DE3780771T2

DE3780771T2 - Durch ultraschallvibration erzeugte sphaerische teilchen mit enger groessenverteilung.

Info

Publication number: DE3780771T2
Application number: DE8787308379T
Authority: DE
Inventors: Thomas Dale Ketchman
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1986-10-07
Filing date: 1987-09-22
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2007-09-23
Also published as: EP0269215B1; NO874187L; JP2627905B2; CA1322639C; DE3780771D1; EP0269215A1; JPS63158154A; KR880004845A; ATE78714T1; NO874187D0

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von flüssigen Tröpfchen und festen Teilchen mit sehr enger Größenverteilung. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren und Vorrichtungen für die Herstellung von Metalloxyd-und Metalloxyd-Vorläuferteilchen mit einer im wesentlichen sphärischen Form und sehr enger Teilchengrößenverteilung.
Die Anwendungen von Metalloxydpulver sind vielfältig und verschieden und erstrecken sich von aktiven Inhaltsstoffen in Antitranspirationsmitteln zu keramischen Rohmaterialien. In der großen Mehrzahl dieser Anwendungen ist die Größenverteilung und die Form der Teilchen, aus welchen das Pulver besteht, von kritischer Bedeutung. Beispielsweise werden bei der Herstellung von Keramikartikeln dichte Teilchen mit einer im wesentlichen sphärischen Form und engen Größenverteilung zu einem hochdichten, ungesinterten Körper gepackt bzw. gepreßt, welches das Sintern bei niedrigen Temperaturen erlaubt und dem endgültigen keramischen Körper größere Festigkeit und Dichte verleiht. Bei anderen Anwendungen ist es erwünscht, Metalloxydpartikel mit vielen Komponenten herzustellen, welche nicht nur die vorstehenden Eigenschaften aufweisen, sondern auch chemisch homogen sind. Zum Beispiel sind Teilchen dieses Typs vorteilhaft bei der Herstellung von strukturierten Keramiken, abnutzungsresistenten Keramiken, elektronischen dielektrischen Materialien, elektronischen Trägermaterialien, Phosphor- bzw. Leuchtstoffen und potentiell als Vorläufer für optische Wellenleiter-Vorformen einsetzbar.
Ein bekanntes Verfahren für die Synthese von Multikomponenten- Metalloxyd-Pulvern beinhaltet den Abbau von Lösungen durch Verdampfung. Bei der Anwendung dieses Verfahrens wird eine verdünnte Salzlösung atomisiert, um ein Spray aus Tröpfchen zu bilden, wonach das Lösungsmittel aus den Tröpfchen durch Anwendung von Hitze entfernt wird, um trockene Teilchen des gelösten Stoffes zu bilden. Diese trockenen Teilchen sind generell durch die weitere Anwendung von Hitze während der Kalzinierung zu dem Metalloxyd selbst abbaubar. Viele andere Methoden für die Herstellung von Metalloxydteilchen benötigen ebenfalls die Herstellung eines Sprays bzw. eines Sprühnebels aus Tröpfchen.
Bei den meisten dieser Verfahren ist die Herstellung der flüssigen Tröpfchen nicht nur in Bezug auf die Form und der Charakteristik der endgültigen festen Teilchen kritisch, sondern auch in Bezug auf die Ausbeute von Teilchen aus dem Verfahren. Ein Verfahren, welches typischerweise verwendet wird, um ein Tröpfchenspray herzustellen, ist bekannt als "doppelte Flüssigkeits-Atomisierung" (double fluid atomization). Bei diesem Verfahren wird die Flüssigkeit, welche zu atomisieren bzw. in einen Sprühnebel zu überführen ist, von einer Strahldüse gezwungen, einen dünnen flüssigen Strahl zu bilden, der einem zweiten Strahl aus unter hohem Druck stehenden Gas in Kontakt tritt, wodurch ein hochgradig turbulentes Vermischen und Aufbrechen des Flüssigkeitsstroms in feine Tröpfchen resultiert. Siehe hierzu z. B. den Bericht von D.L. Chess, et al. in dem Artikel "Precursor Powders for Sulfide Ceramics Prepared by Evaporative Decomposition of Solutions", Communications of the American Ceramic Society, November 1983. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die flüssigen Tröpfchen, welche hergestellt werden, eine sehr breite Teilchengrößenverteilung haben, welches wiederum zu Teilchen führt, die eine sehr breite Teilchengrößenverteilung haben.
Ein alternatives Verfahren ist als das Vibrations-Loch-Öffnung oder das Rayleigh-Instabilitäts-Verfahren bekannt. Dieses Verfahren ergibt im wesentlichen Tröpfchen mit einer sehr engen Teilchengrößenverteilung und basiert auf dem Prinzip, daß ein dünner flüssiger Strahl, der von einer Öffnung unter Druck emitiert wird, von seiner Natur her instabil ist und schnell unter Einwirkung irgendeiner externen Kraft auf diesen in Tröpfchen zerfällt. Das Zusammenbrechen eines solchen Strahls in gleichförmige Tröpfchen wird durch Anlegen einer periodischen Vibration einer geeigneten Amplitude und Frequenz an den Strahl erreicht. Es sollte beachtet werden, daß der Ausdruck "vibrierende Öffnung" (vibrating orifice) tatsächlich eine Fehlbezeichnung ist, da die Öffnung selbst nicht vibrieren muß; der Zerfall des flüssigen Strahls tritt in gleicher Weise auf, unabhängig davon, wo oder wie die oszilatorischen Vibrationen auf die Flüssigkeit ausgeübt werden. Ein Merkmal des Verfahrens mit der vibrierenden Öffnung besteht darin, daß die Größenverteilung der resultierenden Tröpfchen hauptsächlich von dem Durchmesser des dünnen, flüssigen Strahls abhängt, welcher selbst von dem Durchmesser der Öffnung und der Frequenz der Vibrationen abhängt. Eine bereits bekannte Anwendung der Rayleigh-Instabilitäts-Technik bestand darin, lange kapillare Röhren zu verwenden, um den dünnen flüssigen Strahl herzustellen, der für dieses Verfahren benötigt wird. Siehe hierzu z. B. das U.S.-Patent Nr. 3,352,950 von Helton al.. Während die Verwendung von kapillaren Röhren gemäß dieser Technik für verschiedene Zwecke vorteilhaft sein kann, ist dies für die Herstellung von Tröpfchen von um Größe bei kommerziellem Einsatz nicht vorteilhaft. Falls zum Beispiel der Innendurchmesser der Kapillare größer als ungefähr 30 um ist, werden dann hochgradig verdünnte Lösungen benötigt, um feste Teilchen zu erhalten, welche Durchmesser unterhalb von ungefähr 3 um haben. Im Ergebnis kann nur eine sehr geringe Ausbeute von festen Teilchen erhalten werden. Falls auf der anderen Seite der Innendurchmesser der Kapillare signifikant geringer als ungefähr 20 um wird, wird der Flüssigkeitsdruck, der benötigt wird, um einen dünnen Strahl gemäß dem Rayleigh-Instabilitäts-Verfahren auszubilden, extrem groß. Im speziellen würde eine kapillare Röhre von ungefähr 1 cm und einem inneren Durchmesser von ungefähr 5 um einen Flüssigdruck von über 6894 bar (100,00 psi) benötigen, um einen geeigneten flüssigen Strahl auszubilden. Gerätschaften bereitzustellen, um unter solchen Bedingungen zu arbeiten, ist selbstverständlich unerwünscht.
Bei anderen Anwendungen wird eine dünne Platte oder Folie mit einer Öffnung darin anstelle der kapillaren Röhre verwendet, um den dünnen flüssigen Strahl auszubilden, welcher für das Rayleigh-Instabilitäts-Verfahren benötigt wird. Bekannte Vorrichtungen und Verfahren waren generell auf die Verwendung von Platten mit einer einzelnen Öffnung limitiert. Verschiedene Vorteile resultieren aus der Verwendung dieser Einzel-Öffnungs-Düsen. Zum Beispiel eliminiert die Verwendung von einer einzigen Öffnung eine mögliche Quelle von Schwankungen in der Tröpfchengröße und resultiert somit in einer leichter zu erhaltenden uniformen bzw. einförmigen Teilchenverteilung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die einzelne Öffnung eine minimale Auswirkung auf die mechanische Stabilität der Platte mit der Öffnung hat. Auf der anderen Seite jedoch ist die Produktionsgeschwindigkeit von solch einem Einzel-Öffnungs-Generator limitiert auf die Flußgeschwindigkeit des einzelnen Flüssigkeitsstroms. Dementsprechend würden viele Generatoren benötigt, um große Mengen der Tröpfchen herzustellen. Wegen der hohen Kapitalkosten, welche mit jedem Generator einhergehen, ist dies klarerweise keine unerwünschte Ausführungsform. Im Ergebnis wiesen die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren mit vibrierenden Öffnungen die Nachteile der Einzel-Öffnungs-Generatoren auf, um einheitliche Tröpfchen zu erhalten. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung, welche die Vorteile des Einzel-Öffnungs-Generators ohne seine Nachteile hat.
