KR20020095213A - Method and apparatus for producing amorphous metal - Google Patents

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Abstract

A method for producing an amorphous metal, which comprises feeding a molten metal (1) into a liquid cooling medium (4) in such a manner as to cause the boiling through spontaneous formation of vapor bubble nuclei, thereby cooling the molten metal (1) rapidly while forming fine particles thereof utilizing the pressure wave induced by the boiling, to yield fine amorphous metal particles; and an apparatus for practicing the method which comprises a material feeding means (3), a cooling section (2) which introduces the cooling medium (4) in an amount being small and sufficient to cool and solidify the fed molten metal (1) and cools the molten metal (1) rapidly while forming fine particles thereof utilizing the pressure wave induced by the boiling caused through spontaneous formation of vapor bubble nuclei, to yield fine amorphous metal particles, and a recovering means (5) for recovering the fine amorphous metal particles from in the cooling medium (4). The method allows the production of an amorphous metal using a material from which conventional methods and apparatus have not been able to produce an amorphous metal, and also the production of amorphous metal particles having a size of from sub-micron order to 100 microns order, especially a few microns, which has not been achieved by conventional methods and apparatus, in good yield and in a large amount.

Description

비정질 금속 제조 방법 및 제조 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING AMORPHOUS METAL}Amorphous metal production method and apparatus {METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING AMORPHOUS METAL}

종래의 비정질 금속 제조 방법으로는 액체 급냉법이 있다. 이 액체 급냉법은 용융시켜 액체로 되어있는 금속을 냉매 중에 분출시키는 것 등이며 104∼105K/s 등의 속도로 용융 금속을 냉각 응고시켜 비정질 금속을 제조하는 것이다. 또한, 액체 급냉법으로는 가스 분무법이나 단(單) 롤법, 쌍(雙) 롤법 등, 여러 가지의 방법이 있지만, 그중에서도 냉각 속도를 비교적 크게 할 수 있는 방법으로서 냉매에 물 등의 액체를 사용하는 원심법이 널리 알려져 있다.Conventional amorphous metal production methods include liquid quenching. The liquid quenching method involves melting and ejecting a liquid metal into a refrigerant, and cooling and solidifying the molten metal at a rate of 10 4 to 10 5 K / s to produce an amorphous metal. The liquid quenching method includes various methods such as a gas spraying method, a single roll method, and a double roll method, but among them, a liquid such as water is used as the refrigerant as a method for increasing the cooling rate relatively. Centrifugal methods are widely known.

이 원심법에서의 냉각은 냉매로서 냉각수(101)가 사용되고 있으며, 도 14에 나타내는 것과 같이, 회전 드럼(102) 내를 고속으로 순환하는 냉각수(101)의 흐름 중에 용융 금속(103)을 강하게 연속적으로 분출함으로써 실행되고 있다.In this centrifugal cooling, the coolant 101 is used as the coolant, and as shown in FIG. 14, the molten metal 103 is continuously continuous during the flow of the coolant 101 circulating at high speed in the rotary drum 102. It is executed by blowing out.

냉각수(101)에 대하여 용융 금속(103)을 주입하면, 주입 직후에 용융금속(103)의 주위에 증기막이 형성된다. 용융 금속(103)의 표면이 막 비등에 의한 증기막으로 덮힌 상태에서는 용융 금속(103)의 냉각이 완만해지기 때문에, 용융 금속(103)을 강하게 냉각수(101) 중에 분사하는 동시에 냉각수(101)가 고속류로 되도록 공급함으로써, 그들 사이에 속도차를 생기게 하여 강제로 증기막을 파괴하고 있다. 그리고, 냉각수(101)와 용융 금속(103)을 직접 접촉시켜 보통의 비등 냉각(용융 금속 표면에서 일어나는 협의의 핵 비등) 또는 대류 냉각 상태로 하여 냉각 속도를 크게 하도록 하고 있다. 이들 보통의 비등 냉각 또는 대류 냉각은 냉매의 상대 속도가 빠르지 않으면 냉각 효율이 나쁘기 때문에, 냉각수(101)는 용융 금속(103)에 대하여, 예를 들면 3∼12m/s의 속도로 흐르고 있다.When the molten metal 103 is injected into the cooling water 101, a vapor film is formed around the molten metal 103 immediately after the injection. In the state where the surface of the molten metal 103 is covered with the vapor film by the boiling of the film, cooling of the molten metal 103 is gentle, so that the molten metal 103 is strongly injected into the cooling water 101 and the cooling water 101 By supplying the gas at high speed, a speed difference is generated between them, forcibly destroying the vapor film. The cooling water 101 and the molten metal 103 are brought into direct contact with each other so that the cooling rate is increased by the normal boiling cooling (consistant nuclear boiling occurring on the molten metal surface) or convective cooling. Since these ordinary boiling cooling or convective cooling have a poor cooling efficiency unless the relative speed of the refrigerant is fast, the cooling water 101 flows with respect to the molten metal 103 at a speed of, for example, 3 to 12 m / s.

그러나, 통ㅅ아의 비등 냉각 또는 대류 냉각에 의한 열 전달에서는 용융 금속과 냉매 2액 사이의 열유속(熱流束)이 최대라도 한계 열유속에 한정되어 버리므로, 원리적으로 냉각 속도를 그다지 크게 할 수 없다. 이 때문에, 냉각 속도는 104∼105K/s가 한계이며, 비정질화할 수 있는 금속도 한정 되어 있다.However, in heat transfer by boiling or convective cooling, the heat flux between the molten metal and the two coolants is limited to the limit heat flux even at maximum, so the cooling rate can be made large in principle. none. For this reason, the cooling rate is 10 4-10 5, and K / s is limited, there is a definite metal that can be amorphous.

본 발명은 종래 비정질화할 수 없었던 금속까지도 비정질화 가능한 매우 큰 냉각 속도로 용융 금속을 응고시킬 수 있는 비정질 금속 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 종래 방법 및 장치에서는 실현할 수 없던 서브㎛ 오더로부터 10O㎛ 오더, 특히 수㎛의 비정질 금속 미립자를 용이하게 제조할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 본 발명은 높은 수율로 성공률이 양호하여, 비정질 금속 미립자가 대량으로 얻어지는 제조 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an amorphous metal production method and apparatus capable of solidifying molten metal at a very high cooling rate capable of amorphizing even a metal that cannot be conventionally amorphous. In addition, the present invention makes it possible to easily produce 100 µm orders, particularly several micrometers of amorphous metal fine particles, from sub-µm orders that could not be realized in conventional methods and apparatuses. Moreover, an object of this invention is to provide the manufacturing method and apparatus in which a success rate is favorable in high yield, and a large amount of amorphous metal microparticles are obtained.

본 발명은 비정질 금속 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게 설명하면, 본 발명은 물 등의 액체를 냉매로서 사용하는 비정질 금속 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for producing amorphous metals. In more detail, this invention relates to the amorphous metal manufacturing method and manufacturing apparatus which use liquid, such as water, as a refrigerant.

도 1은 본 발명의 비정질 금속 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an amorphous metal of the present invention.

도 2는 본 발명의 비정질 금속 제조 장치를 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating an amorphous metal manufacturing apparatus of the present invention.

도 3은 혼합 노즐 내에 선회류 가이드 와이어가 배치되어 있는 모양을 나타내는 개념도이다.3 is a conceptual view showing a state in which the swirl flow guide wire is disposed in the mixing nozzle.

도 4는 혼합 노즐과 선회수 노즐의 접속 관계를 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a connection relationship between a mixing nozzle and a swirl recovery nozzle.

도 5는 본 발명의 비정질 금속 제조 장치의 제1 변형예를 나타내는 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating a first modification of the amorphous metal production apparatus of the present invention.

도 6은 냉매의 흐름에 용융 금속이 합류되는 모양을 나타내는 개념도이다.6 is a conceptual diagram illustrating a state in which molten metal joins a flow of a refrigerant.

도 7은 본 발명의 비정질 금속 제조 장치의 제2 변형예를 나타내는 개념도이다.7 is a conceptual diagram illustrating a second modification of the amorphous metal production apparatus of the present invention.

도 8은 본 발명의 비정질 금속 제조 장치의 제3 변형예를 나타내는 개념도이다.8 is a conceptual diagram illustrating a third modification of the amorphous metal production apparatus of the present invention.

도 9은 본 발명의 비정질 금속 제조 장치의 제4 변형예를 나타내는 개념도이다.9 is a conceptual diagram illustrating a fourth modification of the amorphous metal production apparatus of the present invention.

도 10은 본 발명의 비정질 금속 제조 장치의 제5 변형예를 나타내는 개념도이다.10 is a conceptual diagram showing a fifth modification of the amorphous metal production apparatus of the present invention.

도 11은 냉매 중에의 용융 금속의 공급 방법과 그 방법으로 미립화된 용융 금속의 입경(粒徑) 분포의 관계를 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing a relationship between a supply method of molten metal in a refrigerant and a particle size distribution of molten metal atomized by the method.

도 12는 용융 금속 온도를 바꿔 제조된 금속 미립자의 입경 분포를 나타내는 그래프이다.12 is a graph showing particle size distribution of metal fine particles produced by changing molten metal temperature.

도 13은 본 발명의 냉각 방식과 종래의 냉각 방식의 냉각 속도를 비교한 그래프이다.Figure 13 is a graph comparing the cooling rate of the cooling method of the present invention and the conventional cooling method.

도 14는 종래의 원심법의 냉각 과정을 나타내는 개념도이다.14 is a conceptual diagram showing a cooling process of a conventional centrifugal method.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 비정질 금속 제조 방법은 용융 금속을 액상의 냉매 중에 공급하고, 자발 핵생성에 의한 비등을 일으켜 그 압력파를 이용하여 용융 금속을 미립화하는 동시에 냉각하여 고체화시키는 것이다. 즉, 본 발명은 공급 용융 금속과 냉매의 양을 소량으로 제어함으로써, 안전하고 또한 소규모인 증기 폭발을 연속적으로 발생시킴에 따라, 용융 금속을 미립화하면서 급속히 냉각시킴으로써 비정질화하는 것이다. 이 비정질 제조 방법에 있어서, 보다 바람직하게는, 냉매 중에서 용융 금속을 덮는 안정된 증기막을 형성하고, 그것을 응축에 의해 붕괴시키는 것이다. 더욱 바람직하게는, 용융 금속을 적하(滴下)함으로써 냉매 중에 공급하는 것이다.In order to achieve the above object, the amorphous metal production method of the present invention is to supply molten metal to a liquid refrigerant, cause boiling by spontaneous nucleation, and atomize the molten metal using the pressure wave to simultaneously cool and solidify it. . That is, according to the present invention, by controlling the amounts of the supplied molten metal and the refrigerant in a small amount, as the safe and small-scale vapor explosion is continuously generated, the molten metal is rapidly cooled while being atomized and amorphous. In this amorphous production method, it is more preferable to form a stable vapor film covering the molten metal in the refrigerant, and to disintegrate it by condensation. More preferably, it is supplied to a refrigerant | coolant by dripping molten metal.

냉매 중에 공급된 용융 금속의 주위에는 용융 금속의 열을 받아 냉매가 증발됨으로써 증기막이 형성된다. 이 증기막은 용융 금속으로부터의 열을 받아 진행되는 증발과 냉매에 의한 냉각 간에 열평형이 이루어짐으로써 유지되지만, 이윽고 용융 금속의 온도가 내려가면, 열평형이 무너져서 응축된다(자발적 붕괴). 또는 압력파나, 용융 금속과 냉매 사이의 속도차, 다른 물질에의 접촉 등의 외적 요인을 받아 붕괴된다(강제 붕괴). 응축의 경우에는, 대체로 동시에 전체면에서 증기막의 붕괴가 일어난다. 따라서, 용융 금속의 전체면에서 동시에 냉매와 접촉하여, 용융 금속의 입자 주위에 자발 핵생성에 의한 비등을 일으킨다.A vapor film is formed by the evaporation of the refrigerant by receiving the heat of the molten metal around the molten metal supplied in the refrigerant. This vapor film is maintained by thermal equilibrium between evaporation that proceeds by receiving heat from the molten metal and cooling by the refrigerant, but when the temperature of the molten metal decreases, the thermal equilibrium collapses and condenses (voluntary collapse). Or collapses due to external factors such as pressure waves, velocity differences between the molten metal and the refrigerant, and contact with other materials. In the case of condensation, at the same time, the collapse of the vapor membrane takes place at the entire surface. Therefore, the entire surface of the molten metal is simultaneously brought into contact with the refrigerant, causing boiling by spontaneous nucleation around the particles of the molten metal.

