JPH01301810A - 液状物特に溶融金属の少くとも1つの流れを微粉化する方法及び装置 - Google Patents

液状物特に溶融金属の少くとも1つの流れを微粉化する方法及び装置

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JPH01301810A
JPH01301810A JP63236689A JP23668988A JPH01301810A JP H01301810 A JPH01301810 A JP H01301810A JP 63236689 A JP63236689 A JP 63236689A JP 23668988 A JP23668988 A JP 23668988A JP H01301810 A JPH01301810 A JP H01301810A
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pulverization
nozzle
crucible
metal
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Klaus Bauckhage
クラウス・バウグハーゲ
Norbert Kunert
ノルベルト・クネルト
Peter Schreckenberg
ペーター・シュレッケンベルク
Hermann Vetters
ヘルマン・フェテルズ
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Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
Original Assignee
Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、液状物特に溶融金属の少くとも1つの流れを
超音波フィールドを通るように導いて微粉化する方法と
、その微粉化を実施するために。
微粉化するべき液状物又は金属を溶融するためのるつぼ
と、少くとも1つの超音波微粉化部材とを備えている微
粉化装置に関する。
〈従来の技術〉 液状物又は溶融金属を微粉化する方法及び装置は、基本
的には従来から知られている。この方法は、特別の材料
、特に特定の性質を備えた材料を製造するために材料分
野においても益々多用されるようになっている。液態温
度よりも゛高い温度まで加熱された金属の粉体(溶融物
)のるつぼから流出した流れを微粉化することは1発振
器と非活性の反射器との間に配された定在的な超音波フ
ィールドを介して行なわれる6その場合、超音波出力が
限定されていることは不具合である。そのため、溶融金
属を超音波微粉化するための従来の装置及び方法は、こ
れまでは、わずかな範囲内で使用されていたに過ぎず、
多くは実験の段階を出ていなかった。その他の使用目的
、例えば、超音波で液流を微粉化することに関連して、
限られた範回内においてのみ使用可能な超音波出力が、
商業的な使用に対する障害となっていた。
更に、溶融金属の微粉化において超音波出力が低いこと
の結果として、微粉化と同時に進行する溶融物(金属)
の固層温度よりも低い温度までの冷却が十分にすみやか
に行なわれなくなる。その結果として、微粉化によって
得た粉体が無制御に冷却されると共に、それに関連して
、粉体の直径及び粉体の性状が不具合となる。
〈発明が解決しようとする課題〉 従って、本発明の課題は、微粉化効率が高くなり、液状
金属の微粉化に際して、微粉化によって得た金属の粉体
のより良い冷却が確実に行なわれるように、冒頭に述べ
た微粉化方法及び装置を実現することにある。
〈課題を解決するための手段〉 この目的は、本発明によれば、液状物特に溶融金属の少
くとも1つの流れを超音波フィールドを通るように導い
て微粉化する方法において、液状物特に溶融金属を濃縮
した気体状媒体中において超音波フィールドを経て導く
ことを特徴とする微粉化方法によって達成される。濃縮
され、従って過圧の下にある媒体中において超音波フィ
ールドを発生させることによって、より大きなエネルギ
ー伝達が可能となる。その結果として、より高いエネル
ギー密度の超音波フィールドによって微粉化の工程が実
施できるため、より高い微粉化効率が達成される。
また本発明の微粉化方法によって微粉化効率が高くなる
