JPH08500524A

JPH08500524A - 高剪断材料処理方法および装置

Info

Publication number: JPH08500524A
Application number: JP6506585A
Authority: JP
Inventors: ホール，リチャード・エー．
Original assignee: ホール，リチャード・エー．
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1993-08-24
Publication date: 1996-01-23
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: WO1994004275A1; EP0656814A1; US5538191A; DE69326897T2; CA2142193A1; DE69326897D1; EP0656814B1; CA2142193C; EP0656814A4; JP3309093B2; US5279463A

Abstract

(57)【要約】高剪断処理された材料を最小の可能なコルモゴロフ渦の直径よりも大きい自由な超コルモゴロフ渦と、この直径よりも小さい付勢された準コルモゴロフ渦とを共存させることができる高剪断処理ゾーンを通過させる。このゾーンは、これらの渦を抑制する一層高剪断の副処理ゾーンを含む。通路の壁（４０、４４、１０２、１０８）が流れと交差して互いに相対的に動くことにより、液体フィルムを通路の面に被着保持させた状態で、超コルモゴロフ渦と準コルモゴロフ渦との同時形成を付勢する。この動きにより、非乱流を保持した状態で副処理ゾーンに付勢された準コルモゴロフ渦だけを形成する。超音波振動を弾性流体力学的圧力に印加して、粘度の上昇および／または一層小さい準コルモゴロフ渦の形成を行なわせる。一の装置は、中空の外側シリンダ（３８）の内側に回転自在の内側シリンダ（４６）を備え、別の装置は、２つの円形の共軸をなすプレートからなり、回転軸線は垂直または水平とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】高剪断材料処理方法および装置関連出願の相互参照アメリカ合衆国における出願である本願は、１９９２年８月２６日（２６．０８．９２）に出願され、現在特許されている本出願人の先の出願に係る米国特許出願第０７／９３５，２７７号の一部継続出願であり、合衆国法典第３５巻第１２０条の利益を主張するものである。技術分野本発明は、流動性のある材料の高剪断処理を行なう方法および装置に関するものであり、本明細書において使用されている「高剪断処理」(high-shear treatm ent)なる語は、混合とミル処理の双方を含むものであり、「混合」(mixing)なる語は溶解、懸濁および分散を含み、「ミル処理」(milling)なる語は粉砕(grindi ng)、微粉砕(comminuting)および解凝集(deagglomerating)を含むものである。使用される各流動性材料は、少なくとも２つの成分からなり、その一方は液体である。本発明は、より特定して云うと、流動性材料が、微粉砕された(finelydiv ided)セラミック材料のスラリ懸濁体からなる、かかる方法および装置に関するものであるが、これらに限定されるものではない。背景技術数多くの製造方法においては、例えば、５ミクロンよりも小さい粒度に微粉砕され、ある場合には１ミクロンよりも小さい粒度に微粉砕され、更には、多く見受けられるものとして０．１ミクロンという小さい粒度に微粉砕された出発材料を使用することがますます必要となっている。これは特に、セラミックの処理の場合に云えることであり、かかる微粉砕された原材料を使用することにより、改善された強度、機械的および熱的耐衝撃性のような改善された特性を有するとともに、焼成または焼結後に理論密度が最大値または近最大値となる製品を製造することが可能となる。粒度分布は重要性がますます高まっている基準であり、特に、全ての粒子が公称値を中心とする狭い範囲にあるサイズを有することが要件となっている。産業規模で実施する場合には、このように均一な粒度を得ることは著しく困難であり、製造コストのかなりの増加を招くものとなる。例えば、セラミック部品を製造する場合には、出発材料は、最大粒度を小さくして部品を超可塑的に鍛造することができるように、平均粒度を０．３ミクロンとし、最大粒度を１．０ミクロンとすることが必要となる。粒度分布は典型的なベル形の特徴を有することが期待され、材料の大部分（例えば、約７０重量％）がほぼ平均粒度であり、小部分（例えば、各１５％）が大粒および小粒である。材料を平均粒度となるように粉砕しても、全ての粒子、特に細かい粒子の場合には、粉末が粉砕ミルを出ると直ちに凝集を開始するとともに、その後の処理においても継続するので、最終のユーザが受け入れることができるような比較的均一な細かい粉砕状態にはなりにくい。粉末体は、運搬および取扱いを用意にするためにペレット化することがしばしば行なわれているが、これはその後、粉砕により脱ペレット化しなければならない。その結果、材料は、少なくとも一部が特定の範囲から外れて不均一となるとともに、多数の大きな粒子を含むことにより、得られる焼結製品に欠陥が生ずる可能性がある。更に、材料の処理、特に、粉砕は、感知することができる量の汚染粒子を含まないことが重要であり、例えば、０．１重量％未満、好ましくは、０．０１重量％未満とするのが重要である。塗料の顔料を粉砕するのにストーン(stone) （カーボランダム）およびコロイドミルを使用することが公知であるが、これは、互いに対して作用する２つの精密形成された滑らかなストーンから実質上なり、ストーンの一方は固定して保持され、他方は高速（３６００乃至５４００回転／分）で回転され、両者間には２つの相対的に動く面を分離する、本技術分野においては非常に狭いとみなされるギャップが形成される。かくして、多くの場合は、２つの面間の間隔は確実な接触状態から適宜の距離まで調整自在となっており、この距離は、かかるミルの場合には一般に、最小の２５マイクロメートルから３，０００マイクロメートルであるが、通常は５０乃至７５マイクロメートル程度となっている。代表的なストーンミルの場合には、既に混合されている充填物は、截頭円錐状のギャップを介して平坦な環状リングの形状をなすミル処理領域へ供給され、一方、コロイドミルの場合には、これも既に混合された充填物を必要とするが、ミル処理領域は截頭円錐形状を有している。液体ビヒクルにおける顔料の粉砕は、材料が重力によりあるいは加圧されてギャップに供給されるときにストーンの平行面間で行なわれる高剪断速度の可塑化(smearing)作用により行なわれる。７５マイクロメートルの分離ギャップは、粉砕により２乃至３マイクロメートルの平均粒度を有する粒子を形成すると云われているが、粒度分布は一定ではなく、著しく大きな粒子が存在する。かかるミルは、均一性、粒度分布、最大粒度および汚染度が比較的重要視されない場合には、満足することができるものである。発明の開示本発明の第１の目的は、少なくとも２つの成分からなり、一方が液体である流動性材料の高剪断処理の方法および装置を提供することにあり、かかる高剪断処理は、例えば、液体ビヒクルに対する気体および粉末材料の懸濁、分散および溶液をはじめとする均一な混合および／またはスラリ懸濁体における粉末材料の粉砕、解凝集および微粉砕をはじめとする均一なミル処理からなる。本発明のより特定した目的は、スラリ懸濁体における微粉砕されたセラミック材料の均一なミル処理に特に適用することができる方法および装置を提供することにある。本発明によれば、本明細書において説明されているように、処理されるべき材料を、それぞれのミル部材(mill member)により提供される２つの接近して離隔配置された通路面間の通路により構成される流路において流れ方向へ通す工程を備えた流動性材料の新規な高剪断処理方法が提供されており、この方法においては、流路は、通路面間の間隔により、流動材料の最小のコルモゴロフ渦の直径よりも大きい自由な超コルモゴロフ渦(supra-Kolmogoroff eddy)と、最小のコルモゴロフ渦の直径よりも小さい付勢された準コルモゴロフ渦(sub-Kolmogoroff eddy) とが同時に存在することができる全高剪断処理ゾーン(overall high-shear trea tment zone)を含み、全高剪断処理ゾーンは、自由な超コルモゴロフ渦が材料の通過中に抑制される一層高剪断の副処理ゾーン(subsidiary higher-shear treatment zone)を提供するように通路の間隔が全高剪断処理ゾーンの残りの部分におけるよりも小さい部分を少なくとも含み、材料が全高剪断処理ゾーンを動いているときに、ミル部材が互いに相対的に動かされてミルの通路面を互いに対して流れ方向と交差する方向に、相対的に動いている通路面にそれぞれの液体フィルムを被着させた状態で超ミクロンおよびサブミクロンのスケールで材料を処理するように超コルモゴロフ渦と準コルモゴロフ渦との同時形成を付勢するような相対速度で動かすことにより、処理材料をできるだけ均一にし、かかる相対的な動きにより、一層高剪断の副処理ゾーンにおいて非乱流を保持しながら付勢された準コルモゴロフ渦だけを形成することを特徴とする構成に係る。