이 자발 핵생성에 의한 비등은 냉매의 내부로부터 비등을 개시한다. 핵 비등이 수중에서 발생하는 데에는 물·냉매의 표면 장력을 이겨내고 기포핵을 생성하는 것이 필요하고, 그 때의 개시 온도 조건이 자발 핵생성 온도이며, 예를 들어 물이면 1 기압 하에서 313℃이다. 따라서, 증기막이 붕괴되어 용융 금속과 냉매가 직접 접촉할 때의 그 계면 온도가 자발 핵생성 온도 이상이면, 냉매 중에 기포핵이 생성되며, 일단 기포핵이 형성되면, 100℃에서 증발할 수 있으므로, 잇달아 여기에 증기가 모여 폭발적인 비등이 된다. 그리고 자발 핵생성에 의한 증기 생성은 급속하고, 압력파의 발생을 수반하므로, 이 압력파에 의해 용융 금속의 입자가 강제로 깨져서 분쇄되어 미립화된다. 특히, 응축에 의해 증기막이 붕괴되는 경우에는, 높은 압력파가 용융 금속의 입자 전체에 균일하게 적용되기 때문에, 큰 덩어리를 남기지 않고, 효율적으로 미립화할 수 있다. 동시에, 미립화된 용융 금속은 그 비표면적(比表面積)이 커지기 때문에 더욱 냉각이 빨라진다. 그리고 잠열(潛熱) 이행에 의해 냉각 응고된다. 이 용융 금속의 미립화는 더욱 그 비표면적을 크게 하여 냉각 속도를 높이기 때문에, 이로써 냉매로부터의 증발을 더욱 증가시켜 더 큰 압력파를 만들어 내는 정(正)의 피드백이 걸려, 미립화가 촉진되는 동시에 매우 급속히 냉각된다. 이 때의 냉각 속도는 본 발명자들의 실험에 의해, 종래의 방법에서는 비정질화할 수 없던 재료까지도 비정질화할 수 있는 107K/s를 크게 상회하는 속도였던 것이 확인되었다.The boiling by this spontaneous nucleation starts boiling from inside the refrigerant. In order for nuclear boiling to occur in water, it is necessary to overcome the surface tension of water and a refrigerant and generate bubble nuclei, and the starting temperature condition at that time is the spontaneous nucleation temperature, for example, 313 ° C under one atmosphere of water. Therefore, if the interfacial temperature when the vapor film collapses and the molten metal is in direct contact with the refrigerant is higher than the spontaneous nucleation temperature, bubble nuclei are formed in the refrigerant, and once the bubble nuclei are formed, they can evaporate at 100 ° C. One after another, steam gathers here to make an explosive boiling. Since steam generation by spontaneous nucleation is rapid and involves generation of pressure waves, the particles of molten metal are forcibly broken and pulverized and atomized by the pressure waves. In particular, when the vapor film collapses due to condensation, since a high pressure wave is uniformly applied to all the particles of the molten metal, it can be efficiently atomized without leaving a large lump. At the same time, the atomized molten metal is further cooled faster because its specific surface area becomes larger. And it cools and solidifies by latent heat transfer. Since the atomization of the molten metal further increases its specific surface area to increase the cooling rate, this results in positive feedback that further increases evaporation from the refrigerant and creates a larger pressure wave, thereby facilitating atomization and at the same time. It cools rapidly. By the experiments of the present inventors, it was confirmed that the cooling rate at this time was a speed which greatly exceeded 10 7 K / s in which even the material which could not be amorphous by the conventional method could be amorphous.

또, 본 발명의 비정질 금속 제조 방법은 용융 금속을 적하함으로써 냉매 중에 공급하는 것이다. 이 경우, 적하된 용융 금속의 대부분의 체적이 자발 핵생성에 관여하게 되어, 금속입자의 효율적인 미립화와 냉각을 촉진할 수 있다. 높은 효율(미립화와 냉각 속도)을 얻고 싶은 경우에는, 용융 액적 직경이 작은 것이 바람직하고, 예를 들면 수10Oμm, 가장 바람직하게는 안개 형태으로하여 냉매와 접촉시키는 것이다. 이 경우에는, 비표면적이 커져, 보다 미립화가 진행되어 냉각 속도가 비약적으로 높아진다.Moreover, the amorphous metal manufacturing method of this invention supplies in a refrigerant | coolant by dripping a molten metal. In this case, most of the dropped molten metal is involved in spontaneous nucleation, thereby facilitating efficient atomization and cooling of the metal particles. In order to obtain high efficiency (particulation and cooling rate), it is preferable that the melt droplet diameter is small, for example, several hundred micrometers, most preferably in the form of a mist, and contacting the refrigerant. In this case, a specific surface area becomes large, atomization advances further and a cooling rate rises dramatically.

또, 본 발명의 비정질 금속 제조 방법에 있어서, 냉매는 염을 첨가하는 것이다. 이 경우, 염은 용해되어 용융 금속을 덮는 증기막의 주위에 존재하며, 그 속에 존재하는 물분자가 상대적으로 적어짐으로써, 냉매측으로부터의 증발이 일어나 어렵게 됨에도 불구하고, 응축은 보통으로 일어나기 때문에, 전체로서 응축의 방향으로 향하는 것으로 생각된다. 따라서, 용융 금속이 예를 들면 알루미늄 등의 자발적인 증기막 붕괴가 발생하기 어려운 물질이라도, 증기막의 붕괴가 촉진되어 자발 핵생성에 의한 비등을 촉진할 수 있다. 또, 융점이 높고 초기 온도가 높은 재료인 경우에도, 증기막이 응축으로 향하는 데 시간이 걸려 자발적인 증기막 붕괴가 발생하기 어렵게 되지만, 이 경우에도, 냉매 중의 염이 증기막의 붕괴를 촉진하여 자발 핵생성에 의한 비등을 촉진시킨다.Moreover, in the amorphous metal manufacturing method of this invention, a refrigerant | coolant adds a salt. In this case, the salt is present around the vapor film that dissolves and covers the molten metal, and since the water molecules present in it are relatively small, condensation usually occurs, although evaporation from the refrigerant side becomes difficult, It is thought to be directed in the direction of condensation. Therefore, even if the molten metal is a substance in which spontaneous vapor film collapse is difficult to occur, for example, aluminum, the collapse of the vapor film can be promoted and the boiling caused by spontaneous nucleation can be promoted. In addition, even in the case of a material having a high melting point and a high initial temperature, it is difficult for spontaneous vapor film decay to take place due to the time taken for the vapor film to condense, but even in this case, the salt in the refrigerant promotes the collapse of the vapor film and causes spontaneous nucleation. Promotes boiling by

또, 본 발명의 비정질 금속 제조 방법은 용융 금속과 냉매를 동일 방향에서 또한 적은 속도차로 공급하여 혼합시키는 것이 바람직하다. 또한, 대략 연직 방향으로 낙하되는 영역을 가지는 냉매의 흐름을 형성하고, 상기 냉매 흐름의 낙하 영역에 용융 금속을 자유 낙하에 의해 또는 제트 형상 분사에 의해 공급하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 냉매에 공급된 용융 금속은 그 흐름의 방향을 거의 바꾸지 않고 냉매의 흐름 중에 공급되어, 용융 금속이 냉매의 흐름으로부터 큰 전단력(剪斷力)을 받지 않는다. 이 때문에, 외적 요인에 의한 증기 파괴를 방지하여 응축에 의한 자발적 붕괴를 달성할 수 있어, 입자의 주위에 거의 동시에 자발 핵생성에 의한 비등을 주변에 발생시킬 수 있다. 여기에서, 고속의 비등 즉 자발 핵생성에 의한 비등은 뜨거운 용융 금속과 찬 냉매가 접촉하고, 그 계면 온도가 자발 핵생성 온도 이상이 되면, 이것이 개시 조건으로 되어 기포핵이 생성되며, 또한 용융 금속과 냉매와의 상대 속도차가 충분히 낮으면 이것이 성장하여 고속의 비등 즉 자발 핵생성에 의한 비등을 일으킨다. 용융 금속에 대한 냉매의 유속(상대 속도)가 너무 빠르면, 자발 핵생성에 의한 비등이 일어나지 않거나, 약간 발생해도 냉각되어 성장하지 않고 소멸된다. 따라서, 용융 금속의 속도와 냉매의 유속을 거의 일치시켜 두는 것이 바람직하다. 예를 들면, 냉매 중에서의 냉매와 용융 금속과의 속도차를 1m/s 이하, 거의 없애는 보다 바람직하다. 이 경우에는, 용융 금속이 냉매의 흐름으로부터 받는 전단력을 더욱 억제할 수 있다.In the amorphous metal production method of the present invention, it is preferable that the molten metal and the refrigerant are supplied and mixed in the same direction and at a small speed difference. In addition, it is preferable to form a flow of the refrigerant having a region falling in the substantially vertical direction, and supply molten metal to the falling region of the refrigerant flow by free fall or by jet injection. In this case, the molten metal supplied to the refrigerant is supplied in the flow of the refrigerant with little change in the direction of the flow thereof, so that the molten metal does not receive a large shear force from the flow of the refrigerant. For this reason, steam destruction by external factors can be prevented, and spontaneous collapse by condensation can be achieved, and boiling by spontaneous nucleation can be generated around the particles at about the same time. Here, high-speed boiling, that is, boiling by spontaneous nucleation, causes hot molten metal and cold refrigerant to come into contact with each other, and when the interfacial temperature becomes higher than the spontaneous nucleation temperature, this becomes an initiation condition and bubbles nucleus are generated. If the relative speed difference between the refrigerant and the refrigerant is sufficiently low, it grows, causing high-speed boiling, that is, boiling by spontaneous nucleation. If the flow rate (relative velocity) of the refrigerant relative to the molten metal is too fast, boiling due to spontaneous nucleation does not occur, or even slightly occurs, it is cooled and disappears without growth. Therefore, it is preferable to make the speed of molten metal and the flow rate of a refrigerant | coolant match substantially. For example, the speed difference between the refrigerant in the refrigerant and the molten metal is more preferably 1 m / s or less. In this case, the shear force which a molten metal receives from the flow of a refrigerant | coolant can further be suppressed.

또, 본 발명의 비정질 금속 제조 방법은 용융 금속이 냉매에 닿기 전에 초음파를 조사하도록 하고 있다. 이 경우, 어느 정도 미세하게 된 용융 금속의 액적에서 냉매 중에 공급할 수 있기 때문에, 용융 금속의 비표면적을 크게 하여 전체적으로 증기 폭발에 관여하기 때문에 미립화가 더욱 촉진되는 동시에, 그 냉각 속도를 더욱 향상시킬 수 있다.Moreover, the amorphous metal manufacturing method of this invention is made to irradiate an ultrasonic wave before molten metal contacts a refrigerant | coolant. In this case, since the refrigerant can be supplied from the droplets of the molten metal to a certain degree, the specific surface area of the molten metal is increased to participate in the vapor explosion as a whole, so that atomization is further promoted, and the cooling rate can be further improved. have.

또한, 용융 금속은 냉매 중에 공급되기 전에 공기에 닿으면 산화될 우려가 있다. 용융 금속의 산화는 금속의 성질을 변화시켜 버리는 데다, 산화막이 균일하게 부착되지 않기 때문에, 산화막이 부착된 부분과 부착되지 않은 부분에서는 동시에 미립화·냉각이 일어나지 않는다. 이 때문에, 증기 폭발을 잘 이용할 수 없어 미립화의 효율이 떨어진다. 따라서, 본 발명의 비정질 금속 제조 방법은 용융 금속의 산화를 방지하면서 냉매 중에 공급하도록 하고 있다.In addition, the molten metal may be oxidized if it comes into contact with air before being supplied into the refrigerant. Oxidation of the molten metal changes the properties of the metal, and since the oxide film does not adhere uniformly, atomization and cooling do not occur at the same time in the portion where the oxide film is attached and in the portion that does not adhere. For this reason, steam explosion cannot be utilized well and the efficiency of atomization falls. Therefore, the amorphous metal manufacturing method of this invention is made to supply to a refrigerant | coolant, preventing the oxidation of molten metal.

또한, 본 발명의 비정질 금속 제조 장치는 용융 금속을 그 공급량을 제어하면서 공급하는 재료 공급 수단과, 용융 금속을 냉각 고체화시키는 데에 충분하고 또한 소량의 냉매를 도입하여 재료 공급 수단으로부터 공급되는 소량의 용융 금속과 혼합시켜 자발 핵생성에 의한 비등을 발생시키고 그에 따라 발생하는 압력파에 의해 용융 금속을 미립화시키면서 급속히 냉각하여 비정질화시키는 냉각부와, 냉매 중에서 미립화된 비정질 금속을 회수하는 회수 수단을 구비하도록 하고 있다.In addition, the amorphous metal manufacturing apparatus of the present invention is a material supply means for supplying molten metal while controlling its supply amount, and a small amount of small amount supplied from the material supply means by introducing a small amount of refrigerant sufficient to cool and solidify the molten metal. And a cooling unit which rapidly mixes with the molten metal to generate boiling by spontaneous nucleation, and rapidly cools and amorphizes the molten metal by atomizing the resulting pressure wave, and a recovery means for recovering the amorphous metal from the refrigerant. Doing.

이 장치의 경우, 용융 금속을 자유 낙하시키는 것만으로, 냉매 중의 자발 핵생성에 의한 비등에 의해 미립화되면서 급속히 냉각되어, 비정질 금속이 제조된다. 그리고, 고체화시킨 비정질 금속의 미립자를 냉매로부터 분리하는 것만으로 회수할 수 있다. 따라서, 복잡한 구조의 분무 노즐이나 회전 드럼을 고속 회전시키는 구동 기구 또는 여기에 수반되는 동력 부분을 필요로 하지 않아, 설비 비용이 저가인 동시에 내구성이 우수하고 또한 고장의 우려가 적다.In the case of this apparatus, only by freely dropping the molten metal, it is rapidly cooled while being atomized by boiling by spontaneous nucleation in the refrigerant, thereby producing an amorphous metal. Then, the solidified amorphous metal particles can be recovered only by separating them from the refrigerant. Therefore, it is not necessary to drive a spray nozzle or rotating drum of a complicated structure at high speed or a power part accompanying it, so that the installation cost is low, the durability is excellent, and there is little risk of failure.

여기에서, 공급하는 용융 금속과 냉매의 양을 소량으로 함으로써, 자발 핵생성에 의한 비등을, 냉매 중에 적하한 용융 금속을 미립화시킬 정도 크기의 압력파를 발생시키는 규모로 함으로써, 자발 핵생성에 의한 비등으로 생기는 압력파가 필요 이상으로 커지는 것을 방지할 수 있어, 대규모의 증기 폭발 발생을 방지할 수있다. 또, 냉각부에 멈추는 냉매의 양을 재료 공급 수단에서의 제어를 잃어 용융 금속이 한번에 공급되어도 대규모의 증기 폭발을 일으키지 않는 양으로 함으로써, 재료 공급 수단이 파괴되어 대량의 용융 금속이 유출되었다고 해도, 사고로 이어지는 대규모의 증기 폭발을 초래하지 않는다.Here, the amount of molten metal and the refrigerant to be supplied is reduced to a small amount, so that the boiling by spontaneous nucleation is generated to generate a pressure wave that is large enough to atomize the molten metal dropped in the refrigerant, and thus, It is possible to prevent the pressure wave generated by boiling from becoming larger than necessary, thereby preventing the occurrence of large-scale steam explosion. In addition, even if a large amount of molten metal is leaked by breaking down the material supply means by setting the amount of the refrigerant to be stopped in the cooling section to an amount that loses control by the material supply means and does not cause massive vapor explosion even when molten metal is supplied at once. It does not cause a massive vapor explosion leading to an accident.

