DE3307746C2

DE3307746C2 - Vorrichtung zur Herstellung feiner metallischer Partikel

Info

Publication number: DE3307746C2
Application number: DE3307746A
Authority: DE
Inventors: Tohei Kyoto Yokoyama
Original assignee: HOSOKAWA FUNTAI KOGAKU KENKYUSHO OSAKA JP KK
Current assignee: HOSOKAWA FUNTAI KOGAKU KENKYUSHO OSAKA JP KK
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1983-03-04
Publication date: 1983-12-29
Also published as: FR2522555A1; FR2522555B1; US4490601A; JPS58153709A; JPS649369B2; NL187730B; GB8305433D0; NL187730C; GB2119292A; GB2119292B; NL8300804A; DE3307746A1; CA1191309A

Abstract

Eine Vorrichtung zur Herstellung feiner metallischer Partikel mit einer Partikelgröße von weniger als 50 μm, oder genauer gesagt von ultrafeinen Partikeln mit einer Partikelgröße von weniger als einem μm aus einem metallischen Material weist einen Lichtbogenentladungsabschnitt auf, in dem das Material erhitzt und geschmolzen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung feiner Partikel mit einer Partikelgröße von weniger als 50 μπι oder, genauer gesagt, von ultrafeinen Partikeln mit einer Partikelgröße von weniger als 1 μπι aus verschiedenartigen Metallen. Insbesondere betrifft sie Verbesserungen von Vorrichtungen zur Herstellung feiner metallischer Partikel, die wenigstens einen⁶⁰ Lichtbogenentladungsabschnitt aufweisen, in dem das Metall erhitzt und geschmolzen wird.

Auf feine metallische Partikel und insbesondere ultrafeine metallische Partikel, richtet sich in den letzten Jahren großes Interesse, da diese ganz hervorragende Eigenschaften zeigen, die sich vollständig von denen eines normalen Metallblocks hinsichtlich magnetischer, optischer, elektrischer, wärmeleitender und dergleichen Eigenschaften, unter denen unter anderem Reaktionsfähigkeit und Sinterfähigkeit festzuhalten sind, unterscheiden, wodurch sie die Verwendungsmöglichkeit als hervorragende Materialien in verschiedenen technischen Gebieten, wie beispielsweise bei der Pulvermetallurgie, bei Magneten, Katalysatoren, Hitzeschutz, Tieftemperaturanwendungen, Schweißen, Medizin und dergleichen versprechen.

Bis jetzt ist jedoch noch keine konventionelle Vorrichtung bekannt, die in der Lage ist. die feinen metallischen Partikel fortlaufend und in einem wirkungsvollen Massenproduktionsverfahren herzustellen, und demzufolge besteht ein großes Bedürfnis nach der Entwicklung einer derartigen Vorrichtung für den praktischen Gebrauch, die die feinen metallischen Partikel im industriellen Umfang und bei kommerziell lohnenden Kosten herstellen kann.

Zwei typische bekannte Vorrichtungen zur Herstellung von feinen metallischen Partikeln arbeiten nach dem Verdampfer-Prinzip, bei dem in einer Edelgas-Atmosphäre Metalldampf in Form feiner Partikel abgeschieden wird, bzw. mit einer Abschmelzelektrode im Lichtbogen.

Diese beiden üblichen Vorrichtungstypen haben jedoch die Nachteile, daß sie nur chargenweise mit Metall beschickt werden können und daß die Handhabung in einem großen Ausmaß praktisch unmöglich ist, da sie auf dem Prinzip der Metallve»dampfung oder der Wasserstoffentladung beruhen, wobei in jedem Fall die Herstellungsgeschwindigkeit kategorisch durch die Temperatur und Drucksteuergrößen eingeschränkt ist.

Ausgehend von dem oben dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die feinen metallischen Partikel fortlaufend und in Massenproduktion hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß sind zur Lösung die im Anspruch 1 genannten Merkmale vorgesehen. Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind in den Unteransprüchen genannt.

