金属粉末製造技術

本発明は、噴霧法による金属粉末の製造方法に関する。

背景技術

1820年代には、空気噴霧法は非鉄金属粉末の製造に使用され、1950年代から1960年代には金属および合金粉末の製造に広く使用されました。1970年代後半から1980年代初頭にかけて、コンピュータ技術と現代の制御技術の発展に伴い、噴霧法は活発な発展期に入りました。現在、従来のガス噴霧法は、液体窒素、液体アルゴンなどの液体ガスを使用し、加熱ガス化した後、高温高圧ガスを使用して液体金属を狙い、金属を粒子に噴霧するというものです。現在のガス噴霧法は、不活性ガスや高圧空気などを使用することが多くなっていますが、不活性ガスから液体にしてから圧力をかけるため、コストが増加し、輸送が危険になるなどの欠点があります。

本発明は、噴霧法による金属粉末の製造方法を提供することを目的とし、噴霧法による金属粉末の製造方法の高コスト問題を解決する。この技術的課題を解決するために、本発明は、以下のステップを含む噴霧法による金属粉末の製造方法を提供する。液体噴霧器を予熱し、気化させて気体噴霧器を得るステップであって、噴霧器は１０℃～３０℃の雰囲気下で液体であり、この気体噴霧器を噴霧器トレイに通し、金属液体をガス噴霧することにより金属粉末を得る。噴霧物質は、沸点が５０℃～２００℃の範囲にある物質である。噴霧器はエタノールであるか、またはエタノールと水の混合物である。噴霧器は水であり、液体噴霧器を加圧・加熱・ガス化する前に、噴霧器は、原水を蒸留・除去し、酸素を除去し、殺菌・脱イオン化し、精製された液体水を得る工程も含む。原水は、水道水、海水、蒸留水など、任意の水である。金属液体のガス噴霧は、1.1MPa以上の圧力、噴霧器の沸点以上の温度で、気化噴霧器によって金属液体を噴霧する工程を含む。

ここで、金属液体をガスアトマイズして金属粉末を得た後、金属粉末を還元する工程は、以下の工程も含む。金属液体をガスアトマイズして金属粉末を得た後、アトマイズ噴霧トレイから排出されたガスアトマイズ液を回収する。本発明は、10℃～30℃の雰囲気下で液体である物質をアトマイズすることにより金属粉末を製造する方法を提供する。エアロゾルは液体状態を呈する。常温常圧下で気体である不活性ガスや窒素と比較して、本発明はアトマイズ材料を気体状態から液化する必要がないため、液体アトマイズ材料を得るためのコストを削減することができる。また、常温常圧下ではアトマイザーは液体であるため、輸送工程において高圧輸送が不要であり、輸送コストとアトマイザーの危険性を低減することができる。まとめると、本発明が提供するアトマイズ法による金属粉末の製造方法は、アトマイズ材料の材料コストを大幅に削減し、ひいては金属粉末の製造コストを削減することができる。本発明の実施形態または従来技術の技術的構成をより明確にするために、実施形態または従来技術の説明で使用する必要のある図面について以下に簡単に説明する。以下に記載する添付図面は、本発明の実施形態の一部に過ぎず、その他の添付図面は、この分野の通常の技術者であれば創造的な労力なしに入手可能である。図

図１は、噴霧法による金属粉末の製造方法のフロー図を示し、図２は、噴霧塔の局所構造図を示す。

技術分野の関係者が本発明の原理をより良く理解できるように、添付の図面と具体的な実施形態を用いて、以下、さらに詳細に説明する。当然のことながら、記載した実施形態は本発明の実施形態の一部に過ぎず、全てではない。本発明の実施形態に基づいて、当該分野の通常の技術者が創造的な作業を行わずに得る他のすべての実施形態も、本発明の保護範囲に含まれる。図１に示すように、図１は、本発明の一実施形態に係る噴霧法による金属粉末の製造方法のフロー図であり、以下のステップを含むことができる。ステップＳ１：液体噴霧器を加圧下で予備蒸発させ、気体噴霧器を得る。本実施形態における噴霧器とは、常温常圧で液体である物質を指す。具体的には、１０℃～３０℃の雰囲気下で液体である物質であり得る。ステップＳ２：気体噴霧器を噴霧トレイに導入し、金属液体をガス噴霧して金属粉末を得る。

