טכנולוגיית ייצור אבקת מתכת

ההמצאה מתייחסת לשיטה ותהליך להכנת אבקת מתכת באמצעות אטומיזציה

טכנולוגיית רקע

בשנות ה-20 של המאה ה-19, האטומיזציה של אוויר שימשה לייצור אבקות של מתכות לא ברזליות, ובשנות ה-50 וה-60 היא הייתה בשימוש נרחב לייצור אבקות של מתכת וסגסוגות. בסוף שנות ה-70 ותחילת שנות ה-80, עם התפתחות טכנולוגיית המחשבים וטכנולוגיית הבקרה המודרנית, האטומיזציה נכנסה לתקופה של פיתוח נמרץ. כיום, שיטת האטומיזציה של גז קונבנציונלית היא שימוש בגז נוזלי, כגון חנקן נוזלי וארגון נוזלי, לאחר גיזוז מחומם, תוך שימוש בגז בלחץ גבוה בטמפרטורה גבוהה המכוון למתכת הנוזלית, האטומיזציה של המתכת לחלקיקים. כיום, האטומיזציה של גז היא שימוש רב יותר בגז אינרטי, או אוויר בלחץ גבוה וכו', החיסרון הוא שהמעבר מגז אינרטי לנוזל ולאחר מכן לחץ, העלויות גדלות ומסוכנות להובלה.

ההמצאה שואפת לספק שיטה להכנת אבקת מתכת באמצעות אטומיזציה, ולפתור את בעיית העלות הגבוהה של הכנת אבקת מתכת באמצעות אטומיזציה. על מנת לפתור את הבעיה הטכנית, ההמצאה מספקת שיטה להכנת אבקת מתכת באמצעות אטומיזציה, הכוללת את השלבים הבאים: אטומייזר נוזלי מתחמם מראש ומאודה לקבלת אטומייזר גזי, כאשר האטומייזר נוזלי באטמוספרה של 10 מעלות צלזיוס עד 30 מעלות צלזיוס, ואבקת מתכת מתקבלת על ידי העברת האטומייזר הגזי למגש האטומייזר וביצוע אטומיזציה גזי של נוזל המתכת. החומר המאטומי הוא חומר בעל נקודת רתיחה בטווח של 50 מעלות צלזיוס עד 200 מעלות צלזיוס. כאשר האנבולייזר הוא אתנול או שהאטומייזר הוא תערובת של אתנול ומים. האטומייזר הוא מים, ולפני שהאטומייזר הנוזלי עובר לחץ, חימום וגזיזה מראש, האטומייזר כולל גם את השלבים הבאים: זיקוק והסרת חמצן, עיקור ודה-יוניזציה של המים הגולמיים, לקבלת מים נוזליים מטוהרים. המים הגולמיים הם כל מים במי ברז, מי ים או מים מזוקקים. תהליך האטומיזציה של נוזל המתכת באמצעות גז כולל: בלחץ שלא יפחת מ-1.1 מגה-פסקל ובטמפרטורה שלא יפחת מנקודת הרתיחה של המאטומייזר, נוזל המתכת עובר האטומיזציה על ידי המאטומייזר המאודה.

כאשר, לאחר אטומיזציה של נוזל המתכת בגז ומתקבלת אבקת המתכת, תהליך חיזור אבקת המתכת כולל גם את השלבים הבאים. כאשר, לאחר אטומיזציה של נוזל המתכת בגז לקבלת אבקת המתכת, אטומיזציה של הגז שנפלט ממגש הריסוס האטומיזציה ממוחזרת. ההמצאה הנוכחית מספקת שיטה להכנת אבקות מתכת על ידי אטומיזציה של חומר שהוא נוזלי באטמוספרה של 10 מעלות צלזיוס עד 30 מעלות צלזיוס, האירוסולים מציגים מצב נוזלי. בהשוואה לגז אינרטי וחנקן שהם גזיים בטמפרטורה ולחץ רגילים, ההמצאה אינה צריכה לנזל את החומר האטומי ממצב גזי, ובכך להפחית את עלות קבלת החומר האטומי הנוזלי; בטמפרטורה ולחץ רגילים, האטומייזר הוא נוזלי, ולכן אין צורך בהובלה בלחץ גבוה בתהליך ההובלה, מה שמפחית את עלות ההובלה והסכנה של האטומייזר. לסיכום, השיטה להכנת אבקת מתכת על ידי אטומיזציה המסופקת על ידי ההמצאה יכולה להפחית במידה ניכרת את עלות החומר של החומר האטומי, ובכך להפחית את עלות ההכנה של אבקת המתכת. כדי לתת תמונה ברורה יותר של הסכימה הטכנית של התגלמות ההמצאה או של הטכנולוגיה הקודמת, ניתן להלן תיאור קצר של השרטוטים הנדרשים לשימוש בתגלמת ההמצאה או בתיאור הטכנולוגיה הקודמת. השרטוטים המצורפים המתוארים להלן הם רק חלק מהתגלמויות של ההמצאה הנוכחית, וניתן להשיג שרטוטים מצורפים אחרים ללא עבודה יצירתית עבור טכנאים רגילים בתחום זה. איור.