Zur Lösung der Aufgabe ist die Vorrichtung zur Herstellung feiner metallischer Partikel nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Lichtbogenentladungsabschnit^e) in einer hohlen Innenweitung in einem mit hoher Drehzahl angetriebenen Drehkörper vorgesehen ist (sind), daß ein Durchgang, durch den das Metall bei angetriebenem Drehkörper zu dem bzw. den Lichtbogenentladungsabschnittien) zuführbar ist, vorgesehen ist, daß in einem Außenabschniu des Drehkörpers radial außerhalb des bzw. der Lichtbogenentladungsabschnitte(s) eine oder mehrere feine Durchlaßöffnungen gebildet sind, durch die das geschmol? e Metall herausschleuderbar ist, daß radial außerhalb Jes Drehkörpers eine einen begrenzten Zwischenraum bildende ummantelnde stationäre Außenwandung angeordnet ist, welche mit einer Druckkühleinrichtung versehen ist und gegen die das geschmolzene Metall nach dem Ausstoß durch die feine Durchlaßöffnung(en) aufprallt und dadurch in feine Partikel zerfällt, und daß in der Außenwandung ein Durchlaß vorgesehen ist, der mit dem Raum zwischen dem Drehkörper und dieser Wandung in Verbindung steht, durch den die feinen Metallpartikel entnehmbar sind.

Die Wirkungsweise und Vorteile, die sich aus dem obigen charakteristischen Aufbau ergeben, können in den folgenden beiden Punkten zusammengefaßt werden:

1. Das Metall wird entweder insgesamt fortlaufend oder etwas intermittierend durch den Zuführdurchlaß zu dem bzw. den Lichtbogeneniladungsabschnitt(en) zugeführt. Wenn das Metall dort geschmolzen ist, kann es fortlaufend mit einer hohen Geschwindigkeit zentrifugal durch die feine(n) radiale(n) Durchlaßöffnung(en) zu der Außenwandung in rotierender winkeliger Verteilung über die gesamte ßegrenzungsfläche der Wandung ausgestoßen werden. Beim Aufprall '° gegen die druckgekühlte Begrenzungswandung wird das Metall in feine Partikel zerschlagen, wobei es gieichzeitig verfestigt wird. Die derart gebildeten feinen metallischen Partikel können dann fortlaufend durch den Entnahmedurchlaß heraus- '5 genommen werden. Auf diesem Wege wird es möglich, eine praktisch kontinuierliche "Herstellung von feinen metallischen Partikeln zu verwirklichen, was bei konventioneilen Vorrichtungen unmöglich gewesen ist.

2. Aufgrund einer hohen Rotationsfreschwindigkeit steht eine ziemlich große Zentrifugalkraft als Antrieb zum Durchdrücken des geschmolzenen Metalls durch die feine(n) radiale(n) Durchiaßöffnung(en) zur Verfügung. Es ist daher möglich, die radialen) Durchlaßöffnung(en) mit einem kleinen Durchmesser vorzusehen und selbst dann noch durch diese das geschmolzene Metall mit einer großen Geschwindigkeit sicher durchzubringen. Da das geschmolzene Metall dann bei einem kräftigen Aufprall gegen die Außenwandung in feine Partikel zerschlagen ist, ist es möglich geworden, eine Massenherstellung der feinen metallischen Partikel bzw. sogar ultrafeiner Partikel von weniger als' 1 μπι Partikelgröße zu verwirklichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zur Herstellung feiner metallischer Partikel gemäß dieser Erfindung führt ein unterer AuOenabschnitt des Drehkörpers in Form einer nach unten breiter werdenden abgestumpften konischen Schräge als glatter Ausgangsdurchlaß zu dem Einlaß des Entnahmedurchlasses oder in dessen Nähe. Die Entnahme des aus feinen metallischen Partikeln bestehenden Erzeugnisses wird hierbei noch reibungsloser. ■>"'

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen und dem anschließenden Beschreibungsteil, in dem Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert v/erden. Es zeigt >°

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer teilweise vertikal geschnittenen Vorrichtung zur Herstellung feiner metallischer Partikel gemäß der Erfindung;

Fig.2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie H-Il in Fig.l;

Fig.3 eine dem mittleren Abschnitt in Fig.l ähnelnde Ansicht, die hier jedoch eine modifizierte Ausführungsform der Vorrichtung darstellt;

Fig.4 einen Schnitt ähnlich dem der Fig. 2, der jedoch eine weitere modifizierte Ausbildungsform der Vorrichtung darstellt.