更に、本発明によれば、以下において説明するように、本発明の方法を使用して流動性材料を高剪断処理する新規な装置が提供されている。好ましくは、一層高剪断の副処理ゾーンは、通路而間の間隔が流動材料において流体力学的圧力を発生させることにより材料の粘度を局部的に高めて処理作用を増進するように通路面間に形成された最小の間隔のギャップを有している。縦の圧力振動(longitudinal pressure oscillation)が、液体フィルムにおける弾性流体力学的スクイーズフィルム作用(squeeze-film effect)および／または付勢された準コルモゴロフ渦の形成によって、材料において粘度を局部的に増加させることにより処理作用を増進させるように、全高剪断処理ゾーンにおいて通路の壁に印加される。ミル部材は、固定され中空の外側シリンダと、長手方向の回転軸線を中心に回転するように固定された中空の外側シリンダ内に取着された回転自在の内側シリンダとすることができ、これら２つのシリンダは更に、回転軸線と交差する方向に相対的に動いて、２つの対向する流通路面間の間隔を変えるように取着することができる。あるいは、ミル部材は中心を通る共通の回転軸線を中心に相対的に回転することができるように取着された円形プレートとすることができ、通路面は２枚のプレートの各対向する面により構成され、プレートは更に対向する面間の距離を変えるように回転軸線に沿って相対的に動くことができるように取着される。回転軸線は、垂直または水平とすることができる。図面の説明本発明の特に好ましい実施例を、一例として、添付図面に関して説明するが、図面において、図１は、ミル部材が水平な軸線を中心に相対的に回転する本発明の第１の実施例に係るドラムミルの一方の側を示す斜視図であり、図２は、図１のドラムミルの本体を示す図１の２−２線側方横断面図であり、図３は、本発明の別の実施例を示す図２と同様の長手方向の部分横断面図であり、図４は、図１および図２のドラムミルの部分側面および長手方向の部分横断面図であり、ミルのベースと内側ミル部材が側面で示され、外側ミル部材が図２の４−４線長手方向横断面で示されており、図５は、本発明に係る気体−液体反応のドラム反応器を介して切断した図２と同様の側方横断面図であり、図６は、予め分散されたジルコニアスラリの粒度分布を実線で示し、図１１のプレートミルを使用して処理した後の粒度分布を破線で示す粒度分布累積グラフ図であり、図７は、本発明の更に別の実施例に係る、ミル部材が垂直軸を中心に相対的に回転するプレートミルの図８の７−７線垂直側方横断面図であり、図８は、図７のプレートミルの８−８線水平横断面図であり、図９は、本発明の更に別の実施例に係る、ミル部材が水平軸線を中心に相対的に回転するプレートミルの図７と同様の垂直側方横断而図であり、図１０は、図９の破線の円で囲まれた部分１０の拡大図であり、図１１は、本発明の更に別の実施例に係るプレートミルの図２と同様の垂直側方横断面図であり、図１２は、本発明のドラムミルの複数を直列に配設して構成するとともに、ミルに供給を行なう再循環予備混合回路に単一反射式(reverbatory)超音波ミキサを備えた連続流スラリミル処理装置を示す概略線図であり、図１３（図面７枚目）は、スラリが再循環される、単一プレートミルを使用したバッチ処理装置を示す概略線図である。同様のあるいは同等の部材には、可能な限り図面の全ての図において同じ参照番号が付されている。ミルの協働する面間の間隔は、図示を明瞭にするためかなり強調して示されている。発明を実施するための形態図１乃至図５の実施例は、協働する円筒形状のミル面が、ドラム形状の部材によりそれぞれ提供される、「ドラム」ミル("drum" mill)としての特徴を有しており、また、図６乃至図１１の実施例は、協働するミル面がプレート形状の部材によりそれぞれ提供される、「プレート」ミル("plate" mill)としての特徴を有するものである。ミルの構成および動作の態様を説明するのに先立ち、ミルを使用したセラミックスラリ製造の代表的な装置を説明する。図１２に示す連続流装置においては、微粉砕された粉末は、液体ビヒクルにおいて均一に分散され、かつ、（必要に応じて解凝集させながら）より小さな粒度に粉砕されるように、ミル処理が行なわれる。粉末が、供給ホッパ１０からドラムミル１２に供給されるととともに、液体分散ビヒクルが供給タンク１４から供給され、予備迅速粗分散体が、ドラムミル１２の溜め、ポンプ１６および高い流れ容量の反射式超音波ミキサ（ＲＵＭミキサ）１８からなる閉鎖回路において混合物を循環させることにより得られる。水性または非水性の、液体分散ビヒクルは通常、分散剤を含むとともに、バインダ、可塑剤および滑剤のような他の機能添加剤を含む。粉末、機能添加剤および分散ビヒクルの相対的な割合は、最終分散体がダイラタンシ(dilatency)に関連する問題をなくすのに十分な液体含量を有するように定められる。ＲＵＭミキサ１８は、米国特許第４，０７１，２２５号に開示されているタイプのものが好ましい。本明細書においては、この米国特許を引用して、その説明に代える。簡単に説明すると、かかるミキサは、平坦な、極めて接近して離隔配置されたプレート２０によって形成された２つの平行をなす幅広の壁を有する狭い矩形の側方横断面の細長い室を備えており、各プレート２０は、圧力振動を室内に向けるとともに反対側の壁へ向けるように外面に複数の超音波変換器が取着され、対向する変換器からの振動は、反射により、かつ、粉末を媒体に混合しあるいは予備分散させるのに特に有効な強い小さな渦を形成するようにして互いに干渉し合う。当業者に周知のように、従来の高剪断機械的撹拌ミキサまたはボールもしくはサンドミルを使用して微粉末を液体分散ビヒクルに完全に分散させる処理は、長くて退屈な処理であり、許容することができる分散体を得るのに数日を要することがしばしばである。これは、粒度が減少するにつれて湿潤にされるべき表面積が増加すること、かかる微粒子を湿潤にするのは本質的に困難であること、必然的に存在する凝集体の解凝集が困難であることなどのような数多くの理由による。他の理由については以下において説明する。開示されかつ簡単に上記したＲＵＭミキサは、５乃至１５分という短い時間で許容することができる分散体を形成することができるが、ある処理の場合には、おそらく３０乃至４５分という一層長い時間をかけるのが好ましいことがある。完全に連続した系が好ましい場合には、単一のＲＵＭミキサの代わりに一連のかかるミキサを使用することができる。この予備工程が完了すると、粗に分散されたスラリは、ポンプ２６およびクーラ２８を介して本発明の一連のドラムミル３０に放出される。図面には、ドラムミル３０は２つだけが図示されている。ポンプとクーラは各ミルに設けられ、スラリが各ミルに供給される速度、圧力および温度を制御することができるようにしており、クーラは先行するミルが形成したスラリの加熱を補償する作用を行なう。複数のプレートミルまたはドラムミルとプレートミルの組合わせを使用することもできる。図１３には、プレートミル３２として図示されている単一のミルを再循環回路において使用してバッチ処理を行なう態様が示されている。ＲＵＭミキサ系からの予備混合されたスラリは、ドラムミキサ２４に供給され、単一のポンプ２６およびクーラ２８によりミルの入口に給送される。ミルの出口パイプがドラムミキサ２４に接続され、スラリは所望の粒度分布が得られるまで再循環される。この処理は通常、所定のプロトコールによって行なわれ、ミルは当初は最大操作粒度の粒子を処理し、処理が進むにつれて、順次または段階的に調整され、所要の最小サイズの粒子を形成する。単一のドラムミルを代わりに使用することができる。次に、図１乃至図３について説明すると、ドラムミルは、処理されるべき材料の流路を形成する環状通路４２の作動壁を構成する内側円筒面４０を有する固定外側中空円筒ミル部材３８が中間ケーシング３６により取着されている装置のベースフレームを備えている。通路のもう一方の作動壁は、内側円筒ミル部材の外側円筒面４４により構成されており、本実施例においては、内側円筒ミル部材４６は、水平軸線５０を中心に中空シリンダ内で回転するようにシャフト４８に取着された中実の円筒体から構成されている。変換器５２（図２）がケーシング３６内に取着されかつ外側シリンダ３８に接続され、変換器が発生する縦の圧力振動を通路４２の隣接部の中へ向けるとともに、円筒壁の少なくとも隣接部分を振動させて通路の厚さを周期的に変えるようにしており、通路の少なくともこの部分は以下において説明するように全高剪断処理ゾーンを構成する。変換器は、同期した同相操作を行なうように電源（図示せず）に接続され、入口５４および出口５６を介して冷却流体が供給される。部材３８の外部の残りのできるだけ多くの部分は、部分環状包囲体を形成するカバープレート５８により包囲され、入口６０から導入され、出口６２から放出される冷却水を通すようにしている。カバープレートと部材の外側との間の空所には金網が充填され、包囲体の冷却効率を高めるようにしている。円筒部材３８の内部は、端部フランジにそれぞれ取着された２つの円形カバープレート６６により閉止されており、カバープレートの一方には最下部にスラリ導入パイプ６８が取着され、他方のカバープレートには最上部にスラリ放出パイプ７０が取着されている。