DE3341184A1

DE3341184A1 - Verfahren zum erzeugen von ultrafeinen festen metallteilchen

Info

Publication number: DE3341184A1
Application number: DE19833341184
Authority: DE
Inventors: Joseph M. Remsen N.Y. Wentzell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-11-04
Filing date: 1983-11-14
Publication date: 1985-05-30
Also published as: JPS60114507A; GB2148952B; US4435342A; IT1169342B; ATA387183A; AT378929B; IT8349402A0; GB8329423D0; SE8305907L; FR2554371A1; SE8305907D0; GB2148952A; CH655454B

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Metallpulvern sehr feiner Teilchengröße, und zwar insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen von Metallteilchen, deren Hauptteil geringer als etwa 44 ßm ist bzw. bei denen die meisten Teilchen einen Durchmesser von weniger als 44 ßm haben. Dieses Verfahren wird auch als Verfahren zum Erzeugen von ultrafeinen Metallteilchen bzw.
zum Erzeugen von ultrafeinen massiven Metallteilchen bezeichnet.
Die Verwendung von Superlegierungspulvern hat immer größere Verbreitung erfahren und ist der wichtigste Bereich der Materialentwicklung auf dem Gasturbinengebiet geworden. Es gibt einige nichtmetallische Stoffe in allen kommerziell erzeugten Superlegierungen. Wenn ein grobes Superlegierungspulver verwendet wird, dann besteht stets die Gefahr, daß einige grobe nichtmetallische Stoffe vorhanden sind. Ungünstigerweise haben grobe nichtmetallische Stoffe eine schädliche Wirkung auf die Dauerfestigkeit und sind unerwünscht in Pulvern, die in Gasturbinen verwendet werden sollen. Diese Schwierigkeit ist an sich bekannt und wird in der Industrie klar erkannt.
Die Verfahren, die derzeit zum Erzeugen von feinen Metallpulvern verwendet werden, erfordern alle die Verwendung von Gas. Diese Verfahren, in denen Argon verwendet wird, erzeugen Pulver, in denen gewisse Mengen an Argon im Pulver eingeschlossen sind. Darüber hinaus ergeben sich bei diesen Gasverfahren zusammen mit der sich schnell drehenden Scheibe, dem sich schnell drehenden Becher und den rotierenden Elektrodenanordnungen, wie sie bis- her verwendet worden sind, Schwierigkeiten bei der Erzeugung von Teilchen mit sehr feinen Abmessungen, d. h. bei der Erzeugung von Teilchen, die einen Durchmesser von weniger als 44 ßm haben.
Keines dieser Verfahren ermöglicht es, Pulver zu erzeugen, bei denen mehr als 50 z einen Durchmesser von weniger als 44 Am haben. Da der Bedarf für Pulver, in dienen etwa 50 % des gesamten Superlegierungspulvers einen Teilchendurchmesser von weniger als 44 ßm haben, angestiegen und zu erwarten ist, daß dieser Bedarf exponentiell ansteigt, ist ohne weiteres erkennbar, daß die derzeit vorhandenen Verfahren nicht in der Lage sind, diese Erfordernisse wirtschaftlich zu erfüllen.
Außerdem gibt es eine ganze Reihe anderer Gebiete, in denen Metallpulver sehr feiner Teilchengröße benötigt werden oder erwünscht sind, beispielsweise werden in der Flugwerk- bzw. -zellenindustrie größere Mengen an sehr feinem Aluminium-Lithium-Pulver benötigt, und es gibt noch viele andere Gebiete, in denen größere Mengen an sehr feinem Pulver erwünscht sind.
Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem es möglicht ist, Metallpulver zu erzeugen, in denen der Hauptteil des Metallpulvers eine Teilchengröße von weniger als 44 ßm bzw. einen Teilchendurchmesser von weniger als 44 ßm hat, wobei das Metallpulver frei von unerwünschten eingefangenen bzw. eingeschlossenen Gasen ist, welche die Metallpulver kennzeichnen, die nach den derzeit gebräuchlichen Verfahren hergestellt werden.
