تكنولوجيا تصنيع مسحوق المعادن

تتعلق الاختراع بطريقة وطريقة لإعداد مسحوق معدني عن طريق الذرات

التكنولوجيا الخلفية

في عشرينيات القرن التاسع عشر، استُخدمت عملية ذرّ الهواء لصنع مساحيق المعادن غير الحديدية، وفي الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين، استُخدمت على نطاق واسع لإنتاج مساحيق المعادن والسبائك. في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات، ومع تطور تكنولوجيا الكمبيوتر وتكنولوجيا التحكم الحديثة، دخلت عملية الذرّية فترة من التطور القوي. في الوقت الحاضر، يتمثل مخطط ذرّ الغاز التقليدي في استخدام الغاز السائل، مثل النيتروجين السائل والأرجون السائل، بعد تسخين عملية التغويز، باستخدام غاز عالي الحرارة وعالي الضغط يستهدف المعدن السائل، وذرّ المعدن إلى جزيئات. الآن، تعتمد عملية ذرّ الغاز بشكل أكبر على استخدام الغاز الخامل، أو الهواء عالي الضغط، وما إلى ذلك، والعيب هو انتقال الغاز الخامل من الغاز إلى السائل ثم الضغط، وزيادة التكاليف، والنقل الخطير.

يهدف هذا الاختراع إلى توفير طريقة لتحضير مسحوق معدني بالذرّة، ويحل مشكلة التكلفة العالية لهذا النوع من التحضير. ولحل هذه المشكلة التقنية، يوفر هذا الاختراع طريقة لتحضير مسحوق معدني بالذرّة، تتضمن الخطوات التالية: تسخين مرذاذ سائل مسبقًا وتبخيره للحصول على مرذاذ غازي، حيث يكون المرذاذ سائلًا في جو يتراوح بين ١٠ و٣٠ درجة مئوية، ويتم الحصول على مسحوق معدني بتمرير المرذاذ الغازي إلى صينية المرذاذ وإجراء ذرّة غازية للسائل المعدني. المادة المذرّرة هي مادة تتراوح درجة غليانها بين ٥٠ و٢٠٠ درجة مئوية. ويكون المرذاذ عبارة عن إيثانول أو خليط من الإيثانول والماء. المُبخِّر هو الماء، وقبل ضغطه وتسخينه وتغويزه مسبقًا، يتضمن المُبخِّر أيضًا الخطوات التالية: تقطير وإزالة الأكسجين، وتعقيم الماء الخام وإزالة أيوناته، للحصول على ماء سائل نقي. الماء الخام هو أي ماء في ماء الصنبور أو ماء البحر أو الماء المقطر. تتضمن عملية التبخير الغازي للسائل المعدني ما يلي: عند ضغط لا يقل عن 1.1 ميجا باسكال ودرجة حرارة لا تقل عن درجة غليان المُبخِّر، يُبخَّر السائل المعدني بواسطة المُبخِّر.

بعد ذرّ السائل المعدني إلى غاز والحصول على مسحوق المعدن، تتضمن عملية اختزال مسحوق المعدن الخطوات التالية. بعد ذرّ السائل المعدني إلى غاز للحصول على مسحوق المعدن، يُستعاد ذرّ الغاز المُفرّغ من صينية رشّ الذرّة. يُقدّم هذا الاختراع طريقةً لتحضير مساحيق معدنية عن طريق ذرّ مادة سائلة في جوّ يتراوح بين 10 و30 درجة مئوية، حيث تُشكّل الهباءات حالةً سائلة. بالمقارنة مع الغاز الخامل والنيتروجين اللذين يكونان غازيين في درجة الحرارة والضغط العاديين، لا يحتاج هذا الاختراع إلى تسييل المادة المُذرّرة من حالتها الغازية، مما يُقلّل من تكلفة الحصول على المادة المُذرّرة السائلة؛ ففي درجة الحرارة والضغط العاديين، يكون المُذرّر سائلاً، لذا لا حاجة إلى نقله تحت ضغط عالٍ أثناء عملية النقل، مما يُقلّل من تكلفة النقل ومخاطر المُذرّر. باختصار، يمكن لطريقة تحضير مسحوق المعدن بالذرّة، التي يوفرها هذا الاختراع، أن تُخفّض بشكل كبير تكلفة المواد المُذرّرة، وبالتالي تُخفّض تكلفة تحضير مسحوق المعدن. ولتوضيح المخطط التقني لتطبيق هذا الاختراع أو التقنية السابقة، يُقدّم أدناه وصف موجز للرسومات المطلوب استخدامها في التطبيق أو وصف التقنية السابقة. الرسومات المرفقة أدناه ليست سوى بعض تطبيقات هذا الاختراع، ويمكن الحصول على رسومات مرفقة أخرى دون عناء للفنيين العاديين في هذا المجال. شكل.

