KR900004958A - 재료형성을 위한 열 분사재의 고속 불꽃 분사장치 및 방법 - Google Patents

재료형성을 위한 열 분사재의 고속 불꽃 분사장치 및 방법 Download PDF

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알. 마란쯔(Daniel R. Marantz) 다니엘
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브루스 엘. 에팅거(Bruce L. Ettinger)
슐쩌 플라스마 테크닉 인코포레이티드(Sulzer Plasma Technik, Inc.)
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Abstract

내용 없음

Description

재료형성을 위한 열 분사재의 고속 불꽃 분사장치 및 방법
본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음
제1도는 본 발명상의 실시예로서의 불꽃분사용 스프레이건의 길이 방향의 횡단면을 나타낸 것이다.
제2도는 본 발명상의 연료노즐의 측면사시도이다.
제3도는 제1도의 3-3선을 따라 잘라본 횡단면도이다.

Claims (22)

  1. 보어(bore)를 구비하고 이 보어는 공급재료(feedstock)와 불황성 가스를 수납하기 위한 입구와 출구를 가지며 ; 상기 몸체부는 또한 상기 보어의 출구와 연통되고 동축정렬된 작아지는 목구멍 부(converging throat)를 구비하고, 이 작아지는 목구멍부는 상기 보어의 출구로부터 간격을 띄어 면해 있는 작아지는 원추형 벽(conical wall)을 가지며 또한 상기 보어와 실질적으로 동축정렬되어 있는 상기 원추형 벽의 정상부(apex)에서 복구멍부 출구를 가지며 ; 상기 몸체부는 또한 상기 보어를 둘러싸는 환상의 연료 통로를 구비하고, 상기 환상의 연료 통로(annular fuel passage)는 연료를 수납하기 위한 입구와 상기 보어 출구에 인접하고 상기 목구멍 부에 연통되어 있는 출구와를 가지며 ; 상기 몸체부는 또한 상기 연료 통로를 둘러싸는 환상의 산화제 가스통로(annular oxidant gas passage)를 구비하고, 산호제 가스를 수납하기 위한 입구와 상기 목구멍부와 연통 되어 있는 연료통로와 상기 보어에 인접한 출구와를 가지며 ; 상기 목구멍부는 재료의 혼합(mixing)에 앞서 상기 환상의 통로 출구로 부터 상기연료와 산화제 가스를 수납하고, 상기 원추형 벽은 상기 통로 출구로 부터 충분히 상기 목구멍부내에서, 상기 연료와 상기 산화제 가스를 혼합하고 연소시키도록 하며, 상기 작아지는 목구멍부 내에서의 상기 연소는 가스상의 연소 생성물(gaseous combustion products)을 상기 보어와 동축 정렬되어 있는 상기 원추형 벽의 정상부에서의 상기 목구멍부 출구를 통해 높은 속도로 가속화(accelerating)하며 ; 상기 바렐(barrel)은 보어와 동축 정렬되고 상기 목구멍부 출구와 연통되고, 상기 바렐은 상기 가스상의 연소 생성물과 상기 장입 재료를 수납하는 열림부를 구비하고 또한 가열된 장입 재료를 방출하는 출구와를 가지는 구성으로 된 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 장치(supersonic flame spray apparatus).
