DE69407077T2

DE69407077T2 - Gefäss für eine hochreine Metallschmelze mit einem Verschluss und Verfahren zur Herstellung des Verschlusses im Gefäss

Info

Publication number: DE69407077T2
Application number: DE1994607077
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kohmoto; Tohru Kohno; Noriaki Murahashi; Rokuro Sato
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1994-03-24
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2014-03-25
Also published as: JPH06279813A; EP0616866A1; DE69407077D1; EP0616866B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gefäß zum Schmelzen eines hochreinen Metalles (im folgenden lediglich als "Schmelzgefäß" bezeichnet), welches verwendet wird zur Herstellung von Pulvern eines hochreinen Metalles, und in welchem ein hochreines Metall geschmolzen wird ohne Verunreinigung, wie auch ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Als ein Verfahren zur Herstellung von Pulvern von hochreinem Metall wurden vielverbreitet eine Vielzahl von Verfahren verwendet, umfassend ein gasatomisierendes Verfahren und modifizierte Verfahren diesbezüglich. Eine Vielzahl von Schmelzgefäßen werden derzeit verwendet, wie jenes zur Verwendung mit diesen Verfahren, sind jedoch nichtzufriedenstellend, da sie das hoch reine Metall verunreinigen und nicht in stabiler Weise verwendet werden können.
Zum Überwinden dieser Probleme haben die Erfinder ein Schmelzgefäß entwikkelt, umfassend einen Gefäßkörper mit einer Öffnung eines spezifischen Durchmessers an dem Boden gebildet, sowie eine Einrichtung zum Kühlen eines inneren Flächen- bzw. Oberflächenbereiches, und einen Deckel, hergestellt aus demselben Material, wie das zu schmelzende Material zum Verschließen der Öffnung des Gefäßkärpers, und haben diese Erfindung angemeldet (japanische Patentanmeldung Nr. 4-132857; EP-A-0 587 993).
Wenn das obige Schmelzgefäß bzw. -behältnis verwendet wird zum Herstellen bzw. Erzeugen von Pulvern von einem hochreinen Metall, ist es, nachdem das Metall in dem Gefäß geschmolzen ist, notwendig, einen Strahl, wie z.B. einen Laserstrahl, auf die Mitte des Deckels zu richten, ausgehend von einer strahlerzeugenden Anordnung, unmittelbar oberhalb des Deckels angeordnet, so daß ein Abschnitt des Deckels schmilzt, zum Bilden einer Bohrung, wobei das geschmolzene Metall dort hindurchfällt. Jedoch ist es schwierig, in diesem Gefäß die Bohrung exakt bzw. akurat an der Mitte des Deckels (strahigerichtete Position) aus den folgenden Gründen zu bilden. Um die Qualität der Metallpulver zu erhöhen, besteht ein Bedarf für ein Schmelzgefäß, in welchem eine Bohrung akurat an dem Deckel gebildet werden kann.
Einer der Gründe, welcher es veranlaßt, daß die Bohrung gebildet wird an einer versetzten Position von der strahlgerichteten Position, ist der Einfluß von nicht gleichförmiger Kühlung des Deckels. Während der Strahl gerichtet ist, wird der Deckel konstant gekühlt über einen Abschnitt davon, welcher mit dem Gefäßkörper verbunden ist. Es ist jedoch unmöglich, den Deckel mit dem Gefäßkörper vollständig gleichförmig über die Peripherie des Deckels zu verbinden, was es veranlaßt, daß die Kühlungsrate sich über die Peripherie des Deckels verändert. Somit neigt die Bohrung dazu, an einer versetzten Position von der strahlgerichteten bzw. Strahlauftreff- Position gebildet zu werden, und zwar hin zu dem Abschnitt des Deckels, an welchem die Kühlungsrate geringer ist.
