JPS58126904A - Formation of liquid metal fine drops and device therefor - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微細な液状金属の小滴を形成する装置および方
法に関する。　さらに詳しくは、本発明は小滴の所望の
平均の大きさおよび平均の大きさを中心とした寸法分°
布を調節することができる、微細な液状金属の小滴を形
成する装置および方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus and method for forming fine liquid metal droplets. More particularly, the present invention provides a desired average size of the droplets and a size centered around the average size.
An apparatus and method for forming fine liquid metal droplets that can condition fabric.

液状金属から小滴を形成する装置および方法で、たとえ
ば直径≠０ミクロンの、微細なまたは小さな金属の小滴
を製造し、小滴の大きさを連続的に調節し、そして均一
な大きさの小滴をつくることができれば理想的である。Apparatus and method for forming droplets from liquid metal, producing fine or small metal droplets, e.g., diameter ≠ 0 microns, continuously adjusting droplet size, and producing uniformly sized droplets. Ideally, it would be possible to create small droplets.

　また、商業的および工業的用途を満たす量の小滴をつ
くることが望ましい。It is also desirable to produce droplets in quantities that meet commercial and industrial applications.

多くの先進の合金の性質は、金属が冷却でれる速度によ
って変わる。　速い冷却速度を得る公知の方法は、液状
金属の小滴を生じさせ、次にこれらを冷却ガス流にきら
すことよりなるものである。　スプラット−クーリング
として知られる、速い冷却速度を得る公知の方法は、液
状金属の小滴を生じさせ、冷却面上にこれらをぶつける
ことよりなるものである。　いずれの方法で得られる冷
却小滴も粉末となり、これを焼結または熱間プレスして
製品をつくりつる。゛ より小さな微細小滴を、小滴内の偏析を防止する程度に
速く冷却することができると、実質的に均質な構造が得
られるので、これらの粒子はすぐれた性質を持ちうるこ
とが見出烙れた。　このような均質性は最終製品を固有
の強度を持つものにする。　しかしながら、小滴は、単
位体積当りの表面積が大きくなりすぎるほど小をなもの
であってはならない。　というのは、大量の小滴が酸化
され、表面不純物たとえば酸化物が過度に生じ、これら
が金属疲労の部位となるからである。　また、小滴は冷
却または急冷が難しくなりすぎ又、他の面では比較的均
質な構造中にあって疲労部位として作用するほど、大き
すぎるものであってはならない。The properties of many advanced alloys depend on the rate at which the metal is cooled. A known method of obtaining fast cooling rates consists of forming droplets of liquid metal and then exposing them to a stream of cooling gas. A known method of obtaining fast cooling rates, known as splat-cooling, consists of creating droplets of liquid metal and impinging them onto a cooling surface. The cooled droplets obtained by either method become powders that can be sintered or hot pressed to create products. ``It has been found that if smaller microscopic droplets can be cooled fast enough to prevent segregation within the droplets, these particles can have excellent properties because a substantially homogeneous structure is obtained. It was celebrated. Such homogeneity gives the final product inherent strength. However, the droplets should not be so small that the surface area per unit volume becomes too large. This is because a large number of droplets are oxidized and excessive surface impurities such as oxides are formed, which are sites of metal fatigue. Also, the droplets must not be so large that they become too difficult to cool or quench or act as fatigue sites in an otherwise relatively homogeneous structure.

小さい小滴の製造に関しては多くの分野で論じられてい
る。　Ａ、　Ｄ、　ＭｏｏｒｅはＥｌｅｃｔｒｏｓｔａ
ｔｉｃ”、　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ａｍｅｒｉｃａｎ
　、Ｖｏｌ　、２２乙、Ｍａｒｃｈ　／９７２で電荷を
持つ回転ベル形部材を使用する、ペイント小滴の製造装
置について述べている。　室温お工び室圧でのペイント
を、ベルの中心に供給し、端に向けてフィルムのように
流し、その端でこれに電場金力・け、そして均等な間隔
を保った複数の流れを形成する。　ペイントは一般的に
は水または油を基剤としている。　従って、液状または
溶融金属の表面張力、即ち、金属の微細小滴を形成する
ために打ち勝たねばならない力は、ペイントのそれより
もはるかに大きく、従って金属微細小滴を形成するため
にこの力に打ち勝つのに必要な電場の強度は、室温およ
び室圧でガスのアークまたは絶縁破壊を生じることにな
る。　をらに、ペイントは室温で取扱うことができるの
で、回転部材が受ける応力で、部材が相当傷ついたりあ
るいは変形したりする恐れはな−。The production of small droplets has been discussed in many areas. A, D, Moore is Electrosta
tic”, 5cientific American
, Vol. 22, March/972 describes an apparatus for producing paint droplets using an electrically charged rotating bell-shaped member. Paint, at room temperature and pressure, is supplied to the center of the bell and flows like a film to the edges, at which point it is applied with an electric field and in multiple evenly spaced streams. Form. Paints are generally water or oil based. Therefore, the surface tension of liquid or molten metal, the force that must be overcome to form fine droplets of metal, is much greater than that of the paint, and therefore this force to form fine droplets of metal. The strength of the electric field required to overcome this would result in arcing or breakdown of the gas at room temperature and pressure. Additionally, since the paint can be handled at room temperature, there is no risk of the rotating components being significantly damaged or deformed by the stresses they experience.

Ｒａｐｉｄ　５ｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃ
ｅｓｓｉｎｇ、　　Ｒ。Rapid 5olidification Proc
essing, R.