これら２つのプレートには、シャフト４８と内側ミル部材を固定外側部材に対して動かすことにより処理ゾーンにおいて軸線方向に延びる線状ギャップＧ（図２）のサイズを調整することができるように、シャフト４８が挿通する整合された拡大孔７２が配設されている。各端部には、環状のガスケットシール７４が各カバープレート６６と保持ワッシャ７６との間に挟持され、材料の逃げを防止している。シャフト４８は２つのベアリング７８により回転自在に取着され、各ベアリング７８は各クロスバー８０により担持され、各クロスバーは、２つの側方に離隔して配置された垂直方向に延びる矩形横断面のポスト８２および８４の上端に取着されている。各ポスト８２の上面は、水平方向に対して内方および下方に傾斜して配置され、ポストの外側縁部は、シャフトの軸線５０と平行をなす軸線８６を中心とするクロスバーの刃先ピボットを構成している。クロスバーのこの端部は、所要のピボット運動を許容するフレキシブルなストラップ８８（図１）により各ポストに取着されている。クロスバーの他端は、クロスバーの孔を自由に挿通する垂直に延びたねじ付きロッド９０からなるばね集成体により各ポストの上端部の上方に支持されている。この端部は一対の圧縮ばね９２の間に介在配置され、ばねの圧縮とシャフト４８の対応する垂直位置は、上端に設けられたナット９４を操作することにより必要に応じて調整されるようになっている。刃先ピボットにより、水平なシャフトの軸線５０の動きは軸線８６を中心に弧状となり、かかる動きは２つのミル部材の相対的な回転の偏心を変えることにより、線ギャップＧのサイズを変える。ばね集成体はまた、２つのミル部材が処理ゾーンに入る異常に大きな粒子により相対的な回転が邪魔されることがないようにしている。シャフト４８は、フレキシブルなカップリング９５を介してモータに連結され、モータにより駆動されるようになっている。内側ミル部材４６は、炭化珪素のような十分に硬い材料から全体を形成するとともに、外面４４は所要の限度まで正確かつ滑らかに研削するのが好ましいが、適宜の内部フレームに取着したかかる硬質材料の筒状チューブから形成することもできる。外側シリンダもまた同じ材料から形成することができるが、経済性を考慮してステンレス鋼とし、内側シリンダと同じ硬質材料からなるインサート９６をギャップＧが形成される最下位の弧状セグメントに設けることができる。全高剪断処理ゾーンのインサートを含みかつインサートにすぐ隣接する部分は、全高剪断処理ゾーン内に一層高剪断の副処理ゾーンを構成するとともに、以下において説明するように、ミル処理操作の大部分が行なわれるゾーンとなる。２つのミル部材は互いに対して偏心して回転されるので、ギャップＧは、内側ミル部材の上部と外側ミル部材の対向部との間に画定される径方向に対向するギャップＨよりも小さくなっている。従って、環状通路４２がギャップＨからギャップＧへ周方向へ収斂するように形成され、ここで通路の壁離隔距離は最小となって最大剪断が流動材料において得られ、次いで、通路はギャップＧからギャップＨへ向けて拡がる。好ましい実施例においては、インサートは側方横断而が矩形をなし、一層高剪断の副処理ゾーンのギャップの対応する面を提供する該インサートの面９８は平坦であり、２つの協働するミル面は反均衡(counterformal) （非共形(non-conf ormal)とも呼ばれる）であるので、ギャップ内およびギャップにすぐ隣接するこれらの収斂とその後の発散は、全高剪断処理ゾーンの残りも部分と比べてはるかに大きくなる。面９８もまた、所要の限度まで正確かつ滑らかに研削される。図４に示す別の実施例においては、協働するミル面４４および９８は、共形となっている。即ち、これらの而は輪郭および寸法が著しく調和しているので、比較的大きな面積に亘って小さなギャップのみによって分離され、インサートの内側ミル面９８は所要のプロファイルと滑らかさになるまで研削され、処理ゾーンにおける２つの面の収斂と発散は、これら２つの面の偏心のみによる。図１乃至図３の実施例の平坦面９８は、無限半径であると見なすことができ、平坦と図４の実施例の共形値との間で所要の値を与えることができる。本発明の装置を使用して処理される代表的な微粉末材料はアルミナ、シリカおよびジルコニアであり、これらはいずれも、５マイクロメートル以下の凝集一次粒子として商業的に入手することができ、特に、公称サイズが０．３乃至１マイクロメートルの範囲にある凝集一次粒子として入手することができる。凝集体のサイズは２００マイクロメートルという大きさになる。粉末材料と、分散ビヒクルに導入される機能添加剤の量は、当然にしてスラリの目的によって変わるが、通常は、分散ビヒクルと添加剤の双方の量をできだけ少なくして、その後の処理を容易にすることができるようにするのが望ましい。コンシステンシは比較的小さく保持して、かかる材料について生ずるダイラタンシをなくすことが必要である。最大所要粒度が１マイクロメートルであるセラミックスラリの処理を行なうように構成された特定の実施例においては、内側部材４６は長さと直径が１５ｃｍ（６インチ）であり、２００乃至２０００回転／分、好ましくは、４００乃至６００回転／分の速度で回転される。インサート９６の周方向の幅は、約２．５ｃｍ（１インチ）である。ミル処理に使用する場合には、ギャップＧのサイズは通常、粉砕された後の粉末材料の最大粒度とされ、従って、ほとんどのセラミックスラリの場合には、ギャップは０．１乃至５マイクロメートルの範囲内で、より一般的には２マイクロメートルよりも小さい範囲内で変えることができる。特に粘性のあるスラリの場合には、ミルを介して十分な流れが得られるように、ギャップは幾分大きくすることが必要となる場合がある。縦の圧力振動を使用することにより、ギャップを以下に述べるように幾分大きくすることができる。本発明の方法および装置は、かかる微細粒子を含む材料に特にかつ通常とは異なり有効であるが、より大きい粒度の材料に対しても有利に動作を行なうものである。従って、ギャップＧは以下において説明するように、１乃至５００マイクロメートルの範囲、好ましくは、１乃至１００マイクロメートルの範囲で変えることができ、一方、径方向に沿った反対側のギャップＨは約５ｍｍ（０．２０インチ）の最大値を有することができる。ミルが溶解器、反応器またはミキサとして使用される場合のギャップのサイズは、以下において説明する。本発明の方法および装置の一例が図６に示されており、図６は、実線が予備分散されたスラリ材料の粒度分布を示し、破線が図１１のプレートミルにおいて処理した後の同じ材料の粒度分布を示す、組み合わせた累積グラフ図である。使用された材料は、ちりの散乱を防止かつ容易に運搬することができるように水溶性バインダを使用してペレット化された粒度が公称０．３マイクロメートルの、噴霧乾燥した部分安定化ジルコニアであり、ペレットはサイズが１００乃至１５０マイクロメートルであった。これらのペレットの５０グラムを、超音波浴を使用して、少量の界面活性剤（ジルコニアの０．３重量％）とともに１００グラムの水に３０分間予め分散させたが、これは原粉末材料を完全に解凝集するのに十分なものとすべきある。実線の特性は、かかる処理後の材料においては、わずか８２％が０．８マイクロメートルよりも小さいサイズであり、０．８乃至１０マイクロメートルのサイズの材料は実質上なく、残りの１８％は１０乃至８０マイクロメートルのサイズであることを示している。これは、一部は凝集の結果によるものであるが、主としてペレットの硬化によるものであり、材料の高価な完全な再ミル処理なしに元の粒度に戻すのを困難にしている。破線の特性は、同じ材料をプレートミルにおいて同じ３０分間処理した結果を示すもので、いずれの材料とも０．８マイクロメートルよりも小さく、９９．２５％が０．７マイクロメートルよりも小さく、９６％が０．６マイクロメートルよりも小さいものとなっている。以下、本発明の方法および装置を、新規かつ予期し得ない優れた作用効果を奏する新規性と進歩性を備えた機構についての現段階での知識に基づいて説明する。従って、かかる説明は、他の新規性と進歩性を備えた機構が代わりをなし、あるいは信頼性があることを明らかにする別の検討を拘束するものではない。上記したように、小さな粒子の場合には、高出力、高剪断のミキサを使用しても、完全な分散体を得るには比較的長時間の「エージング」("aging")が必要となることは、セラミックスラリの製造の分野における当業者には周知であり、この時間は、混合能力を高めることによって、あるいは撹拌器の回転速度を大きくして剪断粘度を高めることによっては有意に縮めることはできない。かかる混合処理についてのエイ・エヌ・コルモゴロフ(A.N.Kolmogoroff)博士の研究によれば、かかる事実、および当初は混合は速やかに進行するが、次いで著しく緩慢になるという事実を説明することができるとする報告が得られている。同博士は、混合は渦の形成によること、および、例えば、分散ビヒクルとして水を使用しかつ２０℃の温度で作動される従来のミキサによれば、約１０乃至２０マイクロイメートルよりも小さい直径の渦を得ることは不可能であることを明らかにしている。