ので、微粉化によって得た金属の粉体の急冷がより十分
に行なわれる。その理由は、この粉体がエネルギー量の
大きな超音波フィールドによって、より大きな衝撃を受
け、この衝撃が、微粉化の過程がその内部において行な
われる圧力付勢された媒体中の、金属の粉体の大きなす
ベリを生ずるためである。これにより、金属の粉体の回
りに加温ガスのミストが形成されることが防止される。
金属の粉体は、おそらくは、より大きな衝撃によって付
勢されることによって、未だ予加熱されていない周囲の
新しい気体との常時の接触にもたらされることができよ
う。
また圧力付勢された気体状の媒体を金属の粉体の液態温
度よりも低い温度、特に最低一200℃までの温度に冷
却することも、本発明に従って提案される。これにより
、>lo’に/秒の急冷速度が実現可能となる。この処
置により、さほどの余分のコストを要せずに急冷が達せ
られる。
微粉化によって得た金属の粉体を、急冷及び微粉化の直
後に、半製品又は所望の成形体の作成のために圧密イb
することも、本発明に従って提案される。これにより、
急冷された金属の粉体はその超塑性を利用して、特に対
応した支持体上に特に圧力下支えられた状態で集められ
、その際に個別の粉体が互に融着される。圧密化は、微
粉化によって得た金属の粉体が固体の相を取得し、組織
の変態はまだ生じていないが金属の粉体が融着にとって
十分な加温された状態となる程度まで冷却された時に行
なうことが好ましい。
本発明による課題の装置についての解決は、請求項7の
構成によってなされる。少くとも2つの活性の発振器、
従って発振器対の使用によって。
特にエネルギー量の大な超音波フィールドが形成される
。更に出力を高めるために、別の発振器対を用意しても
よく、これらの発振器対に、好ましくは、同一のデータ
並びに発振器の出力、周波数及び振幅についての重ね合
せ可能なパラメーターを有し、その定常的な超音波フィ
ールドが1つ又は複数の同一の節点域を示すように配設
されている。微粉化は、るつぼ中において形成された溶
湯の流れをこれらの節点域に導くことによって、超音波
フィールドの重ね合せの生ずる個所、即ち最大のエネル
ギー密度が存在する個所において生ずる。本発明による
微粉化装置は、従来の装置と比べて著しく大きな、微粉
化しようとする溶融物の流量と、それに組合された経済
的な使用形態とを可能とする。それと同時に、複数の超
音波フィールドの重ね合せによって、微粉化しようとす
る溶融物の大きな流量にも拘らず、極微細な組織を形成
する上に必要な高速の急冷が達せられる。更に。
微粉化によって形成された粉体の発振器面への接着は、
2個の活性の発振器対の使用によって、有効にさけられ
る。
本発明の特に有利な実施態様によれば、微粉化装置の位
置は、(水平の)発振器軸線が所望の傾斜を示すものと
なるように、共通に変更される。
微粉化によって形成された粉体を垂直経路から意図的に
偏向させることが、それによって可能となる。このよう
にして、比較的複雑な被加工物の圧密化が有効に達成さ
れる。
本発明の別の好ましい実施態様によれば、るつぼからの
溶融物の出口に、ノズルが後置され、このノズルは、特
に、ラバルノズルとして形成されている。
発振器は、重ね合された超音波フィールドの節点域がノ
ズルの最も狭い横断面に対してわずかにるつぼ側に変位
されるように、ノズルに所属されている。これによって
、超音波フィールドの節点域においての微粉化による粉
体の加速だけでなく、補助的に、節点域に向って狭まっ
ているノズルを通る方向の指示も実現される。
圧力容器をノズルに後置することも提案される。
この微粉化装置は、前述した本発明による微粉化方法を
実施する上に特に適合している。それは、ノズルの領域
においてだけでなく、圧力容器の領域においても、超音
波用の気体状の媒体の圧密化がそれによって簡単な仕方
で可能となるからである。微粉化に用いられる超音波の
節点域においてのエネルギー密度は、このようにして、
エネルギーを増大させる処置、即ち、複数の超音波フィ
ールドの重ね合せと濃縮された媒体中においてのエネル
ギーの伝達の増大との組合せによって、最適の形態とさ
れる。また圧力容器は、微粉化され急冷された、微小な
金属の粉体を圧密化するための載置面又は載置型を受入
れるためにも使用することができる。別の方法として、
