Technologie zur Herstellung von Metallpulver

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Prozess zur Herstellung von Metallpulver durch Atomisierung

Hintergrundtechnologie

In den 1820er Jahren wurde die Luftzerstäubung zur Herstellung von Nichteisenmetallpulvern eingesetzt, und in den 1950er und 1960er Jahren fand sie weite Verbreitung bei der Produktion von Metall- und Legierungspulvern. Ende der 1970er und Anfang der 1980er Jahre erlebte die Zerstäubung mit der Entwicklung der Computer- und Steuerungstechnik einen rasanten Aufschwung. Heutzutage wird bei der konventionellen Gaszerstäubung flüssiges Gas wie flüssiger Stickstoff oder flüssiges Argon verwendet. Nach der Erhitzung und Vergasung wird das flüssige Metall mit einem Hochtemperatur-Hochdruckgas beaufschlagt und in Partikel zerstäubt. Inzwischen werden vermehrt Inertgase oder Druckluft zur Gaszerstäubung eingesetzt. Der Nachteil dieser Methode liegt in den höheren Kosten und dem gefährlichen Transport, der durch die Umwandlung des Inertgases in ein flüssiges und anschließendes Druckverfahren entsteht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulver durch Zerstäubung und löst damit das Problem der hohen Kosten dieses Verfahrens. Um die technische Herausforderung zu bewältigen, stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulver durch Zerstäubung bereit, das folgende Schritte umfasst: Ein flüssiges Zerstäubungsmittel wird vorgeheizt und verdampft, um ein gasförmiges Zerstäubungsmittel zu erhalten. Dieses befindet sich bei einer Atmosphärentemperatur von 10 °C bis 30 °C im flüssigen Zustand. Das Metallpulver wird durch Einleiten des gasförmigen Zerstäubungsmittels in die Zerstäubungsschale und anschließende Zerstäubung des flüssigen Metalls gewonnen. Das zu zerstäubende Material besitzt einen Siedepunkt im Bereich von 50 °C bis 200 °C. Als Zerstäubungsmittel wird Ethanol oder ein Ethanol-Wasser-Gemisch verwendet. Der Zerstäuber besteht aus Wasser. Bevor die Flüssigkeit unter Druck gesetzt, erhitzt und vergast wird, durchläuft der Zerstäuber folgende Schritte: Destillation und Sauerstoffentfernung, Sterilisation und Deionisierung des Rohwassers zur Gewinnung von gereinigtem Wasser. Als Rohwasser kann Leitungswasser, Meerwasser oder destilliertes Wasser verwendet werden. Die Gaszerstäubung der Metallflüssigkeit erfolgt wie folgt: Bei einem Druck von mindestens 1,1 MPa und einer Temperatur oberhalb des Siedepunkts der Flüssigkeit wird die Metallflüssigkeit durch den verdampften Zerstäuber zerstäubt.

Nach der Gaszerstäubung der Metallflüssigkeit und der Gewinnung des Metallpulvers umfasst der Reduktionsprozess des Metallpulvers die folgenden Schritte. Dabei wird das nach der Gaszerstäubung der Metallflüssigkeit zur Gewinnung des Metallpulvers aus der Zerstäubungsdüse austretende Zerstäubungsgas aufgefangen. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern durch Zerstäubung einer Substanz bereit, die bei einer Atmosphärentemperatur von 10 °C bis 30 °C flüssig ist. Die entstehenden Aerosole liegen im flüssigen Zustand vor. Im Vergleich zu Inertgasen und Stickstoff, die bei Normaltemperatur und -druck gasförmig sind, entfällt bei der Erfindung die Notwendigkeit, das zerstäubte Material aus dem gasförmigen Zustand zu verflüssigen. Dadurch werden die Kosten für die Gewinnung des flüssigen Zerstäubungsmaterials reduziert. Da das Zerstäubungsmittel bei Normaltemperatur und -druck flüssig ist, ist beim Transport kein Hochdrucktransport erforderlich, was die Transportkosten und das Risiko für das Zerstäubungsmittel verringert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Metallpulver durch Atomisierung die Materialkosten des atomisierten Materials und damit die Herstellungskosten des Metallpulvers erheblich senken kann. Um das technische Schema der Ausführungsform der Erfindung bzw. des Standes der Technik besser zu veranschaulichen, werden im Folgenden die in der Ausführungsform bzw. der Beschreibung des Standes der Technik verwendeten Zeichnungen kurz beschrieben. Die beigefügten Zeichnungen stellen lediglich einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar; weitere beigefügte Zeichnungen können von Fachleuten ohne großen Aufwand erstellt werden. Abb.