Ｍｅｈｒａｂｉａｎ等編集Ｃ１ａｉｔｏｒ’ｓ　ｐｕｂ
ｌｉｓｈｉｎｇＤｉｖｉｓｉｏｎ出版、Ｂａｔｏｎ　Ｒ
ｏｕｇｅ　、　／り７ｇ　で発表されたＭ、　Ｒ。Edited by Mehrabian et al. C1aitor's pub
Publishing Division, Baton R
M, R announced at OUGE, /ri7g.

Ｑｌ　１ｃｋｓｔｅｉｎ等による、Ｒａｐｉｄ　Ｓｏｌ
　１ｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＥｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｍｉ
ｃｒｏｎ　−５ｉｚｅ　Ｄｒｏｐｌｅｔｓ　”には、液
状金属から小滴を形成するのに使うものとして、２≠、
０００　ＲＰＭ　　で回転し、そして大気圧にてヘリウ
ム中に配置されたディスクについての記述がある。　小
滴は、その第３図かられかるように、比較的大きな寸法
分布を示し、生じた粒子の２０％未満のものが、直径５
０ミクロン未満のものである。Rapid Sol by Ql 1ckstein et al.
1dificationEffects of Mi
cron -5ize Droplets” includes 2≠,
There is a description of a disk rotating at 000 RPM and placed in helium at atmospheric pressure. The droplets exhibit a relatively large size distribution, as seen in Figure 3, with less than 20% of the resulting particles having a diameter of 5.
It is less than 0 microns.

Ｒａｐｉｄ　　５ｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　　Ｐｒ
ｏｃｅｓｓｉｎｇ　、　　／り７．ｒに発表されたＪ、
　Ｐｅｒｅｌ　　等による”　Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｎ
ｏｄｙｎａｍｉｃ雫 （３ｅｎｅｒａｔｉｏｎ　　ｏｆ　　Ｓｕｂｍｉｃｒｏ
ｎ　　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　　ｆｏｒ　ＲａｐｉｄＳｏ
ｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ”には、真仝チャンバー内に
配置したそして一端に電場を有する毛細管を、液状金属
小滴の製造に使うことが記されている。　この装置は、
分析試験にかける金属小滴をつくるための実験室用の組
立てとして意図されている。　比較的小芒な（７５ミク
ロン３直径の毛管出力オリフィスは、オリフィスが詰す
るのを防止するために溶融金属源は実質的に不純物非含
有のものでなければならないので、商業的見地から実用
的ではない。　芒らに、Ｐｅｒｅｌ等が好ましいとして
いる１日当り２０　ｔの産出量ではご工業的作業を可能
にするのに一般に不十分で、ある。Rapid 5olidification Pr
ocessing, /ri7. J, published in r.
“Electrohydrn” by Perel et al.
odynamic drop (3 generations of Submicro
n Particles for RapidSo
"lidification" describes the use of a capillary tube placed in a true chamber and having an electric field at one end for the production of liquid metal droplets.
It is intended as a laboratory assembly for producing metal droplets for analytical testing. A relatively small (75 micron 3 diameter) capillary output orifice is not practical from a commercial standpoint because the molten metal source must be substantially free of impurities to prevent the orifice from clogging. However, the preferred output of 20 tons per day by Perel et al. is generally insufficient to enable industrial operations.

ものである。　　しかしながら、このようにして形成し
た小滴は一般により大きなものであり、前に述べた他の
方法によって形成したものに比べてより大きな寸法分布
を有している。It is something. However, droplets formed in this manner are generally larger and have a larger size distribution than those formed by other methods previously discussed.

前に述べたような方法では、小滴の大きさが比較的より
大きな分布のものが生じるので、一般に選別工程を用い
て不所望の大きさの粒子をより分ける。　このような取
扱いは小滴に不純物を混入させる原因となる。　大きさ
が均一でより小芒な小滴が得られれば、選別工程を省く
ことができる。Since methods such as those previously described result in a relatively larger distribution of droplet sizes, a sorting step is generally used to sort out undesirably sized particles. Such handling can lead to contamination of the droplets. If smaller droplets with uniform size are obtained, the sorting step can be omitted.

本発明の目的は、小滴の大きさを連続的に調節すること
ができる２、金属微細小滴の製造に関するものである。The object of the invention relates to the production of fine metal droplets, 2 in which the size of the droplets can be adjusted continuously.

別の目的は、平均の大きさを中心とした粒子の寸法分布
が比較的小さい金属微細小滴の製造に関する。Another object relates to the production of metal microdroplets with a relatively small size distribution of the particles around a mean size.

別の目的は、液状で高融点の合金からの金属微細小滴の
製造に関する。Another object relates to the production of metal microdroplets from liquid, high melting point alloys.

別の目的は、製造される小滴の量が商業的捷たは工業的
用途を見合うに十分な、金属微細小滴の製造に関する。Another object relates to the production of fine metal droplets where the quantity of droplets produced is sufficient to justify commercial or industrial applications.

本発明において、液状金属から金属微細小滴を形成する
装置は、チャンバー内の圧力が周囲大気圧と異なるチャ
ンバー、回転可能なようにチャンバー内に取り付けられ
液状金属小滴は取る表面を持った部材、液状金属を部材
の表面に送る手段、少なくとも該表面の端に電場を形成
する手段および部材を予じめ定めた角速度で回転きせる
手段よりなる。In the present invention, an apparatus for forming fine metal droplets from a liquid metal comprises a chamber in which the pressure within the chamber is different from the ambient atmospheric pressure, a member rotatably mounted in the chamber and having a surface on which the liquid metal droplets are removed. , means for delivering liquid metal to the surface of the member, means for creating an electric field at least at the edge of the surface, and means for rotating the member at a predetermined angular velocity.