  2. 제1항에 있어서, 상기 환상의 산화제 가스 통로는 상기 산화제 가스를 상기 목구멍부에 유입 되도록 지시하고 불꽃 전면부를 상기 목구멍부에서 붕함(enveloping)하도록 상기 보어의 축을 향해 상기 환상의 연료 통로에 관하여 작아지도록 하며, 또한, 상기 연소 가스 생성물을 상기 목구멍부에서 초음속으로 가속화(acce-lerating)시키도록 연속적인 고속의 확산반응(continuous high-velocity diffusion reaction)을 일으키도록 한 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보어 출구는 상기 공급 재료와 불활성 캐리어 가스 inert carrier gas가 상기 연료와 산화제 가스보다도 높은 속도에서 상기 목구멍부 속으로 공급되도록 환상의 연료 통로와 산화제 가스 통로 출구(oxidant gas passage outlets)의 단면적보다 실질적으로 작은 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 장치에는 상기 바렐 출구에 인접된 상기 가열되고 분말화된 공급 재료 속으로 액상의 공급 재료를 공급하는 기구가 포함 구성되고, 상기 분말화된 공급 재료가 실질적으로 균일히 분포되도록 상기 액체를 분무(atomizing)시키고 사출(projecting)시키도록 하는 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공급기구에는 적어도 둘 이상의 금속 제 공급 재료의 단부를 상기 바렐 출구에 인접된 상기 분말화된 공급기구에 공급하도록 한 와이어 공급 기구(wire feed means)와 상기 액체 공급재료를 형성하고 상기 와이어 단부를 용융(melting)하는 상기 전기 아크(electric)와가 포함구성 되는 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 장치.
  6. 출구(outlet)를 가진 공급 재료용 보어(feedstock bore)를 가지는 몸체부(body portion)와 ; 상기 공급 재료용 보어 출구로부터 간격을 띄고 이에 면한 작아지는 원추형벽(converging conical wall)을 가지는 상기 공급재료용 보어와 연통되고 동축정렬 되는 작아지는 목구멍부와 ; 상기 목구멍부와 연통되는 상기 공급재료용 보어를 둘러싸는 환상의 출구와 연료가스를 수납하는 입구와를 가지는 연료가스 통로와 ; 상기 목구멍부와 연통되고 그 속으로 인접되며 상기 연료가스를 둘러싸는 환상의 출구와 산화제 가스를 수납하는 입구와를 가지는 산화제 가스 통로와 ; 상기 목구멍부 내에서 상기 연료와 상기 산화제가스가 혼합과 연소되도록 상기 통로 출구로부터 충분히 간격을 띈 상기 원추형벽과 상기 가스의 혼합전에 상기 환상의 통로 출구로부터 상기 연료와 상기 산화제 가스를 수납하는 상기 목구멍부와 ; 상기 공급재료용 보어와 동축정렬되어 있는 상기 원추형 벽의 정상부에서 출구를 통해 가스상의 연소 생성물을 가속화하는 상기 작아지는 목구멍부 내에서 불꽃 전면부를 포함하는 연속적인 고속확산 반응을 일으키는 상기 목구멍부 내에서 상기 연료 및 산화제 가스를 발화 시키는 기구와 ; 상기 가스상의 연소생성물 및 가열된 공급재료를 미세한 입자(fine particulate)로 수납하는 열림부(opening)를 갖는 상기 목구멍부 출구와 연통되는 상기 공급 재료용 보어와 동축정렬되고 아울러 가열된 미립의 공급 재료를 방출하는 출구를 갖는 바렐부(barrel portion)와를 구비하여서 되는 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 장치.