これよりも小さい粒度の連行粒子のような液体素子および物質は、これらの最小の渦の一部をなし、従って、乱流の影響が遮断されるので、物質移動は対流によって支配されるのではなく、内部の濃度勾配により渦内に生ずる著しく緩慢な分子の拡散により支配されるものとなる。渦（コルモゴロフ渦）と見なすことができ、かつ、これらのミキサにより形成される最小の動きは、局所的なレイノルズ数が１に近づききかつ１に等しくなるときに得られるものと考えられ、低レイノルズ数におけるかかる小さな渦の場合には、粘性力は慣性力よりも一層重要となる。コルモゴロフがかかる現象に対して十分な説明を提供しているとの前提に立てば、本発明の方法および装置においては、少なくとも全高剪断処理ゾーンにおける流通路の壁の間隔は、流動材料の最小のコルモゴロフ渦の直径よりも大きい自由な超コルモゴルフ渦と最小のコルモゴロフ渦の直径よりも小さい付勢された準コルモゴロフ渦との双方が共存することができるようなものとされる。全高剪断処理ゾーンは、通路の間隔がゾーンの他の部分よりも小さくなることにより、自由な超コルモゴロフ渦が抑制される一層高剪断な副処理ゾーンを提供する部分を少なくとも含む。かかる構成とすることにより、一層高剪断の副処理ゾーンを通る流れは層状となり、従って、非乱流となるという重要な効果が得られる。この実施例においては、流通路の最小の壁間隔の部分を構成する直線状に軸線方向に延びるギャップＧは、一層高剪断の副処理ゾーンを構成し、一方、全高剪断処理ゾーンは所定の最大間隔が得られる流通路の全てから形成される。コルモゴロフはまた、等方性の乱流の場合、渦の分布が平衡になると、Ｌ_Kとして表わされる（通常は渦の長さと呼ばれる）渦の直径は、撹拌系の単位質量（Ｐ_M）に対して、動力入力としてＬ_K ＝（ｖ³／Ｐ_M）¹⁴ なる関係により定められることを明らかにしている。上記式において、ｖは流体の動粘度である。従って、流路のこの制限は、新しいミルの動力利用の効率に重要な別の予期し得ない有利な影響を及ぼす。従来の先行技術の装置においては、乱流エネルギのほとんどは大きいおよび中間のサイズの渦に存在し、Ｌ_K程度のサイズの小さい渦にはほとんど存在せず、従って、装置の動力のほとんどは、初期の分散を維持するにのみ有効な渦の形成において無駄に逸散され、一方、残りの「エージング」分散は分子の拡散により行なわれる。本発明の方法と装置の場合、全高剪断処理ゾーン、特に、一層高剪断の副処理ゾーンにおいては、最小の径と同等またはこれよりも小さい渦だけを形成することができ、一方、無駄な大きい渦は抑制される。この関係からは更に、流体の粘度が上昇すると、渦の直径が通常大きくなり、粘度のかなりの増加が以下において説明するように生ずるが、渦の直径のその後の増加は再度阻止される。スラリは、例えば、通常、０．０７乃至０．７ｋｇ／ｃｍ² （１−１０ｐｓｉ）の範囲の比較的低い圧力で作動するポンプ２６の作用を受けて、通路４２により構成される環状の流路において軸線方向に移動する。表面エネルギー力の影響下では、流動材料は、面４０、４４および９８のそれぞれにおいて、境界層を含む薄い被着フィルムを形成する。ギャップＨは通常、ギャップＨにおいて最大の厚さを有しかつ最大の剪断条件が得られる線状処理ギャップＧにおいて厚さが最大となるように肉厚が徐々に減少する介在層によりこれら２つのフィルムが分離されるように、十分大きな寸法に形成されている。ギャップＧはまた、介在層として識別することができる層が存在せず、従って、流れが互いに遮断し合う２つの薄いフィルムからなるように小さくすることができる。このギャップはまた、フィルムを遮断し合う２つの境界層だけからなると見なすことができるように十分小さくすることもできる。本発明によれば、２つのミル部材は、各フィルムを一体的に保持しかつ一層高剪断の副処理ゾーンの流れを非乱流状態に保持した状態で、流動物質に超コルモゴロフ渦と準コルモゴロフ渦の双方を全高剪断処理ゾーンにおいて同時に形成することができる相対速度で流通路の壁を流れの方向と交差して相対的に動かすことができるように互いに相対的に動かされることにより、２つのフィルムは相互に作用し合って所望のミル処理作用を行なうことができるようになっている。般的な場合のようにギャップＨが十分に大きい場合には、２つの面被着フィルムはミル部材の相対的な回転によりギャップＧからギャップＨへ向けて引きずられるにつれて分離され、新しい材料が両者間に入って介在層を形成し、この介在層において超コルモゴルフ渦が形成される。かかる渦が形成されると、マクロ混合が通路のこの部分で行なわれ、フィルムを再度一緒に動かして介在層をなくし、超コルモゴロフ渦を抑制するとともに、準コルモゴロフ渦への転換を強制する。このサイクルは内側ミル部材４６の各回転ごとに繰り返される。従って、材料は、超ミクロンおよびサブミクロンのスケールで全高剪断処理ゾーンにおいて処理されて、所望の完全に均一な混合が行なわれ、しかも一層強くて完全な均一混合が一層高剪断の副処理ゾーンにおいて行なわれるとともに、先行技術のミル処理装置では到底不可能であると考えられる程度までミル処理と解凝集とが行なわれる。本発明の新規な方法と装置は、微細な粒子をミル処理するこれまでの試みが、ミルの本体が撹拌機構またはミル処理媒体を含むように十分な大きさの大容量の容器からなる、３次元「容量」("volume")系として特徴づけることができるものであることを考慮すれば、容易に理解することができる。ボール、ビーズ更には砂がミル処理媒体として使用されるが、ミルは、材料を粉砕するためには粒子が衝突媒体素子の接触点領域間に存在しなければならず、しかも統計学的には、これはまれであるとともに、粒子のサイズが小さくなるにつれて一層まれとなるので、比較的非効率である。上記したように、汚染の可能性も高く、例えば、しばしば０．２重量％という高さとなり、これは、ほとんどの電子セラミック向けの最大値が０．０１％であることからすれば、許容することができないものである。これに対して、本発明の方法と装置は、少なくとも一層高剪断の副処理ゾーンにおいては、薄い中間層が存在しても、超コルモゴロフ渦の形成を不可能にすることにより乱流の可能性をなくすことができたということで、２次元「領域」系と見なさなければならない。流路を通る材料の実際の粘度とは実質上関係なく、この薄い非乱流表面フィルム特に境界層が、微細な粒子をしっかりと連行して保持する著しく粘性のある液体皮として作用するのは、かかるフィルムの本質的な特性である。２つのミル部材の相対的な側方向の動きにより、これらの確実に連行された粒子を互いにおよびミル部材の表面と粉砕係合させることにより、図６に示すような優れた効果が得られる。更に説明すると、摩擦学(tribology) 、エンジニアリング材料の摩擦と摩粍の研究から、流体力学的な潤滑層は、収斂しかつ負荷を受ける２つの相対的に動く共形面間に形成され、かかる層を形成する滑剤は負荷を受けていない材料よりも大きな粘度を有することが知られている。かかる層は、図１乃至図４のミルにおいて得られる被着フィルムにより形成されるので、スラリの局部的な粘度は全高剪断処理ゾーン、特に、最小ギャップＧを有する一層高剪断の副処理ゾーンにおいて高まり、これらのゾーンにおける均一な混合および粉砕作用を高進させる。スラリ材料の粘度全体に長時間影響を及ぼすことなく、局部粘度を更に高くすることは、フィルムを、以下において説明するように、弾性流体力学性を有するように形成することにより行なうことができる。当業者が既知のように、粒子の凝集の破壊は、高剪断速度の可塑化作用が強い粘性抵抗を受けたときに特に目立つようになり、解凝集は抵抗が大きくなるにつれて一層目立ったものとなる。従来の方法は、所要の高粘度を得るために、高粘度の分散液を使用するか、あるいは最高の可能な固形分容積摩擦(volume friction)を利用している。本発明は、従来の方法とは異なり、適正な高液体粘度または高固形分容量摩擦の特定の選択を必要とすることなく、全高剪断処理ゾーンの狭い境界内で局部的な摩擦学による流体力学および／または弾性流体力学作用により所望の粘度増加を得ている。２つの面に関して必要とされる収斂の程度は著しく小さく、処理ゾーンにおける最小フィルム厚の最大フィルム厚に対する比は１：２乃至１：５０の範囲、好ましくは、１：２乃至１：１０の範囲とされる。収斂度を異常に大きくすることは、向流が粒子、特に、大きな粒子を連行するゾーンの上流に形成されて、粒子が処理領域に入るのを妨げる可能性があるので避けるべきである。全高剪断処理ゾーン、特に、一層高剪断の副処理ゾーンにおけるミル表面の間隔は小さくする必要があるので、作動面４０、４４および９８は、荒い表面接触およびフィルムの破壊が避けられるべきである場合には、対応する円滑度および曲率（プレートミルの場合には平坦度）まで研削しなければならない。フィルムの肉厚Ｆと表面粗さＲとの関係Ｍは、式Ｍ＝Ｆ／Ｒで表わすことができ、実際には、Ｍは１乃至５、好ましくは、２．５乃至３の範囲の値を有するようにすべきである。例えば、ミルが１マイクロメートル以下まで解凝集を行ない、Ｍの値を３に保持しようとする場合には、表面粗さは０．３３マイクロメートル以下にすべきであり、これは艶なし鏡面仕上げまたは良好な艷出しである。粗い仕上げは、反応器、ミキサまたは溶解器として作用するミルの場合に許容される。