Abbildung 1 zeigt das Fließdiagramm des Verfahrens zur Herstellung von Metallpulver durch Atomisierung, und Abbildung 2 zeigt das lokale Strukturdiagramm eines Atomisierungsturms.

Um Fachleuten das Prinzip der Erfindung besser zu verdeutlichen, wird es nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen und eines konkreten Ausführungsbeispiels detailliert erläutert. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen selbstverständlich nur einen Teil der Ausführungsformen der Erfindung dar. Alle weiteren Ausführungsformen, die von Fachleuten ohne schöpferische Leistung erzielt werden können, fallen unter den Schutzbereich der Erfindung. Abbildung 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung von Metallpulver durch Zerstäubung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Verfahren kann folgende Schritte umfassen: Schritt S1: Vorverdampfung eines flüssigen Zerstäubers unter Druck, um einen gasförmigen Zerstäuber zu erhalten. Der Zerstäuber in diesem Ausführungsbeispiel ist eine Substanz, die bei Normaltemperatur und -druck flüssig ist. Konkret kann es sich um eine Substanz handeln, die bei einer Atmosphärentemperatur von 10 °C bis 30 °C flüssig ist. Schritt S2: Der gasförmige Zerstäuber wird in die Zerstäubungsdüse eingeführt, und die Metallflüssigkeit wird gasförmig zerstäubt, um das Metallpulver zu erhalten.

Da zur Zerstäubung eines flüssigen Metalls ein Gas verwendet wird, muss der gasförmige Zustand des Zerstäubers beim Einleiten in die Sprühwanne erhalten bleiben. Die Zerstäubung des flüssigen Metalls erfolgt unter hohem Druck, ähnlich der herkömmlichen Zerstäubung zur Herstellung von Metallpulver. Abbildung 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Zerstäubungssprühwanne gemäß der Erfindung. Bei der Metallzerstäubung strömt das flüssige Metall 2 von oben auf die Zerstäubungsplatte 1. Gleichzeitig wird das Zerstäubungsgas durch den Düsenkanal 3 beidseitig des herabströmenden Metalls 2 eingesprüht. Durch den Aufprall des Gases entsteht Metallpulver. Üblicherweise werden Stickstoff oder andere Edelgase als Zerstäubungsgase verwendet. Dieses Gas muss im industriellen Transport häufig zunächst komprimiert und verflüssigt werden, um den Transport unter niedrigen Temperaturen und hohem Druck zu ermöglichen. Erstens ist die Verflüssigung von flüssigem Stickstoff oder flüssigem Inertgas, das bei Normaltemperatur und -druck gasförmig ist, relativ teuer. Zweitens ist es kostspielig, flüssigen Stickstoff während des Transports flüssig zu halten. Dies führt zu höheren Kosten für den Zerstäuber und damit wiederum zu höheren Kosten für das Metallpulver. Die vorliegende Erfindung verwendet hingegen eine Substanz, die bei Normaltemperatur und -druck flüssig ist und direkt als Zerstäuber dient. Diese ist leichter zu beschaffen als eine gasförmige Substanz und muss nicht verflüssigt werden. Dadurch werden die Anschaffungskosten des Zerstäubers gesenkt und auf Hoch- und Tieftemperaturtransporte verzichtet. Der erfindungsgemäße Zerstäuber reduziert somit die Beschaffungskosten erheblich und senkt dadurch die Kosten für die Herstellung von Metallpulver durch Zerstäubung.

