzgas, etwa Reinstickstoff mit einem Druck von etwa 15 bar, durch eine im Deckel 1 des Schmelztiegels 2 angeordnete Zuleitung 3 in den Schmelzraum 4. Der Schmelztiegel 2 besteht aus rostfreiem Stahl und besitzt eine um den Mantel des Schmelztiegels 2 gelegte Widerstandsheizung 5.
Auf dem Gehäuse 8 der Reaktionskammer 9 ist der Schmelztiegel 2 aufgesetzt befestigt, beispielsweise verschraubt.
Der Boden 6 des Schmelztiegels 2 ist konisch ausgebildet und hat eine trichterförmige Öffnung 7, in die die Düsenanordnung 10 eingesetzt ist, die das Gehäuse 8 der Reaktionskammer 9 durchdringt.
Senkrecht zur Düsenaustrittsöffnung 11 der Düsenanordnung 10, gleichsam die Düsenaustrittsöffnung 11 abschiebernd, befindet sich ein messerförmiger Schieber 12, der von einer die Wandung 13 der Reaktionskammer 9 durchdringenden Sonotrode 14 einseitig gehalten ist. Der Schieber 12 besteht aus Titan. Die Sonotrode 14 ist mit einem Generator 15 verbunden. In Flucht des Schiebers 12 gegenüberliegend durchdringt ein Gaserhitzer 16 die Wandung 13 der Reaktionskammer 9.
In der Achse A-A von Schmelztiegel 2 und Düsenanordnung 11 ist innerhalb der Reaktionskammer 9 unterhalb der Düsenaustrittsöffnung 11 eine zylinderförmige Kühlstrecke 17 befestigt, die in die Reaktionskammer 9 hineinreicht und von einem Gestell 18 hängend aufgenommen ist.
Die Kühlstrecke 17 hat eine gegenüber der Fallstrecke F verhältnismäßig große Länge L, durchdringt die untere Wandung 13 der Reaktionskammer 9 und reicht fast bis zum Boden eines Grundrahmens 19, der die Reaktionskammer 9 trägt.
Der Boden 20 der Kühlstrecke 17 ist ebenfalls konisch ausgebildet und besitzt in Flucht der Achse A-A an seinem tiefsten Punkt einen Hahn 21 als Entleerungseinrichtung für die Entnahme der erstarrten Metallkugeln.
Die zylinderförmige Kühlstrecke 17 ist mit einem organischen Öl gefüllt. Der der Düsenaustrittsöffnung 11 zugewandte obere Bereich der Kühlstrecke 17 ist von einer manschettenartig um den Mantel der Kühlstrecke 17 gelegten Widerstandsheizung 22 umschlossen, die den oberen Bereich der Kühlstrecke 17 auf etwa 230°C erwärmt.
Der Schmelzraum 4 des Schmelztiegels 2 ist mit etwa 1 kg Lotlegierung (Sn63Pb37) gefüllt. Die Lotlegierung wird auf eine Temperatur von 230°C erhitzt und die Schmelze mittels Reinstickstoff mit einem Druck von 15 bar beaufschlagt. Die Schmelze gelangt durch den Druckeinfluß in die Düsenanordnung 10 und bildet einen Schmelzstrahl 23, der die Düsenaustrittsöffnung 11 verläßt.
Der klingenförmige Schieber 12, dem durch die Sonotrode 14 eine Schiebefrequenz von 10 kHz aufgeprägt wird, öffnet und schließt im Frequenzgang der Sonotrode 14 die Düsenaustrittsöffnung 11. Dadurch wird der aus der Düsenaustrittsöffnung 11 austretende zusammenhängene Schmelzstrahl 23 in Portionen 24 genau definierten Volumens zerlegt. Die abgetrennten Portionen 24 bewegen sich vertikal durch die Fallstrecke F und werden bei ihrer Fallbewegung mit einem von Gaserhitzer erwärmten Inertgas umspült.
Die Portionen 24 werden zu Kugeln vorgeformt und gelangen nach Durchschreiten der Fallstrecke F in die mit Öl gefüllte Kühlstrecke 17. In der Kühlstrecke 17 werden die gebildeten Kugeln, je weiter sie in die Kühlstrecke eintauchen, definiert abgekühlt.
Dies geschieht durch eine im unteren Drittel um den Mantel der Kühlstrecke 17 gelegte Wasserkühlung 37, die das Öl auf etwa 100°C abkühlt. Die Kugeln erhalten ihre streng sphärische Endform. Pro Sekunde ist es somit möglich, 10000 Metallkugeln engster Toleranz herzustellen.