In den Fig.l und 2 ist ein Aufbau aus einem Antriebsmotor 1 und einem Übersetzungsgetriebe 2 zum Antrieb eines Drehkörpers 3 mit hoher Drehgeschwindigkeit, beispielsweise in einem Bereich von 1000 ^b=> bis 10 000 Umdrehungen pro Minute, vorgesehen. Der Drehkörper 3 besteht hauptsächlich aus einem hitzcbeständieen Malcrialblock 3,. wie beispielsweise Keramik oder dergleichen, und wird innerhalb eines Gehäuses 4 auf Lagern zur Drehung um eine vertikale Achse P gehalten. Der Drehkörper 3 besitzt eine hohle Innenweitung 5, die nicht konzentrisch, sondern seitlich exzentrisch bezüglich der Achse P angeordnet ist, und die in Richtung auf den zugehörigen Oberabschnitt des Gehäuses 4 offen ist Um einen Lichtbogenentladungsabschniit 5a innerhalb der innenweitung 5 an deren Abschnitt vorzusehen, der von der Achse P am weitesten entfernt liegt, sind an dieser Stelle ein Paar-Lichtbogenentladungselektroden 6a, 6b angeordnet. Oberhalb des Gehäuses 4 ist ein Materialtrichter 7 vorgesehen, der mit einer eine konstante Zuführgeschwindigkeit aufweisende Zuführeinrichtung 8 und mit einem weiteren Zuführdurchgang 9 ausgestattet ist, durch den das Metall entweder in Teilen geeigneter Größe oder zuvor zerschlagenen Granulaten der Innenaufweitung 5 zugeführt und schließlich an dem LichtbogenentladungsabschnUt 5a erhitzt und geschmolzen wird.

Zu diesem Zweck liegt der Auslaß &.% Zufübrdurchgäiigs S einem nach oben weisenden konischen Ende 3b des Drehkörpers 3, der mittig auf der Achse P gebildet ist, oberhalb desselben derart gegenüber, daß als Folge der Drehung des Drehkörpers 3 das Metall entweder kontinuierlich oder etwas intermittierend aus dem Zuführdurchgang 9 zu dem Lichtbogenentladungsabschnitt 5a zugeführt wird. Die Lichtbogenentladungselektroden 6a, 6b sind elektrisch jeweils mi t Schleifringen tOa, iOb eines passenden Paares über die jeweils zugeordneten einzelnen getrennt eingebetteten Stromleitungen 11a, lib verbunden. Die Schleifringe 10a, Kb werden ihrerseits einzeln für sich von einem zusammenpassenden Paar Kontaktbürsten 13a, 13£> beaufschlagt, die mit einer Stromquelle 12 verbunden sind, so daß die Lichtbogenentladung in geeigneter Gleichförmigkeit entweder vollständig fortlaufend oder etwas intermittierend beibehalten werden kann.

