IT9048205A1 - Dispositivo per la produzione in continuo di ceramiche superconduttrici - Google Patents
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Description
Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:
"DISPOSITIVO PER LA PRODUZIONE IN CONTINUO DI CERAMICHE SUPERCONDUTTRICI "
RIASSUNTO
La produzione continua di ossidi ceramici superconduttori, per esempio del tipo ossidi di ittrio di bario e di rame (YBCO), viene effettuata con un dispositivo formato dalla combinazione, in relazione di cooperazione, di una superficie continua, mobile, di mezzi per l'alimentazione su detta superficie continua di uno strato liquido contenente ioni metallici nelle proporzioni volute, di mezzi per evaporare la componente liquida di detto strato liquido e per bruciare a elevata temperatura in ambiente ossidante il residuo solido rimanente, di mezzi per allontanare da detta superficie continua il prodotto ottenuto da detta combustione.
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce a un dispositivo per la produzione in continuo di ceramiche superconduttrici, e più in particolare riguarda la produzione di ossidi ceramici superconduttori a mezzo di un dispositivo per operare una pirolisi in strato sottile di soluzioni contenenti ioni dei metalli costituenti la ceramica finale desiderata.
Fino a qualche anno fa, l'utilizzazione della superconduzione era limitata essenzialmente dal costo della tecnica, a causadelie bassissime temperature necessarie perchè il fenomeno si manifestasse, tipicamente attorno alla temperatura dell'elio liquido.
La scoperta recente di nuove classi di materiali, in particolare di ossidi ceramici, che presentano superconduttività a temperature notevolmente più alte e più economiche da raggiungere e da mantenere, tipicamente attorno alla temperatura dell'azoto liquido, ha fortemente rilanciato l'interesse pratico per la superconduttività . Tale interesse tuttavia viene frenato della scarsa disponibilità di ossidi ceramici superconduttori, essenzialmente dovuta al fatto che non sono disponibili metodi e dispositivi per una produzione quantitativamente e qualitativamente soddisfacente di tali materiali.
Infatti, le tecniche di produzione di ossidi ceramici superconduttori sono quasi tutte eccessivamente costose (come per esempio la supermacinazione di miscele degli ossidi che compongono la ceramica voluta, la coprecipitazione, descritta tra l'altro in J.Phys. 30 (1988) L251, il metodo sol-gel, descritto per esempio in ACS Symp. Ser. 351 (1987) eh.10, o il metodo dei citrati, descritto in J. Phis. D21 (1988) 226), non hanno una produttività industrialmente accettabile e possono essere di attuazione complessa con risultati insoddisfacenti.
I metodi noti per la produzione continua di ossidi ceramici superconduttori sono quasi tutti basati su variazioni di un vecchio procedimento per la produzione di ossidi (USP 3189550), consistente nel nebulizzare una soluzione contenente la -miscela desiderata di ioni metallici in un forno, e nel raccogliere la polvere risultante; una variante consiste nel dirigere il getto di polveri ceramiche così formate su di una superficie da rivestire (esempi di tali tecniche sono riportati in Jap. J. of Appi. Phys., voi 27, n*6, pagg L1086-L1088, pagg L1092-L1093 e voi 29, n'I, pagg L33-L35).
Inconvenienti principali di queste tecniche continue riguardano:
- la produttività scarsa: le polveri prodotte sono di norma molto fini (attorno al micrometro, o meno) e sono di difficilissima raccolta, essendo, come noto, l'efficienza degli elettrofiltri inferiore al 70% per particelle cosi fini;
- la morfologia delle particelle, che si presentano in genere cave, e quindi impartiscono una bassa densità al verde (tipicamente inferiore al 60%) ai corpi con esse prodotti e quindi rendono più difficile la corrispondenza delle dimensioni finali ottenute a quelle volute (vedi domanda di brevetto francese 2628415);
- l'impossibile controllo del trattamento termico che subiscono le particelle, perchè prodotte in un ambiente fluido altamente turbolento.
Si vede bene come la tecnica attuale non sia stata ancora in grado di fornire mezzi adeguati a soddisfare la forte esigenza di polveri di ossidi ceramici superconduttori manifestatasi recentemente .
