JP2021518490A - 溶融原料から高純度球状金属粉末を製造する方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、2018年3月17日に出願された、現在係属中の米国仮出願第62/644,459号の優先権を主張する。
固体原料を溶融して溶融供給材料にするための加熱源と、
溶融供給材料を収容するためのるつぼと、
溶融供給材料を溶融流として供給する送達システムと、
プラズマ流を送達するように構成されたプラズマ源と
を備え、
プラズマ流は、超音速に加速されるように構成され、次いで、金属粉末を製造するために溶融流に衝突するように構成されている、装置を提供する。
溶融供給材料を提供するステップと、
溶融供給材料を溶融流として送達するステップと、
プラズマ流を提供するステップと、
プラズマ流を超音速に加速するステップと、
金属粉末を製造するために溶融流を超音速プラズマプルームと衝突させるステップと
を含む、プロセスを提供する。
[1] Peter G. Tsantrizos, Francois Allaire and Majid Entezarian, “Method of Production of Metal and Ceramic Powders by Plasma Atomization”, U.S. Patent No. 5,707,419, January 13, 1998.
[2] Christopher Alex Dorval Dion, William Kreklewetz and Pierre Carabin, “Plasma Apparatus for the Production of High Quality Spherical Powders at High Capacity”, PCT Publication No. WO 2016/191854 A1, December 8, 2016.
[3] Michel Drouet, “Methods and Apparatuses for Preparing Spheroidal Powders”, PCT Publication No. WO 2011/054113 A1, May 12, 2011.
[4] Maher I. Boulos, Jerzy W. Jurewicz and Alexandre Auger, “Process and Apparatus for Producing Powder Particles by Atomization of a Feed Material in the Form of an Elongated Member”, U.S. Patent Application Publication No. 2017/0326649 A1, November 16, 2017.
[5] “Titanium MIM Moves into the Mainstream with Plasma Atomised Powders from AP&C”, Powder Injection Moulding International, Vol. 11, No. 2, June 2017.
12 溶融物
14 インダクション
16 プラズマトーチ
18 プレナムチャンバ
20 出口
22 溶融流
24 供給チューブ
26 超音速プラズマプルーム
110 るつぼ
112 溶融物
114 インダクション
116 プラズマトーチ
120 超音速ノズル
122 溶融流
124 供給チューブ
126 超音速プラズマプルーム
200 電極
202 プッシャ
204 電気アーク
210 るつぼ/供給ガイド
212 原料
214 インダクション
226 プラズマプルーム
A 装置
A' 装置
A" 装置
Claims (67)
- 溶融原料から金属粉末を製造する装置であって、
固体原料を溶融して溶融供給材料にするための加熱源と、
前記溶融供給材料を収容するためのるつぼと、
前記溶融供給材料を溶融流として供給する送達システムと、
プラズマ流を送達するように構成されたプラズマ源と
を備え、
前記プラズマ流は、超音速に加速されるように構成され、次いで、金属粉末を製造するために前記溶融流に衝突するように構成されている、装置。 - 前記プラズマ流は、少なくとも1つのプラズマ源を介して送達される、請求項1に記載の装置。
- 前記送達システムは、超音速プラズマプルームが前記溶融流を霧化するように構成される場所へと前記溶融供給材料を下流に送達するように、前記るつぼから延びる液体供給チューブを含む、請求項1または2に記載の装置。
- 前記プラズマ源は、プレナムチャンバに接続された少なくとも2つのプラズマトーチを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
- 前記プレナムチャンバはドーナツ型である、請求項4に記載の装置。
- 前記プラズマトーチの出口は、接線方向に接続されて、前記プレナムチャンバの内側に渦を発生させる、請求項4または5に記載の装置。
- 前記プレナムチャンバの出口は、前記溶融流に向けられた単一の環状超音速ノズルを含む、請求項4から6のいずれか一項に記載の装置。
- 前記プレナムチャンバの出口は、前記溶融流に向けられた複数の超音速孔を含む、請求項4から6のいずれか一項に記載の装置。
- 前記超音速孔は、ノズルを含む、請求項8に記載の装置。
- 前記超音速孔は、前記溶融流の中心に向けられる、請求項8または9に記載の装置。