1 يوضح مخطط التدفق لطريقة تحضير مسحوق المعدن بالذرّة، ويوضح الشكل 2 مخطط البنية المحلية لبرج الذرة.

من أجل جعل الأشخاص في المجال التقني يفهمون مخطط الاختراع بشكل أفضل، يتم شرح ما يلي بمزيد من التفصيل مع الرسومات المرفقة والتجسيد المحدد. من الواضح أن التجسيدات الموصوفة ليست سوى جزء من تجسيدات الاختراع، وليست كلها. بناءً على تجسيدات الاختراع، تقع جميع التجسيدات الأخرى التي حصل عليها الفنيون العاديون في هذا المجال دون القيام بعمل إبداعي ضمن نطاق حماية الاختراع. كما هو موضح في الشكل 1، يوفر الشكل 1 مخططًا انسيابيًا لطريقة تحضير مسحوق معدني عن طريق الذرات المقدمة في تجسيد للاختراع، والتي قد تتضمن: الخطوة S1: التبخير المسبق لرذاذ سائل تحت الضغط، للحصول على رذاذ غازي. يشير جهاز الرذاذ في هذا التجسيد إلى مادة سائلة في درجة الحرارة والضغط العاديين. على وجه التحديد، يمكن أن تكون مادة سائلة في جو يتراوح من 10 درجة مئوية إلى 30 درجة مئوية. الخطوة S2: ​​يتم إدخال الرذاذ الغازي في صينية الرش بالذرات، ويتم تحويل السائل المعدني إلى غاز للحصول على مسحوق المعدن.

تجدر الإشارة إلى أنه نظرًا لاستخدام غاز لتذرية معدن سائل، يجب الحفاظ على الحالة الغازية للمرذاذ عند إدخاله في صينية الرش؛ بالإضافة إلى ذلك، عند استخدام المرذاذ لتذرية المعدن السائل، يُستخدم لرش المعدن السائل تحت ضغط عالٍ، وهو ما يُشبه عملية التذرية التقليدية لتحضير مسحوق المعدن. كما هو موضح في الشكل 2، يُقدم الشكل 2 مخططًا تخطيطيًا للهيكل المحلي لصينية رش التذرية وفقًا لتجسيد هذا الاختراع. أثناء عملية تذرية المعدن، يتدفق السائل المعدني 2 للأسفل من الاتجاه فوق لوحة رش التذرية 1؛ وفي الوقت نفسه، يُرش غاز التذرية عبر قناة النفث 3 على جانبي السائل المعدني 2 المتدفق للأسفل، مما يُحدث تأثيرًا على السائل المعدني 2، والذي بدوره يُنتج معدنًا مسحوقًا. معظم الغازات المُذررة المستخدمة حاليًا هي النيتروجين أو غازات خاملة أخرى. لكن هذا الغاز في النقل الصناعي غالبًا ما يتطلب تبريده أولًا بعد ضغطه إلى سائل، وذلك في النقل ذي درجة الحرارة والضغط المنخفضين. أولًا، يُعدّ تسييل النيتروجين السائل أو الغاز الخامل السائل، وهو غازي في درجة الحرارة والضغط العاديين، مكلفًا نسبيًا، كما أن الحفاظ عليه مسالًا أثناء النقل مكلف، مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة المرذاذ، مما يؤدي بدوره إلى ارتفاع تكلفة مسحوق المعدن. في هذا الاختراع، تُستخدم مادة سائلة في درجة الحرارة والضغط العاديين كمرذاذ مباشرةً، وهو أسهل في الحصول عليه من مادة غازية في درجة الحرارة والضغط العاديين، ولا تحتاج إلى تسييلها. يُخفّض هذا الاختراع تكلفة شراء المرذاذ، ولا يتطلب استخدام النقل ذي درجة الحرارة والضغط العاليين. لذلك، يُمكن للمرذاذ المستخدم في هذا الاختراع أن يُخفّض تكلفة الحصول على المرذاذ بشكل كبير، مما يُخفّض تكلفة تحضير مسحوق المعدن عن طريق التذرية.