Einer der weiteren Gründe besteht in der Anforderung für eine große Menge bzw. ein großes Ausmaß an Energie zum Schmelzen des Deckels. Insbesondere in dem Fall, in welchem das zu schmelzende Metall eine hohe Energie zum Schmelzen erfordert, z.B. mit einem hohen Schmelzpunkt, ist eine große Menge an Energie erforderlich zum Bilden der Bohrung in dem Deckel. Obwohl es wünschenswert ist, eine ausreichend große Energie zu einer Zeit zum Bilden der Bohrung zu richten, ist die Ausgabe des Strahlgenerators bzw. der Strahlerzeugungseinrichtung in der Tat beschränkt, und somit kann lediglich eine begrenzte Menge an Energie zum Bilden der Bohrung geliefert werden. Wenn die zum Bilden der Bohrung erforderliche Energie größer ist als die lieferbare Strahlausgabe, unterliegt die Position der Bohrung der nicht gleichförmigen Kühlung des Deckels und anderen Faktoren, wodurch es schwierig ist, die Bohrung akurat an der gewünschten Position zu bilden. Zum Kompensieren davon sollte die Tiefe eines Schmelzmetallbades auf einen extrem niedrigen Pegel abgesenkt werden, was jedoch nachteilig bezüglich der Herstellung der Metallpulver ist. Angesichts der Probleme, welche dem Stand der Technik innewohnen, ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Schmelzgefäß bereitzustellen, mit welchem eine Bohrung in einem Deckel akurat an einer Position gebildet werden kann, auf welche ein Strahl gerichtet ist, um somit die Qualität der erzeugten Metallpulver zu erhöhen, sowie ein Verfahren anzugeben zur Herstellung des Schmelzgefäßes.
Ein Schmelzgefäß der Erfindung umfaßt einen Gefäßkörper, welcher eine Öffnung eines spezifischen Durchmessers in dem Boden gebildet aufweist, sowie eine Einrichtung zum Kühlen eines inneren Flächenbereiches; und einen Deckel, hergestellt aus demselben Material, wie das zu schmelzende Material zum Verschließen der Öffnung des Gefäßkörpers, wobei der Deckel einen dünnen Mittelabschnitt aufweist.
Ein Verfahren zur Herstellung des Deckels für das Schmelzgefäß umfaßt die Schritte des Herstellens eines Gefäßkörpers mit einer Öffnung eines spezifischen Durchmessers, gebildet an dem Boden, sowie Mittel zum Kühlen eines inneren Flächenbereiches; und passendes Befestigen eines Deckels an der Öffnung, hergestellt aus demselben Material wie ein zu schmelzendes Material und mit einem dünnen mittleren bzw. Zentralabschnitt, um somit die Öffnung zu verschließen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfaßt die Schritte des Herstellens eines Gefäßkörpers mit einer Öffnung eines spezifischen Durchmessers, gebildet an dem Boden, und Mittel zum Kühlen eines inneren Flächenbereiches; Verschließen der Öffnung von unten durch ein Verschlußglied mit einer im wesentlichen flachen oberen Fläche und einem zylindrischen Vorsprung, welcher nach oben von der oberen Fläche vorspringt, so daß der Vorsprung an der Mitte der Öffnung angeordnet ist; Schmelzen des Metalles in dem Gefäßkörper; Verfestigen des geschmolzenen Metalles, dessen Flächen- bzw. Oberfächenpegel derart ist, daß das geschmolzene Metall den Vorsprung des Verschlußgliedes bedeckt; und Entfernen des Verschlußgliedes.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Gefäßkörper mit Abmessungen von etwa 250 mm Durchmesser und 100 mm Höhe mit einem Deckel verwendet, dessen dünner Abschnitt eine Dicke von 3 mm bis 10 mm, bevorzugt von 4 bis 6 mm, insbesondere bevorzugt von 5 mm, mit einer Menge von geschmolzenem Metall von 5 bis 10 kg (Fe-Basis) aufweist.
im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefiigten Zeichnungen, in welchen gilt:
Figur 1 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Schmelzgefäß als eine Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Figur 2 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Verfahren zur Herstellung des Schmelzgefäßes zeigt.
Figur 3 ist ein Diagramm, welches das Schmelzgefäß während der Verwendung zeigt.