- 前記るつぼの中の前記溶融供給材料は、典型的には前記るつぼの周辺に配置される、インダクションによって加熱されるように構成されている、請求項4から10のいずれか一項に記載の装置。
- 前記プラズマ源は、円筒形超音速ノズルをそれぞれが備えた少なくとも2つのプラズマトーチを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
- 超音速プラズマプルームが前記溶融流を霧化する場所の周りに対称に配置された、少なくとも4つのプラズマトーチが設けられている、請求項12に記載の装置。
- 前記超音速プラズマプルームが前記溶融流を霧化する場所の周りに対称に配置された、少なくとも6つのプラズマトーチが設けられている、請求項13に記載の装置。
- 前記プラズマトーチは、リング型の構成で配置され、各プラズマトーチは、前記送達システムから出る前記溶融流に直接向けられる、請求項12から14のいずれか一項に記載の装置。
- 前記トーチは、前記溶融流に対して環状に配置されている、請求項15に記載の装置。
- 前記るつぼの中の前記溶融供給材料は、典型的には前記るつぼの周辺に配置される、インダクションによって加熱されるように構成されている、請求項12から16のいずれか一項に記載の装置。
- 前記金属粉末は、溶融原料および固体原料のうちの一方から製造されるように構成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
- 前記プラズマ源は、環状プラズマトーチを含み、前記固体原料または前記液体原料は、るつぼ/供給ガイドを介して前記環状プラズマトーチを通って供給されるように構成されている、請求項18に記載の装置。
- プッシャが、前記固体原料を前記環状プラズマトーチに供給するために設けられている、請求項18または19に記載の装置。
- 前記プッシャは、前記環状プラズマトーチの上流で、前記るつぼ/供給ガイドを通じて前記固体原料を供給するように構成されている、請求項20に記載の装置。
- 前記環状プラズマトーチは、直列に置かれた一組の電極であって、不活性ガスをプラズマ状態に加熱し、加速させて前記固体原料に衝突させ、前記固体原料を霧化するように構成されている一組の電極を含む、請求項19から21のいずれか一項に記載の装置。
- 前記固体原料は、実質的にロッドの形態である、請求項18から22のいずれか一項に記載の装置。
- 前記一組の電極は、円状に配置されている、請求項22または23に記載の装置。
- 前記原料は、インダクションで、または抵抗的に予熱されるように構成されている、請求項18から24のいずれか一項に記載の装置。
- 前記インダクションは、前記るつぼ/供給ガイドの周りに配置されている、請求項25に記載の装置。
- 前記溶融原料は、単一の環状超音速ノズルに通じるガスチャネルに接続された、プラズマトーチのリングの中心を通って供給される、請求項4から11のいずれか一項に記載の装置。
- 前記溶融原料は、頂点に集中する個々のそれぞれのノズルに通じるガスチャネルに接続された、プラズマトーチのリングの中心を通って供給される、請求項12から17のいずれか一項に記載の装置。
- 前記溶融供給材料は、前記プラズマプルームからの導電加熱を通じて、または前記金属を溶融する任意の他の手段によって、得ることができる、請求項4から17のいずれか一項に記載の装置。
- 前記溶融供給材料は、重力、ガス圧力、およびピストンのうちの少なくとも1つによって、供給チューブなどの前記送達システムを通じて向けられ得る、請求項4から17のいずれか一項に記載の装置。
- 前記プラズマ流の超音速ジェットは、前記溶融流を下流に押すような角度に向けられている、請求項1から30のいずれか一項に記載の装置。
- 前記プラズマ源は、アークプラズマトーチを含む、請求項1から31のいずれか一項に記載の装置。
- 前記プラズマ源は、誘導結合プラズマ源、マイクロ波プラズマ源、および容量性プラズマ源のうちの少なくとも1つを含む、請求項1から31のいずれか一項に記載の装置。
- 溶融原料から金属粉末を製造するプロセスであって、
溶融供給材料を提供するステップと、
前記溶融供給材料を溶融流として送達するステップと、
プラズマ流を提供するステップと、
前記プラズマ流を超音速に加速するステップと、
金属粉末を製造するために前記溶融流を超音速プラズマプルームと衝突させるステップとを含む、プロセス。 - 前記プラズマ流は、少なくとも1つのプラズマ源を介して送達される、請求項34に記載のプロセス。
- 前記溶融供給材料は、前記溶融供給材料を収容するるつぼから延びる液体供給チューブを介して、超音速プラズマプルームが前記溶融流を霧化するように構成される場所へと下流に送達される、請求項34または35に記載のプロセス。
- 前記プラズマ源は、プレナムチャンバに接続された少なくとも2つのプラズマトーチを含む、請求項34から36のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記プレナムチャンバはドーナツ型である、請求項37に記載のプロセス。
- 前記プラズマトーチの出口は、接線方向に接続されて、前記プレナムチャンバの内側に渦を発生させる、請求項37または38に記載のプロセス。
- 前記プレナムチャンバの出口は、前記溶融流に向けられた単一の環状超音速ノズルを含む、請求項37から39のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記プレナムチャンバの出口は、前記溶融流に向けられた複数の超音速孔を含む、請求項37から39のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記超音速孔は、ノズルを含む、請求項41に記載のプロセス。
