NL8300804A - Inrichting voor het maken van fijne metalen deeltjes. - Google Patents

Description

* - j ' 1

Inrichting voor het maken van fijne metalen deeltjes

De uitvinding betreft een inrichting voor het maken van fijne metalen deeltjes uit een verscheidenheid van metalen materialen, waarbij de grootte van de deeltjes kleiner is dan 50 micron, of meer in het bijzonder ultrafijne deeltjes, 5 waarvan de grootte kleiner is dan 1 micron-.Meer in het bijzonder betreft de uitvinding verbeteringen van de inrichting voor het maken van fijne metalen deeltjes uit elk metalen materiaal voorzien van boog-afvoersecties, waarin het materiaal verwarmd en gesmolten wordt.

10 Fijne metalen deeltjes en ultrafijne metalen deeltjes in het bijzonder hebben in de afgelopen jaren bijzonder in de belangstelling gestaan, omdat zij uitstekende eigenschappen bezitten, die volledig verschillen van die van de normale metalen blokken wat betreft de magnetische, optische, electrische, 15 thermogeleidende en dergelijke eigenschappen. Met inbegrip van het onderling reagerend vermogen en het vermogen van sinteren, waardoor zij als uitstekende materialen gebruikt kunnen worden in een grote verscheidenheid van de techniek zoals bij de poedermetallurgie, magneten, catalysatoren, warmte-20 bestendigheid, bepaling van het molecuulgewicht door smeltpunts-verlaging, lassen, medicijnen enzovoorts.

Tot nu toe bestaan er echter geen inrichtingen waarmee fijne metalen deeltjes in een continu en effectief massaproductie-proces vervaardigd kunnen worden, en daaran is thans de ontwikkeling 25 van een inrichting gewenst cm de fijne metalen deeltjes cp industriële schaal en met commercieel verantwoorde kosten te vervaardigen.

Ben stel typische conventionele inrichtingen voor het maken van metalen deeltjes zullen thans nader in details beschreven 30 worden: a) Verdairpingstype (zie fig. 5).

Ben verwarmingsspiraal (31) smelt een metalen massa in een smeltkroes (32) en zorgt voor de verdamping hiervan. Als een 8300804 * 2 cmgevende atmosfeer hieromheen, wordt een inert gas vanuit een cilinder 33 ingebracht in een huis (34), waarin het verdampte metaal wordt gevormd tot fijne deeltjes. Een verzamelinrichting (35) is aanwezig cm de fijne metalen deeltjes aangevoerd hierheen 5 qp de stroon van het inert gas af te voeren, b) Boog-afvoertype (zie fig. 6).

Een boogafvoer tussen een stel electroden (41a, 41b) smelt een blok metaal (M). Als een ongevende atmosfeer hieromheen worden waterstof uit een cilinder (42a) en een inert gas uit een andere 10 cilinder (42b) op af dichtende wijze ingébracht in een huis (43) waarin het gesmolten metaal wordt gevormd tot fijne deeltjes, waarbij de waterstof ëen maal actief hierin qpgelost in een hoge concentratie in het boog-afvoerproces weer daaruit wordt gedreven en af gevoerd als een superverzadigd medium in de 15 gedeactiveerde normale toestand. Een verzamelinrichting (441 is aanwezig on de fijne metalen deeltjes hierheen aangeveerd op de stroon van het gas te verwijderen.

Deze bekende typen inrichtingen (a, b) hebben echter nadelen omdat bij de werking hiervan het metalen materiaal in 20 een mengsel wordt bewerkt en omdat het behandelen in grote hoeveelheden moeilijk is en. onpractisch cmdat deze gebaseerd zijn qp het principe van metaalverdanping of waterstof af gif te, waarbij in beide gevallen de snelheid tamelijk sterk beperkt wordt door het controleren van de temperatuur en de druk.

25 In verband hiermee beoogt de uitvinding een inrichting te verschaffen die de fijne metalen deeltjes volgens een continu en massaproductieproces kan vervaardigen.