Vorzugsweise wird gemäß der Erfindung ein Strom von geschmolzenem Metall, das zerstäubt werden soll, von einer sich sehr schnell drehenden primären ringförmigen Oberfläche in Form von mittelfeinen Tröpfchen geschmolzenen Metalls gegen eine sekundäre ringförmige geneigte Oberfläche abgegeben, welche die sich drehendc ringförmige Oberfläche umgibt und unter einem Winel zum Weg des Metalls derart geneigt ist, daß bewirkt wird, daß die feinen Tröpfchen in kleinere Tröpfchen aufbrechen bzw. zerteilt werden. Die sekundäre ringförmige geneigte Oberfläche muß einen Winkel haben, der ausreicht, ein Ankleben oder Anhaften des Metalls an der sekundären geneigten Oberfläche zu verhindern, wenn das Metall von der primären ringförmigen Oberfläche her darauf auftrifft. Vorzugsweise ist die sich drehende primäre ringförmige Oberfläche eine Telleroberfläche, und die geneigte Oberfläche ist vorzugsweise eine Scheibe, die die Telleroberfläche umgibt. Bevorzugt wird das geschmolzene Metall, das pulverisiert werden soll, als Strom außermittig auf den Teller gegossen, so daß ein fächerartiges Muster von Metalltröpfchen erzeugt wird, welche auf die geneigte Oberfläche auftreffen. Die geneigte sekundäre Oberfläche kann um den primären Teller herum rotiert werden, vorzugsweise gegensinnig zur Rotation des primären Tellers, oder sie kann vibriert werden oder einfach stationär sein. Die sekundäre geneigte Oberfläche kann auf erhöhte Temperaturen erhitzt werden, oder sie kann auf Umgebungstemperatur sein oder sie kann gewünschtenfalls jede dazwischenliegende Temperatur haben. Die sekundäre geneigte Oberfläche kann Kaltkupfer, chromplatticrtes Kupfer, eine Superlegierund, Wolfram oder Keramik sein. In den Fällen, in denen Pulver hoher Reinheit erwünscht sind, wird vorzugsweise eine Scheibe bzw. ein Teller und eine sekundäre Oberfläche aus dem gleichen Material verwendet, wie es das Material ist, welches zerstäubt wird.
Die primäre rotierende ringförmige Oberfläche kann ein sich schnell drehender bzw. kreiselnder Stab oder eine sich schnell drehende kreiselnde Elektrode sein, von dem bzw. der geschmolzene Tröpfchen gegen die sekundäre ringförmige Oberfläche ausgestoßen werden.
Alternativ können die primäre Oberfläche und die sekundäre Oberfläche bzw. -oberflächen ein Teil eines einzigen sich drehenden Elements sein.
Die vorstehenden sowie weitere Ziele, Zwecke, Vorteile und Merkmale der Erfindung seien nachfolgend anhand einiger, in den Fiy. 1 bis 5 der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Einrichtung gemäß der Erfindung zum Erzeugen von Metallpulvern feiner Teilchengröße; Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsforrn der Erfindung; Fig. 3 eine Teilschnittansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch die Einrichtung der Fig. 1, der die Einrichtungen zum Drehen der beiden Ringe veranschaulicht; und Fig. 5 einen schematischen Schnitt durch die Einrichtung nach Fig. 1, der die Einrichtungen zum Vibrieren und Erhitzen des sekundären Rings zeigt.