또, 본 발명의 비정질 금속 제조 장치는 재료 공급 수단이 용융 금속을 냉매에 적하하는 것이다. 따라서, 적하된 용융 금속의 대부분의 체적이 자발 핵생성에 관여하여, 용융 금속 액적의 미립화를 촉진하는 동시에 냉각을 촉진할 수 있다.Moreover, in the amorphous metal manufacturing apparatus of this invention, a material supply means adds a molten metal to a refrigerant | coolant. Therefore, most of the dropped molten metal is involved in spontaneous nucleation, which promotes atomization of the molten metal droplets and at the same time promotes cooling.

또, 본 발명의 비정질 금속 제조 장치에서 사용되는 냉매는 염이 첨가되어 있는 것이다. 이 경우에는, 종래 증기 폭발이 일어나지 않는다고 되어 있던 알루미늄 등의 자발적인 증기막 붕괴가 발생하기 어려운 물질인 경우라도, 증기막의 붕괴가 촉진되어 자발 핵생성에 의한 비등을 일으킬 수 있다. 따라서, 이들 알루미늄 등의 종래 미립화가 곤란했던 재료의 비정질화를 실현할 수 있다.Moreover, the salt used is the refrigerant | coolant used by the amorphous metal manufacturing apparatus of this invention. In this case, even in the case of a substance in which spontaneous vapor film collapse is unlikely to occur, such as aluminum, which has conventionally been said to not cause a vapor explosion, the vapor film collapse can be promoted and spontaneous nucleation can cause boiling. Therefore, it is possible to realize amorphousization of materials which have been difficult to atomize conventionally, such as aluminum.

또, 본 발명의 비정질 금속 제조 장치는 자유 공간에 연직 방향으로 낙하되는 영역을 가지는 냉매의 흐름을 형성하고, 상기 냉매의 흐름 낙하 영역에 용융 금속을 자유 낙하에 의해 공급하게 하여 냉각부를 구성하도록 하고 있다. 이 경우에는, 용융 금속에 냉매의 흐름에 기인하는 전단력을 거의 부여하지 않고 자발적 증기막 붕괴를 일으키도록 할 수 있으므로, 효율적인 미립화를 실시할 수 있는 동시에 냉각부 그 자체가 구조적으로는 불필요하게 된다. 따라서, 저가인 동시에 사고나 고장도 적다.In addition, the amorphous metal manufacturing apparatus of the present invention forms a flow of the refrigerant having a region falling in the vertical direction in the free space, and supplies the molten metal to the flow drop region of the refrigerant by free fall to form a cooling unit. have. In this case, spontaneous vapor film collapse can be caused without imparting shear force due to the flow of the coolant to the molten metal, so that efficient atomization can be performed and the cooling unit itself is structurally unnecessary. Therefore, it is low cost and there are few accidents and troubles.

또, 본 발명의 비정질 금속 제조 장치는 재료 공급 수단과 냉매 사이에 용융금속에 대하여 초음파를 조사하는 초음파 조사 수단을 구비하도록 하고 있다. 따라서, 미세화 수단인 초음파 조사 수단에 의해 어느 정도 미세하게 한 용융 금속의 액적을 냉매 중에 공급할 수 있다. 이 때문에, 냉매 중에서의 용융 금속의 미립화를 더욱 촉진할 수 있는 동시에, 그 냉각 속도를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 초음파 조사에 의한 미세화 기술은 이미 확립되어 있으므로, 안전하고 또한 간단히 용융 금속의 1차 미립화를 실현한다.Moreover, the amorphous metal manufacturing apparatus of this invention is provided with the ultrasonic irradiation means which irradiates an ultrasonic wave with respect to a molten metal between a material supply means and a refrigerant | coolant. Therefore, the droplet of the molten metal refined to some extent by the ultrasonic irradiation means which is a refinement | miniaturization means can be supplied to a refrigerant | coolant. Therefore, the atomization of the molten metal in the refrigerant can be further promoted, and the cooling rate thereof can be further improved. Further, since the micronization technique by ultrasonic irradiation has already been established, the primary atomization of molten metal is realized safely and simply.

또, 본 발명의 비정질 금속 제조 장치는 재료 공급 수단으로부터 냉각부에 공급되는 용융 금속의 산화를 방지하는 산화 방지 수단을 구비하도록 하고 있다. 따라서, 용융 금속을 산화시키지 않고 냉매에 접촉시킬 수 있어, 자발 핵생성에 의한 비등을 쉽게 발생시킬 수 있다. 또, 용융 금속의 액적이 냉각부의 주위로 비산되는 것을 방지할 수도 있다.Moreover, the amorphous metal manufacturing apparatus of this invention is provided with the oxidation prevention means which prevents the oxidation of the molten metal supplied from a material supply means to a cooling part. Therefore, the molten metal can be brought into contact with the refrigerant without being oxidized, so that boiling due to spontaneous nucleation can easily occur. Moreover, the droplet of molten metal can be prevented from scattering around the cooling part.

이하, 본 발명의 구성을 도면에 나타낸 최선의 형태에 따라 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of this invention is demonstrated in detail according to the best form shown in drawing.

도 1에 본 발명의 비정질 금속 제조 방법의 일례를, 도 2∼도 4에 본 발명의 비정질 금속 제조 장치의 일례를 나타낸다. 이 제조 장치는 용융 금속(1)을 그 공급량을 제어하면서 공급하는 재료 공급 수단(3)과, 용융 금속(1)을 냉각 고체화시키는 냉매(4)를 도입하여 재료 공급 수단(3)으로부터 공급된 용융 금속(1)과 혼합시키고 자발 핵생성에 의한 비등을 이용하여 미립화시키면서 급속히 냉각하여 비정질화시키는 냉각부(2)와, 냉매(4) 중에서 비정질화된 금속 미립자를 회수하는 회수 수단(5)을 구비하고 있다.An example of the amorphous metal manufacturing method of this invention is shown in FIG. 1, and an example of the amorphous metal manufacturing apparatus of this invention is shown in FIGS. This manufacturing apparatus introduces a material supply means 3 for supplying the molten metal 1 while controlling its supply amount, and a refrigerant 4 for cooling and solidifying the molten metal 1 to be supplied from the material supply means 3. A cooling unit 2 mixed with the molten metal 1 and rapidly cooled and amorphous while being atomized by boiling by spontaneous nucleation, and recovery means 5 for recovering amorphous metal fine particles from the refrigerant 4 Equipped.

재료 공급 수단(3)은, 예를 들면, 보온용 히터(6)를 구비한 도가니(7)에 의해 구성되어 있다. 이 도가니(7)는 바닥면에 형성된 출탕구(出湯口)(7a)를 개폐하는 스토퍼(stopper)(8)와, 도가니(7) 내의 용융 금속(1) 온도를 계측하는 열전대(熱電對)(9)를 구비하고 있다. 스토퍼(8)는 도시하지 않은 액추에이터(actuator)에 의해 상하 이동함으로써, 출탕구(7a)로부터 낙하되는 용융 금속(1)의 양을 제어하거나 완전히 정지시킨다. 용융 금속(1)의 공급은 미립화 효율을 높이는 동시에 사고로 연결되는 대규모의 증기 폭발을 일으키지 않도록 하는 데다, 될 수 있는 한 소량으로 하고 또한 비표면적을 크게 한 상태인 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예에서는, 예를 들면 수g 정도의 액적으로서 1 액적씩 염주 형상으로 자유 낙하시키도록 하고 있지만, 이것에 특히 한정되는 것이 아니며, 높은 미립화 효율을 얻고 싶은 경우에는, 금속 액적 직경 보다도 작게 하는 것이 바람직하고, 예를 들면 수10O㎛, 가장 바람직하게는 안개 형태으로 하여 냉매와 접촉시키는 것이다.The material supply means 3 is comprised by the crucible 7 provided with the heater 6 for heat insulation, for example. The crucible 7 includes a stopper 8 for opening and closing a hot water outlet 7a formed on the bottom surface, and a thermocouple for measuring the temperature of the molten metal 1 in the crucible 7. (9) is provided. The stopper 8 moves up and down by an actuator (not shown) to control or completely stop the amount of molten metal 1 falling from the hot water outlet 7a. The supply of the molten metal 1 increases the atomization efficiency and does not cause a large-scale vapor explosion leading to an accident, and it is preferable to keep it as small as possible and to increase the specific surface area. Therefore, in the present embodiment, for example, several drops of about g are allowed to drop freely in the shape of beads, but the present invention is not particularly limited thereto. It is preferable to make it small, for example, it is a several hundred micrometers, most preferably in a mist form, and it is made to contact a refrigerant | coolant.

냉각부(2)는 본 실시예의 경우, 용융 금속(1)과 항상 찬 냉매(4)를 혼합시키면서 통과시키는 구조의 노즐(이하 혼합 노즐이라고 함)(2)로 구성되어 있다. 이 냉각부인 혼합 노즐(2)은 도가니(7)로부터 적하되는 용융 금속(1)을 받아내도록,도가니(7)의 출탕구(7a) 바로 아래에 설치되어 있다. 도가니(7)의 출탕구(7a)와 혼합 노즐(2) 내의 냉매(4) 액면(液面)까지의 거리는 될 수 있는 한 짧은 것이 바람직하고, 예를 들면 30mm 정도 또는 그 이내로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 용융 금속 액적과 냉매와의 충돌력을 작게 하여, 용융 금속 액적을 원활하게 냉매 중에 수용하고, 액적을 덮은 증기막을 파괴하지 않고 냉매와 함께 낙하시킬 수 있어, 안정된 증기막을 형성하고 그것을 응축에 의한 자발 붕괴로 일거에 붕괴시켜 자발 핵생성에 의한 비등을 일으킬 수 있다.In the case of this embodiment, the cooling part 2 is comprised from the nozzle (henceforth a mixing nozzle) 2 of the structure which makes the molten metal 1 and the coolant 4 always cool, and let it pass. The mixing nozzle 2 which is this cooling part is provided just below the tap opening 7a of the crucible 7 so as to receive the molten metal 1 dropped from the crucible 7. The distance between the hot water outlet 7a of the crucible 7 and the liquid level of the refrigerant 4 in the mixing nozzle 2 is preferably as short as possible, for example, preferably about 30 mm or less. . As a result, the collision force between the molten metal droplet and the refrigerant is reduced, so that the molten metal droplet can be smoothly accommodated in the refrigerant and can be dropped together with the refrigerant without destroying the vapor film covering the droplet, thereby forming a stable vapor film and condensing it. Spontaneous collapse caused by spontaneous collapse can cause boiling by spontaneous nucleation.

여기에서, 냉각부로서의 혼합 노즐(2)에는 자발 핵생성에 의한 비등(급속한 증발 현상)을 일으켜 용융 금속(1)을 미립화시키면서 비정질화에 필요한 속도로 급속히 냉각시키는 데에 충분한 용융 금속(1)과 냉매(4)와의 접촉 시간을 확보하는 것이 요구된다. 따라서, 본 실시예의 혼합 노즐(2)은 예를 들면 원통 형상을 이루고 있으며, 그 주벽(周壁) 부분에 냉매(4)로서의 물을 분사하는 선회수 노즐(10)이 접속되어 있다. 선회수 노즐(10)은 2개 채용되며, 도 4에 나타내는 것과 같이, 혼합 노즐(2)의 상부에 혼합 노즐(2)의 내주면에 대하여 접선 방향이 되도록 180°간격으로 접속되어 있다. 여기에서, 증기 폭발을 일으키는 데는 냉매·물의 흐름은 없는 쪽이 바람직하다. 따라서, 용융 금속(1)과 냉매(4) 사이의 속도차를 만들지 않고, 혼합 노즐(2) 내에서의 체류 시간을 벌기 위해, 혼합 노즐(2)의 내주면에 코일 형상의 선회류 가이드 와이어(11)를 선회수 노즐(10)의 분사구로부터 혼합 노즐 하단의 출구에 걸쳐 설치함으로써 선회류의 형성을 돕도록 하고, 이 가이드 와이어(11)에 따라 혼합 노즐(2)의 하부까지 선회류가 계속되도록 설치되어 있다.따라서, 2개의 선회수 노즐(10)로부터 분사된 물·냉매(4)는 용융 금속(1)의 액적과 함께 혼합 노즐(2)의 내주면을 따라 선회하면서 낙하되는 흐름(선회 분류)을 형성한다. 이에 따라, 용융 금속과 냉매와의 접촉 시간을 길게하여, 용융 금속이 차가워져 증기막 붕괴와 그것에 계속되는 자발 핵생성에 의한 비등(급속한 증발 현상)하기까지의 시간을 확보하도록 하고 있다.Here, in the mixing nozzle 2 as the cooling section, a molten metal 1 sufficient to rapidly boil (rapid evaporation phenomenon) due to spontaneous nucleation and rapidly cool the molten metal 1 at a rate necessary for amorphousization while atomizing the molten metal 1. It is required to secure the contact time between and the refrigerant 4. Accordingly, the mixing nozzle 2 of the present embodiment has a cylindrical shape, for example, and a swirling nozzle 10 for injecting water as the coolant 4 is connected to the circumferential wall thereof. Two swinging nozzles 10 are employed, and are connected to the upper part of the mixing nozzle 2 at 180 ° intervals so as to be tangential to the inner circumferential surface of the mixing nozzle 2 as shown in FIG. 4. Here, it is preferable that there is no flow of refrigerant and water to cause steam explosion. Therefore, in order to increase the residence time in the mixing nozzle 2 without making a speed difference between the molten metal 1 and the refrigerant 4, a coil-shaped swirling flow guide wire ( 11) is provided from the injection port of the revolving nozzle 10 to the outlet of the lower end of the mixing nozzle to assist in the formation of the swirl flow, and the swirling flow continues to the lower part of the mixing nozzle 2 according to the guide wire 11. Therefore, the water and refrigerant 4 injected from the two swirling nozzles 10 flow down while turning along the inner circumferential surface of the mixing nozzle 2 together with the droplets of the molten metal 1 (slewing). Classification). As a result, the contact time between the molten metal and the refrigerant is lengthened so that the time until the molten metal cools and boils (rapid evaporation phenomenon) due to vapor film collapse and subsequent spontaneous nucleation is ensured.