ミルの表面は耐摩粍性を高めるようにダイヤモンドコーティングを行なうことができ、ダイヤモンド層は結晶質または非晶質とすることができ、イオン注入あるいは元の表面のプロファイルを変えない他の方法により被着することができる。本発明の方法と装置は、縦方向の圧力振動を必要とすることなく操作することができるが、これは、高粘度の液体／固体系における高剪断条件、例えば、高剪断微粉砕の新規かつ予期し得ない使用により行なうことができる。上記したように、摩擦学によれば、液体は、反均衡ジャーナル軸受けの最小のギャップに圧縮された状態で入るときに粘度が突然増加することが知られている。かかる作用は、均一な混合を行なうことができ、かつ、粘度が局部的にのみ大きく増加する対応した最高剪断ゾーンとともに、反均衡面間に最小のギャップを有する一層高剪断の副処理ゾーンを有する全高剪断処理ゾーンを提供することにより、本発明において使用されている。これにより、ミルに入る前の供給材料の粘度を例えば濃厚なバインダ、増粘添加剤を使用しあるいはより多くの固形分を加えることにより高める必要なしに、摩擦学的に画定されたゾーンにおいて高剪断の微粉砕および分散を行なうことができる。縦の圧力振動の使用による予期し得ない効果はまた、本発明の方法が２次元「領域」方法であり、しかも２つの相対的に動く流体コーティング表面が互いに対して直交する方向にかなり動くときに得られるスクイーズフィルム作用(squeeze -film effect)として知られていることに関する摩擦学の知識によるものであるという点で予期し得ないものである。かくして、流体の薄い層により分離された２つの協働する面は面４０および４４、特に、面９８および４４のように反均衡であるので、線状のギャップ（例えば、ギャップＧ）を含み、しかも直交する動きを受ける場合には、ギャップにおける局部的な圧力および粘度は流体力学的に形成されるものと比べて一般に著しく高く、弾性流体力学的に形成されるものと見なされることが知られている。この種の構造体の先行例には、噛合する歯車の歯、およびベアリングのトラックのボールまたはローラがあり、これらはいずれも潤滑されるものである。流体力学理論を使用して計算すると、滑性層は著しく薄く、直交する方向の動きにより表面間に荒い接触が生ずるようにすべきであるが、実際には、予測したものよりも厚い層を形成し、しかも表面のフィルムの一体性を保持することにより、フィルムは連続状態を保持できることが認められている。摩擦学による説明によれば、局部的な非常に高い圧力振動は、流体力学理論により予測されるものと比べて流体の粘度をかなり高めるともに、ギャップ内で得られる局部圧力および粘度は、弾性流体力学的な条件が適用される場合には、わずか数パーセントの上昇とは異なり著しく高いものとすることができる。例えば、５００ＭＰａの圧力が得られ、この圧力では、潤滑油の粘度は大気圧における同じ材料の粘度と比べて２０，０００倍よりも大きくすることができ、液体というよりも固体に一層近い挙動を呈するものとなる。振動による可動ミル部材に対する固定ミル部材のサイクル負荷により、対応する正確な周期的な直交する方向の動き即ち変位が生じ、その結果、特にギャップＧにスクイーズフィルム作用により負荷および圧力作用が生ずるとともに、流動材料の局部粘度の予期し得ない著しい増加が対応して生ずることにより、高粘性の表面フィルム間のミル作用がかなり高進する。これは、縦の圧力振動の新規かつ予期し得ない利用によるものであり、かかる振動は相対的に動くミル部材に機械的作用を直接及ぽとともに、薄い協働する流動フィルムにおける圧力と粘度の増加により機械的作用を間接的に及ぼすことができ、従って、上記した公知の先行技術での試みにおける比較的大容量の液体にこのような振動を向ける作用とは完全に異なる作用を行なうことがわかる。このように、縦の圧力振動のかかる優れた効果は、該振動が液体ビヒクルに連行される固体粒子に及ぼす直接的な作用によるのではなく、液体ビヒクルの圧力および粘度に及ぼす予期し得ない間接的な作用によるものである。スクイーズフィルム作用による流動材料の粘度の局部上昇により更に、被着表面フィルムの一体性が保持されるとともに、フィルムに含まれる高含量の固体物質によりフィルムが破壊されないようにすることができ、かくして、通路壁の間隔を著しく狭いものとすることができる。縦の圧力振動を使用することにより、通路の壁の直交する方向への動きによって流通路の有効高さは小さくなるので、粉砕の場合には、一層小さくなるように行なうことができるという別の効果も得られる。この場合、例えば、１マイクロメートルの最大粒度が必要とされる場合には、ギャップＧは、同じ結果を得るのに、２マイクロメートルと、幾分大きく設定することができる。縦の圧力振動のこのような利用は、かかる振動が、混合およびミル処理において予期し得ない相乗的な優れた作用を発揮するために、より大きな渦と、相互作用を行なうことができる一層小さな準コルモゴロフ渦とを同時に形成するように直接作用することができる場合を除くものではない。従って、本発明の方法と装置は、十分に接近して離隔配置されかつ十分な速度で互いに相対的に動かされる２つの面間の通路の部分である全高剪断処理ゾーンにおいてできるだけ均一となるように流動材料を「マクロ混合する」("macromix ing")マクロ混合と、より小さな準コルモゴロフ渦を形成するように付勢する反射性の縦の圧力振動を印加することにより同時に行なわれる「ミクロ混合」("mi cromixing")との組み合わせを採用していると考えることができる。本発明の装置はまた、面作用、即ち、スラリの薄いフィルムを保持し、これを引きずって、インサート９６の表面９８に存在する薄いフィルムと係合する内側シリンダ４６の回転外側面４４の「スキンドラッグ」("skin-drag")により作用を行なうものと考えることができる。ミルを通るスラリの流量は、ミルのギャップＧをあたかも短絡するように図面に現わすことができる、ミルの上部のより大きいギャップＨが存在するにも拘らず、スラリの全てがギャップＧを介して回転面４４により引きずられるように定められるが、上記したように、本実施例においては、このギャップの最大値はわずか５ｍｍであり、より一般的には１ｍｍ程度であり、これは、流量を正しく選択することにより、材料の全てが処理ゾーンを所望のように通ることができるように十分に小さいものとなっている。図５は、気体と液体との反応、あるいは難溶性の気体の液体に対する速やかな溶解または難溶性気体と液体との反応のような、実行が困難な化学反応および物理的相互作用を行なうための本発明に係る装置が示されている。この装置もまた、中空の外側シリンダ３８内で水平な軸線５０を中心に回転する内側シリンダ４６を備えている。反応されるべきキャリヤ液体または溶媒として作用すべきキャリヤ液体は、反応器の一端に設けられた液体の入口（図示せず）から反応器を介して他端に設けられた液体の出口７０へ供給されるが、この実施例においては、入口と出口が外側シリンダの最下部に配置されている構成が異なり、他の成分は、別の入口により２つのシリンダ間の作用／反応空間に供給されるが、該成分はキャリヤ液体により消費されるので、別の出口は当然に必要とはされない。変換器５２とミル部材３８との間にはカップリング部材１４８が配設され、該カップリング部材には反応ギャップ内で行なわれる作用／反応が発熱であるか、吸熱であるかによって液体を冷却しあるいは加熱する通路１５０が設けられており、これらの通路には、例えば、本発明者の発明に係る米国特許第４，７８４，２１８号に開示されているように、熱交換促進インサート１５２が設けられている。本明細書においては、この米国特許を引用してその説明に代える。液体成分は、液体プール１５４を超音波変換器にすぐ隣接して配置された相対的に回転する部材間の空間に閉じ込めて形成することができる速度で供給される。最小のギャップＧは、上記した実施例のミル処理ギャップよりも高さを大きくすることができるととも、１マイクロメートル乃至５ｍｍの範囲とすることができ、一方、対向するギャップＨは２ｍｍ乃至２ｃｍの範囲とすることができる。２つの面の相対的な動きの速度もまた、通常は、粉砕の場合よりも遥かに大きく、例えば、内側シリンダの直径が１５ｃｍ（６インチ）の場合には、回転速度は通常２００乃至２０，０００回転／分の範囲にあり、好ましい範囲は５００乃至５，０００回転／分である。直径かより大きいまたはより小さいミル部材は、同等の角速度を得るために対応して異なる速度で操作される。最高の可能速度の上限は、処理されている材料、特に、長鎖分子材料の安定性が欠如する可能性と、キャビテーションの開始を考慮して設定することができる。ある用途においては、環状通路４２全体が、軸線を共通にして延びる全高剪断処理ゾーンと一層高剪断の副処理ゾーンの双方を構成する場合には、２つのミル部材は、同軸をなして作動させることができる。図１乃至図５に示す実施例はいずれも、水平な相対回転軸線５０を有しているが、異なる方向に配向された軸線、特に、垂直方向に配向された軸線を中心に操作することもできる。次に、図７および図８について説明すると、これらの図に示されているプレートミル３２は、円筒状のベースケーシング３６を支持する装置のベースプレート３４を備えている。