Om dit doel te bereiken wordt de inrichting voor het maken van fijne metalen deeltjes overeenkomstig de onderhavige 30 uitvinding hierdoor gekenmerkt, doordat de boog-afvoersectie (s) is (zijn) aangébracht in een holle inwendige holte in een net een hoge snelheid aangedreven roterend lichaam, doordat voorzien is in een doorgang voor het aanvoeren van het metalen materiaal naar de boog-afvoersectie (s), wanneer het roterend lichaam 35 roteert, doordat in een anfcreksgedeelte van het roterend lichaam 8300804 3 radiaal buiten de bDog-afvoersectie(s) een kleine radiale opening of openingen aanwezig is (zijn) cm centrifugerend het gesmolten metaalmateriaal hierdoorheen af te voeren, doordat radiaal buiten het roterend lichaam voor het vormen van een 5 begrensde ruimte hiertussen een cmsluitende stilstaande antneks-wand staat opgesteld, die voorzien is van een middel voor geforceerde koeling en die zodanig werkt dat het gesmolten metaal afgegeven door de kleine cpeningen hiertegen botst en hierdoor gevormd wordt tot fijne deeltjes, en doordat in de 10 antrekswand voorzien is in een doorgang die in verbinding staat met de ruimte tussen het roterend lichaam en deze wand, dus met een inlaatqpening naar de ruimte, cm de fijne metalen deeltjes hierdoorheen te verwijderen.

De functie en verdienste voortvloeiend uit de 15 onderhavige constructie zoals boven vermeld, zijn de volgende: 11 Het metalen materiaal, wordt hetzij volledig continu, hetzij intermitterend aangeveerd via de aanvoerdoorgang naar de boog-afvoersectie (sl. Daar hét materiaal hier gesmolten wordt, wordt het mogelijk het materiaal centrifugaal met 20 een hoge snelheid continu via de kleine radiale gaten uit te werpen tegen de antrekswand waarbij het volledig over de gehele ontrek van de wand wordt verdeeld* Bij het botsen tegen de geforceerd gekoelde antrekswand wordt het gesmolten materiaal gebroken tot kleine deeltjes, terwijl het tegelijker-25 tijd stolt, De aldus gevormde fijne metalen deeltjes kunnen dan continu af gevoerd worden via de afvoerdoorgang. Op deze manier wordt het mogelijk fijne metalen deeltjes continu te vervaardigen, hetgeen ónmogelijk was met de tot nu toe bekende inrichtingen.

30 2} Als gevolg van de rotatie met hoge snelheid is een tamelijk grote centrifugaalkracht beschikbaar als de drijvende kracht cm het gesmolten materiaal met kracht te drijven door de kleine radiale gaten. Hierdoor is het mogelijk te voorzien in radiale gaten met een tanelijk kleine diameter, waarbij 35 zelfs dan het gesmolten materiaal met een tamelijk hoge snel- 8300804 4 • 'heid hierdoorheen wordt gevoerd. Omdat het gesmolten materiaal aldus hij een krachtig hotsen tegen de cmtreks-wand tot kleine deeltjes gebroken wordt, wordt het thans mogelijk een massaproductie van fijne metalen deeltjes, 5 of zelfs van zeer fijne deeltjes met een deeltjesgrootte van minder dan 1 micron te verwezenlijken.

Voorts wordt het hierbij mogelijk een inrichting van grote practische waarde te verkrijgen waardoor in een continu proces en met een grote behandelingscapaciteit fijne metalen 10 deeltjes van uitzonderlijk kleine afmetingen kunnen worden vervaardigd, waarop in de afgelopen jaren -in een grote verscheidenheid van industriële technieken de aandacht werd gericht.

Pij een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting voor het vervaardigen van fijne metalen deeltjes overeenkomstig 15 de uitvinding heeft het roterend lichaam een onderste amtrek-gedeelte dat naar beneden zich verbreedt tot een afgeknotte conische schuin lopende vorm waardoor een geli jkmatige uitgaande doorgang naar de invoer van de afvoerdoorgang of nabij deze wordt verkregen. Het afvoeren van het product van de fijne 20 metalen deeltjes wordt hierdoor nog verder gelijkmatiger.

Andere voorkeursuitvoeringsvormen van de inrichting voor het maken van fijne metalen deeltjes overeenkomstig de onderhavige uitvinding en de voordelen hiermee samenhangend zullen duidelijk worden uit de hierna volgende beschrijving, 25 waarbij:

Fig. 1 een schematisch zijaanzicht, gedeeltelijk volgens een verticale doorsnede, is van een inrichting voor het maken van fijne metalen deeltjes overeenkomstig de onderhavige uitvinding? fig. 2 een doorsnede is volgens de lijn II-II in fig. 1? 30 fig. 3 een zelfde beeld geeft van een centraal gedeelte van fig. 1, waarbij echter hier een gewijzigde uitvoeringsvorm van de inrichting wordt weergegeven? fig. 4 een zelfde doorsnede is als fig. 2, waarbij echter hier een andere gewijzigde uitvoeringsvorm van de inrichting wordt 35 weergegeven en de fig. 5 en 6 schematisch de respectievelijke verschillende typen 8300804 * l> 5 , van. de gebruikelijke inrichtingen tonen.