微粉化装置全体を圧力容器中に収納してもよい。その場
合、特にるつぼ内の圧力負荷が減少する。
前述した装置を用いて、本発明による方法に従って得た
材料は、特に有利な特性を備えている。
それは、粒径が0.1μmとなりうる球状の粉体による
、結晶質又は非晶質の、特に均質な組織がそれによって
得られるからである。この材料は、等方性の変形能力を
可能とする超塑性を備えている。また、急冷によって、
不純物は微粉化金属の粉体から形成された球状の微小な
粉体中に一体化される。
次に、本発明の好ましい実施例を図面に従って一層詳細
に説明する。
〈実施例〉 図示した装置は、工具、半製品及び完成品の金属粉体を
作製するために溶融金属の流れを微粉化する装置である
特に第1図かられかるように、微粉化装置は、るつぼ1
0とるつぼ10に連結されたノズル11と1図示した例
では2つの超音波発振器12と。
超音波発振器12に後置された圧力容器13とから成っ
ている。
微粉化装置の上部域にあるるつぼ10は、この例では下
方にテーパー状に指向している開口14と共に紐状に形
成されている。るつぼlo中には、図示した例では、粉
体状ないし粒体状の金属顆粒16から或る。溶融させ微
粉化しようとする原材料が、液位15まで充満されてい
る。るつぼ10の内部に収納された顆粒16は、第1図
では1点鎖線で表わした、るつぼ10の回りの発熱コイ
ルによって、液化温度よりも高い温度において溶融され
る。
微粉化装置の垂直方向の中心軸線18のほぼ中間点に形
成された、るつぼ10の開口14は、ノズル11の垂直
の流入漏斗19に開口している。
ノズル11は、この例では、ラバルノズルの形状を有し
、即ち、1つの周回曲線に沿ってテーパー状に狭まって
いる加速部20と、この加速部20に続く狭まり部21
と、下方の円錐台形の排出部22とを備えている。
加速部20の上部域には、側面から、気体の供給ダクト
が開口しており、この気体供給ダクトは、図示した例で
は径方向に周回する環状ダクト23として形成されてい
る。気体状の工程媒体、特に、室温よりも低い温度に冷
却された不活性ガス又は反応ガスは、この環状ダクト2
3を通って、圧力の下に、微粉化装置に供給することが
できる。
図示した例では、両方の超音波発振器12は、ノズル1
1の中央部の狭まり部21と向い合いに。
微粉化装置の垂直方向の中心軸線18と直交する共通の
水平方向の振動軸線24上に配設されている。超音波発
振器12は、その前方端において、ノズル11の狭まり
部21の対応した通し孔25に導入される。通し孔25
には、各々1つの対応する周回カラー26がこの目的の
ために設けられている。超音波発振器12の固定は、別
々に、図示しない適切な仕方で、超音波発振器12の前
方端の外側で、特に、振動について脱結合されるように
なされている。
ノズル11の各部20〜22に対する発振軸線24の相
対的な配置は、狭まり部21の少し上方に、従って、加
速部20のほぼ先端域に発振軸線24があるようになさ
れている。
両方の超音波発振器12は、図示した例では、同じ型式
のもので、特に同一の出力、周波数及び振幅をもち、即
ち、発振出力250〜3000W、約20 K Hzの
同一の互に重畳された超音波フィールド27を発生させ
る。図示した例では、両方の超音波発振器12は、1/
4波6個分の距離にあり、3つの節点域28.29を有
し、そのうちの中間の節点域29(発振軸線24と中心
軸線29との交点上の節点域)は、微粉化しようとする
溶湯のるつぼ10からの流れを微粉化するために用いら
れる。
更に、第1図かられかるように、ノズル11はその下部
域に、円環体のフランジ30を備えており、このフラン
ジには、圧力容器13を、対応した連結フランジ31に
よって連結できると共に、図示しないねじによって、好
ましくは、取外しできるようになっている。
圧力容器13は1図示した例のように最も簡単な場合に
は、円筒状マントル32と、扁平な水平に配置された底
体33とから成っている。この例では、底体33は、第
1図に示した支持板34を受入れるために使用でき、こ
の支持板34上には、好ましくは圧密化のために、微粉
化された金属を放出し、ないしは集めることができる。
第2図には、圧力容器13の底体33上に配置された雌
型ないしは凹型35が図示されている。