ドラム面４０に対応する円形面１０２を備えた、ドラムミル部材３８に対応する固定の円形振動プレート部材１００が、弾性材料からなるリング即ち環状部材１０４に、例えば接着により取着されており、この環状部材は、ケーシング３６の上端に配設された座ぐりに、例えば接着により固着されることにより、プレートはケーシングに固着される。半径方向の小さなクリアランスが、プレート１００の円筒状縁部と座ぐりの対面する円筒壁との間に配設され、プレートが垂直方向に自由に振動することができるようになっているが、感知される側方向の動きは抑制されている。プレートは、該プレートの下側に取着されかつプレートの中心点を中心に周方向に均一に離隔配置された複数の超音波変換器５２により振動され、変換器は、ドラムミルの変換器と同様に、同期、同相操作が行なわれるように適宜の電源（図示せず）に接続されている。ドラム面４４に対応する円形面１０８を備えた、ドラム部材４６に対応する回転自在の円形プレート部材１０６は、ベースプレート３４に取着された垂直方向に延びる垂直支柱１１２からなる駆動手段により、中心点を介して延びる垂直軸線１１０を中心に回転するようにプレート１００の上方に取着されている。モータ駆動の駆動ヘッド１１４が垂直支柱に取着され、該駆動ヘッドには垂直方向下方に延びる駆動軸４８が配設され、プレート部材１０６は中心点が軸即ちシャフト４８の下端に取着されてシャフトとともに回転するようになっている。流路１１６を画定するプレート部材の面１０２と１０８間の間隔は、当業者が周知のように、適宜のマイクロメータ系を使用して、ヘッド１１４を垂直支柱上で垂直方向に動かしおよび／またはシャフト４８をヘド内で垂直方向に動かすことにより正確に調整することができる。プレート部材１０６は、材料が流れているときの流通路の間隔を適宜の値に保持するため、駆動ヘドとシャフト４８とを介して作用される適宜のばねまたはおもり手段により下方に強く押圧されている。本実施例においては、面１０２は、著しくフラットにされ、側面が真直ぐに形成された円錐の反転上面の形態をなしており、従って、流路の通路１１６は、高さが軸線１１０から半径方向外方へかけて徐々に減少している。かくして、流通路の、間隔が十分に狭くかつ相対的回転速度が十分に大きくなっている部分は、収斂した全高剪断処理ゾーンを構成し、一方、最小の高さの処理ギャップＧを有する通路の半径方向外側部分は、全高剪断処理ゾーン内に一層高剪断の副処理ゾーンを構成している。本実施例においては、ギャップＧは、２つのプレートの半径方向外側の縁部間に形成され、最高の剪断条件が得られる円形ラインゾーンを構成しているが、図９の実施例のような他の実施例においては、ギャップは、半径方向の外側縁部から半径方向のすぐ内方の部位に配置することができる。他の実施例においては、面１０８あるいは面１０２と１０８の双方は、適宜の形状に形成して同じ作用を行なうようにすることができる。粗に予備混合しかつ予備分散させたスラリは、導入パイプ６８を介してミルに供給されるが、導入パイプ６８はプレート１００の振動を妨害しないようにフレキシブルな接続体１１８を有している。スラリは、プレート部材間から円筒状の孔１２０を介してプレート１００の中心に入り、次いで、ポンプの圧力の影響を受けて通路内を半径方向外方へ流れるとともに、ミル部材の相対的な回転により周方向へ流れる。孔１２０は、流通路１１６への入口として作用する。その後、スラリは、通路の出口を構成する出口を有する円筒状のギャップＧに到達し、次いで、ケーシング３６の円筒状延長部１２４と、プレート１００および１０６と、ケーシング３６に取着されかつ回転プレート１０６の可動縁部と係合する固定された環状の弾性セルフシールガスケット１２６との間に形成される環状の放出プレナム室１２２に入る。スラリは、次いで、ミルから放出パイプ７０を介して放出される。スラリ１１６は、通路１１６を流れる際に、閉止の影響と通路面間の徐々に減少する間隔の影響を受けるとともに、２つのプレート部材間の相対的な回転の影響と、変換器５２からの縦の圧力振動の影響を受けるが、これらの影響は上記したように組み合わされることにより、ドラムミルは著しく短縮された時間内に、スラリに連行された固体粉末材料の一層完全な分散および湿潤を、著しく均一なミル処理、解凝集および微粉砕とともに、従来の高剪断ミキサおよびミルと比べて一層良好に行なう。特に好ましい実施例においては、２つのプレート部材はいずれも、直径が２５ｃｍ（１０インチ）で、肉厚が６．２５ｍｍ（０．２５インチ）であり、炭化珪素、好ましくは、表面にダイヤモンドコーティングを施したものから形成され、両面は鏡面仕上げに供され、本実施例においては、２５ｃｍに対して１．５マイクロメートルの限度で平坦であるのが好ましい。一層平坦な表面が可能であるが、この特定の実施例においては、必ずしも経済的または重要なものではない。本発明の装置に関して好ましい平坦度の範囲は、向けられる用途によるが、２５ｃｍ当たり５００ナノメートル乃至１０マイクロメートルである。２つのプレート面は保守および点検のために分離させておく必要があるので、２つのプレート面間の垂直方向の間隔の最大高さは不定であるが、作動の際のギャップＧの最小の高さは、ドラムミルの場合と同様に、１マイクロメートル以下の小さい寸法にされる。このギャップは、最小粒度のスラリを処理するとともに、プレート間をスラリが十分に流れることができるようにするのに通常必要な処理ギャップである。通常の操作においては、処理ギャップのサイズは、スラリの平均粒度と相関関係があり、連続するミルの場合には、最初のミルから最後のミルへかけて徐々に小さくされている。使用されるべきギャップのサイズの範囲は１乃至５００マイクロメートル、一方、粉末材料の処理におけるギャップサイズの通常の範囲は１乃至１０マイクロメートルであり、セラミック原材料の処理に特に好ましい範囲は１乃至５マイクロメートルである。特定のスラリを処理する場合には、通常、処理時間と連続するミルの通過高さとを相互に関連させるプロトコールを必要とし、かくして、処理は、例外的に大きな凝集体が存在する場合にプレートが比較的遠くに離れて配置されているミルにおいて開始され、この間隔は、処理が継続しかつ粒度が小さくなるにつれて徐々に狭められる。個々のミルは比較的限定された粒度範囲で操作するのが通常は最も有効であり、例えば、０乃至１００マイクロメートルの範囲の材料が供給されるミルは０乃至１マイクロメートル（０乃至１，０００ナノメートル）の範囲の製品を形成するのに使用され、０乃至０．２マイクロトメートル（０乃至２００ナノメートル）の範囲の製品をつくるのに使用される。プレートミルの場合には、プレート間の相対的な周方向の線状の側方の動きが回転軸線１１０上の零から周囲の最大値まで徐々に変化することにより、所要の最小しきい値は軸線から半径方向へある距離の部分で得られるのみである。本実施例において使用される直径が２５ｃｍ（１０インチ）のプレートの場合には、これらの作動面の互いに相対的な線速度は、分当たり０．５乃至２００メートル（分当たり２０乃至８０００インチ）とすべきであり、この特定の実施例においては、６ｃｍ（２．５インチ）の平均半径で測定した場合、上部プレートの回転速度は分当たり約１乃至４００回転とすべきであり、好ましい速度は分当たり５０乃至２００回転である。環状外側部にだけ著しく艶出しされた平坦な作動面を有する全高剪断処理ゾーンを形成することにより、プレート１００および１０６のコストを低減させることができる。ドラムミルの場合と同様に、このミルの動作においては、流体力学的および弾性流体力学的作用による粘度の局部上昇は、大きなファクタとなる。材料は、薄い被着フィルムの形態をなして２つの面に密着されるとともに、特に一層高剪断の副処理ゾーンにおいてこれらは接近して隔離配置されているので、介在層なしに互いに係合する。２つのフィルム間のこの相対的な動きは、ポンプにより通路内の材料の半径方向外方への流れに加えられる。この薄い表面層は非常に強力で、プレートの動きによるスクイーズ作用に対して耐スクイーズ性を発揮するので、プレート部材は所望の小さい間隔で保持するためには、比較的剛性を有するとともに互いに強く押圧されることを必要とする。変換器がスクイーズフィルム作用を発揮するように作動している場合でも、付勢された準コルモゴロフ渦を形成するように作動している場合でも、あるいは双方を行なうように作動している場合でも、処理通路の両面に変換器を設ける必要はなく、かくして、変換器と、可動プレート部材に対する電源とを設ける必要性をなくすことができる。超音波変換器５２のサイズ、数および空間配分は、当然に、特定のミルに関して特定のものであり、本実施例の単なる特定例においては、１０個の変換器が１つの円内に均等の間隔をおいて配置される。各変換器は、約５０ワットの出力を有し、１６ｋＨｚ乃至５０ｋＨｚの周波数範囲で作動し、この範囲は好ましい範囲であり、通常は超音波とみなされ、使用される通常のより広い範囲は、ミルの構成によっては８ｋＨｚ乃至１００ｋＨｚであり、これは超音波の下に拡がる。図９は、別のプレートミルの実施例を示す長手方向の横断面図であり、この実施例では２つのプレート部材が水平な軸線１２８を中心に回転するように取着されている。固定した振動プレート部材１００が、ベースプレート３４に取着された垂直支柱１３０の上端部に固着され、このプレート部材１００には弾性材料のシリンダ１３２が円筒周辺部に固定されており、該シリンダは外部ケーシング１３６に取着された鋼製リング１３４に固着されている。