선회수 노즐(10)의 도중의 배관 부분에는 제어 밸브(12)가 설치되어 있어, 혼합 노즐(2) 내의 선회류의 유속이나 유량을 조정할 수 있다. 냉매(4)의 유속은 용융 금속(1)과의 혼합에 의해 발생한 증기막을 붕괴시키지 않을 정도의 속도이며, 또한 혼합 노즐(2) 내에 어느 정도의 시간에 걸쳐 멈추어 있을 수 있도록 선회류를 형성할 수 있는 속도로 조정되어 있다. 그리고 냉매(4)의 유속이 너무 빠르면, 혼합 노즐(2)의 중심에 냉매(4)의 소용돌이나 수면에 홈이 생겨 버려, 이들이 금속 액적(1)의 자발적 붕괴를 방해하게 되므로, 냉매(4)의 유속은 소용돌이나 수면의 홈을 발생하게 하지 않을 정도의 속도, 예를 들면 1m/s 정도 이하, 바람직하게는 가능한 한 저속으로 하는 것이 바람직하다. 또, 도시하지 않고 있지만 냉매를 순환공급하는 공급 계통에는 필요에 따라 냉매를 냉각하는 냉각기 등을 설치하는 것이 바람직하다.The control valve 12 is provided in the piping part of the turning water nozzle 10, and the flow velocity and flow volume of the turning flow in the mixing nozzle 2 can be adjusted. The flow rate of the refrigerant 4 is such that it does not collapse the vapor film generated by the mixing with the molten metal 1, and it is possible to form a swirl flow so that it can be stopped in the mixing nozzle 2 for some time. The speed is adjustable. If the flow rate of the coolant 4 is too fast, grooves are formed in the vortex of the coolant 4 or the surface of the water in the center of the mixing nozzle 2, so that they interfere with the spontaneous collapse of the metal droplet 1. The flow velocity of) is preferably about 1 m / s or less, preferably about 1 m / s or less, so as not to cause vortex or water grooves. In addition, although not shown in the drawing, it is preferable to provide a cooler or the like for cooling the refrigerant in a supply system for circulating and supplying the refrigerant.

이와 같이, 혼합 노즐(2) 내에서 냉매(4)의 선회류를 형성함으로써, 냉매(4)를 어느 정도의 시간에 걸쳐 혼합 노즐(2) 내에 멈추게 하여 놓을 수 있게 된다. 이 때문에, 사용하는 냉매(4)의 양을 적게 할 수 있어, 대규모의 증기 폭발이 발생하지 않는다.Thus, by forming the swirl flow of the coolant 4 in the mixing nozzle 2, the coolant 4 can be stopped and placed in the mixing nozzle 2 over a certain time. For this reason, the quantity of the refrigerant | coolant 4 to be used can be reduced, and a large-scale vapor explosion does not generate | occur | produce.

혼합 노즐(2)의 내부 직경은 용융 금속(1)의 액적 직경 보다도 충분히 크고, 또한 완만하게 흐르는 선회류를 형성할 수 있을 정도로 작게 되어 있다. 예를 들면 약 2∼8mm 정도 이상이며 또한 25mm 정도 이하의 내부 직경으로 되어 있다. 이 혼합 노즐(2) 내에서 선회하고 있는 냉매(4)의 양은 혼합 노즐(2)에 적하된 용융 금속 액적의 주위를 모두 채울 수 있는 충분한 양, 예를 들면 금속 액적에 대하여 적어도 5배 이상의 체적 냉매(4)가 공급되어 있다. 동시에, 이 냉매(4)는 도가니(7)가 파손되어 용융 금속(1)이 한번에 혼합 노즐(2) 내에 낙하되어도 대규모의 증기 폭발을 일으키지 않을 정도의 소량인 것이 바람직하다. 본 발명자가 실행한 실험에서는, 혼합 노즐(2)에 한번에 모이는 냉매의 양을 예를 들면 약 1OOml 정도 이하로 하는 것이 바람직하다.The inner diameter of the mixing nozzle 2 is sufficiently larger than the droplet diameter of the molten metal 1 and small enough to form a smoothly flowing swirl flow. For example, the inner diameter is about 2 to 8 mm or more and about 25 mm or less. The amount of the refrigerant 4 orbiting in the mixing nozzle 2 is a sufficient amount to fill all the surroundings of the molten metal droplets dropped on the mixing nozzle 2, for example, a volume of at least five times or more relative to the metal droplets. The coolant 4 is supplied. At the same time, it is preferable that the refrigerant 4 is small enough so that the crucible 7 is broken so that the molten metal 1 falls in the mixing nozzle 2 at once but does not cause a large-scale vapor explosion. In the experiment conducted by the present inventors, it is preferable that the amount of the refrigerant gathered at once in the mixing nozzle 2 is, for example, about 100 ml or less.

용융 금속(1)은 냉매(4)에 직접 접촉한 경우에 용융 금속과 냉매와의 계면 온도가 자발 핵생성 온도 이상이 되는 온도, 바람직하게는 자발 핵생성 온도보다도 충분히 높은 온도로 보온용 히터(6)에 의해 가열되어 있다. 또, 용융 금속(1)의 온도는, 예를 들면 냉매(4)에 직접 접촉한 경우에 증기막이 붕괴되는 온도 즉 막 비등 하한 온도 이하로 되어 있다. 이 막 비등 하한 온도는 외력이 전혀 없는 경우의 용융 금속과 냉매와의 온도로 규정되는 것이다.When the molten metal 1 is in direct contact with the coolant 4, the heat insulating heater is maintained at a temperature at which the interface temperature between the molten metal and the coolant is equal to or higher than the spontaneous nucleation temperature, preferably higher than the spontaneous nucleation temperature. It is heated by 6). The temperature of the molten metal 1 is, for example, below the temperature at which the vapor film collapses, i.e., the film boiling lower limit temperature, when the refrigerant 4 is in direct contact with the refrigerant 4. This film boiling lower limit temperature is prescribed | regulated by the temperature of a molten metal and a refrigerant | coolant when there is no external force at all.

냉매(4)로서는 비정질화하려고 하는 용융 금속과 접촉하여 자발 핵생성에 의한 비등을 일으킬 수 있는 액체이면 양호하므로, 예를 들면 물이나 액체 질소, 및 메탄올이나 에탄올 등의 유기 용매나 그 밖의 액체가 바람직하고, 일반적으로는 경제성 및 안전성이 우수한 물이 사용된다. 냉매(4)의 선정은 용융 금속(1)의 재질에 따라 결정된다. 예를 들면, 용융 금속(1)이 갈륨과 같이 융점이 낮은 경우는, 액체 질소를 냉매(4)로서 채용한다. 또, 용융 금속(1)이, 예를 들면 알루미늄이나 철이나 아연 등의 자발적인 증기막 붕괴가 발생되기 어려운 물질인 경우 등에는, 예를 들면 염화나트륨, 염화칼륨, 염화칼슘 등의 염 등을 냉매(4)에 첨가하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 용융 금속(1)으로서 아연을 사용하는 경우에는, 냉매(4)로서 염화 나트륨 수용액(水溶液)을 사용함으로써 자발적인 증기막 붕괴를 발생시켜 증기 폭발을 발생시킬 수 있다. 또, 용융 금속(1)으로서 예를 들면 Fe-Si계 합금을 사용하는 경우에는, 냉매(4)로서 포화하는 정도, 예를 들면 25wt%의 염화 칼슘 수용액을 사용함으로써, 자발적인 증기막 붕괴를 발생시켜 Fe-Si계 합금을 증기 폭발시킬 수 있다. 또, 용융 금속(1)으로서 융점이 높은 것을 사용하는 경우에도, 냉매(4)에 염을 첨가하는 것이 바람직하다. 이 경우의 첨가하는 염으로는, 예를 들면 염화칼슘, 염화나트륨, 황산칼륨, 황산나트륨, 질산칼슘의 사용이 가능하다. 물론, 용융 금속과 반응하지 않는 종류의 염을 선택하여 사용하는 것이 바람직한 것은 물론이다. 또, 염을 포함하는 냉매(4)로는 해수를 이용하는 것이 바람직하다.The refrigerant 4 may be a liquid that can come into contact with the molten metal to be amorphous and cause boiling by spontaneous nucleation, and thus, for example, water, liquid nitrogen, organic solvents such as methanol and ethanol, or other liquids may be used. Preferably, water having excellent economy and safety is generally used. The selection of the coolant 4 is determined according to the material of the molten metal 1. For example, when the molten metal 1 has a low melting point such as gallium, liquid nitrogen is employed as the refrigerant 4. In addition, when the molten metal 1 is a substance in which spontaneous vapor film collapse such as aluminum, iron or zinc is difficult to occur, for example, salts such as sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, or the like may be used. It is preferable to add to. For example, in the case of using zinc as the molten metal 1, by using an aqueous sodium chloride solution as the refrigerant 4, spontaneous vapor film collapse can be caused to cause vapor explosion. In the case of using a Fe-Si alloy, for example, as the molten metal 1, spontaneous vapor film collapse occurs by using a 25 wt% calcium chloride aqueous solution that is saturated enough as the refrigerant 4, for example. The Fe-Si alloy may be vapor exploded. Moreover, even when using a thing with a high melting point as the molten metal 1, it is preferable to add a salt to the refrigerant | coolant 4. As a salt to be added in this case, use of calcium chloride, sodium chloride, potassium sulfate, sodium sulfate, calcium nitrate is possible, for example. Of course, it is, of course, preferable to select and use a salt of a kind that does not react with the molten metal. Moreover, it is preferable to use seawater as the refrigerant | coolant 4 containing a salt.

냉매(4)에의 염의 첨가는, 염이 용해되어 용융 금속을 덮는 증기막의 주위에 존재하기 위해, 그 속에 존재하는 물분자가 상대적으로 적어지기 때문에, 이온이 방해를 하여 냉매측으로부터의 증발이 일어나기 어렵게 됨에도 불구하고, 응축은 보통으로 일어나기 때문에, 전체로서 응축의 방향으로 향하는 것으로 생각된다. 따라서 증기막 붕괴를 촉진할 수 있다.The addition of the salt to the coolant 4 causes the ions to interfere and evaporate from the coolant side because the water molecules present therein are relatively small so that the salt is present around the vapor film that dissolves and covers the molten metal. In spite of the difficulty, condensation usually occurs, so it is thought to be directed toward the condensation as a whole. Therefore, it is possible to promote vapor membrane collapse.

회수 수단(5)은 예를 들면 필터이다. 본 실시예에서는 2단의 필터(5a, 5b)를 사용하여, 소정 입경의 비정질 금속의 미립자를 회수하도록 하고 있다. 제1단 필터(5a)에는 목적으로 하는 입경보다도 눈이 거친 것을, 제2단 필터(5b)에는 목적으로 하는 입경보다도 눈이 미세한 것을 사용한다. 그리고, 제1단 필터(5a)를 통과하여 제2단 필터(5b)에 의해 포착된 비정질 금속의 미립자를 제품으로서 회수한다. 또, 제1단 필터(5a)에 의해 모여인 비정질 금속은 도가니(7)로 되돌아와 다시 용융된 다음 미세화 처리에 제공된다.The recovery means 5 is a filter, for example. In this embodiment, two-stage filters 5a and 5b are used to recover the fine particles of amorphous metal having a predetermined particle diameter. The first stage filter 5a uses a rougher eye than the target particle size, and the second stage filter 5b uses a finer eye than the target particle size. Then, the fine particles of the amorphous metal captured by the second stage filter 5b through the first stage filter 5a are recovered as a product. In addition, the amorphous metal collected by the first stage filter 5a is returned to the crucible 7 and melted again, which is then subjected to the refinement treatment.

이 제조 장치에서는, 사고로 연결되지 않을 정도인 소규모의 자발 핵생성에 의한 비등을 일으키고, 그에 따라 발생하는 압력파를 이용하여 냉매(4) 중에 적하한 용융 금속(1)을 미립화시키고, 동시에 급속히 냉각하여 비정질화하도록 하고 있다. 본 실시예에서는, 혼합 노즐(2) 내에 도입하는 냉매의 양을 될 수 있는 한 소량으로 하고, 또한 용융 금속(1)을 될 수 있는 한 비표면적이 큰 상태로 그 공급량을 소량으로 제어하여, 용융 금속(1)과 냉매(4)의 접촉량을 조정함으로써 자발 핵생성에 의한 비등을 소정 규모로 억제하고 있다. 예를 들면, 수g씩 용융 금속(1)을 적하시키는 동시에, 혼합 노즐(2) 내에서 선회하고 있는 냉매(4)의 양을 100ml 정도로 함으로써 대규모의 증기 폭발이 발생하는 것을 확실하게 방지하고 있다.In this manufacturing apparatus, a small spontaneous nucleation that is not connected by an accident is caused to boil, and the molten metal 1 dropped in the refrigerant 4 is atomized using a pressure wave generated accordingly, and at the same time, rapidly It is cooled and made to be amorphous. In this embodiment, the amount of the refrigerant introduced into the mixing nozzle 2 is made as small as possible, and the supply amount is controlled in a small amount in a state where the specific surface area is as large as possible for the molten metal 1, By adjusting the contact amount between the molten metal 1 and the refrigerant 4, the boiling by spontaneous nucleation is suppressed to a predetermined scale. For example, the molten metal 1 is dropped dropwise by several grams, and the amount of the refrigerant 4 swirling in the mixing nozzle 2 is about 100 ml to prevent a large-scale vapor explosion from occurring. .