これにより、圧力容器13中において既に完成された所
望の形状の被加工物を、圧密化によって金属粉体の超塑
性状態において作製することができる。好ましくは、回
転対称の被加工物をこのようにして作製する。被加工物
がほぼ−様な壁厚をもつように、凹型35は、圧力容器
13中においてその垂直な回転軸線の回りに、適宜の駆
動装置によって連続的に回転させるようにしてもよい。
別の方法として、図示した例のようにする代りに、圧力
容器13中にるつぼ10をノズル11及び超音波発振器
12と共に、例えば圧力容器13を締切る蓋から吊下さ
せた状態で完全に収納する大きさに、圧力容器13を形
成してもよい。圧力容器1−3のこの変形された形式は
、第1図に1点鎖線によって図示されている。
いくつかの超音波発振器12を使用する第3図に示した
変形実施例によれば1発振出力を更に高くするために、
互に向い合った超音波発振器12から各々或る複数の発
振器対が設けられている。
これに対応して、第3図には、2つの超音波発振器から
或る発振器対に、1点鎖線で示した別の3つの発振器対
が所属されており、これらの発振器対の発振軸線24は
、微粉化装置の中心軸線18上の中間の節点域29に、
全部存在する別の超音波フィールドを発生させるために
、1つの共通の水平面内に存在している。
図示した微粉化装置は、各1つの同様の超音波フィール
ド27を発生させる複数の超音波発振器12によって、
節点域29に高エネルギー密度が得られる上に、超音波
27が、濃縮された気体状の媒体を通って、高エネルギ
ー伝達特性をもって導かれることによって、特に高い微
粉化効率と急冷速度とを実現する。しかし、(従来の技
術と同様に)只1つの超音波発振器によって、圧力下に
おかせた気体状の媒体中において、従って圧力容器13
中において、微粉化を行なうか、又は複数の超音波発振
器を用いて、大気圧(常圧)下におかれた気体状の媒体
中において、溶融金属(溶融物)の微粉化を行なうかす
ることによっても、この形式の従来の微粉化装置又は方
法の微粒化効率の改善が既に可能となる。この場合には
圧力容器13又は1点鎖線で示した圧力容器は割愛して
もよい。
第1図に示した微粉化装置の作用は、次の通りである。
るつぼ10中において、発熱コイル17によって加熱さ
れた金属材料から或る顆粒は、液流の形で、るつぼ10
の開口14を経て、ノズル11の加速部20に到達し、
そこで狭まり部21に到達する前に1節点域29におい
て超音波27によって微粉化される。この微粉化とそれ
に続いてノズル11が狭まり部21に向って狭まってい
ることによって生じた金屑の粉体の加速は、気体状の媒
体中においてのその「すべりJを生じさせる。その結果
として、微粉化による金属粉体は。
急速に冷却される6本発明によれば、この急冷は、第1
に、濃縮された気体状の媒体中において微粉化がなされ
、それによって−層大きな超音波27のエネルギーをも
たらしうろことと、環状ダクト23を経て過圧下の不活
性ガス(窒素)又は反応ガス(水素)をノズル11に導
くことができ、このガスは、−200℃まで冷却可能で
あることとによって、より強く行なわれる。
以上に説明したように、微粉化され急冷された金属の粉
体は、主として球状の微小な粉体(<0.1μm)であ
り、これらの微/JSな粉体は、それが圧密化され、従
って、圧力容器13の底体33上の支持体34又は凹型
35上に圧力下支えられて集められた時に1組織の変態
は生起することなく粉体の融着が超塑性状態を利用して
発生する程度まで冷却される。
第4図に示した、本発明による微粉化装置の変形実施例
は、超音波発振器12が位置変更自在にノズル11に所
属されている点において、第1〜3図の実施例と相違し
ている。その目的のために、超音波発振器は、均等に、
しかし反対方向に、ノズル11又はその一部分に対して
位置が変えられ、発振軸線24が(通常の)水平面から
離れて揺動するようになっている。微粉化された金属は
、それによって、節点域29に到達した後、中心軸線1
8に対して、垂直から離れた位置に向って偏向される。
微粉化された金属によって形成された、節点域29を原
点とする円錐は、それによって、中心軸線18から全体
として離れるように外方に揺動することができる。
超音波発振器12を同一の距離のままで、発振軸線24
に沿った方向に移動させることによって、節点域29が