ケーシングはストラップ１３８により回転しないように拘束されている。放出プレナム１２４が、シンリンダ１３２と、リング１３４と、ケーシング１３６と、固定ガスケット１２６との間に形成されている。軸線１２８を中心に可動プレート１０６を取着するシャフト４８が、ベースプレート３４に取着された垂直支柱１４２の上端に配設されたベアリング１４０に取着され、カップリング１４４を介して図示しないモータにより駆動され、これにより、軸線１２８に沿ったシャフトとプレートの必要な動きが流路の高さを変えることができるとともに、所要の場合に流路１１６へのアクセスが可能となる。ギャップＧの横断面が図１０に詳細に示されており、周囲のプレートの縁部から内方に位置するように図示され、半径方向の拡がりＬを有している。次いで、通路はプレナム１２４内へ円滑に放出するように軸線方向に拡がっている。図７および図８の実施例の通路１１６もまた、同じ形態を取ることができる。特定の実施例においては、Ｌの値は０．５乃至５ｍｍであり、好ましくは約１ｍｍである。回転軸線は垂直または水平以外の姿勢も取ることができ、かかる姿勢はミルの動作に影響を及ぼすものでない。図１１は、図６のグラフの結果を得るのに最初に使用された実施例を示し、流路を形成するミルの面１０２と１０８はプレート１００および１０６の半径方向の拡がりのほとんどに亘って略平行をなしているので、最小のギャップＧは画成されず、かくしてこれらは共形をなしている。従って、全高剪断処理ゾーンは、プレートが十分な速度で互いに相対的に回転している半径方向の位置からプレートの半径方向最外縁部まで延び、一層高剪断の副処理ゾーンは同じ半径方向の拡がりを有し、かくして、これら２つのゾーンは同じ拡がりを持っている。従って、本実施例においては、全高剪断処理ゾーンの流通路の間隔は、自由な超コルモゴロフ渦は抑制され、付勢された準コルモゴロフ渦だけが可能となる一層高剪断の副処理ゾーンの条件を満たすように十分に小さいものとなる。この場合にも、各表面フィルムは著しく薄くできるので、互いに係合する高粘性の境界層のみから実質上構成することができる。プレートの相対的な回転は、材料が周方向へ引きずられるときに材料の粘度に小さな流体力学的な影響を及ぼし、従って、本実施例においては、変換器はミルの粉砕能力に有利な弾性流体力学的影響を及ぼすことで特に望ましいことがわかった。これは、当初は、相対的な回転により生ずる準コルモゴロフ渦に重畳される、材料における一層小さな準コルモゴロフ渦の変換器振動により直接発生されるものとの前提に立っていたが、上記した説明から、流体力学的影響と弾性流体力学的影響もまた作用することが可能である。固定のミル部材に取着された変換器の同期された同相動作により、強い高周波数の正確な動き即ち変位が生じ、かくして形成されたスクイーズフィルムの弾性流体力学作用により少なくとも最小ギャップＧに局部的な粘度の上昇が生ずる。プレートミルにおいては、粒子は全てリング状の最小ギャップを通過しなけれはならないので、プレートミルは粒度の低減が必要とされかつ粒度分布の上限が確実に保持されなければならない場合には、ドラムミルよりも好ましい。本発明の方法と装置を、セラミックスラリの処理に適用した場合について主として説明したが、２つの互いに不溶性または難溶性の液体の均一な混合、液体中に気体を含む材料、特に、微細な粒子材料および液体に対して溶解度の低い材料の溶解、懸濁ビヒクルにおける他の材料の懸濁、特に、湿潤が困難な材料、特に微細な粒子材料の懸濁のような材料の均一な混合にも広く適用することができるのは明らかである。参照符号の表示Ｇ流通路の最小ギャップＨ流通路の最大ギャップＬギャップＧの半径方向の拡がり１０粉末供給ホッパ１２予備混合回路貯蔵タンク１４分散ビヒクル供給タンク１６予備混合回路循環ポンプ１８予備混合回路ＲＵＭ２０ＲＵＭ壁プレート２２ＲＵＭ超音波変換器２４ドラムミキサ２６フィーダポンプ２８クーラ３０本発明のドラムミル３２本発明のプレートミル３４装置のベースプレート３６中間ケーシング３８外側円筒ミル部材４０ミル部材３８の内面４２ドラムミルの環状流通路４４ミル部材４６の外側面４６内側円筒ミル部材４８ミル部材４６のシャフト５０シャフト４８の水平軸線５２ミルの超音波変換器５４／５６変換器の冷却剤入口／出口５８冷却包囲体を形成するカバープレート６０／６２ミル冷却剤導入／放出パイプ６４金網インサート６６端部カバープレート６８／７０スラリ導入／放出パイプ７２端部プレート６６の孔７４ガスケットシール７６保持ワッシャ７８シャフト４８のベアリング８０ベアリング７８を支持するクロスバー８２／８４クロスバー８０のベアリングポスト８６クロスバーのピボット軸線８８フレキシブルストラップ９０ねじ付きロッド９２圧縮はね９４調整ナット９５駆動カップリング９６ミル部材４６のインサート９８インサート９６のミル処理面１００固定円形プレートミル部材１０２プレート部材１００のミル面１０４部材１００の弾性取着リング１０６回転自在の円形プレートミル部材１０８プレート部材１０８のミル面１１０プレートミルの垂直軸線１１２ミルの垂直支柱１１４モータ駆動のミル駆動ヘッド１１６プレートミル流通路１１８フレキシブルなパイプ接続体１２０プレート１００の中央孔１２２スラリの放出プレナム室１２６プレナム弾性ガスケット１２８水平なミル回転軸線１３０垂直支柱１３２弾性シリンダ１３４鋼製リング１３６外部ケーシング１３８拘束ストラップ１４０ベアリング１４２垂直支柱１４４カップリング１４６溶解器の別の入口１４８部材３６と３８との間のカップリング部材１５０冷却液の通路（図５）１５２熱交換インサート１５４液体プール

Claims

【特許請求の範囲】１．それぞれのミル部材（それぞれ３８、４６または１００、１０６）によって提供される２つの接近して離隔配置された通路面（それぞれ４０、４４または１０２、１０８）間に画定され、入口（６８）と出口（７０）とを有する通路（４２または１１６）により構成される流路に処理されるべき材料を流れ方向に通す工程を備えた、一方が液体である少なくとも２つの成分からなる流動性材料の高剪断処理方法において、流路は、通路面（４０、４４または１０２、１０８）間の間隔が流動材料の最小のコルモゴロフ渦の直径よりも大きい自由な超コルモゴロフ渦と、最小のコルモゴロフ渦の直径よりも小さい付勢された準コルモゴロフ渦とを共存させることができる全高剪断処理ゾーンを有し、全高剪断処理ゾーンは、材料の通過の際に自由な超コルモゴロフ渦が抑制される一層高剪断の副処理ゾーンを提供するように通路の間隔が全高剪断処理ゾーンの残りの部分よりも小さくなっている部分を少なくとも有し、材料が全高剪断処理ゾーンを動いているときにミル部材が互いに相対的に動かされてミル通路面（４０、４４または１０２、１０８）を流れ方向と交差する方向へ、液体フィルムを相対的に動く通路面（４０、４４または１０２、１０８）に被着保持しながら超ミクロンおよびサブミクロンのスケールで材料を処理するように超コルモゴロフ渦と準コルモゴロフ渦との同時形成を付勢するような相対速度で互いに相対的に動かすことにより、処理材料をできるだけ均一にし、かかる相対的な動きが非乱流状態を保持しながら付勢された準コルモゴロフ渦だけを一層高剪断の副処理ゾーンにおいて形成することを特徴とする流動性材料の高剪断処理方法。２．一層高剪断の副処理ゾーンは通路面の間隔が流動材料に流体力学的圧力を形成するように徐々に減少して材料の粘度を局部的に上昇させることにより処理作用を高めるように通路面（４０、４４または１０２、１０８）間に最小間隔のギャップ（Ｇ）を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。３．全高剪断処理ゾーンは更に、通路面の間隔を徐々に大きくする通路面（４０、４４または１０２、１０８）間に最大間隔のギャップ（Ｈ）を有し、通路面間の相対的な動きにより通路面間の流動材料の横断面の厚さのサイクル変化が生ずることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。４．ギャップＧにおける接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）間の間隔は１マイクロメートル乃至５ｍｍの範囲にあり、ギャップＨにおける接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）間の間隔は２ｍｍ乃至２ｃｍの範囲にあることを特徴とする材料および／またはキャリヤ液体の成分の連行物の混合に使用する請求の範囲第３項に記載の方法。５．全高剪断処理ゾーンにおける接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）間の間隔は０．１乃至５００マイクロメートルの範囲にあることを特徴とする請求の範囲第１乃至３項のいずれかに記載の方法。６．一層高剪断の副処理ゾーンにおける接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）間の間隔は相対的に動く通路面に被着する液体フィルムが両者間に中間層なしに互いに相互作用を行なうように定められることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。