Die EPA Nr. 0 173 518 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung sphäroidaler Polymerkügelchen mit einem mittleren Teilchen- Volumendurchmesser von 5 bis 100 um. Generell wird eine Platte mit einer einzelnen Öffnung verwendet und die EPA Nr. 0 173 518 beschreibt nicht, wie die Vielfach-Öffnungs-Platten mit feinen einförmigen Öffnungen hergestellt werden können. Gemäß der Offenbarung der EPA Nr. 0 173 518 wird eine Vielzahl von Platten verwendet, falls eine Vielzahl von Strahlen gewünscht ist, und der Minimalabstand zwischen den Öffnungen beträgt wenigstens 1 mm.
Die US-A-4,444,961 beschreibt die Verwendung einer Platte mit Öffnung für die Herstellung von flüssigen Tröpfchen mit dem mittleren Durchmesser der Öffnung, welcher kleiner als 50 um ist. Jedoch wird in der US-A-4,444,961 festgestellt, daß der Abstand zwischen den Öffnungen wenigstens 20 mal dem Durchmesser einer jeden Öffnung entsprechen sollte und, wie in der EPA Nr. 0 173 518, wird beschrieben, daß der minimale Abstand wenigstens 1 mm betragen sollte.
Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren für die Herstellung von flüssigen Tröpfchen und/oder festen Teilchen, welche aus diesen Tröpfchen zu erhalten sind, bereitzustellen, wobei beide eine enge Größenverteilung haben, bei Geschwindigkeiten, die kommerziell geeignet sind.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, solche Tröpfchen durch ein vibrierendes Element herzustellen, das eine Vielzahl von einheitlich-großen bzw. gleichgroßen Öffnungen darin hat.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung von Metalloxydvorläuferteilchen bereitzustellen, welche eine enge Größenverteilung haben.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für die Herstellung von Teilchen mit enger Größenverteilung bereit, wobei das Verfahren umfaßt:
(a) Bilden zahlreicher dünner Flüssigkeitsströme, in dem die Flüssigkeit unter Druck durch zahlreiche Öffnungen in einer Lochplatte gepreßt wird, welche eine Dicke von bis zu 25 um aufweisen, wobei der mittlere Durchmesser der Öffnungen bis zu 20 um beträgt, wobei die größte Öffnung in der Lochplatte einen Durchmesser aufweist, der nicht größer als etwa das dreifache des Durchmessers der kleinsten Öffnung in der Lochplatte ist, und wobei der Abstand zwischen den Öffnungen 25 bis 100 um beträgt;
(b) die dünnen Flüssigkeitsströme werden in Vibration versetzt, um deren Aufbrechen in Flüssigkeitströpfchen zu veranlassen; und
(c) die Tröpfchen werden zur Herstellung von Teilchen aus diesen verarbeitet, wobei die Teilchen eine enge Größenverteilung aufweisen:
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine Vorrichtung für die Herstellung von flüssigen Tröpfchen mit einer engen Größenverteilung zur Verfügung mit: einer Einschlußeinrichtung zur Aufnahme eines Flüssigkeitskörpers unter Druck;
einer in Verbindung mit der Einschlußeinrichtung stehenden Lochplatte mit einer Dicke von bis zu 25 um und zahlreichen darin befindlichen Öffnungen, wobei die Öffnungen einen mittleren Lochdurchmesser von bis zu 20 um besitzen und zwischen den Öffnungen ein Abstand von 25 bis 100 um vorhanden ist, wobei der Durchmesser der größten Öffnung in der Lochplatte nicht größer als etwa das dreifache des Durchmessers der kleinsten Öffnung in der Lochplatte ist; einer Einrichtung für das Pressen der Flüssigkeit aus der Einschlußeinrichtung durch die Öffnungen zur Erzeugung zahlreicher dünner Flüssigkeitsstrahlen; einer Vibrationseinrichtung für die Flüssigkeitsströme, durch welche die Ströme in Tröpfchen aufbrechbar sind, die eine enge Größenverteilung aufweisen, und einer Einrichtung zum Umformen der Tröpfchen in Partikel, wobei die Partikel eine enge Größenverteilung besitzen.
Nachstehend wir die Erfindung an Hand der Figuren im einzelnen beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Wiedergabe einer tröpfchenerzeugenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Öffnung, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt ist,
Fig. 3a eine Aufsicht von oben auf eine Vielfach-Loch-Öffnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3b eine Querschnittsansicht der Vielfach-Loch-Öffnung, welche in Fig. 3a dargestellt ist, im wesentlichen entlang der Linie 3b-3b,
Fig. 4a eine Vielfach-Loch-Öffnungs-Platte gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 4b eine Querschnittsansicht der Loch-Platte, welche in Fig. 4a dargestellt ist, im wesentlichen entlang der Linie 4b-4b,
Fig. 5 bis 17 Raster-Elektronen-Mikroskopaufnahmen (REM), Aufnahmen optischer Mikroskope und Histogramme der Teilchen, welche in den Beispielen 1 bis 19 beschrieben werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem Aerosol-Generator für flüssige Tröpfchen der in Fig. 1 dargestellten Art eine Vielfachöffnungsplatte 13 bzw. eine Viellochplatte 13 an Stelle der hierzu vorher verwendeten Einzelöffnungsplatte vorgesehen. Unter Bezugnahme auf den Generator allgemein zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung, die eine Kammer 10 für die Aufnahme eines Flüssigkeitskörpers, aus welchem Tröpfchen zu formen sind, enthält. Die Flüssigkeitszuführungsleitung 11 stellt eine Quelle für unter Druck stehende Flüssigkeit zur Kammer 10 dar. Die Flüssigkeitszuführung, welche durch die Zuführungsleitung 11 tritt, kann durch irgendeine bekannte Einrichtung unter Druck gesetzt werden. Es wird bevorzugt, daß die Flüssigkeitszuführung durch einen Filter (nicht dargestellt) vor dem Eintreten in die Zuführungsleitung 11 geführt wird. Die Lochplatte 13 ist integral mit dem Flüssigkeitslochgefäß 14 verbunden, welches wiederum in funktioneller Weise mit einem vibrierenden Element 15 in Verbindung steht, einer piezoelektrischen Keramik zum Beispiel. Die elektrische Verbindung 16 verbindet das vibrierende Element 15 mit dem Kontroll- bzw. Steuerungssignalgenerator 17. Bei einem geeigneten elektrischen Signal des Generators 17 beginnt das Element 15 in auf dem Fachgebiet bekannter Art zu vibrieren. Diese Vibration wiederum bewirkt eine ähnliche Vibration des Lochgefäßes 14 und somit der Lochplatte 13. Das Lochgefäß 14 wird durch die Basis 18 gehalten. An der Basis 18 wird die Dispersionsabdeckung 19 gehalten, welche eine Dispersionsöffnung 20 hat. Die Öffnung 20 ist oberhalb des Bereiches der Platte 13, die die Anordnung der Öffnungen 12 enthält, wie dargestellt angeordnet, und ist größer als dieser Bereich. Die Abdeckung 19 und die Basis 18 definieren eine Kammer 22, welche das Element 15 und das Lochgefäß 14 umgeben. Das Dispersionsmedium wird unter Druck zur Kammer 22 durch die Leitung 21, wie dargestellt, zugeführt. Ein bevorzugter Aerosol-Tröpfchen-Generator zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ist der Aerosol-Generator, Modell 3450, der von Thermosystems, Incorporated (TSI), St. Paul, MI, hergestellt wird, welcher, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, durch Ersetzen seiner Einzelöffnungsplatte durch eine Vielfachöffnungsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung angepaßt wird. Im Betrieb wird der Tröpfchengenerator normalerweise in einer Weise angeordnet, daß die Ausbreitungs- oder Austrittsöffnung 20 sich direkt in das untere Ende einer aufrecht stehenden Trocknungssäule (nicht dargestellt) entlädt.