또, 이 제조 장치에는, 적어도 재료 공급 수단(3)으로부터 혼합 노즐(2)에 공급되는 용융 금속(1)의 산화를 방지하는 산화 방지 수단(14)이 구비되어 있다. 또, 경우에 따라서는 도가니(7)을 포함해서 제조 장치 전체를 불활성 분위기로 덮는 산화 방지 수단을 설치하며, 도가니(7)에 저류되어 있는 동안에 용융 금속이 산화되지 않도록 설치된다. 이 산화 방지 수단(14)은, 예를 들면 불활성 가스를 이용한 것이며, 적어도 도가니(7)의 출탕구(7a)와 혼합 노즐(2) 사이의 공간을 외부로부터 차단하는 케이싱(15)을 설치하여 그 안에 불활성 가스를 충전한 것이며, 용융 금속의 액적이 불활성 분위기 중을 적하하도록 설치되어 있다. 불활성 가스로서는 예를 들면 아르곤 등이 사용된다.Moreover, this manufacturing apparatus is equipped with the oxidation prevention means 14 which prevents the oxidation of the molten metal 1 supplied from the material supply means 3 to the mixing nozzle 2 at least. Moreover, in some cases, oxidation prevention means for covering the entire manufacturing apparatus including the crucible 7 with an inert atmosphere is provided so that the molten metal is not oxidized while being stored in the crucible 7. This oxidation prevention means 14 uses an inert gas, for example, and provides the casing 15 which isolate | separates the space between the tap opening 7a of the crucible 7 and the mixing nozzle 2 from the outside at least, The inert gas is filled therein, and the molten metal droplets are installed to drop in the inert atmosphere. As an inert gas, argon etc. are used, for example.

이상과 같이 구성된 장치를 사용하고, 아래와 같이 하여 비정질 금속의 미립자를 제조할 수 있다.Using the apparatus comprised as mentioned above, the microparticles | fine-particles of an amorphous metal can be manufactured as follows.

먼저, 2개의 선회수 노즐(10)로부터 소정량의 냉매(4)를 혼합 노즐(2) 내에 공급하여, 나선 형상으로 낙하되는 선회류를 형성한다. 또, 도가니(7) 내의 용융 금속(1)을, 냉매(4)와 직접 접촉한 경우의 용융 금속과 냉매와의 계면 온도가 자발 핵생성 온도보다도 충분히 높아지는 온도까지 가열 보온해 둔다.First, a predetermined amount of refrigerant 4 is supplied into the mixing nozzle 2 from the two swinging nozzles 10 to form a swirling flow falling in a spiral shape. In addition, the molten metal 1 in the crucible 7 is heated and kept to a temperature at which the interface temperature between the molten metal and the refrigerant when the direct contact with the refrigerant 4 is sufficiently higher than the spontaneous nucleation temperature.

이 상태에서, 재료 공급 수단(3)의 스토퍼(8)를 상승시켜 도가니(7) 내의 용융 금속을 1액적씩 염주 형상으로 자유 낙하시킨다(단계 S21). 용융 금속(1)은 혼합 노즐(2) 내에서 냉매(4)와 충돌했을 때에 충돌의 기세로 냉매(4) 중에 분산되며, 이어서 용융 금속의 온도가 높기 때문에 막 비등으로 발생한 증기의 막으로 덮인 거친 혼합 상태로 된다(단계 S22).In this state, the stopper 8 of the material supply means 3 is raised to cause the molten metal in the crucible 7 to drop freely in a drop shape by dropwise (step S21). When the molten metal 1 collides with the refrigerant 4 in the mixing nozzle 2, the molten metal 1 is dispersed in the refrigerant 4 with the force of collision, and then covered with a film of steam generated due to film boiling due to the high temperature of the molten metal. It will be in a rough mixing state (step S22).

증기막은 용융 금속(1)의 열을 받아 냉매·물이 증발됨으로써 용융 금속(1)의 주위에 발생한다. 이 증기막은 용융 금속(1)으로부터의 열을 받아 진행되는 증발과 냉매에 의한 냉각과의 열평형이 이루어지므로 유지되지만, 이윽고 용융 금속의 온도가 내려가면, 열평형이 붕괴되어 응축된다. 즉, 증기막의 붕괴가일어난다(단계 S 23). 그리고, 이 응축은 대개 동시에 전체면에서 일어난다. 따라서, 용융 금속(1)의 전체면에서 동시에 냉매와 접촉하여, 그 계면 온도가 자발 핵생성 온도 이상으로 되기 때문에, 용융 금속의 입자 주위의 저온측 액체인 냉매(4) 중에 자발 핵생성에 의한 비등이 일어난다(단계 S24). 자발 핵생성에 의한 비등은 급속한 증발을 생기게 하고, 증기포(蒸氣泡)를 급팽창시켜 높은 압력파를 발생시킨다. 이 압력파는 매우 고속으로 전파되어, 용융 금속의 입자 전체에 균일하게 작용하기 때문에, 입자는 압력파로 강제로 깨져 분쇄되어 미립화된다(단계 S25). 동시에, 미립화에 의해 비표면적이 커져, 냉각 속도를 더욱 높인다. 이는 또한 냉매로부터의 증발을 증가시키고, 증기막 형성, 증기막 붕괴, 자발 핵생성에 의한 비등으로 발전하여 한층 압력파를 만들어 낸다.The vapor film is generated around the molten metal 1 by receiving the heat of the molten metal 1 and evaporating the refrigerant and water. This vapor film is maintained because the thermal balance between evaporation proceeding by receiving heat from the molten metal 1 and cooling by the refrigerant is achieved. However, when the temperature of the molten metal decreases, the thermal equilibrium collapses and condenses. That is, collapse of the vapor film occurs (step S 23). And this condensation usually takes place at the same time in full view. Therefore, because the entire surface of the molten metal 1 is in contact with the refrigerant at the same time, and the interface temperature thereof becomes equal to or higher than the spontaneous nucleation temperature, the spontaneous nucleation is caused by the spontaneous nucleation in the refrigerant 4 which is the low temperature side liquid around the molten metal particles. Boiling occurs (step S24). Boiling by spontaneous nucleation causes rapid evaporation and rapidly expands the vapor bubble to generate high pressure waves. Since this pressure wave propagates at a very high speed and acts uniformly on the whole particle | grains of molten metal, particle | grains are forcibly broken by the pressure wave, it grind | pulverizes, and atomizes (step S25). At the same time, the specific surface area is increased by atomization, further increasing the cooling rate. It also increases the evaporation from the refrigerant and generates further pressure waves by developing into vapor film formation, vapor film collapse, and boiling by spontaneous nucleation.

따라서, 분산된 곳의 입자로 증기막이 깨지면, 여기에서 발생한 압력파가 다른 입자에 미쳐 잇달아 자발 핵생성에 의한 비등을 야기시킨다. 그리고 용융 금속의 미립화는 그 비표면적이 커지고, 냉각이 빨라지기 때문에, 그것이 더욱 냉매로부터의 증발을 증가시켜 압력파를 또한 만들어 내는 정(正)의 피드백이 걸려, 미립화가 촉진되는 동시에 급속히 냉각된다. 따라서, 용융 금속은 큰 덩어리를 남기지 않고, 효율적으로 미립화되는 동시에 107K/s를 크게 상회하는 속도로 급속히 냉각되어 비정질화된다.Therefore, when the vapor film is broken by the dispersed particles, the pressure waves generated thereafter reach other particles and cause boiling by spontaneous nucleation. And since the specific surface area of the molten metal becomes larger and the cooling becomes faster, it takes positive feedback, which further increases evaporation from the refrigerant, which also creates a pressure wave, thereby facilitating atomization and rapidly cooling. . Therefore, the molten metal is efficiently atomized without leaving a large mass, and is rapidly cooled and amorphous at a rate exceeding 10 7 K / s significantly.

여기에서, 용융 금속(1)은 수㎚의 자발 핵생성 기포로부터 발생하는 압력파를 이용하여 미립화되는 동시에 비등에 의해 급속히 냉각되기 때문에, 용이하게 서브㎛ 오더로부터 10O㎛ 오더까지의 크기의 미립자로서 제조할 수 있다. 또한, 종래의 비정질 금속 제조 방법 및 장치에서는 실현 곤란했던 수㎛, 특히 3㎛정도의 종래 방법에서는 얻어지지 않았던 크기의 미립자 제조를 실현할 수 있다. 그리고, 이 미립화는 전체가 동시에 미립화됨으로써 큰 덩어리가 남지 않기 때문에, 성공률이 양호하다. 또한, 입경 분포가 집중되기 때문에, 바람직한 직경의 미립자가 대량으로 얻어진다. 그리고, 이 경우, 단위 질량당의 미립화 효율(미립화 비율)을 양호하게 할 수 있다. 또한, 미립화가 진행되면 비표면적이 커져서 냉각 속도도 더욱 높아진다.Here, since the molten metal 1 is atomized using a pressure wave generated from a spontaneous nucleation bubble of several nm and is rapidly cooled by boiling, it is easily available as fine particles having a size from a subm order to 100 m order. It can manufacture. In addition, it is possible to realize the production of fine particles having a size not obtained in the conventional method of several μm, particularly about 3 μm, which was difficult to realize in the conventional amorphous metal production method and apparatus. And since this atomization does not leave a big lump by atomizing the whole simultaneously, the success rate is favorable. In addition, since particle size distribution is concentrated, fine particles of a preferable diameter are obtained in large quantities. And in this case, the atomization efficiency (particulation ratio) per unit mass can be made favorable. In addition, as the atomization progresses, the specific surface area increases, and the cooling rate is further increased.

또한, 본 제조 장치는 용융 금속을 혼합 노즐(2) 내의 선회 낙하되는 냉매 중에 자유 낙하, 예를 들면 적하시키는 것만으로 미립화되고, 또한 비정질화될수록 급속히 냉각되기 때문에, 용융 금속 방출 노즐에 의해 미립화하는 가스 분무법 등과 같이, 노즐에 부담을 끼치지 않고, 장치가 내구성이 우수한 것으로 되어, 장기적인 운전이 가능하다. 또한, 장치의 구조가 단순하기 때문에, 장치의 제조 비용을 저렴하게 억제할 수 있다.In addition, the present manufacturing apparatus atomizes the molten metal only by freely dropping, for example, dropping the molten metal into the refrigerant falling in the mixing nozzle 2, and rapidly cools as it becomes amorphous. Like the gas spraying method, the apparatus is excellent in durability without burdening the nozzle, and long-term operation is possible. In addition, since the structure of the device is simple, the manufacturing cost of the device can be reduced at a low cost.

또한, 비정질화된 금속 미립자와 냉매(4)는 혼합 노즐(2) 내를 선회하면서 낙하되고, 냉매(4)는 제1단 필터(5a)와 제2단 필터(5b)를 통과하여 탱크(13) 내로 되돌아 온다. 그리고, 비정질 금속 미립자는 제1단 필터(5a) 또는 제2단 필터(5b)에 포착된다.In addition, the amorphous metal fine particles and the refrigerant 4 fall while turning inside the mixing nozzle 2, and the refrigerant 4 passes through the first stage filter 5a and the second stage filter 5b and passes through the tank ( 13) Come back inside The amorphous metal fine particles are captured by the first stage filter 5a or the second stage filter 5b.

본 발명자들의 실험에 의하면, 1500℃ 정도의 용융 금속(Al89-Si11합금)을직경 8mm 정도의 액적으로서 냉매 100ml를 유속 1m/s 정도로 선회시키는 혼합 노즐(2) 내에 연속적으로 적하함으로써, 용융 금속을 미립화하면서 107K/s를 크게 상회하는 속도로 급속히 냉각하여 고체화시켰다.According to the experiments of the inventors, the molten metal (Al 89 -Si 11 alloy) of about 1500 DEG C is melted by continuously dropping 100 ml of refrigerant into the mixing nozzle 2 which turns 100 ml of the refrigerant at a flow rate of about 1 m / s as droplets of about 8 mm in diameter. The metal was solidified by rapid cooling at a rate significantly above 10 7 K / s while atomizing the metal.

또한, 전술한 실시예에서는, 혼합 노즐(2)에 의해 구성된 냉각부를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 냉각부(2)는 자유 공간에 방출되는 냉매의 흐름에 의해 구성되는 것도 있다. 예를 들면, 도시하지 않고 있지만, 도가니(7)의 출탕구(7a) 주위에 냉매를 유출시키는 노즐을 나란히 연직 방향 하향으로 배치하고, 용융 금속과 냉매를 동일 방향으로 흘러내리도록 해도 된다. 이 경우에, 용융 금속과 냉매와의 속도차가 거의 없어, 증기막이 붕괴될 정도의 전단력도 받지 않기 때문에, 증기막의 자발적 붕괴가 균일하게 일어나, 미립화의 효율이 양호하다.In addition, in the above-mentioned embodiment, although the cooling part comprised by the mixing nozzle 2 was mentioned as the example, it is not limited to this. For example, the cooling part 2 may be comprised by the flow of the refrigerant | coolant discharged to a free space. For example, although not shown in the figure, nozzles for allowing the refrigerant to flow out around the tap opening 7a of the crucible 7 may be arranged side by side in the vertical direction downward to flow the molten metal and the refrigerant in the same direction. In this case, since there is almost no speed difference between the molten metal and the refrigerant, and no shear force is required to collapse the vapor film, spontaneous collapse of the vapor film occurs uniformly, and the efficiency of atomization is good.