Der Drehkörper 3 weist einen weiteren Hohlraum 14 auf, durch den irgendein geeignetes Kühlmedium, wie beispielsweise Gas, Wasser oder dergleichen zirkuliert, um e'ae Beschädigung des Drehkörpers 3 infolge Überhitzung zu verhindern. Für die Kühlmittelumwälzung sind ein Zuführrohr 15a und ein Auslaßrohr i5b angebracht, und es sind zur Bildung eines Durchgangs in Verbindung mit diesen die jeweils zugeordneten Drehverbindungen 16a, 166 und eingebettete Rohre oder Leitungen 17a, 176 vorgesehen. Eine (6a^ der Lichtbogenentladungselektroden ist derart montiert, daß sie zur Justierung in Längsrichtung von Hand derart vor- und zurückschiebbar ist, daß der Spalt zwischen den beiden Elektroden 6a, 6b zu jeder Zeit so eingestellt werden kann, daß er trotz des Verbrauchs der Elektrode 6s in geeigneter Weise beibehalten wird. Es ist ebenso mögiich, irgendeinen geeigneten Mechanismus vorzusehen, um diese Elektrode 6a automatisch in passender Abhängigkeit zu dem Verbrauch vorzuschieben.

Das Gehäuse 4 schafft einen hermetisch abgedichteten Raum um den Drehkörper 3, um den Raum mit irgendeinem Edelgas wie beispielsweise Argon, Helium und dergleichen oder mit einer Mischung derartiger Edelgase, oder mit einer weiterhin hierzu hinzugefügten Menge Wasserstoff zu füllen. Mit dem Gehäuse 4 ist eine geeignete Einrichtung verbunden, die allgemein durch einen Block bei 18 bezeichnet ist.

In einem Randabsc./nitt des Drehkörpers 3, radial außerhalb des Lichtbogenentladungsabschnitts 5a, ist eine feine radiale Durchlaßöffnung 19 mit einem

Durchmesser von beispielsweise etwa in einem Bereich von einigen μιη bis zu 3 mm gebildet, durch die das dem Lichtbogenentladungsabschnitt .5,-? geschmolzene Metall unter der Wirkung der Zentrifugalkraft ausgestoßen wird. Das Gehäuse 4 besitzt eine Außenwandung 4a, ; gegen die das geschmolzene Metall geschleudert wird. Die gesamte zylinclerförmige Außenwandung 4a umgibt vollständig ein Kühlmittelumlauf 20, der mit entsprechenden Verbindungen zu einem Zuführdurchlaß 21a und einem Auslaßdurchlaß 216 für beispielsweise κ Wasser oder dergleichen versehen ist.

Das Gehäuse 4 ist mit einem Durchlaß 23. durch den die feinen metallischen Partikel entnommen werden können, versehen, welcher einen geeigneten Festkörper- und Gasabscheider 22 eines Filterpapiertyps oder r eines elektrostatischen Staubsammeltyps oder dergleichen aufweist, der so zwischengeschaltet ist, daß die Partikel fortlaufend aus dem zwischen dem Drehkörper 3 und der Außenwandung 4a gebildeten Raum entnommen WSrden können Um **'P** crjalli» Fntnuhmp >.

der feinen metallischen Partikel vorzunehmen, führt der untere Außenabschnilt 3c des Drehkörpers 3 in Form einer unten breiter werdenden abgestumpften konischen Schräge als glatter AusgangsdurchlaQ zu dem Einlaß des Entnahmedurchlasses 23 oder in dessen ·· Nähe.

Das erwähnte Metall kann reines Metall, wie Eisen oder irgendein Nichteisenmetall, eine Legierung oder ein zusammengesetztes Material aus entweder einem reinen Metali oder einer Legierung als Grundbestand- κ teil und zusätzlichen Bestandteilen, wie beispielsweise ein bzw. mehrere nichtmetallische Elemente, wie Sauerstoff, Stickstoff. Kohlenstoff und dergleichen oder eine oder mehrere Verbindungen aus metallischen und nichtmetallischen Elementen, wie einem oder mehreren s Metalloxyden, einem oder mehreren Nitriden, einem oder mehreren Karbiden sein.

Wie in F i g. 3 gezeigt, kann es ebenso möglich sein.

den Drehkörper 3 ohne irgendeine Druckkühlungseinrichtung auszubilden, indem man diesem ausreichende thermomechanische Festigkeit allein durch geeignete Auswahl des hitzebeständigen Materialblocks 3a verleiht.