きらに不発明において、液状金属から液状金属微細小滴
全形成する方法は、液状金属を受は取る表面を有する部
材を用意し、部材を周囲大気圧と異なる圧力の環境に置
き、少なくとも表面の端に電場を発生させ、液状金属を
その表面に注ぎ、金属の表面張力に打ち勝つように電場
の強度を調節し、液状金属の少なくとも一部を剪断して
小滴を形成するように部材を回転させそして小滴を金属
の溶融温度より低い温度に急冷することよりなる。In the present invention, a method for forming liquid metal fine droplets from liquid metal includes preparing a member having a surface for receiving and receiving the liquid metal, placing the member in an environment with a pressure different from the ambient atmospheric pressure, and removing at least the surface of the liquid metal. generating an electric field at the end, pouring the liquid metal onto its surface, adjusting the strength of the electric field to overcome the surface tension of the metal, and rotating the member to shear at least a portion of the liquid metal to form a droplet; and rapidly cooling the droplets to a temperature below the melting temperature of the metal.

新規な本発明の特徴は詳しく特許請求の範囲の項に記し
た。　　しかしながら、本発明の上記以外の目的幹よび
利点と共に、構成および操作方法に関する本発明自体は
、添付の図面と関連させて詳しく説明することにより、
よく理解できよう。The novel features of the invention are set out in detail in the claims. However, the invention itself, as to construction and method of operation, as well as other objects and advantages of the invention, will be explained in more detail in conjunction with the accompanying drawings.
I hope you understand it well.

第１図の図解は、本発明に従って組立てた、液状金属源
１１から液状金属微細小滴１６をつくる装置１の具体例
である。The illustration in FIG. 1 is an embodiment of an apparatus 1 for producing liquid metal microdroplets 16 from a liquid metal source 11, constructed in accordance with the present invention.

装置１は、環境１７が周囲大気圧と異なる、たとえば加
圧または減圧した、チャンバー１８、回転可能なように
チャンバー１８内に取シ付は憤られ液状金属を受は取る
に適した表面３を有する、ディスクのような、部材２、
液状金属１２を源１１から部材２の表面３へ送る手段１
４、少なくとも表面３の端４に電場を形成する手段５お
よび部材２を回転させる手段１０よシなる。　周囲大気
圧はここでは約Ｏ１／〜約／Ｊ大気圧の範囲に限定され
る。The device 1 comprises a chamber 18 in which the environment 17 is different from the ambient atmospheric pressure, e.g. pressurized or depressurized, a surface 3 rotatably mounted within the chamber 18 and suitable for receiving and taking up liquid metal. a member 2, such as a disk, having
Means 1 for conveying liquid metal 12 from a source 11 to a surface 3 of a member 2
4. means 5 for forming an electric field at least at the edge 4 of the surface 3 and means 10 for rotating the member 2. Ambient atmospheric pressure is here limited to a range of about O1/ to about /J atmospheric pressure.

部材２は軸８の一端に固定してあり、この軸８の別の端
はモーターのような駆動あるいは回転手段１０に付いて
いる。　ベアリング９は軸８を支持し、そして軸８が通
り抜けるのでチャンバー１８の壁との界面を密封する。The member 2 is fixed to one end of a shaft 8, the other end of which is attached to drive or rotation means 10, such as a motor. The bearing 9 supports the shaft 8 and seals the interface with the wall of the chamber 18 as the shaft 8 passes through it.

　駆動手段１０はチャンバー１８内に配置することがで
き、そうすることにより軸８をチャンバー１８の壁に慣
通させる必要はなくなる。The drive means 10 can be arranged within the chamber 18, thereby eliminating the need for the shaft 8 to pass through the walls of the chamber 18.

電場を形成する手段５は代表的には、部材２の回転軸の
１わりに配置され雷、気接続手段７を通して高電圧エネ
ルギー源で励起される少なくとも一つの環状電極よりな
る。　一般に、軸８および部材２は電気的に導通してい
て大地電位にあり、そして高電圧エネルギー源６は環状
電極に大地電位に対して負の電位を与える。　環状電極
５はディスク２と中心が同じであるのが好ましく、そう
すると均一な電場がディスクの端４に生じる。The means 5 for generating an electric field typically consists of at least one annular electrode arranged about one of the rotational axes of the member 2 and excited with a source of high voltage energy through a lightning connection means 7. Generally, shaft 8 and member 2 are in electrical communication and at ground potential, and high voltage energy source 6 provides the annular electrode with a negative potential with respect to ground potential. The annular electrode 5 is preferably co-centered with the disc 2, so that a uniform electric field is created at the edge 4 of the disc.

別の環状電極（図示していがい）をディスク２の・　上
にかつ中心を同じにして置き、高電圧エネノしギー源６
で励起してもよい。　このように、共働する一対の環状
電極を、所望の小滴特性を作シ出すための電場の形成に
用いる。Another annular electrode (insulator shown) is placed over and centered on the disk 2 and connected to the high voltage energy source 6.
It can be excited by Thus, a pair of cooperating annular electrodes are used to create an electric field to create desired droplet properties.