또한, 도 5에 나타내는 것과 같이, 냉매(4)를 경사 위로 향해(또는 도시하고 있지 않지만, 수평 방향으로 향해) 방출시키는 노즐(32)을 설치하고, 노즐(32)로부터 방출되는 냉매(4)가 중력의 작용으로 하향으로 흐름 방향을 바꾸는 영역(31) 부분에 용융 금속(1)을 적하시켜 공급하도록 해도 된다. 냉매(4)를 일단 상향으로 방출함으로써 노즐(32)의 근방에 하향 흐름 영역(31f)을 형성할 수 있다. 이 경우, 용융 금속(1)의 공급방향 A에 대하여 냉매(4)의 흐름(31)의 대략 연직 방향의 하향 흐름 영역(31f)은 함께 연직 방향이기 때문에, 적하된 용융 금속(1)은 그 흐르는 방향을 거의 바꾸지 않고 냉매(4) 중에 공급되어, 용융 금속(1)이 냉매(4)의흐름으로부터 받는 전단력을 작게 억제할 수 있다. 또, 합류하는 용융 금속(1)의 낙하 속도와 냉매(4)의 유속을 일치시킴으로써, 용융 금속(1)이 냉매(4)의 흐름(31)으로부터 받는 전단력을 더욱 억제할 수 있다. 즉, 용융 금속(1)을 냉매(4)의 흐름(3l) 중에 공급하면 용융 금속(1)과 냉매(4) 사이에 증기막이 발생하지만, 이 증기막을 냉매(4)의 흐름(31)에 의해 생기는 전단력으로 부수는 것이 아니라, 증기막의 응축에 의해 증기막 전체를 단숨에 부실 수 있어, 자발 핵생성에 의한 비등을 국한시키지 않고 전체적으로 일으킬 수 있다. 이 경우, 노즐(32)로부터 유출되는 냉매(4)의 유속을 예를 들면 50cm/s 이하, 보다 바람직하게는 20cm/s 정도로 함으로써, 냉매(4)와 용융 금속(1)을 속도차가 거의 없는 상태를 실현할 수 있어, 냉매(4)가 자발 핵생성에 의한 비등을 일으키기 쉽게 된다. 냉매의 방출 속도는 될 수 있는 한 느린 쪽이 바람직하지만, 20cm/s 정도보다도 저속이면, 노즐로부터 늘어지게 되어 정리된 도 5에 도시한 바와 같은 흐름을 형성할 수 없다. 용융 금속의 공급 방향에 대하여 옆쪽으로부터 냉매를 방출함으로써, 용융 금속의 액적이 분출되는 방향(낙하되는 방향)으로 거의 동일 방향의 하향 흐름 영역(31f)을 냉매의 흐름(31)에 형성하는 이른바 평행 분류 체계를 구성하는 데에는, 도 5의 노즐(32)과같이 약간 상향으로 배치하지 않아도, 수평 또는 약간 하향으로 배치해도 실시 가능하다. 이 경우에는, 보다 저속으로 냉매를 방출할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 5, a nozzle 32 for discharging the coolant 4 upward (or toward the horizontal direction although not shown) is provided, and the coolant 4 discharged from the nozzle 32 is provided. The molten metal 1 may be dropped and supplied to the region 31 where the flow direction is changed downward by the action of the gravity. By releasing the refrigerant 4 upwardly, the downward flow region 31f can be formed in the vicinity of the nozzle 32. In this case, since the downward flow region 31f in the substantially vertical direction of the flow 31 of the coolant 4 with respect to the supply direction A of the molten metal 1 is also in the vertical direction, the molten metal 1 dropped is It is supplied into the coolant 4 with almost no change in the flow direction, and the shear force received by the molten metal 1 from the flow of the coolant 4 can be suppressed small. In addition, by matching the falling speed of the molten metal 1 joining with the flow velocity of the coolant 4, the shear force which the molten metal 1 receives from the flow 31 of the coolant 4 can be further suppressed. That is, when the molten metal 1 is supplied into the flow 3l of the coolant 4, a vapor film is generated between the molten metal 1 and the coolant 4, but the vapor film is transferred to the flow 31 of the coolant 4. Rather than being broken by the shearing force produced by the condensation, the entire vapor film can be broken at once by condensation of the vapor film, and can be generated as a whole without limiting boiling due to spontaneous nucleation. In this case, the flow rate of the refrigerant 4 flowing out of the nozzle 32 is, for example, about 50 cm / s or less, more preferably about 20 cm / s, so that the refrigerant 4 and the molten metal 1 have almost no speed difference. The state can be realized, and the refrigerant 4 is likely to cause boiling by spontaneous nucleation. The release rate of the coolant is preferably as slow as possible, but if it is lower than about 20 cm / s, the flow as shown in FIG. By releasing the refrigerant from the side with respect to the supply direction of the molten metal, so-called parallel to form the downward flow region 31f in the flow 31 of the refrigerant in substantially the same direction in the direction in which the droplets of the molten metal are ejected (falling direction). In order to form the classification system, even if it does not arrange | position slightly upward like the nozzle 32 of FIG. 5, even if it arrange | positions horizontally or slightly downward, it can implement. In this case, the coolant can be released at a lower speed.

또, 공급하는 용융 금속(1)의 액적이나 제트의 크기에 대하여, 냉매(4)의 흐름(31) 중에서도 하향 흐름 영역(31f)의 흐름(31) 크기를 예를 들면 2∼5배의 크기로 하는 것이 바람직하다. 냉매(4)의 하향 흐름 영역(31f)의 흐름(31) 크기를 용융 금속(1)의 액적이나 제트 크기의 2배 이상의 크기로 하는 것은, 이 정도의 값으로 함으로써 냉매(4) 중의 용융 금속(1)의 주위에 자발 핵생성에 의한 비등을 발생시키는 데 충분한 양의 냉매(4)를 확보할 수 있기 때문이다. 또, 냉매(4)의 흐름(31)의 크기를 용융 금속(1)의 액적이나 제트 크기의 5배 이하의 크기로 하는 것은, 이것 보다도 크게 하면 용융 금속(1)에 작용하는 전단력이 커지기 때문이다. 즉, 도 6에 실선으로 나타낸 바와 같이, 냉매(4)의 흐름(31)이 가늘면 용융 금속(1)이 흐름(31)에 유입될 때까지 가로 지르는 흐름(37)은 그다지 많지 않지만, 도 6에 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 냉매(4)의 흐름(31')이 커지면, 용융 금속(1)이 흐름(31')에 합류될 때까지 가로 지르는 흐름(37')이 많아져, 보다 많은 전단력을 받게 되기 때문이다. 즉, 냉매(4)의 흐름(31) 크기를 전술한 범위의 값으로 함으로써 용융 금속(1)의 주위에 충분한 양의 냉매(4)를 확보하면서, 냉매(4)의 흐름(31)으로부터 받는 전단력을 억제할 수 있다. 또, 반드시 노즐(32)을 경사 상방으로 향해 설치할 필요는 없고, 예를 들면 수평이나 경사 하방으로 향해 노즐(32)을 설치해도 된다.Also, the size of the flow 31 of the downward flow region 31f is, for example, 2 to 5 times larger than the size of the droplets or jets of the molten metal 1 to be supplied. It is preferable to set it as. The size of the flow 31 in the downward flow region 31f of the coolant 4 is twice the size of the droplet or jet size of the molten metal 1, so that the molten metal in the coolant 4 is set at this value. This is because the refrigerant 4 in an amount sufficient to generate boiling due to spontaneous nucleation can be secured around (1). In addition, the size of the flow 31 of the coolant 4 is 5 times or less the size of the droplets or jets of the molten metal 1 because the shear force acting on the molten metal 1 becomes larger than this. to be. That is, as shown by the solid line in FIG. 6, when the flow 31 of the coolant 4 is thin, the flow 37 that traverses until the molten metal 1 flows into the flow 31 is not much, but FIG. 6. As indicated by the dashed-dotted line in FIG. 2, when the flow 31 ′ of the refrigerant 4 becomes large, the flow 37 ′ that crosses until the molten metal 1 joins the flow 31 ′ increases, and more Because you will receive a lot of shear. That is, by setting the size of the flow 31 of the coolant 4 in the above-described range, the coolant 4 receives from the flow 31 of the coolant 4 while ensuring a sufficient amount of the coolant 4 around the molten metal 1. Shear force can be suppressed. Moreover, it is not necessary to necessarily install the nozzle 32 toward inclination upper direction, For example, you may provide the nozzle 32 toward horizontal or inclination downward.

또, 도 7에 나타낸 것과 같이, 만곡된 가이드(33) 상에 냉매(4)를 흐르게 함으로써 하향으로부터 수평 방향으로 방향이 변화되는 냉매(4)의 흐름(31)을 형성하고, 이 흐름(31)에 재료 공급 수단(3)으로부터 용융 금속(1)을 공급하도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 냉매(4)의 사용량이 소량으로 충분하고, 또한 용융 금속(1)의 주위에 충분한 양의 냉매(4)를 확보할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 7, by flowing the coolant 4 on the curved guide 33, a flow 31 of the coolant 4 that changes in direction from a downward direction to a horizontal direction is formed. ) May be supplied to the molten metal 1 from the material supply means 3. In this way, the amount of the refrigerant 4 used in a small amount is sufficient, and a sufficient amount of the refrigerant 4 can be ensured around the molten metal 1.

또, 도 8에 나타내는 것과 같이, 냉매(4)를 분출시키는 노즐(32)을 상향으로설치하고, 이 노즐(32)의 바로 위로부터 용융 금속(1)을 공급하도록 해도 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 용융 금속(1)을 냉각하는 냉각부(2)가 단순하고 콤팩트한 것이 된다. 이 때문에, 작은 공간에 많은 노즐(32)을 나란히 설치할 수 있어, 대량 생산에 적합한 장치를 제공할 수 있다. 즉, 보다 적은 설비 투자로 금속 미립자를 대량 생산할 수 있다.8, the nozzle 32 which blows out the coolant 4 may be provided upward, and the molten metal 1 may be supplied from directly above this nozzle 32. As shown in FIG. By setting it as such a structure, the cooling part 2 which cools the molten metal 1 becomes simple and compact. For this reason, many nozzles 32 can be installed side by side in a small space, and the apparatus suitable for mass production can be provided. In other words, it is possible to mass-produce metal fine particles with less equipment investment.

또, 도 9에 나타내는 것과 같이, 용융 금속(1)의 낙하점으로 향해 냉매(4)를 분사하는 노즐(32)을 이 낙하점을 둘러싸도록 복수 설치할 수도 있다. 도 9에서는, 4개의 노즐(32)을 원주 방향으로 90˚간격으로 설치하고 있다. 4개의 노즐(32)로부터 동일 유속 또한 동일 유량의 냉매(4)를 분사시켜 부딪침으로써 냉매(4)의 흐름(3l)이 상쇄되어, 냉각부(2)에 냉매(4)가 모이도록 형성할 수 있다. 즉, 용융 금속(1)의 낙하점으로 향해 4개의 노즐(32)로부터 냉매(4)를 분사시킴으로써, 공급된 용융 금속(1)의 주위에 자발 핵생성에 의한 비등을 일으키는 데 충분한 양의 냉매(4)가 모이도록 할 수 있어, 금속 미립자의 비정질화를 양호한 것으로 하는 동시에 미립자 수율이 향상된다. 즉, 소정의 입경 이하의 미립자의 비율을 크게 할 수 있어, 미립자 제조의 성공률이 향상된다. 또, 4개의 노즐(32)로부터 예를 들면 50cm/s의 유속으로 냉매(4)를 분사함으로써, 자발 핵생성에 의한 비등을 일으키는 데 적합한 냉매(4)가 모이도록 할 수 있다.As shown in FIG. 9, a plurality of nozzles 32 for injecting the coolant 4 toward the falling point of the molten metal 1 may be provided so as to surround the falling point. In FIG. 9, four nozzles 32 are provided at intervals of 90 ° in the circumferential direction. By jetting and hitting the coolant 4 of the same flow rate and the same flow rate from the four nozzles 32, the flow 3l of the coolant 4 is canceled, and the coolant 4 is formed to collect in the cooling unit 2. Can be. That is, by injecting the coolant 4 from the four nozzles 32 toward the falling point of the molten metal 1, the amount of the coolant sufficient to cause boiling by spontaneous nucleation around the supplied molten metal 1 (4) can be gathered, making amorphous of a metal fine particle favorable, and a microparticle yield improves. That is, the ratio of microparticles | fine-particles below a predetermined particle diameter can be enlarged, and the success rate of microparticle manufacture is improved. Further, by injecting the coolant 4 from the four nozzles 32 at a flow rate of, for example, 50 cm / s, the coolant 4 suitable for causing boiling by spontaneous nucleation can be collected.

또, 도 10에 나타내는 것과 같이, 냉매(4)가 포트(34)로부터 유입되고 포트(35)로부터 유출되는 풀(36) 내에 용융 금속(1)을 공급하도록 해도 된다. 이 경우, 풀(36)의 주벽을 어느 정도의 높이로 형성해 둠으로써, 제조된 금속 미립자는 풀(36) 내에 모두 회수된다. 이 때문에, 비정질 금속 미립자의 회수가 용이하게 된다.In addition, as shown in FIG. 10, the molten metal 1 may be supplied into the pool 36 that flows in from the port 34 and flows out of the port 35. In this case, by forming the circumferential wall of the pool 36 to a certain height, all of the produced metal fine particles are recovered in the pool 36. For this reason, recovery of amorphous metal fine particles becomes easy.

여기에서, 냉매와 용융 금속의 혼합 체계의 차이가 미립화에 미치는 영향을 도 11에 따라, 및 용융 금속 온도의 차이가 미립화에 미치는 영향을 도 12에 따라 설명한다.Here, the influence of the difference in the mixing system of the refrigerant and the molten metal on the atomization will be described according to FIG. 11 and the effect of the difference in the molten metal temperature on the atomization according to FIG. 12.

도 11에, 냉매와 용융 금속의 3종류의 상이한 접촉 모드에 대한 용융 금속(주석)의 입경 분포를 나타낸다. 냉매로서 물을 이용하며, 그 물의 공급 방법은 도 5에 나타낸 평행 분류, 즉 용융 금속(1)의 공급 방향과 거의 일치되는 방향의 냉매(4)의 흐름(31)(본 명세서에서는 평행 분류라고 함)에 용융 금속(1)을 공급하는 방법(부호 A), 도 8에 나타낸 충돌 분류, 즉 바로 위에서 낙하하는 용융 금속(1)에 대하여 상향으로 분출시키는(본 명세서에서는 충돌 분류라고 함) 냉매(4)의 흐름(31)에 용융 금속을 공급하는 방법(부호 B), 도 10에 나타낸 풀 체계, 즉 내부 직경 155mm의 연직관에 물을 채운 풀(36)에 용융 금속(1)을 공급하는 방법(부호 C)이다. 용융 금속(1)을 적하하는 노즐과 냉매(4)의 액면과의 거리는 모두 30mm으로 했다. 또, 냉매(4)의 서브 쿨도(도 10의 방법에서는 초기 서브 쿨도)는 85K로 했다. 또한, 용융 금속(주석)(1)의 초기 온도는 700℃, 액적 직경은 3.2mm로 했다.11 shows particle size distribution of molten metal (tin) for three different contact modes of a refrigerant and molten metal. Water is used as the refrigerant, and the method of supplying the water is the flow of the refrigerant 31 in the direction parallel to that of the parallel flow shown in FIG. 5, that is, the supply direction of the molten metal 1 (31). Method of supplying the molten metal 1 to the collision fraction shown in FIG. 8, that is, the refrigerant ejected upwardly (hereinafter referred to as collision fraction) for the molten metal 1 falling directly above. Method of supplying molten metal to stream 31 of (4) (symbol B), molten metal 1 is supplied to the pool system shown in FIG. 10, that is, pool 36 filled with water in a vertical pipe having an inner diameter of 155 mm. Method (symbol C). The distance between the nozzle which dripped the molten metal 1, and the liquid level of the refrigerant | coolant 4 was 30 mm. In addition, the subcooling degree (initial subcooling degree in the method of FIG. 10) of the refrigerant | coolant 4 was 85K. In addition, the initial temperature of the molten metal (tin) 1 was 700 degreeC, and the droplet diameter was 3.2 mm.