In den Zeichnungen ist durch das Bezugszeichen 2 ein Gefäß- bzw. Behäitniskörper angegeben. Der Gefäßkörper 2 ist ein mit Boden versehener zylindrischer Behälter, in welchem eine im wesentlichen schalenförmige Aussparung 4 gebildet ist, und ist aus Kupfer oder ähnlichem Material gebildet. An einem Boden- bzw. unteren- Mittel- bzw. -Zentralabschnitt des Gefäßkörpers 2 ist eine sich verjüngende Öffnung 6 gebildet, welche nach unten konvergiert. in dem Gefäßkörper 2 ist ein Mantelraum 8 ausgebildet, welcher in Verbindung steht bzw. kommuniziert mit dem inneren von Röhren 10, 12, welche mit der Seitenwand des Gefäßkörpers 2 verbunden sind. Die Röhren bzw. Rohre bzw. Leitungen 10, 12 sind jeweils mit einer nicht dargestellten Kühlwasserzufuhreinrichtung verbunden. Die Anordnung ist derart, daß das durch das Rohr 10 zugelieferte Kühlwasser einen inneren Flächen- bzw. Oberflächenbereich 2a des Gefäßkörpers 2 kühlt und nachfolgend durch das Rohr 12 gesammelt bzw. abgeführt wird.
In der Öffnung 6 des Gefäßkörpers 2 ist paßbar ein im wesentlichen zylindrischer Deckel 14 befestigt, welcher eine sich verjüngende untere äußere periphere Fläche 16 aufweist, und zwar in solch einer Weise, daß die Fläche 16 die Öffnung 6 dichtend verschließt. Eine Dicke (Höhe) t1 der Verschlußkappe bzw. des Deckels 14 ist größer als eine Tiefe d1 der Öffnung 6. Eine zylindrische Aussparung 1 8 ist an der Mitte des unteren Teiles des Deckels 1 4 gebildet, so daß eine Dicke t2 eines zentralen bzw. mittleren Abschnittes 14a des Deckels 14 kleiner ist als die Dicke t1. Der Deckel 14 ist aus demselben Material hergestellt wie ein zu schmelzendes hochreines Metall in dem Schmelzgefäß 2 (zu schmelzendes Metall).
Das erfindungsgemäße Schmelzgefäß umfaßt den Gefäßkörper 2 und den Deckel 14. Als ein Verfahren zum Passen (oder Bilden) des Deckels 14 an dem Gefäßkörper 2 wird der Deckel 14 in einem anderen Schmelzofen vorbereitet bzw. vorhergestellt und kann passend in der Öffnung 6 von dem Inneren des Gefäßkörpers 2 befestigt werden, zum Verschließen der Öffnung 6. Als ein weiteres Verfahren kann ein Verfahren verwendet werden, wie es im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben wird.
Gemäß dem in Figur 2 gezeigten Verfahren wird die Öffnung 6 des Gefäßkörpers 2 von unten geschlossen bzw. verschlossen durch ein Verschlußglied 20 mit einer flachen oberen Fläche 20a und einem zylindrischen Vorsprung 22, welcher nach oben von der Fläche bzw. Oberfläche 20a vorspringt, derart, daß der Vorsprung 20 in der Mitte der Öffnung 6 angeordnet ist (ein in Figur 2 gezeigter Zustand). Nachfolgend wird eine geringe Menge von zu schmelzendem Metall M in den Gefäßkörper 2 eingeführt. Das eingeführte Metall M wird geschmolzen z.B. mittels Anlegung einer Spannung zwischen dem Gefäßkörper 2 und dem Metall M, während der Gefäßkörper 2 und das Verschlußglied 20 gekühlt werden. Das Niveau bzw. der Pegel des geschmolzenen Metalles in dem Gefäßkörper 2 ist derart eingestellt, daß der Vorsprung 22 durch das geschmolzene Metall bedeckt ist (z.B. Pegel, wie er durch eine Strichpunktlinie P in Figur 2 angedeutet ist). In diesem Zustand wird das geschmolzene Metall M verfestigt bzw. wird es diesem ermöglicht, sich auszuhärten. Wenn das Verschlußglied 20 von dem Gefäßkörper 2 nachfolgend entfernt wird, verbleibt ein Deckel, welcher von der Öffnung 6 vorspringt. Der gemäß diesem Verfahren gebildete Deckel ist unterschiedlich von dem in Figur 1 gezeigten Deckel 14 bezüglich der Form des oberen Teiles, ist jedoch ähnlich zu dem Deckel 14 bezüglich des Nachobenvorspringens von der Öffnung 6 und bezüglich einer zylindrischen Aussparung, welche an der Mitte des unteren Teiles gebildet ist. Wenn ein hochreines Metall (zu schmelzendes Metall) in diesem Schmelzgefäß geschmolzen wird, wird das Metall in das Gefäß eingeführt und wird geschmolzen mittels Anlegung einer Spannung zwischen dem Gefäßkörper 2 und dem Metall oder mittels eines anderen Verfahrens, während der Gefäßkörper 2 gekühlt wird.