Wie auch in Fig. 3 dargestellt ist, kann die Außenwandung4a ebenso gut in Form einer nach unten breiter werdenden abgestumpften konischen Schräge ausgebildet werden, um zu einem schnelleren glatteren Ausbringen der feinen metallischen Partikel beizutragen.

Wie in F i g. 4 dargestellt, kann es ebensogut möglich sein, den einzelnen Drehkörper 3 mi', zwei Paaren von Lichtbogenentladungselektroden 6a, 6b in zwei vone'nander beabstandeten Lichtbogenentladungsabschnitten zu versehen. Es kann weiterhin möglich sein, denselben mit drei oder noch mehr Lichtbogenentladungsabschnitten 5a zu versehen, deren Anordnung und Ausbildung ebenfalls verschiedenartigen Modifikationen unterliefen kann.
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Bezüglich der Bildung der '/einen Durchlaßöffnung 19 sind auch verschiedenartige Modifikationen hinsichtlich Anordnung und Ausbildung möglich, wie beispielsweise, indem eine Vielzahl von feinen Durchlaßöffnrjngen 19 für einen einzelnen Liciitbogenentladungsabsehnitt 5a gemeinsam und zusammenwirkend angeordnet werden, oder stattdessen eine einzelne gemeinsame feine DurcMaßöffnung 19 derart angeordnet ist, daß sie einer Vielzahl von Lichtbogenentladungsabschnitten 5a cegenüberliegt.

Der Zuführdurchgang 9, durch den das Metall zu dem bzw. den Lichtbogenentladungsabschnitt(en) 5a geführt wird, und ebenso der Durchlaß 23, durch den die feinen metallischen Partikel aus dem zwischen dem Drehkörper 3 und der Außenwandung 4a gebildeten Raum entnommci werden, können ebenso hinsichtlich ihrer spezifischen Aufbaueinzelheiten jeweils in jeder geeigneten Auslegung und Zahl modifiziert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Herstellung feiner metallischer Partikel, mit· wenigstens einem Lichtbogenentladungsabschnitt, in dem das Metall erhitzt und geschmolzen wird, dadurch gekennzeich-net,

daß jeder Lichtbogenentladungsabschnitt (5a^ in einer hohlen Innenweitung (5) in einem mit hoher Drehzahl angetriebenen Drehkörper (3) vorgesehen ist;

daß ein Durchgang (9), durch den das Metall bei angetriebenem Drehkörper (3) jedem Lichtbogenentladungsabschnitt (5aj zuführbar ist, vorgesehen ist; daß in einem Außenabschnitt des Drehkörpers (3) radial außerhalb jeden Lichtboge::entladungsabschnitts (5a) wenigstens eine feine Durchlaßöffnung (19) gebildet ist, durch die das geschmolzene Metall herausschleuderbar ist; daß raii'al außerhalb des Drehkörpers (3) eine einen begrenzen Zwischenraum bildende, ummantelnde stationäre Außenwandung (4a) angeordnet ist, welche mit einer Druckkühleinrichtung (20) versehen ist und gegen die das geschmolzene Metall nach dem Ausstoß durch die feine Durchlaßöffnung(en) (19) aufprallt und dadurch in feine Partikel zerfällt; und

daß in der Außenwandung (4a) ein Durchlaß (23) vorgesehen ist, der mit dem Raum zwischen dem Drehkörper (3) und dieser Wandung (4a) in Verbindung steht, durch den die feinen metallischen Partikel eiitnehmbar sind.

2. Vorrichtung tach Ai/ipruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Außenabschnitt des Drehkörpers (3) in Form *.' ier nach unten breiter werdenden abgestumpften konischen Schräge als glatter Ausgangsdurchlaß zu dem Einlaß des Entnahmedurchlasses (23) oder in dessen Nähe führt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung (4a) eine Begrenzungsfläche in nach unten breiter werdenden Form aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Lichtbogenentla- -»5 dungsabschnitten (5a) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (3) mit einer Druckkühleinrichtung (14,15a, \5b)versehen ist.

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