Die Düsenanordnung ist in Fig. 3 gezeigt. Sie besitzt einen Befestigungsflansch 25, der an den Boden 6 des Schmelztiegels 2 angeflanscht ist. In die Öffnung 7 im Boden 6 des Schmelztiegels 2 ist ein vom Befestigungsflansch 25 gehaltenes zentrales Führungsrohr 26 eingesteckt. Das Führungsrohr 26 ist weiterhin von einem durch eine Rohrhülse 27 beabstandeten Halteflansch 28 gehalten, der mit einer lösbaren Platte 29 versehen ist. Die Rohrhülse 27 ist von einer Widerstandsheizung 30 umschlossen. In Flucht des Führungsrohres 26 ist eine Verlängerung 31 mit lösbaren Düsenkopf 32 aufgesetzt. Die Verlängerung 31 ist in der Platte 29 eingelötet.
In den Befestigungsflansch 25 und den Halteflansch 28 ist jeweils eine in der Flanschebene liegende Bohrung 33 eingebracht, an die ein Kühlmitteleinlauf 34 und ein Kühlmittelauslauf 35 angeschlossen ist. Die Bohrung 33 steht mit einem zwischen Rohrhülse 27 und Führungsrohr 26 gebildeten Raum, gleichsam eine Kühlleitung 36 bildend, in Verbindung. Soll die Herstellung von Metallkugeln unterbrochen werden, wird der Kühlmitteleinlauf 34 geöffnet. Das Kühlmittel umspült das Führungsrohr 26, kühlt es und die im Düsengang befindliche Schmelze erstarrt. Der Metallschmelzstrahl ist dann unterbrochen.
Bezugszeichenliste
1
Deckel
2
Schmelztiegel
3
Zuleitung
4
Schmelzraum
5
Widerstandheizung von
2
6
Boden von
2
7
Öffnung von
6
8
Gehäuse
9
Reaktionskammer
10
Düsenanordnung
11
Düsenaustrittsöffnung
12
Schieber
13
Wandung von
9
14
Sonotrode
15
Generator
16
Gaserhitzer
17
Kühlstrecke
18
Gestell
19
Grundrahmen
20
Boden der Kühlstrecke
21
Hahn
22
Widerstandsheizung von
17
23
Schmelzstrahl
24
Portionen
25
Befestigungsflansch
26
Führungsrohr
27
Rohrhülse
28
Halteflansch
29
Platte
30
Widerstandsheizung von
27
31
Verlängerung
32
Düsenkopf
33
Bohrung
34
Kühlmitteleinlauf
35
Kühlmittelauslauf
36
Kühlleitung
37
Wasserkühlung von
17
A-AAchsflucht vor Schmelztiegel und Düsenanordnung
FFallstrecke
LLänge der Kühlstrecke

Claims (23)

1. Verfahren zum Herstellen von kugelförmigen Teilchen, insbesondere aus Metallen, Kunststoffen oder Glas, nahezu gleichen Durchmessers innerhalb eines engen Kornspektrums, bei dem der Stoff in die flüssige Form durch Aufschmelzen überführt wird, die Schmelze oberhalb der Liquidustemperatur gehalten und unter Druck mit einem Schutzgas in einem Schmelztiegel beaufschlagt wird, so daß sich beim Ausschleusen aus dem Schmelztiegel durch eine oder mehrere Düsen jeweils ein zusammenhängender dünner Schmelzstrahl bildet, der vor seiner Fallbewegung in ein Kühlmedium in Portionen nahezu gleichen Volumens zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem auf den Düsendurchmesser abgestimmten Gasdruck von 4 bis 40 bar, einer Schmelztemperatur von 50 bis 10°C oberhalb der Liquidustemperatur und mit einem mit einer Frequenz von 5 kHz bis 30 kHz eines einseitig eingespanntem, vor der Düsenöffnung schwingendem Schiebers einer Sonotrode etwa senkrecht zum Schmelzstrahl das Volumen der abgeteilten Portionen auf eine Toleranz von ±3 bis ±10% der Nenngröße eingestellt wird, und daß die Trennfläche des Schiebers und die abgetrennten Portionen des Schmelzstrahles während ihrer Fallbewegung bis zum Eintritt in das Kühlmedium mit einem Schutzgas beaufschlagt, die Portionen im Eintauchbereich der Kühlstrecke auf einer Temperatur von etwa 10°C oberhalb der Liquidustemperatur gehalten werden und diese Temperatur sodann kontinuierlich über die verbleibende Kühlstrecke auf einen Wert etwas unterhalb der Solidustemperatur des Stoffes definiert abgesenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingfrequenz des Schiebers 10 kHz beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingamplitude 20 bis 800 µm, vorzugsweise 250 µm beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber piezoelektrisch oder magnetostriktiv in Schwingung versetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schmelzstrahlen synchron durch einen einzigen Schieber in Portionen zerlegt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schmelzstrahlen durch mehrere Schieber synchron in Portionen zerlegt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas Stickstoff, Argon oder andere Edelgase oder deren Gemische verwendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zur Beaufschlagung der Schmelze 10 bis 15 bar beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmedium Öle, Lösungsmittel oder Gase verwendet werden.