Zu dieser Zeit wird ein Abschnitt bzw. Teil des gesch molzenen Metalles, welcher den inneren Flächenbereich 2a des Gefäßkörpers 2 berührt, gekühlt zur Verfestigung, wodurch eine dünne verfestigte bzw. ausgehärtete Metallage gebildet ist, welche vollständig den inneren Flächenbereich 2a bedeckt. Diese verfestigte bzw. ausgehärtete Metallage wird so lange stabil gehalten, wie der Gefäßkörper 2 gekühlt wird. Da diese Lage aus demselben Material wie das zu schmelzende Material gebildet ist, besteht kein Risiko, daß das den Gefäßkörper 2 bildende Metall geschmolzen und gelöst wird und somit das geschmolzene Metall verunreinigt. Der an dem Gefäßkörper 2 gepaßte Deckel 14 wird nicht oder nur schwer geschmolzen, da er ebenfalls durch den Gefäßkörper 2 gekühlt wird. Obwohl ein oberer Teil des Deckels 14 geschmolzen werden kann, wird er dennoch nicht das geschmolzene Metall verunreinigen, da der Deckel 14 aus demselben Material gebildet ist wie das zu schmelzende Metall.
Wenn das so geschmolzene Metall in dem Schmelzgefäß veranlaßt werden soll, nach unten aus dem Gefäß herauszufallen, um somit die Metalipulver zu erzeugen, kann ein Strahlgenerator bzw. eine Strahlerzeugungseinrichtung 24 verwendet werden, welche unmittelbar oberhalb des Deckels 14 angeordnet ist, wie es in Figur 3 gezeigt ist, um einen Strahl auf den zentralen bzw. mittleren Abschnitt 14a des Deckels 14 zu richten. Die Strahlerzeugungseinrichtung 24 erzeugt einen Laserstrahl, einen Elektronenstrahl, einen Plasmastrahl oder dergleichen. Der Strahl schmilzt einen Teil des Abschnittes 14a (schräggestrichelter Teil in Figur 3) zum Bilden einer Bohrung darin. Dem geschmolzenen Metall wird es nachfolgend erlaubt, nach unten durch diese Bohrung zu fallen bzw. herauszufallen.
Da der zentrale bzw. mittlere Abschnitt 14a verdünnt bzw. dünner ist durch Bilden der Aussparung 18, ist die zum Schmelzen des mittleren Abschnittes 14a erforderliche Energie sicherlich reduziert im Vergleich zu den herkömmlichen Schmelzgefäßen. Des weiteren, da der Teil des Deckels 14, welcher zu schmelzen ist (schräggestrichelter Teil in Figur 3), entfernt ist von einem Abschnitt des Deckels 14, welcher in Kontakt steht mit der Öffnung 6, ist der Einfluß der nicht gleichförmigen Kühlung an der Peripherie des Deckels 1 4 ebenfalls reduziert im Vergleich zu den herkömmlichen Schmelzgefäßen. Somit kann die Bohrung akurat an einem Strahricht- bzw. -auftreffpunkt bzw. -position gebildet werden, wodurch die Qualität der zu erzeugenden Metailpulver erhöht ist. Es ist unnötig zu erwähnen, daß dieselbe Wirkung ebenfalls erhaltbar ist, wenn der Deckel verwendet wird, welcher hergestellt ist gemäß dem in Figur 2 gezeigten Verfahren.
Obwohl der Deckel nach oben von der Öffnung des Gefäßkörpers in der vorangegangenen Ausführungsform vorspringt, muß die Form des Deckels nicht notwendigerweise derart sein. Zum Beispiel, wenn die Tiefe der Öffnung größer ist, kann der Deckel fluchtend bzw. ausgerichtet mit dem oberen Ende der Öffnung vorliegen.
Eine Aussparung kann an der Mitte des oberen Teiles des Deckels gebildet sein, anstelle der Position an der Mitte bzw. dem Zentrum des unteren Teiles davon. Des weiteren kann der mittlere bzw. zentrale Abschnitt des Deckels verdünnt sein durch Bilden von Aussparungen an der Mitte von sowohl den oberen als auch unteren Teilen des Deckels. Wenn der Deckel derart gebildet ist, daß er eine Aussparung an der Mitte des oberen Teiles aufweist, kann der in solch einer Form vorhergestellte Deckel passend befestigt sein an der Öffnung von dem Inneren des Gefäßkörpers.
Es wird erkannt werden, daß der Begriff "hochreines Metall" in dieser Beschreibung Zusammensetzungen bzw. Verbindungen enthält, umfassend Legierungen, intermetallische Verbindungen und Keramiken.
Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß eine zum Bilden einer Bohrung in einem Deckel erforderliche Energie reduziert werden; der Einfluß der nicht gleichförmigen Kühlung an der Peripherie des Deckels kann reduziert werden; die Bohrung kann akurat an der Strahricht- bzw. -Auftreffposition gebildet werden; und die Qualität der herzustellenden Metallpulver kann verbessert werden.