Im Betrieb wird flüssiges Material unter Druck durch eine Einspritzpumpe durch einen Filter (nicht dargestellt) in die Leitung 11 gepumpt, und dann in die Kammer 10 hinein. Das flüssige Material besteht zum Beispiel aus einer Lösung oder Dispersion eines Materials, wie einem Sauerstoff-enthaltenden Metallsalz, das zu einem refraktären Metallsalz zersetzbar ist. Die Trocknungssäule wird generell unter geringem Druck relativ zu den Kammern 10 und 22 gehalten, und die Flüssigkeit wird schließlich durch die Öffnung 20 in die Trocknungssäule gespritzt. Das geeignete Steuerungs- bzw. Kontrollsignal des Signalgenerators 17 wird durch die elektrische Verbindung 16 zu dem Vibrationselement 15 geführt, welches danach der Lochplatte 13 periodische Vibrationen zuführt. Diese periodischen Vibrationen der Lochplatte 13 bewirken das Aufbrechen der Flüssigkeitsströme, welche durch diese treten, in kleine Tröpfchen mit enger Größenverteilung. Der Zufluß eines inerten Dispersionsmediums wird durch die Kammer 22 durch die Leitung 21 zugeführt. Das Dispersionsmedium tritt durch den oberen Zwischenraum 22a der Kammer 22 und tritt in Kontakt mit den Tröpfchenströmen, welche durch die Platte 13 austreten. Dieser Kontakt dispergiert die flüssigen Tröpfchen weiterhin, was dazu führt, daß das Aufeinandertreffen eines Tröpfchen auf ein anderes zu verhindert wird. Das Dispersionsmedium kann ein inertes Gas, wie Luft oder Stickstoff, sein, oder eine Flüssigkeit, in welcher die Flüssigkeit der Tröpfchen eine begrenzte Lösbarkeit hat. Die dispergierten Tröpfchen treten danach durch die größere Austrittsöffnung 20 heraus und in die Trocknungssäule ein. Ein Verdünnungsgas, wie zum Beispiel Luft, wird zu der Trocknungssäule durch nicht dargestellte Einrichtungen geführt und reißt die flüssigen Tröpfchen mit. Das Verdünnungsgas trocknet die Tröpfchen und trägt die resultierenden getrockneten Teilchen zu einem Sammelfilter. In manchen Anwendungen können Flüssigkeiten zur Verdünnung und/oder Trocknung an Stelle von Gasen verwendet werden.
Die Vielfachöffnungsplatten oder Viellochplatten der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von ungefähr 5 bis 25 um hergestellt. Eine bevorzugte Dicke liegt zwischen ungefähr 10 bis 15 um. Eine wichtige Eigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung der Lochplatten mit einer Dicke, die in dem beschriebenen Bereich liegt. Die Dicke der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Lochplatte führt generell zu einem relativ geringen Flüssigkeitsdruckerfordernis von zum Beispiel 6,895 bar (100 psi), während eine relativ hohe Flußgeschwindigkeit der Flüssigkeit ermöglicht wird. Dies ist vorteilhaft, da es zu einem praktikablen und preiswerten Tröpfchengenerator führt, welcher in einfacher Weise an eine kommerzielle Verwendung anpaßbar ist. Die Bereitstellung von Lochplatten mit Dicken gemäß der vorliegenden Erfindung unterstützt auch die Dispersion der Tröpfchen und dementsprechend die Erreichbarkeit einer engen Größenverteilung. Insbesondere tendiert die Lochplatte, wenn die unter Druck stehende Flüssigkeit in die Kammer 10 gemäß der vorliegenden Erfindung tritt, dazu, sich aufwärts von der Mitte aus zu wölben. Falls die Öffnung 14a, welche die Lochplatte 13 hält, im wesentlichen kreisförmig ist, entwickelt dann die Lochplatte eine Krümmung, die sich dem Abschnitt einer Kugelfläche nähert. Da die Öffnungen gemäß der vorliegenden Erfindung im allgemeinen senkrecht zur Fläche der Lochplatte ausgebildet sind, bewirkt die Krümmung der Platte, daß die Fluidströme, die aus den Öffnungen austreten, divergieren. Diese Ausbreitung der Fluidströmungen minimiert die Wechselwirkung der Strömungen und somit das Aufeinandertreffen der resultierenden Tröpfchen aus einem Strom auf die Tröpfchen aus einem anderen Strom. Dieser Effekt erlaubt auch die engere Beabstandung der Öffnungen als es anderenfalls möglich wäre.
Verschiedene Verfahren stehen für die Herstellung von Vielfachöffnungsplatten gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung. In jedem der nachstehend beschriebenen Experimente wurden zum Beispiel die Öffnungen durch Durchdringen der Platte aus rostfreiem Stahl an geeigneten Stellen mit einem Hochleistungslaserstrahl hergestellt. Die derart hergestellten Öffnungen sind leicht konisch in ihrer Form, wobei eine Seite der Platte hat eine Öffnung, welche größer ist als die andere Seite der Platte. In jedem der nachstehend beschriebenen Experimente wurden die Lochplatten so orientiert, daß die größeren Öffnungen der Löcher auf der Flüssigkeitszuführungskammer 10 der Vorrichtung gemäß Fig. 1 gegenüberstanden. Jedoch hat es sich herausgestellt, daß die Orientierung der Lochplatte keinen wesentlichen Einfluß auf die Ergebnisse hat.
Für die Herstellung von einförmig bzw. gleichförmig großen Tröpfchen wird bevorzugt eine Lochplatte verwendet, bei welcher die größte Öffnung einen Durchmesser aufweist, welcher nicht mehr als dreimal so groß ist wie der Durchmesser der kleinsten Öffnung. Weiterhin bevorzugt weist die größte Öffnung einen Durchmesser auf, welcher nicht größer als ungefähr das eineinhalbfache und insbesondere bevorzugt ungefähr das eineindrittelfache des Durchmessers der kleinsten Öffnung hat. Dies ist leicht durch das vorstehend beschriebene Laserherstellungsverfahren zu erreichen. Es wird angenommen, daß auch andere Verfahren für die Ausbildung von Vielfachöffnungslochplatten gemäß der vorliegenden Erfindung, wie zum Beispiel elektroerosive Materialbearbeitungsverfahren (electroforming) oder Siliciummikrobearbeitungsverfahren anwendbar sind. Es sollte festgehalten werden, daß das vorstehend beschriebene Laserverfahren Öffnungen ergibt, die eine Geometrie durch die Dicke der Platte haben, welche entweder einen Kegelstumpf oder einen Zylinder darstellt. Jedoch kann eine größere Vielfalt von Öffnungsgeometrien unter Verwendung von entweder Siliciummikromaterialbearbeitungs- oder Elektroformingverfahren hergestellt werden. Diese Verfahren werden im Detail in den nachstehenden Veröffentlichungen beschrieben, die beide als Referenz zum Gegenstand dieser Beschreibung gemacht werden: James B. Angell, et.al., "Silicon Micromechanical Devices", Scientific American, Vol. 248, Nr. 4, Seiten 44 bis 55, April 1983; Ernest Bassons, "Fabrication of Novel Three-Dimensional Microstructures by the Anisotropic Etching of (100) and (110) Silicon" IEEE, Transactions on Electron Devices, Vol. ED-25, No. 10, Oct. 1978. Zum Beispiel kann die in Fig. 2 dargestellte Öffnungsgeometrie unter Verwendung von Siliciummikrobearbeitungstechniken erhalten werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird vorgezogen, daß eine Seite der Platte eine Öffnung von 1 bis 3 um im Durchmesser aufweist, während die andere Seite der Platte eine Öffnung von 5 bis 10 um im Durchmesser hat. Die kleinste Öffnung des Loches kann in einer Schicht mit einer Dicke von nur 1 bis 5 um vorhanden sein, wobei die größere Öffnung des Loches in einer Schicht mit einer Dicke von ungefähr 1 bis 19 um vorhanden sein kann. In einigen Anwendungen wird es vorgezogen, daß die gesamte Plattendicke zwischen ungefähr 10 und 15 um beträgt. Derartige Geometrien können die Notwendigkeit für hohe Fluiddrücke (dies bedeutet Drücke größer als ungefähr 68,95 bar (1000 psi)) sogar für Öffnungen mit Durchmessern kleiner als 1 bis 2 um vermeiden. Es ist für die Fachleute auf dem vorliegenden technischen Gebiet ersichtlich, daß im Hinblick auf die Strömung und Tröpfchengröße der kritische Öffnungsdurchmesser gemäß der vorliegenden Erfindung der kleinste Durchmesser der Öffnung ist. Der Anmelder hat herausgefunden, daß die kleineren Durchmesser im wesentlichen den Druck bestimmen, der nötig ist, um einen Fluidstrom zu erhalten und den Durchmesser des Stroms bestimmen. Entsprechend beziehen sich die vorstehend beschriebenen Anforderungen für die Veränderung der Lochgröße auf diese Bereiche der Öffnung.