さらに、チャンバー１８の少なくとも一部、たとえばそ
の壁の領域３１を、チャン／（−１８の残りの壁および
ベアリング９から電気的に絶縁しつる。　ベアリング９
のまわりの領域３５が電気的に絶縁され、その結果ベア
リング９はチャン／＜−壁の領域３１から電気的に絶縁
される。　一般的に、絶縁体３４は壁の領域３１で環状
電極３３を形成するためにある。　壁の領域３１は電気
接続手段３２を通して第二の高電圧エネノしギー源３０
で励起され、チャンバーの壁の励起された部分３１で電
極３３を形成する。　この電極３３は、少なくとも表面
３の端４に電場を形成するために、電場を形成する手段
５と共働させて、あるいは独立させて使用しうる。Furthermore, at least a portion of the chamber 18, such as a region 31 of its wall, is electrically insulated from the remaining walls of the chamber 18 and the bearing 9.
The region 35 around the is electrically insulated, so that the bearing 9 is electrically isolated from the region 31 of the chamber/<-wall. Generally, the insulator 34 is there to form an annular electrode 33 in the region 31 of the wall. The wall area 31 is connected to a second high voltage energy source 30 through electrical connection means 32.
, forming an electrode 33 at the energized portion 31 of the wall of the chamber. This electrode 33 can be used in conjunction with the means 5 for generating an electric field or independently, in order to generate an electric field at least at the edge 4 of the surface 3.

図解されていない具体例において、電極５は大地電位に
あり、部材２は軸８から電気絶縁し、。In an embodiment not illustrated, the electrode 5 is at ground potential and the member 2 is electrically insulated from the shaft 8.

そして高電圧エネルギー源６は部材２に電気的に接続し
て、　　　　　　　　　　３　　　部材２に大地電位に
対して正の電位を与える。　上言己の本発明の具体例で
は、大地電位に対していずれの電位も使用しつる。A high voltage energy source 6 is then electrically connected to member 2 to provide member 2 with a positive potential relative to ground potential. In embodiments of the invention described above, any potential relative to ground potential may be used.

液状金属１２を概略的に示しである源１１力・ら部材２
０表面３に送る。液体送り出し手段１４、たとえば中空
管、は液状金属１２の流れを通すものである。　中空管
１４の送出オＩＪフイス１９は、オリフィス１９１に通
る液状金属１２の流れをよりうまく調節するために、一
般に管１４自体よりも小さな直径でできている。　オリ
フィス１９は、液状金属１２をこれから表面３土へ流す
ように位置を定めである。　通常のバルブおよびコント
ロール手段（図示していないンをオリフィス１９と共働
させて、これを通して液状金属１２が流れ出る速度をさ
らに調節してもよい。　オリフィス１９全通しての液状
金属１２の流出速度はまた、源１１からの液状金属の圧
力を変えることによって調節してもよい。A liquid metal 12 is schematically shown as a source 11 and a force member 2.
0 Send to surface 3. The liquid delivery means 14, for example a hollow tube, is for carrying the flow of the liquid metal 12. The delivery orifice 19 of the hollow tube 14 is generally made of a smaller diameter than the tube 14 itself to better control the flow of liquid metal 12 through the orifice 191. Orifice 19 is positioned to direct liquid metal 12 from this point onto surface 3 soil. Conventional valves and control means (not shown) may cooperate with orifice 19 to further adjust the rate of flow of liquid metal 12 through orifice 19. It may also be adjusted by varying the pressure of the liquid metal from source 11.

操作は、第１図にあるように、液状金属を液体送出手段
１４により液状金属源１１からオリフィス１９に送る。In operation, liquid metal is delivered from a liquid metal source 11 to an orifice 19 by a liquid delivery means 14, as shown in FIG.

　オリフィス１９がら、液状金属１２を回転可能なよう
に取シ付けである部材２の表面３上に送る。　部材２は
、環境１７が周囲大気圧と異なっているチャンバー１８
中に配置する。　すなわち、チャンバーは加圧または減
圧されている。Through the orifice 19, the liquid metal 12 is rotatably conveyed onto the surface 3 of the member 2, which is the mounting. The member 2 is arranged in a chamber 18 in which the environment 17 is different from the ambient atmospheric pressure.
Place inside. That is, the chamber is pressurized or depressurized.

チャンバー１８の加圧または減圧は、必要な高電圧を、
ガスがアークまたは絶縁破壊を起こすことなく、環状電
極にかけられるようにするたぬに必要である。　電極５
とディスク２の間にできた電場は約１０〜１０ボルト／
ｍであるのが好せしい。　一般的には、電極電圧は約ｂ
ｏ、ｏｏｏボルトである。　十分なエネルギーが電場に
生じて液状金属の表面張力に打ち勝たねばならない。　
特定ガスの絶縁破壊特性は、ＦｉｎｋのＳ　ｔａｎｄａ
ｒｄＨａｎｄｂｏｏｋ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　、　ＭｃＱｒａｗ　Ｈｉｌｌ出
版、７９７との第≠〜／３３頁にあるようなパージエン
曲線で決定しうる。　液状金属と反応しないガス、たと
えば六弗化倣黄、ヘリウム、窒素、ネオンまたはアルゴ
ンを用いるべきである。　これらのガスの混合物または
他の不活性ガスも使用しうる。Pressurization or depressurization of chamber 18 provides the necessary high voltage.
It is necessary to allow the gas to be applied to the ring electrode without arcing or breakdown. Electrode 5
The electric field created between and disk 2 is approximately 10 to 10 volts/
It is preferable that m. Generally, the electrode voltage is about b
o, ooo bolt. Sufficient energy must be generated in the electric field to overcome the surface tension of the liquid metal.
The dielectric breakdown characteristics of a specific gas are determined by Fink's standard.
rdHandbook for Electrical
It can be determined using a purge curve as described in Engineers, McQraw Hill Publishing, 797, pages ≠ to /33. Gases that do not react with the liquid metal should be used, such as hexafluoride, helium, nitrogen, neon or argon. Mixtures of these gases or other inert gases may also be used.