Allereerst wordt verwezen naar een uitvoeringsvorm van da inrichting weergegeven in de fig. 1 en 2. Ben samenstel van een drijfirerktuig (1) en een snelheidsvermenigvuldiger (2) 5 is aanwezig cm een roterend lichaam (31 ret een hoge rotatiesnel-heid bijvoorbeeld tussen 1000 en 10.000 orwantelingen per minuut aan te drijven. Hèt roterend lichaam (3) bestaat in hoofdzaak uit een warmfcebestendig materiaal (3a) zoals een keramisch materiaal of dergelijke en wordt ondersteund in legers cm rond 10 te draaien óm een verticale as (P) in een huis (4). Het roterend lichaam (3) heeft een holle inwendige holte (5), die niet concentrisch, doch in dwarsrichting excentrisch, gelegen is ten opzichte van de as P en hierboven epen is in de richting van het overeenkomend boyenste gedeelte van het huis (4). Qm te voorzien in een 15 boog-afvoersectie (5a) in de holte (5) op een plaats het verst verwijderd van de as P is qp een dergelijke plaats een stel bcog-afvoerelectroden (6a, 6b) opgesteld. Boven het huis (4) bevindt zich een vultrechter (71 van het materiaal voorzien van een aanvoerinrichting (81 voor een constante hoeveelheid en een 20 andere aanvoerdoorgang (91 waardoor het materiaal hetzij in blokken van geschikte afmetingen hetzij vooraf gebroken korrels wordt gevoerd naar de holte (5) en tenslotte verwarmd en gesmolten wordt ter plaatse van de boog-afvoersectie (5a).. Hiertoe is het afvoereind van de doorgang (9) gelegen boven een naar boven 25 wijzend conisch eind (3bl van het roterend lichaam (31 gevormd centraal cm de as (PI, zodat als gevolg van het renddraaien van het roterend lichaam (3) het materiaal volledig continu of intermitterend vanuit efe aaavoerdoorgang 9 gevoerd kan worden naar de boog-afvoersectie (5a). De bcxog-afvoerelectroden (6a, 6b) 30 zijn electrisch verbonden met een stel geleidingsringen (10a, 10b) via de afzonderlijk ingebedde leidingen (11a, llbi. Met de geleidingsringen (10a, 10b) werkt op hun beurt een stel geleidingsborstels (13a, 13b) samen, die verbanden zijn met een krachtbron (121, zodat het boog-afvoeren qp juiste wijze hetzij 35 volledig continu, hetzij intermitterend gehandhaafd kan worden.

8300804 6 e Voorts heeft het roterend lichaam (3) een andere holte die werkt als een kamer (14) voor het hierdoarheen circuleren van een geschikt koelmedium zoals gas, water of dergelijke waardoor beschadiging van het roterend lichaam (3) als gevolg van een 5 mogelijke oververhitting wordt voorkomen- Voor het circuleren van het koelmedium, dienen een aanvoerpijp (15a) en een afvoerpijp (15b)., terwijl voor het vormen van een doorgang in verbinding hiermee voorzien is in roterende verbindingen (16a, 16b 1 en ingebedde buizen of pijpen (17a, 17b). Eén (6a) van de boog-afvoer-10 electroden is zodanig qpgesteld dat deze met de hand bediend kan worden om het uitstéken in langsrichting en het terugtrekken in te stellen, zodat de spleet tussen de beide electroden (16a, 16b) telkens zodanig kan worden ingesteld dat de juiste spleet gehandhaafd blijft ondanks het verbruik van de electrode (6a)« 15 Het is natuurlijk ook mogelijk te voorzien in een geschikt mechanisme cm automatisch de electrode (6a), te doen uitsteken in overeenstemming met verbruik hiervan waardoor steeds de juiste spleet gehandhaafd blijft tussen beide boog-afyoerelectroden (6a, 6b), Het huis (4) verschaft een hermetisch afgesloten 20 ruimte rond het roterend lichaam (3) en om de ruimte te vullen met een inert gas zoals argon, helium of dergelijke, of mat een mengsel van dergelijke inert gassen wordt ter voorkoming van oxidatie yan het materiaal voorzien, in een orgaan in verbinding met het huis (4) zoals in het algemeen is aangegeven door een 25 blok bij (18),