  7. 공급 재료를 수납하는 몸체부를 가진 초음속 열 분사용 건(supersonic theemal spray gun)과, 상기 공급 재료를 가열하고 상기 가열된 공급재료를 미립의 형태로 가속화시키는 기구와, 상기 가열되고 가속화된 미립의 공급재료와 캐리어 가스를 목표물을 향해 지시하도록 하는 출구와 상기 가열되고 가속화 된 미립의 공급재료를 수납하는 입구와를 가진 관상의 바렐부(tubular barrel portion)와 ; 상기 바렐부 출구에 인접한 가열되고 가속화된 분말화 공급재료 속으로 상기 용용된 금속의 공급 재료와, 상기 목표물에서 상기 가열되고 미립화 된 공급재료내에 실질적으로 균일하게 분포되는 상기 분부화된 용융금속의 공급재료를 사출하고 상기 용융 금속을 분무화 시키는 캐리어 가스와 상기 가속화한 미립의 공급재료와를 공급하는 액상의 공급기구를 구비하여서 되는 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 액상의 공급 기구에는 상기 바렐부 출구에 인접된 상기 가열되고 가속화된 미립의 공급 재료 속으로 적어도 두선 이상의 금속 공급 재료의 와이어의 단부를 연속적으로 공급하는 와이어 공급기구(wire feed means)와 상기 용융 금속공급 재료를 형성하고(forming)상기 와이어 단부를 가로질러 상기 와이어 단부를 용융하는 전력기구(electric poerw means)와가 포함 구성되는 것을 특징으로 하는 초음속 열 분사장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 열분사용 건(thermal spray gun)에는 분말화된 공급재료와 불활성 캐리어 가스를 수납하는 입구와 출구를 가진 분말 투입용 보어와, 각각 연료 및 산화제를 수납하는 입구와 상기 목구멍부와 연통되어 있는 상기 분말 투입용 보어의 출구에 인접된 별개의 출구(separate outlets)를 가진 상기 분말 투입용 보어를 둘러싸는 환상의 연료 및 산화제 통로와, 재료의 혼합에 앞서 상기 환상의 통로 출구로 부터 상기 연료와 산화제를 수납하는 목구멍부 및 상기 목구멍부 내에서 상기 연료와 산화제가 연소되도록 상기 통로 출구로부터 충분히 간격을 띈 상기 원추형 벽이 포함 구성되는 것을 특징으로 하는 초음속 열 분사 장치.
  10. 초음속 불꽃 분사 장치 내에서 초음속으로 연소 생성물을 가속화 하는 연속적인 고속 확산 반응을 발생시키기 위한 방법에 있어서, 상기 불꽃 분사 장치에는 연소용 목구멍부 속으로 방출하는 공급용 노즐과 상기 배출용 노즐 속으로 방출하는 상기 연소용 목구멍부가 포함 구성되고, 상기 배출노즐(exhaust nozzle)은 상기 연소용 목구멍부의 내경보다 작은 내경을 가지고 상기 연소용 목구멍부는 작아지는 열림부(converging opening)를 통해 상기 배출노즐과 연통되도록 하여 초음속으로 연소생성물을 가속화 되도록 하고, 상기 연속적인 고속 확산 반응 방법은 상기 연소용 목구멍부 속으로 상기 공급 노즐을 통해 탄화 수소 연료와 산소를 공급하는 단계와 ; 상기 목구멍부의 배출구에 인접된 상기 연소용 목구멍부 내에서 상기 연료를 발화시키고 상기 불꽃전면부(flame front)를 발생시키는 단계와 상기 배출 노즐과 상기 작아지는 열림부를 통해 상기 탄화수소 연료와 산화제 가스의 연소 생성물을 가속시키는 상기 작아지는 목구멍부에서 상기 공급노즐에 인접한 연속적인 고속의 확산반응을 지지하는 상기 불꽃 전면부 속으로 직접 상기 연료노즐을 통해 탄화 수소가스 연료를 연속적으로 긍급하는 단계와로 구성되어 초음속 불꽃분사 장치에서 연속적인 고속의 확산 반응을 일으키도록 한 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 방법.