איור 1 מציג את תרשים הזרימה של השיטה להכנת אבקת מתכת באמצעות אטומיזציה, ואיור 2 מציג את תרשים המבנה המקומי של מגדל אטומיזציה.

על מנת לאפשר לאנשים בתחום הטכני להבין טוב יותר את סכמת ההמצאה, להלן מוסבר בפירוט נוסף באמצעות השרטוטים המצורפים והמימוש הספציפי. ברור שהמימושים המתוארים הם רק חלק ממימושי ההמצאה, לא כולם. בהתבסס על מימושי ההמצאה, כל שאר המימושים שהושגו על ידי טכנאים רגילים בתחום מבלי לבצע עבודה יצירתית נופלים תחת תחום ההגנה של ההמצאה. כפי שמוצג באיור 1, איור 1 מספק תרשים זרימה של שיטה להכנת אבקת מתכת באמצעות אטומיזציה המסופקת במימוש של ההמצאה, שיכול לכלול: שלב S1: אידוי מקדים של אטומייזר נוזלי תחת לחץ, כדי להשיג אטומייזר גזי. המנבולייזר במימוש זה מתייחס לחומר שהוא נוזלי בטמפרטורה ולחץ רגילים. באופן ספציפי, זה יכול להיות חומר שהוא נוזלי באטמוספירה של 10 מעלות צלזיוס עד 30 מעלות צלזיוס. שלב S2: אטומייזר הגזי מוכנס למגש הריסוס האטומיזציה, ונוזל המתכת עובר אטומיזציה גזי כדי להשיג את אבקת המתכת.

יש לציין כי מכיוון שגז משמש לאטומיזציה של מתכת נוזלית, יש לשמור על מצב הגזי של המרסס בעת החדרתו למגש הריסוס; בנוסף, כאשר המרסס משמש לאטומיזציה של המתכת הנוזלית, הוא משמש לריסוס המתכת הנוזלית בלחץ גבוה, בדומה לאטומיזציה קונבנציונלית להכנת אבקת המתכת. כפי שמוצג באיור 2, איור 2 מספק תרשים סכמטי של המבנה המקומי של מגש ריסוס לאטומיזציה של התגלמות ההמצאה. בתהליך האטומיזציה של המתכת, נוזל המתכת 2 זורם מטה מכיוון שמעל לוח הריסוס לאטומיזציה 1; במקביל, גז האטומיזציה מרוסס דרך תעלת הסילון 3 משני צידי נוזל המתכת 2 הזורם מטה, ונוצרת פגיעה בנוזל המתכת 2, אשר בתורו מייצר אבקת מתכת. רוב הגזים המאטומיזים הנמצאים כיום בשימוש הם חנקן או גזים אינרטיים אחרים. אך גז זה נדרש לעתים קרובות להתקרר תחילה ולדחוס אותו לנוזל, בהובלה בטמפרטורה נמוכה ובלחץ גבוה. ראשית, יקר יחסית להנזל חנקן נוזלי או גז אינרטי נוזלי שהוא גזי בטמפרטורה ולחץ רגילים, וגם יקר לשמור על חנקן נוזלי נוזלי במהלך ההובלה, התוצאה היא שעלות המרסס עולה, מה שמוביל בתורו לעלות גבוהה יותר של אבקת המתכת. בהמצאה הנוכחית, חומר שהוא נוזלי בטמפרטורה ולחץ רגילים משמש ישירות כמרסס, וקל יותר להשגה מחומר שהוא גזי בטמפרטורה ולחץ רגילים, ואינו צריך להנזל את החומר, ההמצאה מפחיתה את עלות הרכישה של המרסס, ואין צורך להשתמש בהובלה בלחץ גבוה ובטמפרטורה נמוכה בתהליך ההובלה. לכן, המרסס המשמש בהמצאה יכול להפחית מאוד את עלות השגת המרסס, ובכך להפחית את עלות הכנת אבקת המתכת באמצעות אטומיזציה.