中心軸線18と正確に合致させられるか、又は節点域2
9が中心軸線18から偏向している際において、この節
点域29がるつぼ10から流出する溶融金属の流れと再
び合致させられるようにすることも考えられる。また節
点域29が再び溶融金属の流れと合致するように、超音
波発振器12の間の節点域29の位置の偏よりを平衡さ
せることができる。
この微粉化装置において、超音波発振器12は、その全
体又は一部分は、ベローズ36として形成シタノズル1
1の区画中に配設されている。この実施例では、超音波
発振器12の上半部のみがベローズ36に所属されてい
るので、ベローズ36は、ノズル11の加速部20又は
狭まり部21を形成している。超音波発振器12の下半
部は、ノズル11の固定部分、即ち、大体においてその
排出部22に所属されており、この排出部は、超音波発
振器12と共に揺動することができる。
第3図に示した第3実施例による微粉化装置は、好まし
くは、1つの共通の垂直面内に並べて配された3つのる
つぼ10がノズル11に所属されている点で、前記の各
実施例と相違している。これら3つのるつぼ10の距離
は、るつぼ10から流出する3つの溶融金属の流れが、
超音波フィールド27の3つの節点域28.29のうち
のどれか1つに向けられるように選定される。この微粉
化装置は、特に高い効率の微粉化を実現し、超音波フィ
ールド27の全部の節点域28.29が溶融金属の流れ
の微粉化に有効に用いられる。
第3図で示した実施例による微粉化装置の作用は、第1
図の実施例による装置のものとほぼ同様である。
以上に説明したように、液状材料特に溶融金属の少くと
も1つの流れを微粉化する方法及び装置が、本発明によ
って提供される。この形式の従来の方法及び装置は、微
粉化効率が低いので、微粉化された金属(粉体)の冷却
速度が遅かった。そのため粉体の形成が不具合であった
。本発明による微粉化方法及び装置は、これらの欠陥を
除去する。
使用される超音波のためのエネルギー伝達度の比較的高
い濃縮された気体状の媒体中において、溶融金属粒を微
粉化することが、本発明によって提案される。装置につ
いては、複数の超音波発振器を使用する。これらの超音
波発振器は、集約的な微粉化と、それに関連したより高
速の急冷とを実現するために、重ね合せによって、節点
域のエネルギー密度を高くして、共通の超音波フィール
ドを発生させる。本発明による微粉化方法及び装置は、
特別の被加工物又はそれから或る物品の調造に特別に適
合している。
【図面の簡単な説明】
第1図は3本発明の第1実施例による微粉化装置の概略
的な垂直断面図、第2図は、内部に配された型支持体と
共に圧力容器の下部を示した側断面図、第3図は、第1
図の■−■線に沿った横断面図であり、特に第2の発振
器付近を示す図、第4図は、本発明の第2実施例による
微粉化装置を示す第1図と同様の部分的な垂直断面図、
第5図は、本発明の第3実施例による微粉化装置を示す
第1図と同様の部分的な垂直断面図である。 27・・超音波(超音波フィールド)。 特許出願人  ブランシン・ウルトラシャール・二一デ
ルラースング・デル・エメルゾン・ チクノロシーズ・ゲー・エム・バー・ バー・ラント・コムパニー 代理人弁理士  兼   坂       真向   
   酒   井        −同      兼
   坂        繁ω       〜 平成 1年 1月12日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)液状物特に溶融金属の少くとも1つの流れを超音波
    フィールドを通るように導いて微粉化する方法において
    、液状物特に溶融金属を濃縮した気体状媒体中において
    超音波フィールド(27)を経て導くことを特徴とする
    微粉化方法。 2)不活性ガス例えば窒素又は反応ガス例えば水素を気
    体状媒体として使用することを特徴とする請求項1記載
    の微粉化方法。 3)微粉化した金属を急冷するために、該金属の液態温
    度よりも低い温度に該気体状媒体をもち来たすことを特
    徴とする請求項1記載の微粉化方法。 4)微粉化の直後に液状物の粉体、特に金属の粉体を圧
    密化することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一に