- 前記超音速孔は、前記溶融流の中心に向けられる、請求項41または42に記載のプロセス。
- 前記るつぼの中の前記溶融供給材料は、典型的には前記るつぼの周辺に配置される、インダクションによって加熱されるように構成されている、請求項37から43のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記プラズマ源は、円筒形超音速ノズルをそれぞれが備えた少なくとも2つのプラズマトーチを含む、請求項34から36のいずれか一項に記載のプロセス。
- 超音速プラズマプルームが前記溶融流を霧化する場所の周りに対称に配置された、少なくとも4つのプラズマトーチが設けられている、請求項45に記載のプロセス。
- 前記超音速プラズマプルームが前記溶融流を霧化する場所の周りに対称に配置された、少なくとも6つのプラズマトーチが設けられている、請求項46に記載のプロセス。
- 前記プラズマトーチは、リング型の構成で配置され、各プラズマトーチは、前記送達システムから出る前記溶融流に直接向けられる、請求項45から47のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記トーチは、前記溶融流に対して環状に配置されている、請求項48に記載のプロセス。
- 前記るつぼの中の前記溶融供給材料は、典型的には前記るつぼの周辺に配置される、インダクションによって加熱されるように構成されている、請求項45から49のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記金属粉末は、溶融原料および固体原料のうちの一方から製造されるように構成されている、請求項34から36のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記プラズマ源は、環状プラズマトーチを含み、前記固体原料または前記液体原料は、るつぼ/供給ガイドを介して前記環状プラズマトーチを通って供給されるように構成されている、請求項51に記載のプロセス。
- プッシャが、前記固体原料を前記環状プラズマトーチに供給するために設けられている、請求項51または52に記載のプロセス。
- 前記プッシャは、前記環状プラズマトーチの上流で、前記るつぼ/供給ガイドを通じて前記固体原料を供給するように構成されている、請求項53に記載のプロセス。
- 前記環状プラズマトーチは、直列に置かれた一組の電極であって、不活性ガスをプラズマ状態に加熱し、加速させて前記固体原料に衝突させ、前記固体原料を霧化するように構成されている一組の電極を含む、請求項52から54のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記固体原料は、実質的にロッドの形態である、請求項51から55のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記一組の電極は、円状に配置されている、請求項55または56に記載のプロセス。
- 前記原料は、インダクションで、または抵抗的に予熱されるように構成されている、請求項51から57のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記インダクションは、前記るつぼ/供給ガイドの周りに配置されている、請求項58に記載のプロセス。
- 前記溶融原料は、単一の環状超音速ノズルに通じるガスチャネルに接続された、プラズマトーチのリングの中心を通って供給される、請求項37から44のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記溶融原料は、頂点に集中する個々のそれぞれのノズルに通じるガスチャネルに接続された、プラズマトーチのリングの中心を通って供給される、請求項45から50のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記溶融供給材料は、前記プラズマプルームからの導電加熱を通じて、または前記金属を溶融する任意の他の手段によって、得ることができる、請求項37から50のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記溶融供給材料は、重力、ガス圧力、およびピストンのうちの少なくとも1つによって、供給チューブなどの前記送達システムを通じて向けられ得る、請求項37から50のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記プラズマ流の超音速ジェットは、前記溶融流を下流に押すような角度に向けられている、請求項34から63のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記プラズマ源は、アークプラズマトーチを含む、請求項34から64のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記プラズマ源は、誘導結合プラズマ源、マイクロ波プラズマ源、および容量性プラズマ源のうちの少なくとも1つを含む、請求項34から64のいずれか一項に記載のプロセス。
- 前記霧化プロセスは、不活性雰囲気下で実行される、請求項34から66のいずれか一項に記載のプロセス。
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