באופן אופציונלי, במימוש ספציפי של ההמצאה, המרסס יכול להיות מים, אתנול, או תערובת של מים ואתנול, בין היתר. בהתחשב בכך שמדובר באיטומיזציה של אבקת מתכת בתהליך ההכנה, יש צורך סופי באידוי האטומיזציה. לכן, על מנת להפחית את עלות אידוי האירוסולים הנוזליים לאירוסולים גזיים, ניתן להשתמש בחומרים בעלי נקודת רתיחה נמוכה יחסית כאירוסולים. כמובן, מובן שנקודת הרתיחה שלהם לא צריכה להיות נמוכה מדי, אחרת היא נדיפה יותר. לכן, במימוש ספציפי אחר של ההמצאה, החומר המרוסס עשוי לכלול בנוסף חומר בעל נקודת רתיחה בטווח של 50 מעלות צלזיוס עד 200 מעלות צלזיוס. כמובן, אינו נכלל במימוש ספציפי אחר של ההמצאה, והמרסס בעל נקודת רתיחה של 50 מעלות צלזיוס-200 מעלות צלזיוס במימוש זה הוא מימוש מועדף יותר, ההמצאה יכולה להפחית את עלות אידוי הנוזל המרוסס. במימוש ספציפי אחר של ההמצאה, המרסס יכול להיות מים. יש לציין שמחיר המים נמוך יחסית לחומרים אחרים. ניתן להפחית במידה רבה את עלות המרסס. יתר על כן, המים המשמשים כמרסס במימוש זה יכולים להיות מים זמינים בקלות כגון מי ים, מי ברז או מים מזוקקים. לחלופין, על מנת למנוע זיהומים במים, המים יכולים לכלול גם:

המים הגולמיים מטוהרים באמצעות זיקוק, עיקור ודיוניזציה כדי לקבל את המים הנוזליים המטוהרים. המים הנוזליים משמשים כאטומייזר להכנת אבקת מתכת על ידי האטומיזציה על ידי המשתמש לאחר גיזוז, מה שיכול למנוע ביעילות חמצון של חלקיקי טומאה במים, חמצן וכן הלאה למתכת. יתר על כן, על מנת למנוע את החמצון החלקי הבלתי נמנע של אבקת המתכת המתקבלת במהלך תהליך ההכנה, לאחר קבלת אבקת המתכת, ניתן לכלול גם טיפול באבקת המתכת על ידי תגובת חיזור. בפרט, ניתן גם לערבב את אבקת המתכת עם גז חיזור כדי לייצר תגובת חיזור בתנאי תגובה מסוימים, ולבסוף לקבל אבקת מתכת טהורה יותר. בהתבסס על התגלמות שרירותית, בהתגלמות ספציפית נוספת של ההמצאה, ההמצאה עשויה לכלול עוד: בלחץ שלא יפחת מ-1.1 מגה-פסקל ולא יפחת מטמפרטורת נקודת הרתיחה של האטומייזר, המתכת הנוזלית אטומיזציה על ידי האטומייזר מאדה. באופן ספציפי, כאשר האטומייזר גזי מאדה מתכת נוזלית, מובטח שהאטומייזר לא יתנזל. לכן, יש צורך לבצע האטומיזציה של המתכת בסביבה של טמפרטורה ולחץ גבוהים. בפרט, ניתן לבצע אטומיזציה בלחץ גבוה מ-1.1 mpa ובטמפרטורה גבוהה מנקודת הרתיחה של המרסס. יש לציין כי ניתן להפעיל לחץ של לא פחות מ-1.1 mpa במימושים בהם המרסס הוא מים, אך ניתן להפעיל לחץ של 0.6 mpa או 0.7 mpa גם עבור חומרים כגון אתנול.

באופן אופציונלי, במימוש ספציפי אחר של ההמצאה, זה עשוי לכלול בנוסף: לאחר האטומיזציה של נוזל מתכת בלחץ גבוה, קבלת אבקת מתכת, האירוסולים הגזיים הנפלטים ממגש הריסוס ממוחזרים. מכיוון שהאטומייזר נוזלי בטמפרטורה ובלחץ רגילים, כאשר האטומייזר הגז משתחרר מהאטומייזר בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה, הטמפרטורה והלחץ יורדים, האטומייזר יכול להתנזל לנוזל. קל יותר למחזר אותו מאשר חומרים גזיים, ובכך חוסך עוד יותר בעלויות. המימושים במפרט זה מתוארים בצורה הדרגתית. כל מימוש מדגיש הבדלים מהמימושים האחרים. אותם חלקים או חלקים דומים של כל מימוש מתייחסים זה לזה. עבור מכשיר המתואר במימוש, התיאור פשוט מכיוון שהוא תואם לשיטה המתוארת במימוש, כמתואר בפרק השיטות. השיטה להכנת אבקת מתכת באמצעות האטומיזציה המסופקת על ידי ההמצאה מוצגת בפירוט. במאמר זה, העיקרון והיישום של ההמצאה מתוארים באמצעות דוגמאות ספציפיות, המשמשות רק כדי לסייע בהבנת השיטה והרעיון המרכזי שלה. יש לציין כי ניתן לשפר ולשנות את ההמצאה מבלי להפריד אותה מעקרון ההמצאה עבור אנשי צוות טכני רגילים בתחום הטכני, שיפורים ושינויים אלה נופלים גם הם תחת תחום ההגנה של תביעות ההמצאה.