Die relative Anordnung der Öffnungen auf der Lochplatte wird von Parametern wie von dem jeweiligen Flüssigkeitsvorläufer, dem Flüssigkeitsdruck, der Flüssigkeitsflußgeschwindigkeit und anderen Parametern abhängen. Alle diese Veränderungen und Variationen werden von der vorliegenden Erfindung mitumfaßt. Wie in den nachstehenden Beispielen beschrieben, hat der Anmelder Vielfachöffnungslochplatten mit 4, 9 und 16 Öffnungen hergestellt. In jeden dieser Fällen lagen die Öffnungen in einer rechteckigen Gitteranordnung mit in etwa 100 um zwischen den angrenzenden Öffnungen vor. Es sollte ebenfalls festgehalten werden, daß, da mechanische Beanspruchungen auf die Lochplatten durch die unter Druck stehende Flüssigkeit ausgeübt werden, die Anordnung der Öffnungen in der Platte, die Beabstandung zwischen den Öffnungen und die Unterstützung der Platte wichtige Gestaltungsmerkmale darstellen, insbesondere für Platten mit einer sehr großen Anzahl von Öffnungen. Zum Beispiel kann es möglich sein, eine Lochplatte mit ungefähr 1600 Öffnungen herzustellen. Bei einer derart großen Anzahl von Öffnungen ist es vorzuziehen, die Öffnungen in "Zellen" zur gruppieren, die ungefähr 16 oder mehr Öffnungen pro Zelle aufweisen. Die Öffnungen in jeder Zelle wären in einem rechteckigen bzw. quadratischen Gittermuster beabstandet, mit ungefähr 25 bis 100 um zwischen den angrenzenden Öffnungen. Dementsprechend können die Zellen Abmessungen von 100 um bis ungefähr 200 mm aufweisen. Wie vorstehend erläutert, ist erfindungsgemäß bevorzugt, daß die Dicke der Lochplatte minimiert ist, so daß der für die Herstellung eines dünnen Flüssigkeitsstroms benötigte Druck ebenfalls minimiert ist. Wenn derartig dünne Platten verwendet werden, insbesondere Platten mit ungefähr 1600 Öffnungen, ist es vorzuziehen, eine zusätzliche Unterstützung für die Lochplatte bereitzustellen. Nachstehend wird auf die Fig. 3a und 3b Bezug genommen, in welchen als Beispiel eine Lochplatte 13 mit einer Vielzahl von Öffnungen 12 darin dargestellt ist. Die Lochplatte wird durch ein Trägerelement 23 unterstützt. Das Trägerelement 23 enthält eine Vielzahl von kreisförmigen Ausnehmungen, welche in mit den Lochzellen 25 übereinstimmender Weise angeordnet sind. Die Trägerplatte 23 ist befestigt oder in anderer Weise mit dem Lochgefäß 14 verbunden, um dadurch mechanische Unterstützung und Stabilität bereitzustellen, wenn die Lochplatte dem Druck der Flüssigkeitszuführung ausgesetzt ist. Wenn das vorstehende Siliciummikrobearbeitungsverfahren verwendet wird, wird eine Lochplatte mit einer großen Anzahl von Öffnungen darin im allgemeinen die in den Fig. 4a und 4b dargestellte Form annehmen. Diese Figuren zeigen eine Vielzahl von linearen "Zellen" 16, die in einer dünnen Siliciummembran an dem Boden einer "V" förmigen Furche 27 angeordnet sind, die durch das Siliciummikrobearbeitungsverfahren hergestellt ist. In dieser Anordnung wird angenommen, daß die Siliciumdüsen durch Träger bzw. Tragbalken 28 gestützt werden, welche aus einem Material relativ hoher Festigkeit bestehen und senkrecht zu der linearen Anordnung der Öffnungen verlaufen.
Falls die Vielfachöffnungsdüsen mit einer Anordnung von Zellen, wie sie in den Fig. 3a oder 4a dargestellt ist, verwendet werden, wird vom Anmelder angenommen, daß es vorzuziehen ist, in manchen Anwendungen eine separate Dispersionsöffnung oberhalb jeder Zelle in der Anordnung auszubilden. Diese Dispersionsöffnung wird typischerweise 0,2 bis 2 mm von der Düse entfernt sein. Die Dispersionsöffnungen würden im allgemeinen einen Durchmesser von ungefähr 0,5 bis 4 mm aufweisen, wenn die in Fig. 3 dargestellte Anordnung, verwendet wird. Wenn die in Fig. 4a dargestellte Anordnung verwendet wird, wäre die Dispersionsöffnung von rechtwinkeliger Form und hätte eine Weite von weniger als ungefähr 0,4 mm und eine Länge von ungefähr 2 mm. Andere Möglichkeiten für die Dispersionsöffnungen existieren ebenfalls. Zum Beispiel kann es möglich sein, eine separate Dispersionsöffnung für jeden hergestellten Flüssigkeitsstrom zur Verfügung zu stellen.
Wie bei den nachfolgenden Beispielen erkannt werden kann, wird bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung oft ein Kollektiv von Tröpfchen und/oder festen Teilchen hergestellt, welches aus verschiedenen Gruppen von Tröpfchen und/oder festen Teilchen besteht. Jede Gruppe besteht aus Teilchen, die dadurch gekennzeichnet werden kann, daß sie im wesentlichen denselben Durchmesser aufweisen. Für Definitionszwecke werden Teilchen in der Gruppe mit der größten Anzahl von Teilchen im allgemeinen als Teilchen mit demselben "fundamentalen" oder "Basis"-Durchmesser bezeichnet. Es wurde herausgefunden, daß die Teilchengruppe mit der zweitgrößten Population Teilchen mit einem Durchmesser enthält, der ungefähr um das 1,26 fache, d. h. die Kubikwurzel von 2, kleiner ist als der Basisteilchendurchmesser. Andere Teilchengruppen werden im allgemeinen auch bei ungefähr 1,59 mal, d. h. der Kubikwurzel von 4, bei ungefähr 1,82 mal, d. h. bei der Kubikwurzel von 6, und bei ungefähr 2 mal , d. h. bei der Kubikwurzel von 8, dem Basisdurchmesser gefunden. Während der Anmelder nicht durch oder an eine spezielle Theorie gebunden sein will, erscheinen diese Gruppierungen durch das Aufeinandertreffen von Tröpfchen mit dem Basisdurchmessers zu entstehen, d. h. des am meisten vorkommenden Durchmessers, wobei diese aufeinander treffen, bevor sie trocknen und gelieren. Im folgenden wird eine Gruppe von Tröpfchen oder Teilchen dann als eine Gruppe mit einer engen Teilchengrößenverteilung bezeichnet, falls mehr als ungefähr 50% der Masse der Gruppe von Teilchen aus Teilchen besteht, die einen Durchmesser zwischen ungefähr 70% bis 100% des Basisteilchendurchmessers aufweisen. Eine Gruppe von Tröpfchen oder Teilchen wird ebenfalls als mit einer engen Teilchengrößenverteilung versehen angesehen, falls mehr als ungefähr 80% der Masse der Gruppe aus Teilchen besteht, die einen Durchmesser zwischen ungefähr 70% bis 250% des Basisteilchendurchmessers aufweisen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung stellt eine Verbesserung bei der Herstellung von Flüssigkeitströpfchen durch das Rayleigh-Instabilitätsverfahren dar. Wie vorstehend kurz beschrieben, basiert das Verfahren darauf, periodische Vibrationen auf einen dünnen Flüssigkeitsstrom auszuüben, der inhärent instabil ist. Ein inhärent instabiler Strom kann dadurch ausgebildet werden, daß eine Flüssigkeit durch eine kleine Öffnung gezwungen wird. Dieser Flüssigkeitsstrom oder diese Flüssigkeitssäule wird dann kollabiert oder in Tröpfchen mit einer sehr engen Größenverteilung aufgebrochen, wobei periodische Vibrationen einer geeigneten Frequenz verwendet werden. Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß gleichförmige Tröpfchen ausgebildet werden, wenn die Frequenz der angelegten Vibration unterhalb eines bestimmten Maximums ist, wie dies gemäß der nachstehenden Formel berechnet wird:
f max = 4Q/π² Dg³