７．一層高剪断の副処理ゾーンにおける接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）間の間隔は材料が粉砕されるべき最大粒度であることを特徴とするキャリヤ液体に連行された固体粉末材料の粉砕に使用する請求の範囲第５または６項に記載の方法。８．ミル部材（３８、４６または１００、１０６）は接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）間に分当たり０．５乃至２００メートルの相対線速度を形成するように動かされることを特徴とする請求の範囲第１乃至７項のいずれかに記載の方法。９．ミル部材（３８、４６）は、固定された中空外側シリンダ（３８）と、長手方向の回転軸線（５０）を中心に回転するように固定中空外側シリンダ内に取着された回転自在の外側シリンダ（４６）であり、２つのシリンダは回転軸線と交差して互いに相対的に動いて２つの対向する流路面（４０、４４）間の間隔を変えるように取着されていることを特徴とする請求の範囲第１乃至８項のいずれかに記載の方法。１０．ミル部材（３８、４６）間の一層高剪断の副処理ゾーンは、固定中空外側シリンダ（３８）の内面（４０）の平坦面部（９８）と回転自在の内側シリンダ（４６）の円筒面部（４４）との間に形成されて２つの面部（４４、９８）の収斂を高めることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の方法。１１．ミル部材（１００、１０６）は中心を通る共通の回転軸線（１１０または１２８）を中心に互いに相対的に回転するように取着され、通路面（４０、４４または１０２、１０８）は２つのプレートの対向する表面によって構成され、プレートはまた回転軸線に沿って互いに相対的に動いて２つの対向面間の距離を変えるように取着されていることを特徴とする請求の範囲第１乃至８項のいずれかに記載の方法。１２．全高剪断処理ゾーンと一層高剪断の副処理ゾーンは互いに同一の拡がりを有することを特徴とする請求の範囲第１乃至１１項のいずれかに記載の方法。１３．縦の圧力振動が、液体フィルムにおける弾性流体力学スクイーズフィルム作用による局部粘度の増加が材料において生ずることにより処理作用を高めるように全高剪断処理ゾーンにおける通路の壁に印加されることを特徴とする請求の範囲第１乃至１２項のいずれかに記載の方法。１４．縦の圧力振動が、材料における付勢された準コルモゴロフ渦による局部粘度の増加が材料において生ずることにより処理作用を高めるように全高剪断処理ゾーンにおける通路の壁に印加されることを特徴とする請求の範囲第１乃至１２項に記載の方法。１５．装置フレーム（３４）と、装置フレーム（３４）に取着され、かつ、入口（６８）と出口（７０）とを有し処理されるべき材料を流す流路を構成する流通路（それぞれ４２または１１６）を形成するように互いに接近して離隔配置された第１および第２の通路面（４０、４４または１０２、１０８）を提供する第１および第２のミル部材（３８、４６または１００、１０６）とを備え、一方が液体である少なくとも２つの成分からなる流動性材料の高剪断処理装置において、流路は、通路面（４０、４４または１０２、１０８）間の間隔が流動材料の最小のコルモゴロフ渦の直径よりも大きい自由な超コルモゴロフ渦と、最小のコルモゴロフ渦の直径よりも小さい付勢された準コルモゴロフ渦とを共存させることができる全高剪断処理ゾーンを有し、全高剪断処理ゾーンは、材料の通過の際に自由な超コルモゴロフ渦が抑制される一層高剪断の副処理ゾーンを提供するように通路の間隔が全高剪断処理ゾーンの残りの部分よりも小さくなっている部分を少なくとも有し、モータ手段がミル部材（４６または１０６）の少なくとも一方に接続され、第１および第２の通路面（それぞれ４４または１０８）を流れ方向と交差する方向へ、液体フィルムを相対的に動く通路面（４０、４４または１０２、１０８）に被着保持しながら超ミクロンおよびサブミクロンのスケールで材料を処理するように超コルモゴロフ渦と準コルモゴロフ渦との同時形成を付勢するような相対速度で互いに相対的に動かすように部材を動かすことにより、処理材料をできるだけ均一にし、かかる相対的な動きが非乱流状態を保持しながら付勢された準コルモゴロフ渦だけを一層高剪断の副処理ゾーンにおいて形成することを特徴とする流動性材料の高剪断処理装置。１６．一層高剪断の副処理ゾーンは通路面の間隔が流動材料に流体力学的圧力を形成するように徐々に減少して材料の粘度を局部的に上昇させることにより処理作用を高めるように通路面（４０、４４または１０２、１０８）間に最小間隔のギャップ（Ｇ）を有することを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の装置。１７．全高剪断処理ゾーンは更に、通路面の間隔を徐々に大きくする通路面（４０、４４または１０２、１０８）間に最大間隔のギャップ（Ｈ）を有し、通路面間の相対的な動きにより通路面間の流動材料の横断面の厚さのサイクル変化が生ずることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の装置。１８．ギャップＧにおける接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）間の間隔は１マイクロメートル乃至５ｍｍの範囲にあり、ギャップＨにおける接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）間の間隔は２ｍｍ乃至２ｃｍの範囲にあることを特徴とする材料および／またはキャリヤ液体の成分の連行物の混合に使用する請求の範囲第１７項に記載の装置。１９．全高剪断処理ゾーンにおける接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）間の間隔は０．１乃至５００マイクロメートルの範囲にあることを特徴とする請求の範囲第１５乃至１８項のいずれかに記載の装置。２０．ミル部材（３８、４６または１００、１０６）は接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）間に分当たり０．５乃至２００メートルの相対線速度を形成するようにモータ手段により動かされることを特徴とする請求の範囲第１５乃至１９項のいずれかに記載の装置。２１．ミル部材（３８、４６）は、固定された中空外側シリンダ（３８）と、長手方向の回転軸線（５０）を中心に回転するように固定中空外側シリンダ内に取着された回転自在の外側シリンダ（４６）であり、２つのシリンダは回転軸線と交差して互いに相対的に動いて２つの対向する流路面（４０、４４）間の間隔を変えるように取着されていることを特徴とする請求の範囲第１５乃至２０項のいずれかに記載の装置。２２．ミル部材（３８、４６）間の一層高剪断の副処理ゾーンは、固定中空外側シリンダ（３８）の内面（４０）の平坦面部（９８）と回転自在の内側シリンダ（４６）の円筒面部（４４）との間に形成されて２つの面部（４４、９８）の収斂を高めることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の装置。２３．ミル部材（１００、１０６）は中心を通る共通の回転軸線（１１０または１２８）を中心に互いに相対的に回転するように取着され、通路面（４０、４４または１０２、１０８）は２つのプレートの対向する表面によって構成され、プレートはまた回転軸線に沿って互いに相対的に動いて２つの対向面間の距離を変えるように取着されていることを特徴とする請求の範囲第１５乃至２０項のいずれかに記載の装置。２４．ミル部材の通路面（１０２、１０８）は平坦でありかつ互いに平行をなすことにより、全高剪断処理ゾーンと一層高剪断の副処理ゾーンは互いに同じ拡がりを有することを特徴とする請求の範囲第２３項に記載の装置。２５．少なくとも１つの縦の圧力振動を発生する変換器（５２）が、液体フィルムにおける弾性流体力学的スクイーズフィルム作用により材料の局部粘度を増加させることにより処理作用を高めるために縦の圧力振動を材料に印加するように、全高剪断処理ゾーンの流通路の壁に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１５乃至２４項のいずれかに記載の装置。２６．少なくとも１つの縦の圧力振動を発生する変換器（５２）が、付勢された準コルモゴロフ渦を材料に形成することにより処理作用を高めるために縦の圧力振動を材料に印加するように全高剪断処理ゾーンの流通路の壁に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１５乃至２４項のいずれかに記載の装置。２７．ミル部材（３８、４６または１００、１０６）の接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）は１乃至５の範囲の、Ｍ＝Ｆ／Ｒで表わされるＭを有し、Ｆは通路面のフィルムの厚さであり、Ｒは表面粗さであることを特徴とする請求の範囲第１５乃至２６項のいずれかに記載の装置。２８．接近して離隔配置された通路面（４０、４４または１０２、１０８）は艶なし鏡面仕上げ以上であることを特徴とする請求の範囲第２７項に記載の装置。