Es sei nun auf die Fig. der Zeichnung Bezug genommen, in denen ein Gehäuse 10 dargestellt ist, das eine Zerstäubungseinrichtung gemäß der Erfindung enthält. Die Atmosphäre innerhalb des Gehäuses 10 kann durch eine Atmosphärensteuereinheit 11, die an der Längsseite des Gehäuses 10 vorgesehen ist, gesteuert werden. Die Zerstäubungseinrichtung umfaßt eine Gießpfanne oder einen Ofen 12, die bzw. der auf einer Schwenkwelle 13 angebracht ist, so daß zu zerstäubendes geschmolzenes Metall in eine Gießpfanne 14 mit Stopfenausguß gegossen werden kann, die in dem Gehäuse 10 oberhalb eines sich drehenden Tellers 15 angebracht ist, wodurch ein Strom von geschmolzenem Metall auf die Oberfläche des Tellers 15 abgegeben wird. Der Teller 15 wird durch einen Motor 16 gedreht. Ein sekundärer, vorzugsweise kreisförmiger, Ring 17 bzw. ein ringförmiger Teller umgibt den Teller 15 und ist mit einer geneigten Oberfläche 18 versehen, die dem Rand des Tellers 15 zugewandt ist, und zwar geneigt unter einem Winkel 17a zum Weg 15a der geschmolzenen Tropfen, welcher ausreicht, zu be -wirken, daß die geschmolzenen Tropfen, die auf diesen Rand von dem Rand des Tellers 15 herkommend auftreffen, in kleinere Tropfen aufgebrochen bzw. zerteilt und durch den freien Raum 1 9 innerhalb des Gehäuses 10 abgeführt, gekühlt und auf dem geneigten Boden des Gehäuses gesammelt werden. Dieser Riny 17 kann mittels eines Motors 30 und einer kette 31, wie in Fig. 4 gezeigt ist, gedreht werden. Der Motor kann mittels einer nicht dargestellten konventionellen Leitung mit einer außen befindlichen Stromquelle verbunden sein. Das feine Pulver wird durch ein Ventil 20 am Boden des Gehäuses 10 in eine Dose 21 oder einen sonstigen Behälter abgeführt.
Vorzugsweise wird der bevorzugt kreisförmig ausgebildete Ring 17 vertikal durch Vibratoren 40'in Schwingung versetzt, die an seiner oberen Oberfläche (Fig. 5) angebracht sind und mittels einer nicht dargestellten konventionellen Leitung von eine außen befindlichen Stromquelle bewegt werden, so daß auf diese Weise die Auftrefffläche verändert und die Erosion auf der geneigten Oberfläche vermindert wird. Der vorzugweise kreisförmige Ring 17 wird außerdem bevorzugt auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, z. B. mittels einer Heizwicklung, Spirale o. dyl. 50 im Körper des Rings (Fig. 5), die mittels einer nicht gezeigten konventionellen Leitung von einer außen befindlichen Stromquelle her mit Strom gespeist werden kann.
Zum besseren Verständis der Erfindung sei das folgende Beispiel gegeben, bei dem eine geschmolzene Superlegierung von der mit einem Stopfenausguß versehenen Gießpfanne 14 auf den rotierenden Teller 15 ungefähr an dessen Mitte aufgegossen wurde, wobei der Teller einen Durchmesser von 12,7 cm hatte und mit 5000 Umdrehungen pro Minute rotiert wurde. Das geschmolzene Metall wurde in Form von feinen Tropfen gegen die geneigte innere Fläche 18 des, vorzugsweise kreisförmigen, Rings 17 abgegeben, der die Schale 15 umgibt. Die geneigte Fläche 18 war, unter einem Winkel von etwa 280 nach auswärts zu dem Tropfenweg von dem Teller 15 geneigt. Die feinen Tropfen, die auf die Fläche 18 auftrafen, wurden erneut aufgebrochen bzw. zerteilt, so daß das resultierende Produkt Teilchen hatte bzw. aus Teilchen bestand, die vorwiegend im Bereich von 2,5 ßm bis 10 ßm waren bzw. deren Durchmesser vorwiegend in dem Bereich der vsrerwähnten Werte lay.
Es ist wesentlich, daß die geneigte Oberfläche 18 einen zum Weg des Metalls geneigten Winkel hat, der ausreicht, ein weiteres Aufbrechen bzw. Zerteilen oder eine weitere Zerstäubung der Tropfen zu bewirken, die darauf auftreffen und der ausreicht, ein Ankleben, Hängenbleiben o. dgl. des Metalls auf der Oberfläche zu verhindern.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform veranschaulicht, ie in einer der Ausführungsform nach Fig. 1 gleicilartigerl Weise arbeitet, jedoch mit der Abänderung, dal3 eine Elektrode 40 in Form eines sich schnell drehenden bzw. kreiselnden vertikalen Stastelle des Tellers 15 gegenüber einer Graphitelektrode 41 vorgesehen ist und geschmolzene Tropfen zuführt, wenn ihr Ende schmilzt.