اختياريًا، وفي تجسيد محدد للاختراع، يمكن أن يكون المُبخِّر ماءً أو إيثانولًا أو خليطًا من الماء والإيثانول، من بين مواد أخرى. ونظرًا لتذرية مسحوق المعدن في التحضير، فإن الحاجة النهائية لتبخيره هي التذرية. لذلك، لتقليل تكلفة تبخير الهباء الجوي السائل إلى هباء جوي غازي، يمكن استخدام مواد ذات درجة غليان منخفضة نسبيًا كهباء جوي. ومن المفهوم أن درجة غليانها يجب ألا تكون منخفضة جدًا، وإلا ستكون أكثر تطايرًا. لذلك، في تجسيد محدد آخر للاختراع، قد تتضمن المادة المُرَذَّبة مادةً بدرجة غليان تتراوح بين 50 و200 درجة مئوية. وبالطبع، لا يُستثنى من هذا الاختراع جهاز الرذاذ بدرجة غليان أعلى، ويُفضَّل استخدام جهاز الرذاذ بدرجة غليان تتراوح بين 50 و200 درجة مئوية، إذ يُقلِّل هذا الاختراع تكلفة تبخير السائل المُرَذَّب. في تجسيد محدد آخر للاختراع، قد يكون جهاز الرذاذ الماء. تجدر الإشارة إلى أن سعر الماء منخفض نسبيًا مقارنةً بالمواد الأخرى، ما يُتيح خفض تكلفة جهاز الرذاذ بشكل كبير. علاوة على ذلك، قد يكون الماء المستخدم كجهاز رذاذ في هذا التجسيد ماءً متوفرًا بسهولة، مثل ماء البحر، أو ماء الصنبور، أو الماء المقطر. كبديل، لتجنب الشوائب في الماء، قد يتضمن الماء أيضًا:

يُنقى الماء الخام بالتقطير والتعقيم وإزالة الأيونات للحصول على الماء السائل المُنقى. يُستخدم الماء السائل كمبخّر لتحضير مسحوق معدني عن طريق التذرية بعد التغويز، مما يمنع بفعالية جزيئات الشوائب في الماء والأكسجين وغيرها من التأكسد إلى المعدن. علاوة على ذلك، لتجنب الأكسدة الجزئية الحتمية لمسحوق المعدن الناتج أثناء عملية التحضير، قد يشمل ذلك معالجة مسحوق المعدن بتفاعل اختزال بعد الحصول على مسحوق المعدن. على وجه الخصوص، يمكن أيضًا خلط مسحوق المعدن بغاز اختزال لإنتاج تفاعل اختزال في ظل ظروف تفاعل معينة، والحصول في النهاية على مسحوق معدني أكثر نقاءً. بناءً على هذا التجسيد، وفي تجسيد محدد آخر للاختراع، قد يتضمن الاختراع أيضًا ما يلي: عند ضغط لا يقل عن 1.1 ميجا باسكال ودرجة حرارة غليان المرذاذ، يُبخّر المعدن السائل بواسطة مرذاذ مُبخّر. تحديدًا، عند تبخير معدن سائل باستخدام رذاذ غازي، يُضمن عدم تسييله. لذلك، من الضروري إجراء عملية ذرّ المعدن في بيئات ذات درجات حرارة وضغط مرتفعين. على وجه الخصوص، يمكن إجراء عملية الذرّ عند ضغط أعلى من 1.1 ميجا باسكال ودرجة حرارة أعلى من درجة غليان الرذاذ. تجدر الإشارة إلى أنه يمكن تطبيق ضغط لا يقل عن 1.1 ميجا باسكال في التطبيقات التي يكون فيها الرذاذ ماءً، ولكن يمكن أيضًا تطبيق ضغط 0.6 أو 0.7 ميجا باسكال لمواد مثل الإيثانول.

اختياريًا، في تجسيد محدد آخر للاختراع، قد يشمل أيضًا ما يلي: بعد ذرّ سائل معدني تحت ضغط عالٍ، للحصول على مسحوق معدني، تُستعاد الهباءات الغازية المُفرّغة من صينية الرش. ولأن المرذاذ يكون سائلًا في درجة الحرارة والضغط العاديين، فإنه عند تفريغه من المرذاذ ذي درجة الحرارة والضغط العاليين، ومع انخفاض درجة الحرارة والضغط، يمكن للمرذاذ أن يتحوّل إلى سائل. إعادة تدويره أسهل من المواد الغازية، مما يوفر المزيد من التكاليف. تُوصف التجسيدات في هذه المواصفة بشكل تدريجي. يُبرز كل تجسيد اختلافاته عن التجسيدات الأخرى. تُشار إلى الأجزاء المتشابهة أو المتماثلة في كل تجسيد. بالنسبة للجهاز المُعرّض للتجسيد، يكون الوصف بسيطًا لأنه يتوافق مع طريقة التجسيد المُعرّضة، كما هو موضح في قسم الطرق. يُقدّم بالتفصيل طريقة تحضير مسحوق المعدن بالذرّ التي يوفرها الاختراع. في هذه الورقة، يُوضَّح مبدأ الاختراع وتطبيقه من خلال أمثلة محددة، تُستخدم فقط للمساعدة في فهم الطريقة وفكرتها الأساسية. تجدر الإشارة إلى أن هذا الاختراع قابل للتحسين والتعديل دون المساس بمبدأ الاختراع بالنسبة للعاملين الفنيين العاديين في المجال التقني، كما تندرج هذه التحسينات والتعديلات ضمن نطاق حماية مطالبات الاختراع.