In een cmtréksgedeelte van het roterend lichaam (3) radiaal naar buiten ten opzichte van het' boog-afvoergedeelte (5a) bevindt zich. een klein radiaal gat (19), waarvan de diameter ligt tussen enkele microns en 3 mm,, on hierdoorheen het materiaal 30 gesmolten in de boog-afvoersectie (5a) onder invloed van de centrifugaalkracht af te geven. Tegen de emtrekswand (4a) van het huis (41 botst het gesmolten materiaal dat vanuit het radiale gat (19) wordt af gevoerd. Radiaal buiten de emtrekswand (4a) en volledig de gehele cirkelomtrek hiervan 35 orngeyend wordt een kamer (20) voor een medium gevormd, dus 8300804 's ** 7 een dubbele wandconstructie. De kaner (20) is voorzien van verbindingen met een aanvoerdoorgang (23a) en een afvoerdoorgang (21b) waardoor een circulatiedoorgang van elk geschikt koelmedium zoals water of dergelijke wordt gevormd. Omdat het 5 materiaal krachtig gebreken wordt als gevolg van het botsen tegen de gekoelde cmtrekswand (4a) terwijl tegelijkertijd het hierbij gekoeld wordt, worden vaste fijne deeltjes verkregen, bij voorkeur zeer fijne deeltjes waarbij de afmeting van de deeltjes kleiner is dan J. micron.

10 Het huis (4) is voorzien van een doorgang (231 voor het hierdoorheen verwijderen van de fijne metalen deeltjes en heeft een passende vast-gas schelder (221 in de vorm van een papierfilter of een electrostatische stofverzamelaar of dergelijke, zodat de deeltjes continu verwijderd kunnen worden nit de ruimte 15 begrensd tussen het roterend lichaam (31 en de cmtrekswand (4a). Om het verwijderen van de fijne metalen deeltjes gelijkmatig te doen zijn heeft het roterend lichaam (31 aan de onderzijde een cmtreksgedeelte (3c), dat naar beneden zich verwijdt tot een afgeknotte conische schuin lopende vorm, waardoor een 20 gelijkmatige uitgaande doorgang wordt verkregen, die loopt naar de afvoerdoorgang (231 van het inlaatgedeelte of in de buurt hiervan.

Het materiaal zoals hierboven vermeld als doel van dit proces kan van elk type zijn zoals: zuiver metaal, zoals 25 ijzer of een ncnferrcmetaal, elke legering of elk samengesteld materiaal met hetzij een zuiver metaal of een legering als basis en hierin enkele toevoegingen bijvoorbeeld metalloïde elementen zoals zuurstof, stikstof, koolstof en dergelijke, of samenstellingen van metalen en niet metalen elementen zoals metaalaxyden, 30 nitriden, cafbiden of dergelijke.

De temperatuur van het amgevend gas rond de cmtrekswand (4a) of het roterend lichaam (3) kan qp elke geschikte wijze ingesteld worden in overeenstemming met de sme lttenperatuur van het materiaal dat gebruikt wordt, waarbij in het algemeen 35 in de meeste gevallen een dergelijke instelling voldoende is 8300804 - 8 *r v ongeveer rond een teraperatuursgéhied 30 tot 800°C lager dan het smeltpunt.

Thans wordt verwezen naar de gewijzigde uitvoeringsvorm van λ. de inrichting weergegeven in de fig. 3 en 4.

5 Zoals weergegeven wordt in fig. 3 is het eveneens mogelijk het roterend lichaam (3). te construeren zonder geforceerde koelmiddelen, waarbij dit in een voldoende thermo-iredianische sterkte vervaardigd wordt door slechts een juiste keuze of ontwerp . van de eigenschappen van het warmtebestendigmateriaal (3a).

10 Het roteerlichaam (3). kan voorts op elke geschikte wijze gewijzigd worden wat betreft zijn specifieke structurele details en het is eveneens niet essentieel in welke specifieke richting de roterende as P in werkelijkheid loopt.

Evenals als aangegeven is in fig. 3 verdient het 15 de voorkeur de amtrekswand 4a uit te voeren in een naar beneden breder wordende afgeknotte conische vorm waardoor de fijne metalen deeltjes snel en gelijkmatig worden afgevoerd. Een dergelijke wand kan eveneens voorzien zijn van een constructie die geen deel uitmaakt van het totale huis en kan voorts 20 ontworpen zijn uit een selectie van constructies en vormen.