部材２をモーター１０で回転させながら、液状金属１２
を部材２の表面３上に送る。　部材２の回転は液状金属
を遠心的に押しやって、表面３に添って部材２の回転軸
から端４に向かって外側に流す。　流れの中の液状金属
１２の量をたやす！ く調節できるように表面３に添って比較的均一な流れを
形成すべく、部材２の表面３に、液状金属１２がしめら
すことかできるあるいは多少の親和力を示しつる材料で
あるのが好ましい。　励起された環状電極５は部材２の
端４に電場をつくるように位置を定めてあり、その結果
表面３から流れてくる金属は電場内に入ることになる。While rotating the member 2 with the motor 10, the liquid metal 12
onto the surface 3 of the member 2. The rotation of the member 2 centrifugally forces the liquid metal to flow outwardly along the surface 3 from the axis of rotation of the member 2 towards the end 4. Reduce the amount of liquid metal 12 in the flow! Preferably, the surface 3 of the member 2 is a material to which the liquid metal 12 can be impregnated or exhibits some affinity to form a relatively uniform flow along the surface 3 so as to be adjustable. The energized annular electrode 5 is positioned to create an electric field at the end 4 of the member 2, so that metal flowing from the surface 3 enters the electric field.

電場のない第３Ａ図を参照すると、液状金属１２が表面
３の端４に達したとたんに、これらはＡ、Ｂのような団
塊をつくり、ここから小滴３１が放散あるいは押出され
る。　一定の回転速度に対して、これらの小滴は、液状
金属の表面張力に打ち勝つのに十分な強度の電場の存在
下で形成した小滴よりも、大きくそして均一でない。Referring to FIG. 3A without an electric field, as soon as the liquid metals 12 reach the edge 4 of the surface 3, they form nodules such as A, B from which droplets 31 are emitted or extruded. For a constant rotational speed, these droplets are larger and less uniform than droplets formed in the presence of an electric field strong enough to overcome the surface tension of the liquid metal.

第３Ｂ図は、本発明に従う液状金属小滴の形成を図解し
たものである。　部材２から表面３の上を端４へ流れる
液状金属によって作られたＣ１Ｄのような団塊は、電場
なしで作ったものよシも、一定の回転速度に対して、よ
り微細である。　団塊Ｃ％Ｄの先端３２．３３から発散
される粒子の大きさは、部材２の大きさ、部材２の回転
速度、液状金属１２の部材２の端への質量流速および電
場の強度の関数である。　従って、電場の強度を変化さ
せることによって、生じる小滴の大きさを変えることが
できる。　電場は、所望の大きさの小滴１６を形成する
ために、団塊Ｃ，Ｄ中の液状金属の表面張力に打ち勝つ
のに十分な強度でなくてはならない。　このように、所
望の太さきの小滴を得るために、本発明では、電場を用
いない液状金属小滴形成装置の場合よりも、遅い回転速
度で行うことができ、そしてより遅い速度は回転部材２
に加わる応力を減じることになる。FIG. 3B illustrates the formation of liquid metal droplets in accordance with the present invention. Nodules such as C1D produced by liquid metal flowing from member 2 over surface 3 to end 4 are finer for a given rotational speed than those produced without an electric field. The size of the particles emitted from the tip 32.33 of the nodule C%D is a function of the size of the member 2, the rotational speed of the member 2, the mass flow rate of the liquid metal 12 to the end of the member 2, and the strength of the electric field. be. Thus, by varying the strength of the electric field, the size of the resulting droplets can be varied. The electric field must be strong enough to overcome the surface tension of the liquid metal in the nodules C, D to form droplets 16 of the desired size. Thus, in order to obtain droplets of the desired size, the present invention can be carried out at slower rotational speeds than in liquid metal droplet formation devices without electric fields, and the slower speeds Part 2
This will reduce the stress applied to the

第２図の図解は本発明の別の具体例であり、第１図にお
ける部材２の代わシに部材２０を用いている。　部材２
０は横方向の基部部分２１およびこれに接続した側面２
２を形成する円筒形部分を有するカップ状のものであり
、前記の軸８上に取シ付けてもよい。　もちろん、他の
形の回転部材、たとえばテーパー状の側面を有し、その
ため基部の内部の大きさが頂部の開口部よりも大きいカ
ップ状の部材、を使用してもよい。The illustration in FIG. 2 is another embodiment of the invention, in which a member 20 is used in place of member 2 in FIG. Part 2
0 is the horizontal base portion 21 and the side surface 2 connected thereto.
It is cup-shaped with a cylindrical portion forming a cylindrical portion 2 and may be mounted on the shaft 8 mentioned above. Of course, other shapes of rotating members may be used, such as cup-shaped members with tapered sides so that the internal size of the base is larger than the opening at the top.