  11. 초음속 불꽃 분사 장치내에서 초음속으로 미립형태로 공급재료를 가속화하는 연속적인 고속 확산 반응을 발생시키기 위한 방법에 있어서, 상기 불꽃 분사 장치에는 연소용 목구멍부 속으로 방출하는 공급노즐과 배출노즐 속으로 방출하는 연소용 목구멍부가 포함 구성되고, 상기 연소용 목구멍부는 작아지는 열림부를 통하여 상기 배출 노즐과 연통되도록 하여 공급재료의 초음속화를 가속화 시키며, 상기 연석적인 공급재료의 고속 확산반응 방법은 탄화수소 연료와 산화제를 상기 연소용 목구멍부 속으로 공급하는 단계와 ; 상기 연소용 목구멍부에서 상기 탄화 수소 연료를 발화시키므로써 상기 연료 노즐 방출구에 인접된 상기 연소용 목구멍부 내에서 불꽃 전면부를 발생시키는 단계와 ; 상기 탄화 수소 연료를 상기 공급 노즐을 통해 직접 상기 불꽃전면부 속으로 연속적으로 공급시키는 단계와 ; 상기 산화제 가스를 상기 공급 노즐을 통해 상기 목구멍부 속으로 상기 탄화 수소 연료를 방사상 및 외향하여 동시적이고도 각각 별도로 공급하며, 상기 산화제 가스는 상기 불꽃 전면부를 봉합(enveloping)하고 고속의 확산 반응을 유지시키는 단계와 ; 상기 작아지는 열림부와 상기 배출 노즐을 통하여 미립의 입자 형태로 상기 공급재료를 가속화 시키는 상기 고속의 확산 반응과 상기 목구멍부 속으로 공급재료를 공급하는 단계와로 구성되어 초음속불꽃 분사장치에서 공급재료를 미립의 형태로 초음속으로 가속화하므로써 연속적인 고속의 확산반응을 일으키도록 한 것을 특징으로 하는 하는 초음속 불꽃 분사 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 방법에는 상기 불꽃 전면부와 상기 연속적인 고속의 확산반응을 통해 상기 공급노즐을 통해 분말형태로 축상으로 상기 공급재료를 공급하는 방법과, 상기 배출 노즐을 통해 상기 가열된 분말화된 공급 재료를 가속화하고 불꽃 전면부 가열되는 방법이 포함되므로써 초음속 불꽃 분사장치 내에서 고속의 연속적인 고속 확산 반응이 발생되도록 한 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 방법에는 상기 배출 노즐의 배출구에 인접된 금속재 공급재료를 용융하는 방법과 상기 가열된 분말화된 공급재료와 분말화된 공급재료에 실질적으로 균일히 분포된 용융된 상기 금속제 공급재료를 분무화하고 가속화 시키는 방법이 포함구성 되므로써 초음속 불꽃 분사 장치 내에서 고속의 연속적인 고속 확산 반응이 발생되도록 한 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 방법.
  14. 불꽃 분사용 건(flame spray gun)에서 초음속으로 미립의 형태로 공급재료를 가열하고 가속하는 방법에 있어서, 상기 불꽃 분사용 건에는 공급 노즐 속으로 상기 공급 재료를 공급하기 위한 공급재료용 보어와 상기 분사용 건의 배출 바렐(discharge barrel)과 연통되어 있는 축상의 열림부가 있고, 상기 방법은 상기 공급 노즐에서 연료를 연료 열림부(fuel opening)를 통해 상기 작아지는 연소 목구멍부 속으로 공급하는 단계와 ; 상기 작아지는 연소용 목구멍부 속으로 상기 연료 열림부를 둘러싸는 상기 공급 노즐에서 환상의 산화제 열림부를 통해 산화제를 공급하고 상기 연료와 산화제를 발화시키므로써 상기 불꽃 전면부와 연속적인 고속의 확산 반응부와로 구성되는 상기 목구멍부내에서 반응을 일으키도록 하는 단계와 ; 상기 공급 노즐을 통해 상기 작아지는 연소용 목구멍부 속으로 상기 공급재료를 별도로 공급하는 단계와 ; 상기 배출바렐과 상기 축상의 열림부를 통해 상기 연료와 산화제의 연소 생성물과 상기 공급 재료를 가열하고 가속화시키는 상기 작아지는 목구멍부 내에서 연속적인 고속의 확산 반응과 불꽃전면부를 조성하는 단계와로 구성되므로 하므로써 불꽃 분사용건에서 미립의 형태로 공급재료를 초음속으로 가열하고 가속화 시키도록 한 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 방법에는 상기 축상의 목구멍부 열림부와 동축정렬되어 있는 상기 공급 노즐에서 축상의 공급재료 열림부를 통해 불활성 캐리어 가스에서 부유되는 미립으로 상기 공급재료를 각기 별도로 공급하고 상기 작아지는 연소용 목구멍부 속으로 상기 공급재료 열림부를 둘러싸는 환상의 연료 열림부(annular fuel opening)를 통해 상기 연료를 각기 별개로 공급하므로써 분사용 건에서 공급 재료를 가열하고 초음속으로 가속화 시키도록 한 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 방법에는 배출바렐의 출구에 인접된 상기 가열되고 가속화된 공급 재료 용융금속 공급재료를 공급하는 방법과 상기 가속화된 미립의 공급재료와 가스는 목표물을 향해 상기 미립의 공급재료에 실질적으로 균일하게 분포되어 있는 분무화된 액상의 금속 공급재료를 분무하고 사출하는 방법이 포함되므로써 분사용 건에서 공급재료를 가열하고 초음속으로 가속화 시키도록 한 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 방법에는 또한 적어도 두선 이상의 금속 공급재료의 와이어 단부를 상기 미립의 공급재료 속으로 연속적으로 공급하고 상기 와이어 단부를 가로질러 전기 아크를 만들며, 상기 전기 아크(electric arc)는 상기 용융 금속 공급재료를 형성하고 상기 와이어 단부를 용융하므로써 분사용 건에서 공급재료를 가열하고 초음속으로 가속화시키도록 한 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사 방법.