La presente invenzione si propone di superare gli inconvenienti citati fornendo un dispositivo semplice, facilmente regolabile e controllabile per la produzione in continuo di ossidi ceramici superconduttori di eccellente qualità e in grado di dare prodotti compattati della massima densità possibile fin dallo stato verde.
Secondo la presente invenzione, un dispositivo per la produzione in continuo di ossidi ceramici superconduttori a partire da una soluzione comprendente una componente liquida in cui sono disciolti nelle proporzione volute ioni metallici, è costituito dalla combinazione in relazione di cooperazione di:
- una superficie continua, mobile,
- mezzi per l'alimentazione su detta superficie continua di uno strato liquido di detta soluzione,
- mezzi per evaporare la componente liquida di detto strato liquido e per trattare in ambiente ossidante a elevata temperatura i sali metallici residui, per dare ossidi ceramici,
- mezzi per allontanare da detta superficie continua gli ossidi ceramici prodotti.
Preferibilmente, detta superficie continua è una delle superfici di un nastro metallico chiuso ad anello? allo scopo di evitare inquinamenti del prodotto che si desidera ottenere,,preferibilmente detta superficie reca un rivestimento resistente alle elevate temperature, preferibilmente a base di ossidi e inerte rispetto a detta soluzione contenente ioni metallici. Un componente ritenuto soddisfacente per questi scopi è l'ossido di magnesio, che può essere associato con altri ossidi per formare composti quali la Fosterite.
Detta superficie viene in continuo fatta passare attraverso detti mezzi per evaporare la componente liquida di detto strato liquido e per ossidare a elevata temperatura il residuo solido rimanente, che sono preferibilmente costituiti da un forno tubolare diviso longitudinalmente in una pluralità di zone, ciascuna dotata di propri mezzi di controllo e di regolazione della temperatura. Detto forno tubolare è vantaggiosamente riscaldato elettricamente e può essere dotato di mezzi per controllare e regolare un eventuale flusso di gas al suo interno.
Detti mezzi per l'alimentazione su detta superficie continua di uno strato liquido contenente gli ioni dei metalli che dovranno formare gli ossidi superconduttori sono preferibilmente costituiti da un serbatoio per il liquido, provvisto di mezzi per il controllo e la regolazione del flusso del liquido verso detta superficie continua; per assicurare una buona uniformità di trattamento su tutta la larghezza di detta superficie e nel tempo, il dispositivo secondo la presente invenzione è vantaggiosamente dotato di mezzi per uniformare lo spessore di detto strato liquido, costituti da almeno una lama a sfioramento. Detta superficie continua può anche essere dotata di bordi longitudinali di confinamento per detto liquido e di almeno una lama mobile verticalmente che definisca con la sua distanza da detta superficie lo spessore dello strato liquido desiderato? in tal caso, detta lama, o comunque l'ultima di dette lame, è posta in corrispondenza della bocca di ingresso di detto forno, in modo che il liquido possa essere rapidamente vaporizzato, prima di subire incontrollate variazioni di spessore.
Detti mezzi per allontanare da detta superficie continua i prodotti dell'ossidazione che avviene nel forno, sono preferibilmente costituiti da una barra, posta obliquamente rispetto alla direzione di moto di detta superficie, che sfiora la superficie stessa. Sono previsti mezzi per la raccolta del prodotto cosi ottenuto, in forma di una vasca di raccolta, posta al di sotto di detta superficie in corrispondenza di detta barra.
La presente invenzione sarà ora descritta in maggior dettaglio in relazione a una sua realizzazione in scala pilota, illustrata nell'acclusa tavola di disegni e fornita a puro titolo esemplificativo, assolutamente non limitativo degli scopi e dell'ampiezza della presente invenzione.
La Figura 1 è una vista schematica in elevazione laterale del dispositivo secondo l'invenzione.