液状金属１′２は手段１４によってオリフィス１９へ送
る。　オリフィス１９は液状金属１２を部材２０の内面
２３上に案内するように位置を定めである。　部材２０
の回転は液状金属１２を、而２３に添って、そして次に
側面２２の内面２４に添って流すようにする。　液状金
属１２が側面２２の端２５に達したとたんに、これはす
ぐさま小滴１６となり、その大きさは前記の環状電極５
によって生じる電場の強度で調節しうる。Liquid metal 1'2 is conveyed by means 14 to orifice 19. Orifice 19 is positioned to direct liquid metal 12 onto inner surface 23 of member 20. Member 20
The rotation of causes the liquid metal 12 to flow along the surface 23 and then along the inner surface 24 of the side surface 22. As soon as the liquid metal 12 reaches the edge 25 of the side surface 22, it immediately forms a droplet 16 whose size is equal to that of the annular electrode 5 mentioned above.
It can be adjusted by the strength of the electric field generated by

部材２０のリム２６は、内面２４が円筒形部分の外面２
７よりもさらに伸びるようにベベル取りしである。　こ
のベベル部分は、液状金属小滴が形成される領域の電場
の強度を高める。　電場の強度は、ベベルの角度を変え
ることによって、変化させることができる。　また、ベ
ベルは表面にリリーフを提供し、金属がリムに付着した
り、外面２７に添って垂れるのを防止する。　ベベルは
外面２７が内面２４よりもさらに伸びていてもよい。The rim 26 of the member 20 has an inner surface 24 and an outer surface 2 of a cylindrical portion.
It is beveled so that it stretches further than 7. This beveled portion increases the strength of the electric field in the region where the liquid metal droplet is formed. The strength of the electric field can be varied by changing the bevel angle. The bevel also provides surface relief to prevent metal from sticking to the rim or sagging along the outer surface 27. The outer surface 27 of the bevel may extend further than the inner surface 24.

小滴が電場からの電荷を得るので、本発明をによる金属
小滴の形成に特有の利点が得られる。Unique advantages of forming metal droplets according to the present invention arise because the droplets acquire a charge from the electric field.

小滴は同じ極性を帯び、従ってそれらは互いに反発する
ようになる。　この反発性は、小滴が急冷される前に、
他の小滴に吸収されたりあるいは他の小滴と結合するの
を妨げ、従って大きな小滴の形成が避けられる。The droplets take on the same polarity, so they become repulsive to each other. This repulsion is due to the fact that before the droplets are quenched,
It is prevented from being absorbed by or combining with other droplets, thus avoiding the formation of large droplets.

本発明の装置では、実質的に全ての小滴が直径と０ミク
ロン未満のものである、平均直径りミクロンの液状金属
小滴を製造することができる。The apparatus of the present invention is capable of producing liquid metal droplets with an average diameter of microns, with substantially all of the droplets being less than 0 microns in diameter.

回転速度は約ｊ００〜約３０，００θＲ，ＰＭにそして
電場の強度は約１０〜約７０ボルト／メーターにすべき
である。　好ましい回転速度は約３；０００　ＲＰＭで
ある。The rotation speed should be from about j00 to about 30,00 θR, PM and the electric field strength should be from about 10 to about 70 volts/meter. The preferred rotation speed is about 3;000 RPM.

液状金属小滴をつくる従来の方法にはそれに伴う問題を
有している。　前述のＱｌ　１ｃｋｓｔｅｉｎ等の文献
では、大気圧にてヘリウム中に配置した、２≠、０００
１１（、ＰＭの速度で回転するディスクを、液状金属か
らの小滴の形成に使用している。　この形では、生じる
小滴の平均の大きさは、ディスクが回転する速度に比例
する。　　しかしながら、平均値中心で生じる粒子の寸
法分布は比較的大きく、容易に調節できない。　従って
、所望の大きさよりも大きい寸たは小さい小滴が多数化
じる。　前に説明したように、大きすぎたり小さすぎる
小滴は、工程を進める前に除去しないと、最終製品に疲
労部位を形成するので、好贅しくないと考えられている
。Traditional methods of making liquid metal droplets have their associated problems. In the above-mentioned literature of Ql 1ckstein et al., 2≠,000
11, a disk rotating at a speed of PM has been used for the formation of droplets from liquid metal. In this form, the average size of the resulting droplets is proportional to the speed at which the disk is rotated. , the particle size distribution that occurs around the mean center is relatively large and cannot be easily adjusted. Therefore, there will be a large number of droplets that are larger or smaller than the desired size. Droplets that are too small are considered undesirable as they will create fatigue areas in the final product if not removed before proceeding.

別の問題は、Ｑｌｃｋｓｔｅｉｎ等が記しているアプロ
ーチを使うときに出くわす。　小滴の大きさを小さくす
るために、ディスクを相当高速、例えば記載のある２≠
、０００　ＲＰＭのような高速で、回転させねばならな
い。　溶融金属、特に、しばしばニッケルを基材とし、
一般に約１ｓｏｏ　ｃの融点を有する超合金、から小滴
を形成しようとするとき、これに伴う温度および力にお
いて過度のクリープおよび構造変形を示さないディスク
用の材料を見出すことは困難である。　回転しているデ
ィスクに加わる応力は、角速度の二乗にほぼ比例する。Another problem is encountered when using the approach described by Qlckstein et al. To reduce the droplet size, the disk is moved at a fairly high speed, e.g.
, 000 RPM. Molten metals, especially often based on nickel,
It is difficult to find materials for the disk that do not exhibit excessive creep and structural deformation at the temperatures and forces involved when attempting to form droplets from superalloys, which generally have melting points of about 1 soo c. The stress applied to a rotating disk is approximately proportional to the square of the angular velocity.

本発明の装置および方法は回転部材で、Ｑｌｊｃｋｓｔ
ｅｉｎ等がつくった大きさの小滴を約３；０００　ＲＰ
Ｍの速度にてつくることを可能にするものであり、本発
明の回転部材に加わる応力は、Ｇ１１ｃｋｓｔｅｉｎ等
が記しである。The apparatus and method of the present invention includes a rotating member, Qljckst
Approximately 3;000 RP for a droplet of the size made by ein et al.
The stress applied to the rotating member of the present invention is described by G11ckstein et al.