  18. 금속-마트릭스의 복합물은 열분사에 의하여 열적으로 분사될 때 실질적으로 충분한 밀도를 가지고 금속-마트릭스(metal matrix)내에 균일히 분포되어 있는 내화성 재료를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 금속-마트릭스 복합재.
  19. 목표물상의 적어도 둘 이상의 성분을 가진 복합물을 성형하기 위하여 가열실을 통해 가스상의 캐리어에 동반된 미세한 입자로서의 상기 복합물의 제1성분을 흐르게하고 다음 적어도 초음속에 가까운 속도이상으로 캐리어 가스와 상기 성분을 동시에 가열하고 가속화 시키는 단계와 ; 상기 복합재의 액상의 제2성분(liquid second compon cient)과 상기 가속화되고 가열된 미립의 제1성분 및 상기 액상의 제2성분을 분무하는 캐리어가스(carrier gas)를 형성하는 캐리어가스와 상기 가속화되고 가열된 미립의 제성분의 통로에서 상기 복합재의 제2성분을 용융하고, 상기 분무된 액상의 제2성분을 상기 초음속 부근으로 가속화하고 상기 제1성분, 제2성분 및 실질적으로 상기 흐름에 균일히 분포되어 있는 캐리어 가스를 형성하도록 하는 단계와 ; 상기 흐름통로에서 목표물에 대하여 제1 및 제2성분의 흐름에 충격을 주고 실질적으로 동일성을 가진 복합재를 형성하도록 하는 단계와로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음속 불꽃 분사에 있어서의 복합재(composite material)형성 방법.
  20. 상기 복합재는 특허청구 범위 제19항에 기재된 방법을 이용하여 금속 마트릭스에서 실질적으로 균일하게 분포되는 내화성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속-마트릭스 복합재(metal-matrix composite).
  21. 적어도 둘이상의 성분을 가진 금속-마트릭스 복합재를 형성하는 방법에 있어서, 그 형성방법은 목표물을 향하여 가스상의 흐름에서 초음속에 가까운 상기 금속-마트릭스 복합물의 제1성분으로서 분말화된 내화성 재료를 가열하고 가속화 하는 단계와 ; 상기 금속-마트릭스 복합재의 제2성분으로서 금속을 용융하고, 이 액상으로 되는 금속을 상기 가열되고 가속화된 분말화된 내화성재료의 흐름속으로 공급하고, 상기 가속화되고 가열되며 분말화된 내화성 재료와 가스는 상기 금속을 분무하며 상기 분말화된 내화성재료에 실질적으로 균일히 분포되어 있는 상기 흐름에서 분무된 상기 액체 금속을 가속화시키는 단계와 ; 상기 분말화된 금속-마트릭스 재료의 흐름과 실질적으로 균일한 금속-마트릭스 복합재를 형성하는 분무화된 액체금속을 모으는 단계와로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속-마트릭스 복합재.
  22. 제21항의 방법으로 만들어지는 금속-마트릭스 복합재(metal-matrix composite).
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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