10. Vorrichtung zum Herstellen von kugelförmigen Teilchen, insbesondere aus Metallen, Kunststoffen oder Glas, annähernd gleichen Durchmessers innerhalb eines engen Kornspektrums, mit einem einen konischen Boden aufweisenden, widerstandsbeheizten, druckdichten Schmelztiegel, einer mit dem Schmelztiegel in der Trichteröffnung des Bodens befestigten Düsenanordnung mit einer oder mehreren Düsen für das Ausschleusen von Schmelzstrahlen und einer die Schmelzstrahlen zerlegenden Trenneinrichtung, die unterhalb der Düsenanordnung senkrecht zum Schmelzstrahl angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung aus einem Schieber (12) besteht, der unmittelbar senkrecht zur Düsenanordnung (10) angeordnet, von einer gekapselten Reaktionskammer (9) die Düsenaustrittsöffnung (11) etwa in Richtung des Schmelzstrahles (23) verschließend umschlossen ist und der von einer, mit einem Generator (15) verbundenen, die Wandung (13) der Reaktionskammer (9) durchdringenden Sonotrode (14) einseitig gehalten ist, wobei der Schieber (12) die Düsenaustrittsöffnung (11) im Frequenzgang der Sonotrode öffnet und schließt, und daß dem Schieber (12) ein in die Reaktionskammer (9) in Flucht des Schiebers (12) hineinreichender Gaserhitzer (16) für die Erhitzung und Spülung mit Schutzgas zugeordnet ist, und daß in der Reaktionskammer (9) ein in Richtung des Schmelzstrahles (23) angeordnete, eine manschettenartige Heizung (22) und eine Kühlung (37) aufweisende Kühlstrecke (17) großer Länge teilweise in die Reaktionskammer hineinreichend hängend gehalten ist, in deren tiefstem Punkt eine Entleerungseinrichtung (21) für die Portionen angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schieber (12) alle Düsenaustrittsöffnungen (11) schwingend überdecken.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (2) auf dem Gehäuse (8) der Reaktionskammer (9) aufgesetzt angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung (10) aus einem zwischen einen, am Boden (6) des Schmelztiegels (2) angeordneten Befestigungsflansch (25) und einem dazu parallel angeordneten, durch eine Rohrhülse (27) beabstandeten Halteflansch (28) gehaltenen, in die Trichteröffnung (7) einsteckbaren zentralen Führungsrohr (26), das von einer Heizung (30) umschlossen und in eine zu- und abschaltbare Kühlung integriert ist, einer am Halteflansch (28) lösbar befestigten Platte (29), in die eine in Flucht des Führungsrohres (26) eingesetzte Verlängerung (31) angeordnet ist, und aus einem auf die Verlängerung aufgesetzten auswechselbaren Düsenkopf (32) besteht.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in den Befestigungsflansch (25) und den Halteflansch (28) eine Bohrung (33) eingebracht ist, die mit der das Führungsrohr (26) aufnehmenden Rohrhülse (27) eine Kühlleitung (36) bildet, die die Schmelze in der Düsenöffnung (11) bis zur Erstarrung kühlt.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß alle Düsenaustrittsöffnungen (11) in einer Flucht angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (12) messerförmig ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10, bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schieber (12) ein piezoelektrisches Schwingsystem mit mechanischem Amplitudenverstärker zugeordnet ist.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schieber (12) ein magnetostriktives Schwingsystem mit elektromechanischem Amplitudenverstärker zugeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkopf (32) aus Hartmetall, Diamant, Edelstahl oder Keramik besteht.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, da durch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Düse im Düsenkopf (32) 10 µm bis 2,0 mm beträgt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (2) aus rostfreiem Stahl, Titan, Nickel, Keramik oder Graphit besteht.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (12) aus Edelstahl, Titan oder Keramik besteht.
23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (12) federartig ausgebildet ist und eine zum Schmelzstrahl hin ausgerichtete ballige oder abgeschrägte Trennfläche aufweist.
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