溶融金属はディスクの表面を横切って流れるので、表面
が溶融金属でぬれることも、溶融金属の調節のために有
益なことである。　超合金の高温および高速回転ディス
クに加わる応力に耐える能力と共に、この様な追加の制
限を満たすディスク製造用の実用的かつ経済的な材料を
得ることは困難である。　本発明によって回転速度をよ
り遅くすることができることは、回転部材に加わる応力
を減少させるばかりでなく、選択しうる材料の数を増大
させる。　というのは多くの材料がその応力に耐えかつ
その表面湿潤基準を満たすことが使用しつる別の方法で
あるが、生じる小滴の寸法分布は一般に大きく、そして
所望の大きさのものを得るのに必要なその後の取り扱い
、たとえば選別、によってまずいことに不純物が混じる
恐れがある。As the molten metal flows across the surface of the disk, wetting the surface with molten metal is also beneficial for conditioning the molten metal. It is difficult to obtain practical and economical materials for disk manufacturing that meet these additional constraints, along with the ability of superalloys to withstand the stresses imposed on high temperature and high speed rotating disks. The ability to achieve slower rotational speeds with the present invention not only reduces the stress on the rotating member, but also increases the number of materials available to choose from. Although many materials are used to withstand stress and meet surface wetting criteria, the size distribution of the resulting droplets is generally large, and it is difficult to obtain the desired size. The subsequent handling required, such as sorting, can undesirably introduce impurities.

以上、小滴の大きさを、電場を適用することによって連
続的に調節することができるＩ、金属微細小滴を形成す
る装置および方法について述べた。　電場の存在により
、よシ均一な小滴が形成し、そして電場を用いずに同じ
大きさの小滴を形成する装置よりも、小滴を飛散させる
回転部材の回転速度をより遅くすることが可能となる。What has been described above is an apparatus and method for forming fine metal droplets in which the size of the droplets can be continuously adjusted by applying an electric field. The presence of an electric field results in the formation of more uniform droplets, and allows the rotational speed of the rotating member that scatters the droplets to be slower than in devices that form droplets of the same size without the use of an electric field. It becomes possible.

　このように回転速度をより遅くすることによって、高
融点合金または超合金をさら゛に一層経済的にかつ効率
的に取り扱うことが可能となる。　さらに、本発明では
溶融金属の流量が比較的多量であり、従って本発明は商
業的要求を満たすのに役立つ。This lower rotational speed allows high melting point alloys or superalloys to be handled even more economically and efficiently. Additionally, the flow rate of molten metal in the present invention is relatively high, thus helping the present invention meet commercial requirements.