Optionalerweise kann in einer Ausführungsform der Erfindung als Zerstäuber unter anderem Wasser, Ethanol oder ein Wasser-Ethanol-Gemisch verwendet werden. Da bei der Herstellung von Metallpulver eine Zerstäubung erforderlich ist, muss das zerstäubte Material anschließend verdampft werden. Um die Kosten für die Umwandlung flüssiger in gasförmige Aerosole zu senken, können Substanzen mit einem relativ niedrigen Siedepunkt als Aerosole eingesetzt werden. Selbstverständlich sollte der Siedepunkt nicht zu niedrig sein, da die Substanz sonst zu flüchtig wird. Daher kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Zerstäubungsmaterial eine Substanz mit einem Siedepunkt im Bereich von 50 °C bis 200 °C enthalten. Selbstverständlich ist die Verwendung von Zerstäubern mit höherem Siedepunkt nicht ausgeschlossen. Die in dieser Ausführungsform verwendete Zerstäubungsflüssigkeit mit einem Siedepunkt zwischen 50 °C und 200 °C ist jedoch bevorzugt, da die Erfindung die Kosten für die Verdampfung der zerstäubten Flüssigkeit reduzieren kann. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann als Zerstäuber Wasser verwendet werden. Es ist zu beachten, dass der Preis für Wasser im Vergleich zu anderen Substanzen relativ niedrig ist. Die Kosten des Zerstäubers können dadurch erheblich reduziert werden. Darüber hinaus kann das in dieser Ausführungsform als Zerstäuber verwendete Wasser leicht verfügbares Wasser wie Meerwasser, Leitungswasser oder destilliertes Wasser sein. Alternativ kann das Wasser, um Verunreinigungen zu vermeiden, auch Folgendes enthalten:

Das Rohwasser wird durch Destillation, Sterilisation und Deionisierung gereinigt, um Reinstwasser zu erhalten. Dieses dient nach der Vergasung als Zerstäuber zur Herstellung von Metallpulver. Dadurch wird die Oxidation des Metalls durch Verunreinigungen wie Sauerstoff und andere Stoffe wirksam verhindert. Um eine unvermeidliche partielle Oxidation des Metallpulvers während des Herstellungsprozesses zu vermeiden, kann dieses nach der Gewinnung einer Reduktionsreaktion unterzogen werden. Insbesondere kann das Metallpulver auch mit Reduktionsgas vermischt werden, um unter bestimmten Reaktionsbedingungen eine Reduktionsreaktion durchzuführen und so ein reineres Metallpulver zu erhalten. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das flüssige Metall bei einem Druck von mindestens 1,1 MPa und oberhalb der Siedetemperatur des Zerstäubers mittels eines Verdampfers zerstäubt. Dabei wird sichergestellt, dass der Zerstäuber beim Verdampfen des flüssigen Metalls nicht verflüssigt wird. Daher ist es notwendig, die Metallzerstäubung unter hohen Temperaturen und Drücken durchzuführen. Insbesondere kann die Zerstäubung bei einem Druck von über 1,1 MPa und einer Temperatur oberhalb des Siedepunkts des Zerstäubers erfolgen. Es ist zu beachten, dass bei Verwendung von Wasser als Zerstäuber ein Druck von mindestens 1,1 MPa angewendet werden kann, während bei Substanzen wie Ethanol auch Drücke von 0,6 MPa oder 0,7 MPa ausreichen.

Optionalerweise kann die Erfindung in einer weiteren Ausführungsform Folgendes umfassen: Nach der Hochdruckgaszerstäubung einer Metallflüssigkeit und der Gewinnung eines Metallpulvers werden die aus der Sprühwanne austretenden gasförmigen Aerosole aufgefangen. Da der Zerstäuber bei normaler Temperatur und normalem Druck flüssig ist, kann er sich beim Austritt aus dem Hochtemperatur- und Hochdruckzerstäuber aufgrund des Temperatur- und Druckabfalls verflüssigen. Dies ermöglicht ein einfacheres Recycling als bei gasförmigen Substanzen und führt zu weiteren Kosteneinsparungen. Die Ausführungsformen in dieser Beschreibung werden schrittweise erläutert. Jede Ausführungsform hebt die Unterschiede zu den anderen hervor. Gleiche oder ähnliche Teile einer Ausführungsform werden miteinander verglichen. Die Beschreibung einer in der Beschreibung dargestellten Vorrichtung ist einfach, da sie dem in der Beschreibung dargestellten Verfahren entspricht (siehe Abschnitt „Verfahren“). Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Metallpulver durch Zerstäubung wird detailliert vorgestellt. In diesem Beitrag werden Prinzip und Durchführung der Erfindung anhand konkreter Beispiele erläutert, die lediglich dem besseren Verständnis des Verfahrens und seiner Kernidee dienen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung verbessert und modifiziert werden kann, ohne dass sie vom Erfindungsprinzip getrennt wird. Für das technische Fachpersonal auf diesem Gebiet fallen diese Verbesserungen und Modifikationen ebenfalls unter den Schutzbereich der Ansprüche der Erfindung.