Cta de cmtrekswand (4a) te koelen kan elk gewijzigd orgaan eveneens gébruikt worden, bijvoorbeeld door het bijplaatsen van een koelinrichting of een andere koude bron als aanvoerbron voor een vloeibaar gas pp lage temperatuur, zoals het geforceerd 25 koelorgaan (20).

Zoals weergegeven in fig. 4 is het eveneens mogelijk te voorzien in een enkel roterend lichaam (3) met twee stellen boog-afvoerelectroden (6a, 6bl, dus met twee gescheiden boog-afyoersecties (5al. Voorts kan het eveneens Hogelijk zijn deze 30 te voorzien van drie of nog neer boog-afvoersecties (5a), waarvan de cptstelling en de vorm eveneens verschillende wijzigingen kunnen ondergaan.

Met het oog qp het vormen van een klein gat (19) zijn verschillende wijzigingen mogelijk wat betreft de plaats en de vorm, 35 zoals het plaatsen van een aantal kleine gaten (19) gemaenschappe- ..........1 8300804 *Cl· 9 « lijk én samenwerkend met êên enkel boog-arvoersectie (5al, of in tegenstelling hiermee het .aanbrengen van een. enkel gemeenschappelijk gat (19) tegenover een aantal boog-afvcersecties (5al, etcetera.

5 De aanvoerdoorgang (91 voor bat aatnvoeren hierdoor van het materiaal naar de boog-afvoersecties (5al en eveneens de doorgang (231 voor het verwijderen hierdoorheen van de fijne metalen deeltjes vanuit de ruimte tussen het roterend lichaam (31 en de arrtrekswand . (4al kunnen eveneens willekeurig 10 gewijzigd worden voor wat betreft hun specifieke structuur-details, vorm en aantal, niet beperkt tot slechts êên enkele van de weergegeven en hierboven beschreven specifieke uitvoeringsvormen.

8300804 ï _ _________

Claims (6)

1. Inrichting voor het vervaardigen van fijne metalen deeltjes uit een. metaal materiaal, voorzien van boog-afvoersectie (s) (5a) ,· waarin het materiaal verwarmd en gesmolten wordt, waarbij de inrichting hierdoor wordt gekenmerkt, 5 doordat de boog-afvoersectie (s) (5a) is (zijn) aangébracht in een holle inwendige holte (5) in een met hoge snelheid aangedreven roterèadrrlichaam (3), doordat een doorgang (9) aanwezig is om hierdoorheen het materiaal, te voeren naar de boog-afvoersectie (sl (5al, wanneer het roterend lichaam (3) 20 wordt geroteerd, doordat in een cmtreksgedeelte van het roterend lichaam (3) radiaal buiten de boog-afvoersectie (s) (5a) kleine radiale gaten (19) aanwezig zijn om hierdoorheen het gesmolten materiaal centrifugerend af te voeren, doordat radiaal buiten het roterend^rlichaam (3) voor het vonten van een afgesloten ruimte 25 hiertussen een. ongevende vaste amtrekswand (4a) staat cpgesteld, die voorzien is van een geforceerd koelorgaan (20) en die er voor zorgt dat het gesmolten materiaal afgegeven via de kleine gaten (19) hiertegen botst en hierdoor gevormd worden tot fijne deeltjes,· en doordat in de cmtrekswand (4al voorzien 20 is in een doorgang (231 in verbinding met de ruimte tussen het roterend-rlichaam (31 en-de wand (4a), dus met een inlaat uitkotend in de ruimte, cm hierdoorheen de fijne metalen deeltjes te verwijderen.

2. Inrichting volgens conclusie 1 net het kenmerk, dat 25 het roterend .lichaam (3) aan de onderzijde een cmtreksgedeelte (3c) bezit, dat een naar beneden breder wordende afgeknotte conische schuin lopende vorm bezit waardoor een gelijkmatige uitgaande doorgang verkregen wordt lopende naar de invoer van de afvoerdoorgang (23) of in de buurt hiervan.

3. Inrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de ontrek van de amtrekswand (4a) een naar beneden breder wordende schuin lopende vorm bezit.

4. inrichting volgens conclusie 1 met het 'kenmerk, dat voorzien is in een aantal boog-afvoersecties (5al. 8300804 J Λτ ,ém 1 i ! . 11 |

5. Inrichting volgaas conclusie 4 met het kenmerk, dat . hetiotërendlichaam (3) voorzien is van een geforceerd koelorgaan (14, 15a, 15b}.

6. Inrichting in hoofdzaak zoals beschreven in de 5 beschrijving en/of weergegeven in de tekeningen. | i i ! 8300804