本発明のほんのいくつかの特徴を図面で示したが、多く
の変形が可能なことはこの技術分野に熟練した人々にと
って明らかなことである。　特許請求の範囲が、本発明
の真の精神および範囲内に入るあらゆる変形を包含して
いることは言うまでもないことである。While only some features of the invention have been shown in the drawings, many modifications will be apparent to those skilled in the art. It goes without saying that the appended claims cover all modifications that fall within the true spirit and scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明に従って組立てた小滴形成装置〆具体例
の部分的な概略立面図である。 △ 第２図は本発明に従って組立てた回転可能なように取り
付けた部材の立面図である。 第３Ａおよび３Ｂ図は、各々電場を持たないおよび持っ
た部材の端からの液状金属の流れの部分的な概略・平面
図である。FIG. 1 is a partial schematic elevational view of an embodiment of a droplet forming apparatus constructed in accordance with the present invention. Δ FIG. 2 is an elevational view of a rotatably mounted member assembled in accordance with the present invention. Figures 3A and 3B are partial schematic plan views of the flow of liquid metal from the ends of the member without and with an electric field, respectively.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 （１）　　液状金属から液状金属微細小滴を形成する方
法において、 （ａ）該液状金属を受は取る表面を持った部材を用意し
； （ｂ）該部材を、周囲大気圧と異なる圧力の環境に置き
； （Ｃ）該金属の表面張力に打ち勝つのに十分な電場を、
少なくとも該表面の端に生じさせ；（ｄ）該液状金属を
該表面上に案内し；そして（ｅ）該部材を予じめ定めた
角速度で回転させて該液状金属の少なくとも一部を剪断
して小滴を形成させる、 工程よりなる、上記の方法。 （２）該環境が、該液状金属と非反応性のガスよりなる
、特許請求の範囲第（１）項記載の方法。 （３）　　該ガスが窒素よりなる、特許請求の範囲第（
２）項記載の方法。 （４）該ガスがアルゴンよりなる、特許請求の範囲第（
２）項記載の方法。 （５）該ガスがヘリウムよりなる、特許請求の範囲第（
２）項記載の方法。 （６）該電場を生じる該工程が、該小滴の平均の大きさ
が直径約≠θミクロンそして実質的に全ての小滴が直径
約ざＯミクロン未満であるように、その強度を調節する
こと、を含んでいる、特許請求の範囲第（１）項記載の
方法。 （７）該部材の角速度が約Ｊ″００〜約３０．００ＯＲ
ＰＭの範囲である、特許請求の範囲第（１）項記載の方
法。 （８）　　電場の強度が約１０〜約ＩＯボルト／ｍの範
囲である、特許請求の範囲第（６）項記載の方法。 （９）　　該環境が実質的に真空である、特許請求の範
囲第（１１項記載の方法。 ＱＯＩ　　該ガスが六弗化硫黄よりなる、特許請求の範
囲第（２）項記載の方法。 Ｑｌｌ　　該ガスが不活性ガスの混合物よりなる、特許
請求の範囲第（２）項記載の方法。 ０？Ｊ　　液状金属から液状金属微細小滴を形成する装
置において、 （ａ）チャンバー内の圧力が周囲大気圧と異なるチャン
バー； （１）１回転可能なように該チャンバー内に取り付けら
れ該液状金属を受は取る表面を持った部材：（Ｃ）該液
状金属を該部材の該表面に送る手段；（ｄ）少なくとも
該表面の端に電場を形成する手段；および （ｅ）該部材を予じめ定めた角速度で回転ざぜる手段 よりなる上記の装置。 ＯＪ　　電場金つくる該手段が、該部材の回転軸のまわ
りに配置した少なくとも一つの環状電極よりなる、特許
請求の範囲第（１２１項記載の装置。 Ｑ４１　　該チャンバー内の該圧力が周囲大気圧よりも
高い、特許請求の範囲第α３項記載の装置。 （１５）該チャンバー内の該圧力が周囲大気圧よりも低
い、特許請求の範囲第０２項記載の装置。 α６）＃チャンバー内の環境が実質的に窒素である、特
許請求の範囲第（１３１項記載の装置。 Ｑ７）該チャンバー内の環境が実質的にアルゴンである
、特許請求の範囲第０３）項記載の装置。 Ｑ８１　　該チャンバー内の環境が実質的にヘリウム　
−である、特許請求の範囲第０３）項記載の装置。 ａ９　　該部材がディスクよりなり、そして該環状電極
が該ディスクと中心を同じにしている、特許請求の範囲
第１３１項記載の装置。 （２０）該部材が、コツプ状の形となるように、横方向
の基部部分およびこれに固定した円筒形部分よりなる、
特許請求の範囲第（１２１項記載の装置。 （２１＋　　該円筒形部材のリムは、該円筒形部分の内
面が該円筒形部分の外面よりもさらに伸びるように、ベ
ベル取りしである、特許請求の範囲第０９項記載の装置
。 （２々　電場をつくる該手段が、該チャンバーの壁の少
なくとも一部よりなる、特許請求の範囲第０２１！項記
載の装置。 （２３１−ｇらに、少なくとも該表面の端に電場全形成
する第二の手段を含む、特許請求の範囲第０粉項記載の
装置。 ０４）　　電場を形成する該第二の手段が、該チャンバ
ーの壁の少なくとも一部よりなる、特許請求の範囲第（
２３１項記載の装置。 （２５）該チャンバー内の環境が不活性ガスの混合物で
ある、特許請求の範囲第０３項記載の装置。[Claims] (1) A method for forming fine liquid metal droplets from liquid metal, including: (a) providing a member having a surface that receives and takes the liquid metal; (b) surrounding the member; (C) applying an electric field sufficient to overcome the surface tension of the metal;
(d) guiding the liquid metal onto the surface; and (e) rotating the member at a predetermined angular velocity to shear at least a portion of the liquid metal. forming a droplet. (2) The method according to claim (1), wherein the environment comprises a gas that is non-reactive with the liquid metal. (3) Claim No. 3, wherein the gas consists of nitrogen (
2) Method described in section 2). (4) Claim No. (4) wherein the gas consists of argon.
2) Method described in section 2). (5) Claim No. 3, wherein the gas consists of helium (
The method described in section 2). (6) said step of producing said electric field adjusts its strength such that the average size of said droplets is about ≠θ microns in diameter and substantially all droplets are less than about O microns in diameter; The method according to claim (1), comprising: (7) The angular velocity of the member is about J″00 to about 30.00OR
The method according to claim (1), which is within the scope of PM. 8. The method of claim 6, wherein the electric field strength ranges from about 10 to about IO volts/m. (9) The method according to claim 11, wherein the environment is substantially a vacuum. QOI The method according to claim 2, wherein the gas comprises sulfur hexafluoride. Qll 2. A method according to claim 2, wherein the gas comprises a mixture of inert gases. 0?J In an apparatus for forming liquid metal microdroplets from a liquid metal, (a) the pressure in the chamber is at ambient temperature. a chamber different from atmospheric pressure; (1) a member having a surface mounted within the chamber so as to be rotatable once and receiving and receiving the liquid metal; (C) means for delivering the liquid metal to the surface of the member; (d) means for forming an electric field at least at an edge of said surface; and (e) means for rotating said member at a predetermined angular velocity. The device according to claim 121, comprising at least one annular electrode arranged around a rotation axis. (15) The device according to claim 02, wherein the pressure within the chamber is lower than ambient atmospheric pressure. α6) #The apparatus according to claim 02, wherein the environment within the chamber is substantially nitrogen. The apparatus according to claim 131. Q7) The apparatus according to claim 03, wherein the environment within the chamber is substantially argon. Q81 The environment inside the chamber is substantially helium.
- The device according to claim 03). a9. The device of claim 131, wherein the member comprises a disk and the annular electrode is co-centered with the disk. (20) The member comprises a lateral base portion and a cylindrical portion fixed thereto so as to have a pot-like shape;
Apparatus according to claim 121. (21+) The rim of the cylindrical member is beveled such that the inner surface of the cylindrical portion extends further than the outer surface of the cylindrical portion. The device according to claim 09. (2.) The device according to claim 021!, wherein the means for creating an electric field consists of at least a part of the wall of the chamber. (231-g et al. The device according to claim 0, comprising second means for forming an electric field entirely at the edge of the surface.04) The second means for forming an electric field extends from at least a portion of the wall of the chamber. Claim No. (
The device according to paragraph 231. (25) The device according to claim 03, wherein the environment within the chamber is a mixture of inert gases.