도 11로부터 , 평형 분류에 용융 금속 l의 액적을 접촉시킨 경우(부호 A의 경우)에 용융 금속(1)의 미립화가 가장 촉진되며, 이어서 풀(36) 내에 용융 금속(1)의 액적을 적하하는 방법(부호 C의 경우), 충돌 분류에 용융 금속(1)의 액적을 접촉시키는 방법(부호 B의 경우)의 순으로 미립화 효율이 양호한 것을 알았다. 평형 분류를 이용하는 방법이 가장 미립화 효율이 양호한 것은 아래와 같이 고려된다. 즉, 평형 분류에 용융 금속(1)을 공급하는 경우에는, 용융 금속(1)을 그 흐르는 방향을 그다지 바꾸지 않고 냉매(4)의 흐름(31)에 합류시킬 수 있다. 따라서, 용융 금속(1)이 냉매(4)의 흐름(31)으로부터 받는 전단력을 가장 작게 억제할 수 있다. 이에 따라, 자발 핵생성에 의한 비등이 가장 발생하기 쉽게 또한 안정되게 성장하여, 용융 금속(1)의 액적의 대부분을 증기 폭발에 관여시킬 수 있기 때문이라고 생각된다. 또, 풀(36) 내에 용융 금속(1)의 액적을 낙하시키는 방법의 경우에는, 후속의 액적이 접촉하는 냉매(4)의 실질적인 서브쿨도가 저하되기 때문에, 용융 금속(1)의 미립화가 그다지 촉진되지 않았다고 생각된다. 한편, 충돌 분류에 용융 금속(1)의 액적을 접촉시키는 방법에 대해서는 충돌면이 되는 액적 하부가 증기 폭발에 의해 미립화되지만, 그 이외의 부위에서는 보통의 핵 비등 또는 대류 냉각으로 되어 비정질화되기 어려운 것이 관찰에 의해 판명되었다.From FIG. 11, when the droplet of molten metal l is brought into contact with the equilibrium fractionation (in the case of symbol A), atomization of the molten metal 1 is most promoted, and then the droplet of molten metal 1 is dropped in the pool 36. It was found that the atomization efficiency was good in the order of the method (in the case of reference C) and the method of contacting the droplet of the molten metal 1 with the collision classification (in the case of the reference B). It is considered as follows that the method using the equilibrium classification has the best atomization efficiency. In other words, when the molten metal 1 is supplied to the equilibrium fractionation, the molten metal 1 can be joined to the flow 31 of the coolant 4 without changing the flowing direction thereof. Therefore, the shear force which the molten metal 1 receives from the flow 31 of the refrigerant | coolant 4 can be suppressed the smallest. Thus, it is considered that boiling due to spontaneous nucleation is most likely to occur and grow stably, and most of the droplets of the molten metal 1 can be involved in the vapor explosion. In the case of dropping the droplets of the molten metal 1 into the pool 36, since the substantial subcooling degree of the refrigerant 4 in contact with the subsequent droplets decreases, atomization of the molten metal 1 is performed. I don't think it was promoted. On the other hand, in the method of bringing the droplet of molten metal 1 into contact with the jetting fraction, the lower part of the droplet serving as the collision surface is atomized by vapor explosion, but in other parts, it is difficult to be amorphous by normal nuclear boiling or convective cooling. Was found by observation.

도 12에, 미립화 효율이 가장 양호한 평행 분류 체계로 냉매와 용융 주석 액적을 접촉시켜 얻어지는 입경 분포를 용융 주석 온도마다 나타낸다. 초기 용융 주석 온도의 상승에 따라, 미립화가 촉진되고 있다. 이것은 직접 접촉 시의 응고점까지의 엔탈피 차이가 클수록 증기 폭발 발생 압력이 높아지고, 및 점성(粘性) 계수가 작아지기 때문이라고 생각된다. 그러나, 온도의 상승에 따라, 이들이 미립화에 끼치는 영향은 작아진다. 또, 어느 온도 이상이 되면 증기막이 자발적으로 붕괴되지 않게 되는 등의 원인으로 증기 폭발이 발생하지 않으므로, 미립화에는 최적온도가 존재한다고 생각된다.In FIG. 12, the particle size distribution obtained by contacting a refrigerant | coolant and molten tin droplet in the parallel sorting system with the best atomization efficiency is shown for every molten tin temperature. As the initial molten tin temperature rises, atomization is promoted. This is considered to be because the larger the enthalpy difference to the solidification point during direct contact, the higher the steam explosion generation pressure and the smaller the viscosity coefficient. However, as the temperature rises, the effect of these on atomization becomes small. In addition, since the steam explosion does not occur due to the spontaneous collapse of the vapor film at a certain temperature or higher, it is considered that the optimum temperature exists in the atomization.

이들 결과로부터, 미립화에 최적의 초기 온도가 존재하는 것, 냉매와의 상대 속도가 작은 접촉 모드에서는 액적 전체가 증기 폭발에 관여함으로써 미립화가 가장 촉진되는 것이 명백해졌다.From these results, it became clear that the optimum initial temperature exists for atomization, and that the atomization is most promoted by the entire droplet being involved in the vapor explosion in the contact mode where the relative velocity with the refrigerant is small.

또, 비정질로 되지 않는 물질(Al89-Si11합금)을 사용하여, 본 발명의 비정질 금속 제조 방법을 실시하고, 수지상 결정(dendrite) 관찰에 의해 냉각 속도를 이하와 같이 확인했다. 여기에서, 이 용융 금속의 초기 온도는 약 1000℃, 액적 직경은 6mm이며, 150mm 연직 하방의 수용액면에 충돌시킨다. 초기 서브 냉각 온도는 85K로 했다. 알루미늄과 물과의 조합에서는 자발적증기 폭발을 발생시키지 않는 것이 알려져 있다. 본 발명에서는 증기 폭발 촉진제로서 25wt% 염화 칼슘 수용액을 사용함으로써, Al-Si를 증기 폭발시켜 분말을 얻었다.In addition, by using a material that is not in an amorphous (-Si 89 Al 11 alloy), an amorphous metal exemplary production process of the invention, and dendritic crystals (dendrite) it was confirmed as follows for the cooling rate by the observations. Here, the initial temperature of this molten metal is about 1000 degreeC, the droplet diameter is 6 mm, and it makes it collide with the aqueous solution surface of 150 mm vertically downward. Initial subcooling temperature was 85K. It is known that the combination of aluminum and water does not cause spontaneous vapor explosion. In the present invention, Al-Si is vapor-exploded to obtain a powder by using a 25 wt% aqueous calcium chloride solution as a vapor explosion accelerator.

냉각 속도를 측정하기 위해, 증기 폭발에 의해 미립화한 Al-Si 분말을 연마하여, 왕수로 에칭하고, 금속 현미경으로 수지상 결정를 관찰했다. 그 일례로서, 비교적 큰 분말(입경 1mm) 중심부의 평균 수지상 결정의 암(dendrite-arm) 간격은 0.83μm였다. Al89-Si11에 대한 상관식에 따르면, 냉각 속도는 2.0×105K/s였다고 추정된다. 또 냉각 속도가 높다고 생각되는 수㎛의 분말에 대해서도 관찰했지만, 수지상 결정의 암 간격이 짧기 때문에, 금속 현미경으로는 의미 있는 계측이 불가능했다.In order to measure the cooling rate, Al-Si powder atomized by vapor explosion was polished, etched with aqua regia, and dendritic crystals were observed with a metal microscope. As an example, the average dendrite-arm spacing of the average dendritic crystal at the center of a relatively large powder (particle diameter of 1 mm) was 0.83 µm. According to the correlation for Al 89 -Si 11 , the cooling rate is estimated to be 2.0 x 10 5 K / s. Moreover, although the observation of the powder of several micrometers considered to be high cooling rate was observed, since the dark space | interval of dendritic crystal | crystallization was short, meaningful measurement was impossible with a metal microscope.

도 13에 본 발명 방법 및 장치에 의해 달성되는 냉각 속도를 실험하여 결과를 나타낸다. 또, 도면 중에서는, 일반적인 냉각 방식으로서 가스 분무법, 현재 최고의 냉각 속도를 가지는 SWAP법과 비교하고 있다. SWAP법은 대류 냉각을 이용하고 있으며, 당연하지만 본 방식이 가장 높은 냉각 속도를 가지고 있는 것이 된다.In Fig. 13, the cooling rate achieved by the present method and apparatus is tested and the results are shown. In addition, in the figure, it compares with the gas spray method and the SWAP method which has the highest cooling rate now as a general cooling system. The SWAP method uses convective cooling and, of course, the present method has the highest cooling rate.

실험 조건:Experimental condition:

용융 금속: Al89-Si11 Molten Metals: Al 89 -Si 11

냉매: 20w% 염화 칼슘 수용액Refrigerant: 20w% calcium chloride aqueous solution

용융 금속 온도: 1500℃Molten Metal Temperature: 1500 ℃

냉매 온도: 20℃Refrigerant Temperature: 20 ℃

혼합 체계: 용융 금속을 염주 상 수용액 풀에 주입하는 체계Mixing system: System for injecting molten metal into the aqueous solution of beads

용융 금속 액적 직경: 8mmMolten Metal Droplet Diameter: 8mm

냉각 속도 추정법: 수지상 결정의 암 간격Cooling Rate Estimation: Darkness of Dendritic Crystals

이 도 13의 실험 결과는 본 발명 방법에 의하면, 종래 최고 속도를 가지고 있다고 되어 있던 swap법보다도 1 자리수 이상 높은 냉각 속도가 얻어진 것을 나타내고 있어, 종래에는 비정질화할 수 없었던 재료라도 비정질화가 가능하게 되는 것을 시사하고 있다.According to the experimental results of FIG. 13, the present invention shows that a cooling rate of one order or more higher than that of the swap method, which is said to have the highest speed in the past, is obtained, and that the material can be amorphous even if it has not been previously amorphous. Suggests.

이상의 비정질 금속 제조 방법 및 장치에 의하면, 자발 핵생성에 의한 비등열 전달을 이용하여 용융 금속(1)을 냉각함으로써, 종래의 방법과 비교하여 냉각 속도를 매우 크게 할 수 있다. 이 때문에, 비정질화에 필요한 냉각 속도가 크기때문에 종래의 방법에서는 제조할 수 없었던 재질의 비정질화가 가능하게 된다. 또, 비정질화에 필요한 냉각 속도가 크기 때문에, 종래, 비정질화 시키기 위해서는 결정핵 생성을 억제하는 첨가제를 가하는 것이 필요했던 재질에 대하여, 첨가제의 양을 감소시키거나, 또는 첨가하지 않아도 양호하게 비정질화할 수 있다. 보통, 이 첨가 물질은 고가의 희토류인 것이 많아, 고가의 희토류 사용을 억제할 수 있기 때문에 제조 비용 절감에 크게 기여한다. 또, 용융 금속(1)이 알루미늄 합금 등인 경우에는, 첨가제의 양을 감소함으로써 비정질화시킨 경우의 밀도를 작게 할 수 있다.According to the above-described amorphous metal production method and apparatus, by cooling the molten metal 1 using boiling heat transfer by spontaneous nucleation, the cooling rate can be made very large as compared with the conventional method. For this reason, since the cooling rate required for amorphousization is large, it becomes possible to amorphousize the material which cannot be manufactured by the conventional method. In addition, since the cooling rate required for amorphization is large, it is possible to reduce the amount of the additive to a material which had previously required to add an additive that suppresses crystal nucleation in order to be amorphous. Can be. Usually, these additives are expensive rare earths, and since the use of expensive rare earths can be suppressed, it contributes greatly to manufacturing cost reduction. Moreover, when the molten metal 1 is an aluminum alloy etc., the density at the time of making it amorphous can be made small by reducing the quantity of an additive.

또, 제조되는 비정질 금속은 서브미크론∼10O㎛ 오더의 미립자로서 얻어지기 때문에, 기계적 합금화나 압출 형성, 분말 압착시킴으로써, 비정질 벌크 재료를 얻을 수 있다. 예를 들면, 비정질 금속에 의해 변압기의 철심을 만들 수 있다. 종래부터, 변압기의 철심은 비정질 금속으로 함으로써 무부하(無負荷) 손해를 현저하게 감소시켜 에너지 절약 효과를 향상시킬 수 있는 것이 알려져 있다. 그러나, 비정질 금속을 변압기의 철심으로서 사용하기 위해서는, 판두께가 50∼100㎛, 판폭이 150mm 이상의 비정질 박판이 필요하며, 이것을 균질이고, 대량으로 생산할 수 있는 제조 기술의 개발이 요구되고 있다. 종래에는 액체 급냉법으로 제조된 매우 얇은 테이프 형상의 비정질 금속을 거듭 접착함으로써 전술한 비정질 박판을 제조하여 변압기의 철심으로서 사용하고 있다. 이 때문에, 철심의 제조 비용이 매우 높아진다. 그러나, 본 발명에 의해 미립자 형상의 비정질 금속을 생성하고, 이것을 원재료로서 분말 성형에 의해 박판을 제조함으로써, 저가로 비정질의 박판을 제조하는것이 가능하게 되어, 변압기의 제조 비용을 낮출 수 있다.In addition, since the amorphous metal to be produced is obtained as fine particles of submicron to 100 탆 order, an amorphous bulk material can be obtained by mechanical alloying, extrusion forming, and powder compaction. For example, the iron core of the transformer can be made of amorphous metal. Background Art Conventionally, it has been known that the iron core of a transformer can be made amorphous metal to significantly reduce no-load damage, thereby improving the energy saving effect. However, in order to use an amorphous metal as the iron core of a transformer, an amorphous thin plate having a sheet thickness of 50 to 100 µm and a plate width of 150 mm or more is required, and development of a manufacturing technique capable of producing a homogeneous and mass production is required. Conventionally, the above-mentioned amorphous thin plate is manufactured by repeatedly bonding a very thin tape-shaped amorphous metal produced by the liquid quenching method, and used as an iron core of a transformer. For this reason, the manufacturing cost of an iron core becomes very high. However, by producing the amorphous metal in the form of fine particles and producing the thin plate by powder molding as a raw material according to the present invention, it becomes possible to manufacture the amorphous thin plate at low cost, thereby lowering the manufacturing cost of the transformer.