Claims

1. Gefäß zum Schmelzen eines hochreinen Metalles, umfassend:

einen Gefäßkörper (2) mit einer Öffnung (6) eines spezifischen Durchmessers, an dem Boden ausgebildet und Mittel (8, 10, 12) zum Kühlen eines inneren Flächenbereiches (2a); und einen Deckel (14), hergestellt aus demselben Material wie das zu schmelzende Metall, zum passenden bzw. paßbaren Verschließen der Öffnung (6) des Gefäßkörpers (2), wobei der Deckel (14) einen dünnen (t2) Abschnitt (14a) aufweist, welcher an oder nahe einer Mittellinie, welche die Mitte der Öffnung (6) kreuzt, und in einem vorbestimmten minimalen Abstand von der Peripherie des Deckels (14) angeordnet ist.

2. Gefäß nach Anspruch 1, in welchem der dünne (t2) Abschnitt (14a) eine Aussparung beläßt, welche sich über die verbleibende Höhe (t1-t2) des Deckels (14) erstreckt, wobei der Durchmesser davon kleiner ist als jener der Öffnung (6), wobei die Aussparung oder der dünne (t2) Abschnitt (14a) innerhalb der Öffnung (6) angeordnet ist, wobei die äußeren Peripherien einen vorbestimmten Abstand von der Peripherie der Öffnung (6) aufweisen.

3. Gefäß nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die Mitte des dünnen (t2) Abschnittes (14a) an oder nahe der Mittellinie angeordnet ist.

4. Gefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Verschlußposition des Deckels (14), der dünne (t2) Abschnitt (14a) an dem Oberen davon bereitgestellt ist.

5. Gefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem entlang der Mittellinie die Dicke (t2) des dünnen Abschnittes (14a) gerin ger ist als ein Halb, bevorzugt weniger als ein Drittel der Dicke (t1) des Deckels (14).

6. Gefäß nach Anspruch 5, in welchem der dünne Abschnitt (14a) eine Dicke (t2) von 3 bis 10 mm, bevorzugt von 4 bis 6 mm und insbesondere bevorzugt von 5 mm, auf der Basis von Gefäßkörperabmessungen von etwa 250 mm Durchmesser und 100 mm Höhe und bei der Verwendung von etwa 5 bis 10 kg geschmolzenem Metall, aufweist.

7. Gefäß nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem die Dicke (t2) des dünnen Abschnittes (14a) derart bestimmt ist, daß sie durch einen Plasmastrahl von 1300 bis 1500 A geschmolzen werden kann.

8. Verfahren zur Herstellung eines Deckels (14), welcher in eine Öffnung (6) eines Gefäßes gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 paßt, umfassend die Schritte:

Schließen der Öffnung (6) von unten durch ein Verschlußglied (20) mit einer im wesentlichen flachen oberen Fläche (20a) und einem zylindrischen Vorsprung (22), welcher nach oben von der oberen Fläche vorspringt, so daß der Vorsprung (22) an der Mitte der Öffnung (6) angeordnet ist;

Schmelzen einer Menge von Metall (M) in dem Gefäßkörper (2);

Verfestigen des geschmolzenen Metalles, dessen Flächenpegel (P) derart ist, daß das geschmolzene Metall den Vorsprung (22) des Verschlußgliedes (20) bedeckt; und Entfernen des Verschlußgliedes (20).