wobei f max die Maximumfrequenz für die Herstellung von gleichförmigen Tröpfchen ist, Q die Flußrate der Flüssigkeit, die von der Öffnung emittiert wird, ist, Dg der Durchmesser des Flüssigkeitsstroms ist, der sich oft dem Durchmesser der Öffnung annähert.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung verbessert somit das bekannte Rayleigh-Instabilitätsverfahren. Die Schritte der vorliegenden Erfindung beinhalten das Bereitstellen einer Lochplatte mit einer Vielzahl von darin angeordneten Öffnungen, wobei der Durchmesser der größten dieser Öffnungen nicht größer ist als ungefähr das dreifache des Durchmessers der kleinsten Öffnung, das Hindurchtretenlassen von unter Druck stehender Flüssigkeit durch die Öffnungen in der Platte, um auf diese Weise eine Vielzahl von Flüssigkeitsströmen herzustellen und das Einwirkenlassen periodischer Vibrationen auf jeden der Flüssigkeitsströme, um so das Aufbrechen der Flüssigkeitsströme in Tröpfchen zu bewirken, welche eine im wesentlichen sphärische Form und eine enge Teilchengrößenverteilung haben. Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt der Schritt, in welchem periodische Vibrationen ausgeübt werden die Übertragung periodischer Vibrationen auf die Öffnungsplatte.
Wie oben kurz beschrieben wurde, wird durch das Auftreffen der Tröpfchen aufeinander, die Teilchengrößenverteilung der resultierenden Teilchen erweitert bzw. die Neigung hierzu verstärkt. Es wurde herausgefunden, daß dieser Effekt durch Aufbringen einer elektrischen Ladung auf die Tröpfchen, wenn diese gebildet werden, minimiert werden kann. Durch das Aufladen der Tröpfchen in dieser Weise werden die Ströme dazu veranlaßt, voneinander weggelenkt zu werden. Zusätzlich tendiert der Tröpfchenstrom dazu, viel näher bei der Öffnungsplatte in individuelle Tröpfchen aufzubrechen, als wenn die Tröpfchen nicht geladen sind. Bei derart hergestellten Tröpfchen wurde visuell durch Lichtstreuung erkannt, daß diese in Größe und Form einheitlicher waren als andersartig hergestellte Tröpfchen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die verwendete Flüssigkeit zur Ausbildung der Flüssigkeitströpfchen ein Metalloxyd-Vorläufer. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck Metalloxyd-Vorläufer eine auf eine Flüssigkeit basierende Lösung, Dispersion, Suspension, etc. von einem aktiven Inhaltsstoff, welcher in einem flüssigen Trägermedium dispergiert oder gelöst vorliegt. Entsprechend dieser Verwendung des Ausdruckes ist ein aktiver Inhaltsstoff das herzustellende Metalloxyd, oder irgendein anderes Material, welches einfach in das Metalloxyd überführbar ist. Zum Beispiel sind sauerstoffenthaltende Salze von verschiedenen Metallen in die Metalloxyde selbst unter Anwendung von Hitze überführbar. Im allgemeinen wird das Trägermedium relativ inert sein und wird ein flüssiges Medium für die aktiven Inhaltsstoffe des Vorläufers darstellen. Zusätzlich ist das Trägermedium im allgemeinen stärker flüchtig als die aktiven Inhaltsstoffe des Vorläufers. Zum Beispiel stellt eine kolloidale Dispersion von Zirkoniumhydroxynitrat in Wasser einen Zirkoniumoxyd-Vorläufer dar. Zirkoniumhydroxynitrat kann leicht durch Hitze in Zirconiumoxyd überführt werden, und Wasser als Trägermedium ist relativ inert und flüchtig relativ zum Zirkoniumhydroxynitrat. Bei vielen Anwendungen der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, daß der Metalloxyd-Vorläufer irgendeine Lösung, Dispersion oder Suspension ist, die in der Lage ist, eine Gelphase auszubilden. Es ist bekannt, daß einige Materialien einem Übergang von einer Lösung oder einer stabilen Suspension oder Dispersion zu einer "Gelphase" unterliegen. Während die Bildung und Natur dieser Gelphase nicht vollständig verstanden ist, ist es für die Zwecke der vorliegenden Erfindung aus-reichend, festzuhalten, daß der Übergang in die Gelphase im allgemeinen mit einem schnellen Anstieg der Viskosität des Materials verbunden ist. Der Punkt, bei welchem dieser schnelle Anstieg auftritt, wird im allgemeine als der "Gelpunkt" bezeichnet. Auf dem betreffenden Fachgebiet sind Verfahren bekannt, um die Existenz des Gelpunktes und damit das Vorhandensein einer Gelphase zu bestimmen. Es wird angenommen, daß gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung Flüssigkeitströpfchen, welche unter Entfernung oder wesentlicher Entfernung des flüssigen Trägermediums eine Gelphase durchlaufen, dazu tendieren, sphärische Teilchen auszubilden, die eine enge Größenverteilung haben, wenn das flüssige Trägermedium von den Tröpfchen entfernt ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung umfaßt weiterhin die Bearbeitung der flüssigen Tröpfchen, um die Tröpfchen in trockene feste Teilchen mit einer engen Größenverteilung zu überführen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfaßt diese weitere Bearbeitung das Einführen der Tröpfchen in ein inertes Verdünnungsgas, welches ein Trocknungsmedium für das Entfernen des flüssigen Trägermediums durch Verdampfung darstellt. Um das effiziente Entfernen des flüssigen Trägermediums zu bewirken, sollte das Verdünnungs- oder Lösungsgas ausreichend unterhalb seines Sättigungspunktes relativ zu seinem anfänglichen Gehalt an flüssigem Trägermedium liegen und sollte mit einer Geschwindigkeit zugeführt werden, welche ausreichend hoch ist, um die Verdampfung des flüssigen Trägermediums in dem Lösungs- bzw. Verdünnungsgas zu bewirken. Wenn zum Beispiel das Trägermedium Wasser und das Verdünnungsgas Luft ist, sollte die relative Feuchtigkeit der Luft gering sein. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können die flüssigen Tröpfchen durch Schritte wie Kühlen, Einfrieren, Erhitzen, chemisches Reagieren und ähnliche Schritte weiterbearbeitet werden.
Es wird bevorzugt, daß die trockenen festen Teilchen der vorliegenden Erfindung, insbesondere Metalloxydvorläuferteilchen eine mittlere Größe von weniger als ungefähr 5 um und bevorzugt von weniger als ungefähr 2 um aufweisen. Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß viele Parameter die mittlere Größe der trockenen Teilchen beeinflussen, wie z. B. die Konzentration des flüssigen Vorläufers, die Ausdehnung der Tröpfchendispersion, der Öffnungsdurchmesser und andere. Dementsprechend wird in manchen Anwendungen der mittlere Öffnungsdurchmesser gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise größer als ungefähr 0,5 um und kleiner als ungefähr 20 um, in besonders vorzuziehender Weise zwischen ungefähr 1 um und 10 um sein und in noch stärker vorzuziehender Weise zwischen ungefähr 2 um und ungefähr 5 um liegen. Während große Öffnungsdurchmesser (diese sind ungefähr 10 um oder größer) dazu tendieren, den Betrieb des Tröpfchengenerators zum Beispiel durch Absenken des benötigten Flüssigkeitsdruckes zu erleichtern, tendieren diese ebenfalls dazu, große Tröpfchen und Teilchen zu produzieren. Auf der anderen Seite tendieren kleine Öffnungsdurchmesser dazu, kleine Tröpfchen zu produzieren und ebenfalls dazu, Schwierigkeiten beim Betrieb zu erzeugen. Dementsprechend hängt die vorzuziehende mittlere Öffnungsgröße von jeder speziellen Anwendung ab.
Um die Verfahren der vorliegenden Erfindung noch vollständiger darzustellen, werden die nachfolgenden nicht einschränkenden Beispiele angegeben. Während die nachfolgenden Beispiele auf Experimenten basieren, welche mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung und Modifikationen von dieser durchgeführt wurden, ist es für Fachleute auf dem Fachgebiet naheliegend, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung sehr für die Verwendung mit vielen anderen Vorrichtungen anpaßbar ist.