Un nastro metallico 1, chiuso su sè stesso ad anello e avvolto attorno a due rulli 2 e 3, si muove nel senso indicato dalla freccia al di sotto del recipiente 4, contenente una soluzione 5 recante nelle proporzioni desiderate gli ioni dei metalli che dovranno formare per ossidazione a elevata temperatura gli ossidi ceramici superconduttori. Dal recipiente 4 la soluzione 5 viene inviata tramite il condotto 4' sul nastro 1, dove forma uno strato 6 regolato allo spessore voluto dalla lama 7. Il nastro, recante una spessore voluto di soluzione, entra nel forno 8, suddiviso in una pluralità di zone (nell/esempio realizzato, in quattro zone), ciascuna opportunamente collegata a mezzi 9 per il controllo e la regolazione della temperatura. Nella prima zona del forno, 8.1, lo strato liquido viene rapidamente essiccato, in modo da lasciare sul nastro una miscela di sali dei cationi metallici contenuti originariamente nella soluzione. Nelle zone successive, 8.2, 8.3, 8.4, detti sali vengono portati a temperatura compresa tra 700 e H OO'C, in ambiente contenente ossigeno e vengono così ossidati. Nel caso dell'YBCO, il prodotto ottenuto è una sorta di spugna agglomerata, avente morfologia di una cenere a lamelle incrociate, che forma uno strato 12 che rimane aderente al nastro, fino a che la barra raschiatrice 10 non lo stacca dal nastro stesso per raccogliere i fiocchi 13 risultanti in un pozzetto di raccolta 11.
E 'importante notare come tale strato abbia una coerenza e un'adesione al nastro appena sufficienti per impedirgli di essere soffiato via a causa del movimento del nastro stesso ma che ne consentono una facile raccolta a mezzo della barra raschiatrice; questa sua caratteristica fa sì che il suo distacco dal nastro possa anche essare effettuato a mezzo di getti di gas opportunamente diretti.
In tal modo, è possibile raccogliere più del 95% del prodotto ottenuto .
Nel caso della produzione di YBCO, il prodotto ottenuto è risultato inquinato da carbonio per meno del 0,2 %.
Lo YBCO ottenuto con il dispositivo secondo la presente invenzione si presenta monofasico ai raggi X (in forma ortorombica o tetragonale, a seconda del ciclo termico adottato) e possiede anche una elevatissima compattabilità, fornendo prodotti che al verde presentano una densità maggiore del 65%.
La linea pilota descritta in via esemplificativa, con un forno lungo 2 metri e con un nastro della larghezza di 100 mm ha consentito la produzione di 200 g/ora di YBCO, con la purezza sopra indicata.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per la produzione in continuo di ceramiche superconduttrici del tipo ossidi, a partire da una-soluzione comprendente una componente liquida in cui sono disciolti ioni metallici, caratterizzato dal fatto di essere costituito dalla combinazione in relazione di cooperazione di: - una superficie continua, mobile - mezzi per l'alimentazione su detta superficie continua di uno strato liquido di detta soluzione - mezzi per evaporare detta componente liquida da detto strato liquido e per trattare a elevata temperatura in ambiente ossidante i sali metallici residui, per dare ossidi ceramici - mezzi per allontanare da detta superficie continua gli ossidi ceramici prodotti.
- 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta superficie continua è una delle superfici di un nastro metallico chiuso ad anello.
- 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detta superficie reca un rivestimento resistentealla elevate temperature, inerte rispetto a detta soluzione contenente detti ioni metallici.
- 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto rivestimento è a base di ossido di magnesio.
- 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto rivestimento ha una composizione del tipo Fosterite .
- 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi per evaporare detta componente liquida e per trattare a elevata temperatura i sali metallici residui sono costituiti da un forno tubolare.
- 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto forno è diviso longitudinalmente in una pluralità di zone, ciascuna dotata di propri mezzi per il controllo e la regolazione della temperatura.
- 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto forno è alimentato elettricamente ed è dotato di mezzi per controllare e regolare un flusso di gas al suo interno.
- 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di essere ulteriormente dotato di mezzi per uniformare lo spessore di detto strato liquido, costituiti da una lama a sfioramento.
- 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di essere ulteriormente dotato di bordi longitudinali, di confinamento per detto strato liquido, per detta superficie continua, e di almeno una lama mobile verticalmente in relazione a detta superficie, per definire lo spessore dello strato liquido stesso.
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