In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt, in der sowohl der primäre Teller 15" als auch die geneigte Fläche 18" in einer einzigen Einheit 50 ausgebildet sind. Dieser Ausführungsform wird das geschmolzene Metall durch eine Ausguß lippe bzw. -röhre 51 in den hohlen zylindrischen Teller 15" gegossen. Das geschmolzene Metall wird dann in Form von Tropfen von dem Rand 52 des Tellers 15 weggeschleudert, wenn dieser mit hoher Geschwindigkeit rotiert, und die Tropfen treffen auf die geneigte Fläche 18" des äußeren Umfangs der Einheit 50 auf. Dadurch wird bewirkt, daß die Tropfen in feinere Tropfen aufgebrochen bzw. zerteilt werden, die in die Atmosphäre, welche sich um die Einheit 50 herum befindet, geschleudert und gekühlt werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstandes, wie er in den Ansprüchen angegeben ist, sowie im Rahmen des allyemeinen Erfindungsgedankens, wie er den gesamten Unterlagen zu entnehmen ist, in vielfältiger Weise mit Erfolg ausführen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Erzeugen von ultrafeinen festen Metallteilchen 1. Verfahren zum Erzeugen von ultrafeinen festen Metallteilchen, dadurch g e k e n n z e 1 c h n e t, daß es die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: a) Abgeben von Tröpfchen von geschmolzenem Metall von einem sich drehenden primären Teil (15, 15", 40),das einen im wesentlichen kreisförmigen Umfang hat, in einem generell radialen Weg von diesem sich drehenden Teil (15, 15",40) tangential gegen eine im Abstand vorgesehene sekundäre ringförmige planare Oberfläche (18, 18' ,18"), die den Umfang des sich drehenden priflIä.-ren Teils (15,15",40) umgibt und hiervon iin Abstand angeordnet ist, wobei die ringförmige planare Oberfläche (18, 18' ,18") zum Weg der Tröpfchen von gcschmolzenen Metall, die von dem sich drehenden Teil (15'15",40) herkommen, unter einem derartigen Winkel (17a,17a')geneigt ist, daß die Tröpfchen frei von jeder Tendenz des Metalls sind, an der ringförmigen planaren Oberfläche (lr18',1B") anzuhaften und derart, daß die geschmolzenen Tröpfchen weiter in feinere Tröpfchen zerstäubt werden, die tangential über die sekundäre ringförmige Oberfläche (18,18',18") in eine kühlende Umgebung weiterfliegen, b) Kühlen der feineren Tröpfchen in der kühlenden Umgebung, so daß sich die Tröpfchen zu festen Teilchen verfestigen; c) Sammeln der gekühlten Teilchen als ultrafeine feste Metallteilchen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die sich drehende Scheibe bzw.

das sich drehende Teil (15,15")eine konkave Form hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die sekundäre ringförmige Oberfläche (18,18',18") im Gegensinn zu dem sich drehenden primären Teil (15,15",40) rotiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß die sekundäre ringförmige Oberfläche (18,18',18") in der gleichen Richtung wie das sich drehende primäre Teil (15,15",40) rotiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die sekundäre ringförmige Oberfläche(18) vertikal im Weg der geschmolzenen Metalltröpfchen von dem primären Teil (15) vibriert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die sekundäre ringförmige Oberfläche (1G)auf eine erhöhte Temperatur erhitzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das geschmolzene Metall außermittig bezüglich des primaren Teils (15) auf das primäre Teil(15) gegossen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das sich drehende primäre Teil (15, 15') eine sich drehende Scheibe ist, auf die vertikal ein Strom von geschmolzenem Metall gerichtet bzw. gegossen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das sich drehende primäre Teil (40) eine rotierende Metallelektrode ist, deren Ende geschmolzen wird.