Beispiel 1

Dieses Beispiel basiert auf einem Experiment, das mit einem Generator von TSI Modell 3450 durchgeführt wurde, mit der Ausnahme, daß die Einzelöffnungs-Lochplatte entfernt und durch eine mit vier Öffnungen ersetzt war. Die Lochplatte war aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke von ungefähr 1/2 mils oder 12,5 um hergestellt. Die nominelle Lochgröße war 5 um, wobei der größte Durchmesser ungefähr 5 um und der kleinste Durchmesser ungefähr 4 um betrug. Die Öffnungen waren in einer quadratischen Konfiguration in der Platte mit ungefähr 100 um zwischen angrenzenden Öffnungen angeordnet. Die Dispersionsöffnung war, wie durch den Hersteller geliefert, ungefähr von einem Durchmesser von 0,7 mm.
Ein Metalloxyd-Vorläufer wurde der Kammer mit ungefähr 11,03 bar (160 psi) zugeführt. Die Flüssigkeit bestand aus einem Zirconiumhydroxynitratsol, welches in einem pH-justiertem destiliertem Wasser in einem Sol:Wasser-Volumenverhältnis von 1:100 verdünnt war. Das Zirconiumhydroxynitratsol wurde aus dem Äquivalent von 16 Gew.-% Zirconiumoxyd hergestellt. Das pH-justierte Wasser war destilliertes Wasser, welchem Salpetersäure hinzugefügt wurde, um derart den pH-Wert des Wassers auf den pH-Wert des unverdünnten Sols abzusenken.
Die Frequenz der Vibration der Lochplatte war durch das Steuersignal auf 768 KHz gesetzt. Mit einer Spritzpumpe, die auf 1·10&supmin;³ cm/s eingestellt war und unter Verwendung einer 10 ml- Spritze mit einem Innendurchmesser von 1,35 cm wurden wenigstens drei Flüssigkeitsströme hergestellt. Das Dispersionsgas wurde der Vorrichtung bei einem Druck von ungefähr 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 2,5 l/min. zugeführt. Verdünnungsluft wurde bei einem Druck von ungefähr 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 15 l/min. zugeführt. Die derart hergestellten Tröpfchen wurden durch die Trockensäule geführt und in einem Filter als trockene Zirconiumhydroxynitratpartikel gesammelt. Die Partikel wurden dann bei ungefähr 600ºC kalziniert. Die trockenen und kalzinierten Teilchen waren von im allgemeinen kugeliger Form und hatten eine enge Größenverteilung, wie dies durch das REM in den Fig. 5a und 5b und durch das Histogramm in der Fig. 5c gezeigt wird. Die Größenverteilung wurde durch ein automatisiertes Längenmeßsystem mit einem manuell positionierten Cursor gemessen. Gemäß Fig. 5c haben die gesammelten Teilchen eine Spitze bzw. ein Maximum in der Größenverteilung bei ungefähr 0,85 um Durchmesser und bei ungefähr 1,1 um Durchmesser, d. h. 0,85 mal 1,26, und bei 1,3 um, d. h. 0,85 mal ungefähr 1,59. Diese Werte legen nahe, daß die größeren Teilchen durch das Aufeinandertreffen von Tröpfchen gebildet werden, bevor diese trocken sind. Ein Diagramm der Massenprozente der Teilchen ist in Fig. 5d gegeben. In dieser Figur sind der Mittelpunkt und der Größenbereich für die Balken in der Darstellung justiert, um die häufigst vorkommenden oder Basisteilchendurchmesser und die Teilchendurchmesser innerhalb etwa +35% und -25% des Basisteilchendurchmessers einzubeziehen. Es ist aus den Fig. 5a bis 5d zu erkennen, daß die gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellten Teilchen eine enge Größenverteilung haben.
Falls nicht anders dargestellt, sind die Meßverfahren und die Verfahren zum Ausdrucken des Histogramms wie vorstehend beschrieben ebenfalls verwendet worden, um die Teilchen, welche gemäß den nachfolgenden Beispielen hergestellt wurden, zu bestimmen.

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die Lochplatte bei einer Frequenz von 330 KHz vibriert wurde. Die gewonnenen kalzinierten Teilchen waren von im wesentlichen kugelförmiger Form und hatten eine enge Größenverteilung wie durch das REM in den Fig. 6a und 6b dargestellt. Es sollte festgehalten werden, daß wenigstens 3 Flüssigkeitsströme durch die Vorrichtung in diesem Experiment hergestellt wurden und daß vier Gruppen von Teilchengrößen erhalten wurden.

Beispiel 3

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß das Zirconiumhydroxynitratsol:Wasser Volumenverhältnis 1:10 betrug und die Frequenz der Lochplatte auf 323 KHz reduziert war. In den Mikrophotographien aus den Fig. 7a und 7b zu erkennen ist, waren die Teilchen, obwohl sie als im wesentlichen sphärisch klassifiziert werden konnten, nicht von der perfekten kugelförmigen Gestalt, wie die durch die vorstehenden Beispiele 1 und 2 hergestellten Teilchen.