또한, 이와 같이 하여 얻은 비정질 벌크 재료를 융점 근방까지 가열하여 결정화시킴으로써, 결정 입경이 작기 때문에 고강도인 다결정체(나노 결정 재료)를 얻을 수 있다.In addition, the amorphous bulk material thus obtained is heated to crystallization near the melting point, whereby a high-strength polycrystal (nanocrystalline material) can be obtained because the crystal grain size is small.

그리고, 전술한 형태는 본 발명의 바람직한 형태의 일례이기는 하지만 이것에 한정되지 않고 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형 실시가 가능하다. 예를 들면, 전술한 설명에서는 산화 방지 수단(14)으로서 케이싱(15) 내를 불활성 가스 분위기로 하고 있었지만, 불활성 가스 분위기로 하는 것에 대신하여, 수소나 일산화 탄소 등의 환원 가스 분위기로 하거나, 또는 케이싱(15) 내를 감압하여 산소 농도가 낮은 진공 상태로 하도록 해도 된다. 또, 케이싱(15) 내를 감압함으로써 자발 핵생성에 의한 비등을 소규모로 강하게 할 수 있어, 금속 액적(1)을 보다 미립화하기 쉽게 된다. 또, 장치 전체를 불활성 가스 분위기나 환원 가스 분위기 중에 설치하거나, 감압한 케이싱 내에 설치해도 된다.In addition, although the form mentioned above is an example of the preferable aspect of this invention, various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention, without being limited to this. For example, in the above description, the inside of the casing 15 is set as an inert gas atmosphere as the anti-oxidation means 14, but instead of being made into an inert gas atmosphere, a reducing gas atmosphere such as hydrogen or carbon monoxide is used, or The inside of the casing 15 may be depressurized to a vacuum state having a low oxygen concentration. In addition, by reducing the pressure inside the casing 15, the boiling by spontaneous nucleation can be made small, and the metal droplet 1 is more easily atomized. Moreover, you may install the whole apparatus in inert gas atmosphere or reducing gas atmosphere, or you may install in the pressure-reduced casing.

또한, 용융 금속(1)을 미리 외력을 가하여 미세화하고 냉매(4) 중에 공급하도록 해도 된다. 예를 들면, 재료 공급 수단(3)과 냉매(4) 사이에 용융 금속(1)을 미세화하는 수단을 설치함으로써, 용융 금속(1)의 입자를 어느 정도 미세하게 한 후에 냉매(4) 중에 공급할 수 있다. 이 경우, 미세화 수단에 의해 용융 금속(1)을 어느 정도 미세하게 한 후 냉매 중에 공급하기 때문에, 비표면적이 커져 증기막의 생성과 냉각이 보다 효율적으로 된다. 그 후, 냉매(4) 중에서 자발 핵생성에 의한 비등을 발생시키고 이 비등으로 발생하는 압력파에 의해 용융 금속(1)을 더욱 미립화할 수 있다. 이 때문에, 냉매(4) 중에서의 용융 금속(1)의 미립화를 더욱 촉진할 수 있는 동시에, 그 냉각 속도를 더욱 향상시킬 수 있다. 용융 금속(1)을 미립화하는 미세화 수단으로는, 예를 들면 이미 미세화 기술로서 확립되어 있는 초음파 조사 기술의 응용이 바람직하고, 도 5에 나타낸 바와 같이 재료 공급 수단(3)과 냉매(4) 사이에 초음파 조사 장치(16)를 설치하여, 재료 공급 수단(3)으로부터 적하되는 용융 금속(1)에 10kHz∼10MHz 정도의 초음파를 조사하도록 해도 된다. 또, 용융 금속(1)이 통과하는 공간에 전기장을 형성하여 용융 금속(1)을 미세화하는 장치의 사용도 가능하다. 그리고, 용융 금속(1)을 미세화하는 것은 재료 공급 수단(3)으로부터 용융 금속(1)이 방출된 직후인 것이 적절하다고 생각된다.Further, the molten metal 1 may be refined by applying an external force in advance and supplied to the coolant 4. For example, by providing a means for miniaturizing the molten metal 1 between the material supply means 3 and the refrigerant 4, the fine particles of the molten metal 1 can be made to a certain degree and then supplied into the refrigerant 4. Can be. In this case, since the molten metal 1 is refined to some extent by the refinement means and then supplied to the refrigerant, the specific surface area is increased, so that the production and cooling of the vapor film becomes more efficient. Thereafter, boiling occurs by spontaneous nucleation in the refrigerant 4, and the molten metal 1 can be further atomized by the pressure wave generated by the boiling. For this reason, the atomization of the molten metal 1 in the refrigerant 4 can be further promoted, and the cooling rate thereof can be further improved. As a refining means for atomizing the molten metal 1, for example, application of an ultrasonic irradiation technique already established as a refining technique is preferable, and as shown in FIG. 5, between the material supply means 3 and the refrigerant 4. Ultrasonic irradiation apparatus 16 may be provided in the apparatus, and ultrasonic waves of about 10 kHz to 10 MHz may be irradiated to the molten metal 1 dropped from the material supply means 3. Moreover, the use of the apparatus which refine | miniaturizes the molten metal 1 by forming an electric field in the space which the molten metal 1 passes is also possible. And it is thought that it is appropriate to refine the molten metal 1 immediately after the molten metal 1 is discharged from the material supply means 3.

또, 전술한 설명에서는, 도가니(7)의 출탕구(7a)로부터 용융 금속(1)을 적하시킴으로써 혼합 노즐(2)에 공급하고 있었지만, 출탕구(7a)로부터 용융 금속(1)을 제트 형상으로 분출시키도록 해도 된다. 이 경우에는, 실 형상으로 가늘고 양이 적은 것이 필요하다.In addition, in the above description, although the molten metal 1 was supplied by dropping the molten metal 1 from the tap opening 7a of the crucible 7, the molten metal 1 was jet-shaped from the tap opening 7a. You may make it blow out. In this case, it is necessary to be thin in shape and small in quantity.

또한, 본 실시예에서는 증기막 붕괴에 대하여 주로 응축에 의한 자발적 붕괴에 대하여 설명했지만, 경우에 따라서는 외적 요인으로 증기막을 부수는 것도 있다. 예를 들면, 냉각부를 구성하는 혼합 노즐(2) 또는 냉매의 흐름에 대하여, 10kHz∼10MHz 정도의 초음파를 조사하는 초음파 조사 장치를 설치하여, 냉매 중의 용융 금속의 액적 주위를 덮는 증기막을 조기에 붕괴하여 보다 고온의 상태로 용융 금속의 액적과 냉매를 직접 접촉시켜 효율이 양호한 자발 핵생성에 의한 비등을 일으키게 하는 것도 가능하다. 융점이 높은 금속의 비정질화에 바람직하다. 이 경우에는, 어느 하나의 방향으로부터 부수는 것이 되므로, 다른 영역 예를 들면 반대측에서는 증기막이 부서지지 않거나, 부서졌다고 해도 효율이 양호하게 자발적인 핵생성이 일어나지 않아, 전체가 미립자되지 않고 남겨지는 부분이 발생하지 않도록, 복수의 방향으로부터 증기막이 부서지도록 배려하는 것이 바람직하다.In addition, in the present embodiment, spontaneous collapse due to condensation has been mainly described for the collapse of the vapor membrane, but in some cases, the vapor membrane may be broken due to external factors. For example, an ultrasonic irradiation device for irradiating ultrasonic waves of about 10 kHz to 10 MHz with respect to the mixing nozzle 2 constituting the cooling unit or the flow of the coolant is provided, and the vapor film covering the droplets around the molten metal in the coolant is collapsed early. It is also possible to directly contact the droplets of the molten metal and the refrigerant at a higher temperature to cause boiling by spontaneous nucleation with good efficiency. It is preferred for amorphous metals with high melting points. In this case, since it is to be broken from one direction, in other areas, for example, the other side, for example, the vapor film does not break or spontaneously generates spontaneous nucleation with good efficiency even if it breaks, so that the whole portion is left without being particulate. In order not to generate | occur | produce, it is preferable to consider that a steam film | membrane breaks in multiple directions.

Claims (17)

용융 금속을 액상의 냉매 중에 공급하고, 자발 핵생성에 의한 비등을 일으켜 그 압력파를 이용하여 상기 용융 금속을 미립화하면서 급속히 냉각하고 비정질화하여, 비정질 금속 미립자로 하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 방법.A molten metal is supplied to a liquid refrigerant, causing boiling by spontaneous nucleation, rapidly cooling and amorphous while atomizing the molten metal using the pressure wave to form amorphous metal fine particles. . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 냉매 중에서 상기 용융 금속을 덮는 안정된 증기막을 형성하고, 상기 증기막을 응축에 의해 붕괴시키는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 방법.A stable vapor film covering the molten metal in the refrigerant is formed, and the vapor film is collapsed by condensation. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 용융 금속을 적하함으로써 상기 냉매 중에 공급하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 방법.And supplying the molten metal to the refrigerant by dropping the molten metal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 용융 금속은 안개 형태으로 상기 냉매에 공급되는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 방법.And the molten metal is supplied to the refrigerant in the form of a mist. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 냉매는 염이 첨가되는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 방법.The refrigerant is a method of producing an amorphous metal, characterized in that the salt is added. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 용융 금속과 상기 냉매는 동일 방향에서 작은 속도차로 공급되어 혼합되는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 방법.And the molten metal and the refrigerant are supplied at a small speed difference in the same direction to be mixed. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 연직 방향으로 낙하되는 영역을 가지는 냉매의 흐름을 형성하고, 상기 냉매 흐름의 상기 낙하 영역에 상기 용융 금속을 자유 낙하에 의해 공급하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 방법.A flow of a coolant having a region falling in the vertical direction is formed, and the molten metal is supplied to the dropping region of the coolant flow by free fall. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 용융 금속이 상기 냉매에 닿기 전에 초음파를 조사(照射)하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 방법.Ultrasonic radiation is irradiated before the molten metal reaches the refrigerant. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 용융 금속의 산화를 방지하면서 상기 냉매 중에 공급하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 방법.A method for producing an amorphous metal, characterized in that the supply to the refrigerant while preventing the oxidation of the molten metal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 냉매와 상기 냉매 중의 상기 용융 금속과의 속도차를 1m/s 이하로 하는것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 방법.And a velocity difference between the refrigerant and the molten metal in the refrigerant is 1 m / s or less. 용융 금속의 공급량을 제어하면서 공급하는 재료 공급 수단과,A material supply means for supplying the molten metal while controlling the supply amount; 상기 용융 금속을 냉각 고체화시키는 데 충분하고 또한 소량의 냉매를 도입하여 상기 재료 공급 수단으로부터 공급되는 소량의 용융 금속과 혼합시켜 자발 핵생성에 의한 비등을 발생시키고, 이에 따라 발생하는 압력파에 의해 상기 용융 금속을 미립화시키면서 급속히 냉각하고 비정질화하여 미립자를 얻는 냉각부와,A small amount of refrigerant is introduced to cool the solidified metal and mixed with a small amount of the molten metal supplied from the material supply means to generate boiling by spontaneous nucleation, and the pressure wave generated thereby A cooling unit which rapidly cools and amorphizes the molten metal to obtain fine particles; 상기 냉매 중에서 상기 비정질 금속 미립자를 회수하는 회수 수단Recovery means for recovering the amorphous metal fine particles from the refrigerant 을 구비하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 장치.An apparatus for producing an amorphous metal, characterized in that it comprises a. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 재료 공급 수단은 상기 용융 금속을 상기 냉매에 적하하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 장치.And the material supply means is dropping the molten metal onto the refrigerant. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 냉매는 염이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 장치.The refrigerant is an amorphous metal production apparatus, characterized in that the salt is added. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 냉각부는 자유 공간에 연직 방향으로 낙하되는 영역을 가지는 냉매의흐름을 형성하고, 상기 냉매 흐름의 상기 낙하 영역에 상기 용융 금속을 자유 낙하에 의해 공급하도록 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 장치.And the cooling unit forms a flow of the refrigerant having a region falling in the vertical direction in the free space, and supplies the molten metal to the falling region of the refrigerant flow by free fall. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 재료 공급 수단과 상기 냉각부의 상기 냉매까지의 사이에 상기 용융 금속에 대하여 초음파를 조사하는 초음파 조사 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 장치.Ultrasonic irradiation means for irradiating an ultrasonic wave with respect to the said molten metal between the said material supply means and the said refrigerant | coolant of the said cooling part, The amorphous metal manufacturing apparatus characterized by the above-mentioned. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 재료 공급 수단으로부터 상기 냉각부에 공급되는 용융 금속의 산화를 방지하는 산화 방지 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 장치.And an oxidation preventing means for preventing oxidation of molten metal supplied from the material supply means to the cooling part. 상기 냉각부에 멈추는 냉매의 양은 상기 재료 공급 수단에서의 제어를 잃어 상기 용융 금속이 한번에 공급되어도 대규모의 증기 폭발을 일으키지 않는 양인 것을 특징으로 하는 비정질 금속 제조 장치.The amount of the coolant stopped in the cooling unit is an amount that does not cause a large-scale vapor explosion even if the molten metal is supplied at once by losing control in the material supply means.
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