    記載の微粉化方法。 5)微粉化に用いられる濃縮された気体状媒体中におい
    て、圧密化を行なうことを特徴とする請求項4記載の微
    粉化方法。 6)特に金属の粉体の超塑性を利用して圧力下支えられ
    た状態で圧密化を行なうことを特徴とする請求項4又は
    5記載の微粉化方法。 7)液状物特に溶融金属の少くとも1つの流れを微粉化
    する装置において、微粉化するべき液状物又は金属を溶
    融するためのるつぼと、少くとも1つの超音波微粉化部
    材が少くとも2つの超音波発振器(12)を含むことを
    特徴とする微粉化装置。 8)超音波微粉化部材が、共通の発振軸線(24)上に
    互に距離をおいて対設された超音波発振器(12)を含
    むことを特徴とする請求項7記載の微粉化装置。 9)両方の超音波発振器(12)が同一の特性値、特に
    同一の効率をもつことを特徴とする請求項7又は8記載
    の微粉化装置。 10)超音波発振器(12)のうちの1つによって発生
    された定常的な超音波フィールド(27)が、垂直にも
    、長手方向の中心軸線(18)に対して或る可変の角度
    の円錐状の偏向経路中においても延在するように、るつ
    ぼ(10)に対して超音波発振器(12)を配設したこ
    とを特徴とする請求項第7〜9項の一に記載の微粉化装
    置。 11)超音波フィールド(27)が、垂直にも、溶融物
    流の長手方向の中心軸線(18)に対する可変の角度の
    円錐形の偏向経路内においても延在するように、両方の
    超音波発振器(12)の対応した位置の変更によって、
    振動軸線(24)を位置変更可能、特に水平面(通常位
    置)から外方に揺動可能としたことを特徴とする請求項
    8記載の微粉化装置。12)るつぼ(10)からの溶融
    物の出口即ち開口(14)にノズル(11)を配設した
    ことを特徴とする請求項7記載の微粉化装置。 13)超音波発振器(12)の発振軸線(24)が、る
    つぼ(10)から見てノズル(11)の最も狭い断面部
    分、即ち狭まり部の直前にあるように、ノズル(11)
    の該狭まり部の領域に超音波発振器(12)を配設した
    ことを特徴とする請求項12記載の微粉化装置。 14)ノズル(11)をラバルノズルの形状としたこと
    を特徴とする請求項12記載の微粉化装置。 15)ノズル(11)に少くとも1つのガス供給管、即
    ち環状ダクト(23)を所属させたことを特徴とする請
    求項7〜14の一に記載の微粉化装置。 16)るつぼ(10)に指向したノズル(11)の流入
    側に配された環状ダクト(23)として、気体供給管を
    形成したことを特徴とする請求項15記載の微粉化装置
    。 17)ノズル(11)に圧力容器(13)を後置したこ
    とを特徴とする請求項11記載の微粉化装置。 18)少くとも超音波発振器(12)とノズル(11)
    とるつぼ(10)とを、共通の圧力容器(13)中に配
    設したことを特徴とする請求項11記載の微粉化装置。 19)微粉化した金属の粉体のための成形装置を圧力容
    器(13)中に配設したことを特徴とする請求項17又
    は18記載の微粉化装置。 20)超音波微粉化部材が、共通の発振軸線上に互に向
    い合いに距離をおいて配設された複数対の超音波発振器
    (12)を含むことを特徴とする請求項7記載の微粉化
    装置。 21)互に向い合う全部の対の超音波発振器(12)が
    固定された超音波フィールド(27)を形成し、該超音
    波フィールド中に1以上の節点域(29)が、共通の節
    点域(29)において互に交差する発振軸線をもって配
    設されたことを特徴とする請求項20記載の微粉化装置
    。 22)複数の、特に各々の節点域(28、29)に、複
    数の流れを同時に微粉化するために、少くとも1つのる
    つぼ(10)と特にノズル(11)とが所属されたこと
    を特徴とする請求項21記載の微粉化装置。
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