Beispiel 4

Das Verfahren von Beispiel 3 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß das Zirconiumhydroxynitratsol:Wasser Volumenverhältnis 1:3 betrug. Wie aus den Mikrophotographien der Fig. 8a und 8b erkennbar ist, waren einige der resultierenden trockenen Teilchen nicht sphärisch und enthielten Einsenkungen und Inregularitäten. Es bleibt jedoch festzuhalten, daß selbst bei diesen hohen Konzentrationen von Sol zu Wasser im wesentlichen nicht mehr als vier unterschiedliche Gruppen an Teilchengrößen von der Vierlochdüse produziert wurden. Während der Anmelder nicht an oder durch eine Theorie gebunden zu schein wünscht, wird angenommen, daß die Hinzufügung von Salpetersäure zu dem Wasser, welches für die Verdünnung verwendet wurde, das Sol veranlaßt, während der Trocknung weniger stabil zu werden und somit schneller zu gelieren. Es wird angenommen, daß dieses schnelle Gelieren der Tröpfchen die ausgehöhlten Teilchen bewirkt.

Beispiel 5

Dieses Beispiel basiert auf einem Experiment, das mit einer Lochplatte, die aus 0,00127 cm (1/2 mils) dicken rostfreiem Stahl hergestellt war, die vier Öffnungen mit einem nominellen Durchmesser von ungefähr 10 um hatte, durchgeführt wurde. Der größte Durchmesser war ungefähr 10 um und der kleinste Durchmesser war ungefähr 7,5 um. Die Öffnungen waren in einer quadratischen Gitterkonfiguration in der Platte mit ungefähr 100 um zwischen den angrenzenden Öffnungen angeordnet. Die Dispersionsöffnung war, wie durch den Hersteller geliefert, ungefähr von 0,7 mm im Durchmesser.
Ein Aluminiumchlorhydratsol wurde in destilliertem Wasser mit einem Sol:Wasser Volumenverhältnis von 1:10 verdünnt. Ein Sol aus Zirconiumhydroxynitrat wurde mit destilliertem Wasser in einem Sol:Wasser Volumenverhältnis von 1:4 verdünnt. Das verdünnte Aluminiumchlorhydratsol und das verdünnte Zirconiumhydroxynitratsol wurden dann in einem 1:1 Volumenverhältnis gemischt, um einen flüssigen Metalloxydvorläufer zu bilden.
Der flüssige Metalloxydvorläufer wurde dann der Kammer bei ungefähr 2,482 bar (36 psi) zugeführt. Die Vibrationsfrequenz der Lochplatte wurde auf 84,3 KHz eingestellt. Der Dispersionsluftfluß betrug ungefähr 2,2 l/min. und wurde bei ungefähr 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) zugeführt. Verdünnungs- bzw. Trocknungsluft wurde bei einer Geschwindigkeit von 30 1 pro Minute bei Verwendung eines Druckes von 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) zugeführt. Unter Verwendung einer 10 ml-Spritze mit einem Innendurchmesser von 1,35 cm und einer Spritzenpumpeneinstellung von 2,9 x 10&supmin;³ cm wurden Teilchen mit enger Größenverteilung hergestellt, die im wesentlichen sphärische Form hatten. Diese Teilchen sind ein Vorläufer für die bekannte keramische Zusammensetzung Aluminiumoxid-Zirconiumdioxid

Beispiel 6

Dieses Beispiel basiert auf einem Experiment, das mit einer Lochplatte, die aus 0,0012 cm (1/2 mil) dickem rostfreiem Stahl hergestellt war, welche neun Öffnungen mit einem nominellen Durchmesser von ungefähr 7,5 um aufwies, durchgeführt wurde. Der größte Durchmesser war ungefähr 8 um und der kleinste Durchmesser war ungefähr 7,5 um. Die Öffnungen waren in einer quadratischen Gitterkonfiguration in der Platte mit ungefähr 100 um zwischen den angrenzenden Öffnungen angeordnet. Die Dispersionsöffnung war, wie von dem Hersteller geliefert, ungefähr 0,7 mm im Durchmesser.
Der Zirconiumhydroxynitratsol-Vorläufer von Beispiel 1 wurde der Kammer bei zwischen ungefähr 120 und 160 psi zugeführt. Die Lochplatte war durch das Steuersignal auf eine Frequenz von 645,6 KHz für die Vibrationen eingestellt. Die Geschwindigkeit der Pumpe betrug zwischen ungefähr 5,3·10&supmin;³ und 5,6 ·10&supmin;&sup6; cm/s und eine 10 ml-Spritze mit einem Innendurchmesser von 1,35 cm wurde verwendet. Das Dispersionsgas wurde der Vorrichtung bei einem Druck von ungefähr 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 3,5 l/min. zugeführt. Das Verdünnungs- oder Trocknungsgas wurde bei einem Druck von ungefähr 1,34 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 20 l/min. zugeführt. Die derart erzeugten Tröpfchen wurden durch eine Trocknungssäule geführt und in der Form eines nassen Gels auf dem Filterpapier gesammelt. Es wird angenommen, daß eine nicht ausreichende Menge an Verdünnungsluft bei diesem Beispiel zugeführt wurde, um die flüssigen Vorläufertröpfchen vollständig zu trocknen und trockene feste Teilchen herzustellen.

Beispiel 7

Das Verfahren von Beispiel 6 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß 40 l/min. von Verdünnungsluft der Vorrichtung zugeführt wurden und die Lochplatte bei einer Frequenz von ungefähr 783 KHz in Oszillation versetzt wurde. Wie durch die REM in den Fig. 9a und 9b erkennbar ist, waren die getrockneten Zirconiumhydroxynidratteilchen von einer im wesentlichen sphärischen Form und hatten eine enge Teilchengrößenverteilung. Es sollte festgehalten werden, daß zwischen ungefähr fünf und sechs Gruppen von Teilchengrößen vorlagen.

Beispiel 8

Das Verfahren von Beispiel 7 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Zirconiumhydroxynittratsol:Wasser Volumenverhältnis 1:10 betrug und die Lochplatte bei einer Frequenz von 750 KHz vibriert wurde. Wie im REM in den Fig. 10a und 10b zu erkennen ist, wurden sphärische Teilchen mit einer engen Größenverteilung mit weniger als ungefähr fünf bis sechs Gruppen an vorliegenden Teilchengrößen hergestellt.
Fig. 10c zeigt ein Histogramm der Teilchengrößenverteilung der sphärischen Teilchen, die in Fig. 10b dargestellt sind. Das Histogramm der Fig. 10c zeigt, daß der Basisteilchendurchmesser ungefähr 1,4 um beträgt und daß die anderen Teilchengruppen Durchmesser haben, die ungefähr dem 1,26, 1,59, 1,82 und dem zweifachen von 1,4 um entsprechen. Diese Daten legen ganz eindeutig nahe, daß die größeren Teilchen das Ergebnis des Aufeinanandertreffens von Teilchen sind. Ein Massenprozenthistogramm der Teilchen ist in Fig. 10d dargestellt. Dieses Histrogramm zeigt klar, daß die resultierenden getrockneten Teilchen eine enge Größenverteilung haben.

Beispiel 9

Das Verfahren von Beispiel 6 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Zirconiumhydroxynitratsol:Wasser Volumenverhältnis 1:3 betrug und daß die Lochplatte bei einer Frequenz von 101 KHz vibriert wurde. Wie aus dem REM in den Fig. 11a und 11b zu erkennen ist, hatten die getrockneten Teilchen ausgehöhlte Oberflächen und eine breite Größenverteilung.