液体金属を霧化するためにガスが使用されるため、噴霧器を噴霧トレイに導入する際にはガス状態を維持する必要があることに留意すべきである。また、液体金属を霧化するために噴霧器が使用される際、噴霧器は高圧で液体金属を噴霧する。これは、金属粉末を製造するための従来の霧化法と同様である。図2に示すように、図2は本発明の実施形態による霧化噴霧トレイの局所構造の概略図である。金属霧化の過程において、金属液体2は霧化噴霧板1の上方から流下する。同時に、霧化ガスはジェットチャネル3を通して流下する金属液体2の両側に噴霧され、金属液体2に衝撃を与えて粉末金属を生成する。現在使用されている霧化ガスのほとんどは窒素などの不活性ガスである。しかし、工業輸送においては、これらのガスは低温高圧輸送において、圧縮されて液体になった後に冷却する必要があることが多い。まず、常温常圧で気体である液体窒素または液化不活性ガスを液化するには比較的コストがかかり、輸送中に液体窒素を液化状態に保つのにもコストがかかるため、アトマイザーのコストが増加し、ひいては金属粉末のコスト上昇につながる。本発明では、常温常圧で液体である物質をそのままアトマイザーとして用いるため、常温常圧で気体である物質よりも入手が容易であり、また、物質を液化する必要がないため、アトマイザーの購入コストが低減し、輸送過程で高圧低温輸送を用いる必要もない。したがって、本発明に用いられるアトマイザーは、アトマイザーの入手コストを大幅に低減することができ、ひいてはアトマイズ法による金属粉末の製造コストを低減することができる。

任意選択的に、本発明の特定の実施形態では、噴霧器は、水、エタノール、または水とエタノールの混合物などであってもよい。製造工程における金属粉末の噴霧を考慮すると、最終的には噴霧を気化させる必要がある。したがって、液体エアロゾルを気体エアロゾルに気化させるコストを削減するために、比較的沸点の低い物質をエアロゾルとして使用することができる。もちろん、その沸点は低すぎるべきではなく、低すぎると揮発性が高くなるため、理解される。したがって、本発明の別の特定の実施形態では、噴霧材料は、さらに、沸点が50℃〜200℃の範囲にある物質を含むことができる。もちろん、本発明は、より高い沸点の噴霧器を排除するものではなく、本実施形態における沸点が50℃〜200℃の噴霧器はより好ましい実施形態であり、本発明は、噴霧された液体の気化コストを削減することができる。本発明の別の具体的な実施形態では、噴霧器は水であってもよい。なお、水は他の物質に比べて価格が比較的低いため、噴霧器のコストを大幅に削減することができる。さらに、本実施形態で噴霧器として使用される水は、海水、水道水、蒸留水など、容易に入手できる水であってもよい。あるいは、水への不純物の混入を避けるため、以下の成分を含むものであってもよい。

原水は蒸留、滅菌、脱イオン化によって精製され、精製された液体水が得られる。この液体水をアトマイザーとして用い、ガス化後にユーザーアトマイズ法で金属粉末を調製することで、水や酸素などの不純物粒子が金属に酸化されるのを効果的に防止できる。さらに、調製工程中に得られた金属粉末が避けられない部分酸化を回避するために、金属粉末を得た後、金属粉末を還元反応で処理することをさらに含むことができる。具体的には、金属粉末を還元ガスと混合し、特定の反応条件下で還元反応を生じさせ、最終的により純粋な金属粉末を得ることもできる。任意の実施形態に基づいて、本発明の別の具体的な実施形態では、本発明はさらに、1.1MPa以上かつアトマイザーの沸点温度以上の圧力で、気化アトマイザーによって液体金属をアトマイズする工程を含むことができる。具体的には、ガスアトマイザーが液体金属を気化させる場合、アトマイザーが液化しないことが保証される。したがって、金属アトマイズは高温高圧環境下で実施する必要がある。特に、霧化は1.1MPaを超える圧力および霧化器の沸点を超える温度で行うことができる。なお、霧化器が水である実施形態では1.1MPa以上の圧力を適用することができるが、エタノールなどの物質の場合は0.6MPaまたは0.7MPaの圧力を適用することもできる。

任意選択的に、本発明の別の具体的な実施形態では、金属液体を高圧ガスで噴霧して金属粉末を得た後、噴霧トレイから排出されるガス状エアロゾルを回収する工程をさらに含んでもよい。噴霧器は常温常圧で液体であるため、高温高圧噴霧器からガスを排出する際に、温度と圧力が低下し、噴霧器は液化して液体となる。ガス状物質よりもリサイクルが容易であり、コストをさらに削減できる。本明細書では、実施形態を段階的に説明する。各実施形態では、他の実施形態との相違点を強調する。各実施形態の同一または類似部分は相互に参照する。実施形態で開示された装置については、方法のセクションで説明した実施形態で開示された方法に対応するため、説明は簡略化される。本発明が提供する噴霧法による金属粉末の製造方法を詳細に説明する。本稿では、本発明の原理および実施を具体的な例を用いて説明するが、これらの例は、方法およびその核心的な概念の理解を助けるためにのみ用いられる。なお、本発明は、当該技術分野の通常の技術者にとっては、発明の原理から逸脱することなく改良や修正が可能であり、これらの改良や修正も本発明の特許請求の範囲の保護範囲に含まれることを指摘しておく。