Beispiel 10

Das Verfahren von Beispiel 9 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Lochplatte bei einer Frequenz von 1400 KHz vibriert wurde. Wie aus dem REM der Fig. 12a und 12b zu erkennen ist, erschienen die resultierenden Teilchen ausgehöhlt zu sein und hatten eine breite Teilchengrößenverteilung.
Obwohl die Verfahren der Beispiele 9 und 10 trockene Teilchen mit einer breiten Größenverteilung liefern, wird angenommen, daß die hergestellten Tröpfchen von einer im wesentlichen sphärischen Form mit enger Größenverteilung waren. Es sollte festgehalten werden, daß in beiden Beispielen die Verdünnungsluft-Fließgeschwindigkeit nur 20 l/min. betrug. Eine Verdünnungsluft-Fließgeschwindigkeit dieser Größe ist möglicherweise nicht ausreichend, um die Tröpfchen komplett zu trocknen, wenn die Flüssigkeitsflußgeschwindigkeit in dem vorstehend beschriebenen Bereich ist. Es wird angenommen, daß diese nicht ausreichende Zuführung von Verdünnungs-Luft und die Zugabe von Salpetersäure in das pH-justierte Verdünnungswasser der Grund für die Oberflächeneinsenkungen und ausgehöhlten Teilchen mit einer breiten Größenverteilung war.

Beispiel 11

Das Verfahren von Beispiel 6 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß weniger als ungefähr 2,5 l/min. von Dispersionsluft der Vorrichtung zugeführt wurden. Diese Geschwindigkeit der Dispersionsluft ergab, falls sie zusammen mit den vorstehend beschriebenen Verhältnissen verwendet wurde, ein beträchtliches Aufeinandertreffen der Tröpfchen auf die innere Dispersionsöffnungsabdeckung.

Beispiel 12

Dieses Beispiel basiert auf einem Experiment, das mit einem 3450 Generartor TSI durchgeführt wurde, mit der Ausnahme, daß:
(1) Die Einzelöffnungs-Lochplatte entfernt und durch eine 16- Öffnungs-Lochplatte ersetzt war, die aus 0,00127 cm (1/mils) dickem rostfreiem Stahl hergestellt war und
(2) die Dispersionsabdeckung mit einem 0,7 mm Dispersionsloch durch eine Abdeckung mit einem 2,0 mm Loch ersetzt war. Die nominelle Öffnungsgröße für die Lochplatte betrug 7 um, der größte Durchmesser betrug ungefähr 7 um und der kleinste Durchmesser betrug ungefähr 6 um. Die Öffnungen wurden in einer quadratischen Gitterkonfiguration auf der Platte mit 100 um zwischen den angrenzenden Öffnungen angeordnet.
Ein flüssiger Vorläufer wurde der Kammer mit einem Druck von ungefähr 5,516 bis 6,205 bar (80 bis 90 psi) zugeführt. Die Vorläuferflüssigkeit bestand aus einem Zirconiumacetatsol, das in destiliertem Wasser in einem Volumenverhältnis von 1:1 verdünnt war. Das Zirconiumacetatsol war aus dem Äquivalent von 20 Gew.-% von in Wasser dispergiertem Zirconiumoxyd hergestellt. Das Verdünnungswasser wurde nicht, wie bei den vorherigen Experimenten, pH-justiert.
Die Lochplatte wurde bei einer Frequenz von 331 KHz vibriert. Die Spritzenpumpen-Geschwindigkeit betrug ungefähr 6,5 bis 7,5 10&supmin;³ cm/s bei Verwendung einer 10 ml-Spritze mit einem Innendurchmesser von 1,35 cm. Dispersionsgas wurde der Vorrichtung bei einem Druck von 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 2,5 l/min. zugeführt. Die Verdünnungsluft wurde der Vorrichtung bei einem Druck von ungefähr 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 50 l/min. zugeführt.
Die derart erzeugten Tröpfchen wurden dann durch eine Trocknungssäule wie in den vorherige Beispielen geführt und als getrocknete Zirconiumacetatteilchen auf einem Filter gesammelt. Die getrockneten Teilchen waren von im wesentlichen sphärischer Form und wiesen eine enge Größenverteilung auf, wie dies im REM der Fig. 13a und 13b dargestellt ist. Ein Histogramm der Größe der Teilchen ist in Fig. 13c gegeben. Fig. 13c stellt ein Massenverteilungs-Histogramm der in Fig. 13b gezeigten Teilchen dar.
Die Analyse des vorstehenden Beispiels zeigt, daß mehr als ungefähr 55 % der Masse der Teilchen innerhalb der Gruppen enthalten ist, welche aus der Gruppe von Teilchen besteht, die den Basisdurchmesser hat und der Gruppe von Teilchen, die Durchmesser hat, die ungefähr 1,26 mal dem Basisdurchmesser entsprechen. Es ist für einen Fachmann auf diesem Fachgebiet offensichtlich, daß eine weitere Klassifizierung der Teilchen entsprechend bekannter Einrichtungen oder Verfahren in einer Gruppe von Teilchen resultieren würde, die eine nochmals engere Größenverteilung haben. Insbesondere wird angenommen, daß solche weitere Klassifizierungen Teilchen mit ultraenger Größenverteilung liefern.

Beispiel 13

Das Verfahren von Beispiel 12 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß das Zirconiumacetatsol:Wasser Volumenverhältnis 1:10 betrug. Die resultierenden getrockneten Teilchen waren generell feste Kugeln mit einer engen Größenverteilung.

Beispiel 14

Das Verfahren von Beispiel 12 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die 16-Öffnungslochplatte durch eine 9-Öffnungslochplatte ersetzt wurde mit einem nominellen Öffnungsdurchmesser von 7,5 um. Die größte Öffnung hatte einen Durchmesser von ungefähr 8 um und die kleinste Öffnung hatte einen Durchmesser von ungefähr 7,5 um. Die Öffnungen wurden in einer quadratischen Gitterkonfiguration auf der Platte angeordnet. Wie in Beispiel 11 hatten die resultierenden Teilchen eine enge Größenverteilung, obwohl einige der Teilchen als hohl erschienen.

Beispiel 15

Das Verfahren von Beispiel 14 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die nominelle Öffnungsgröße von 8 um auf 5 um reduziert war. Die größte Öffnung hatte einen Durchmesser von ungefähr 5,5 um und die kleinste Öffnung hatte einen Durchmesser von 4 um. Die Öffnungen waren in einer quadratischen Gitterkonfiguration auf der Platte angeordnet. Wegen der kleinen Öffnungsgröße und der relativ hohen Konzentration der Festkörper in der Flüssigkeit arbeitete die Vorrichtung tatsächlich nur für ungefähr 15 s.
Wegen der relativ hohen Viskosität des flüssigen Vorläufers und des relativ kleinen Öffnungsdurchmessers, der in diesem Beispiel verwendet wurde, wird angenommen, daß höhere Drücke als die in diesem Beispiel verwendeten benötigt werden, um einen kontinuierlichen Betrieb für längere zeitliche Perioden sicherzustellen. Wie jedoch durch die Beispiele 1 und 2 zeigen, wird angenommen, daß Lochplatten mit Öffnungsdurchmessern in dem 5 bis 4 um Bereich verwendet werden können, um Tröpfchen und Teilchen mit enger Größenverteilung herzustellen, wenn die Drücke etwas höher und die Viskosität der Flüssigkeit etwas geringer als in Beispiel 15 ist.

Beispiel 16

Das Verfahren von Beispiel 12 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß der flüssige Metalloxydvorläufer aus einem Zirconiumacetatsol bestand, der in destilliertem Wasser in einem Sol:Wasser Volumenverhältnis von 1:2 gelöst war.
Die Lochplatte wurde bei einer Frequenz von 465,4 KHz vibriert. Die Spritzenpumpen-Geschwindigkeit betrug ungefähr 7,9 ·10&supmin;³ cm/s und Flüssigkeit wurde bei einem Druck von zwischen 8,274 bis 9,653 bar (120 bis 140 psi) von einer 10 ml-Spritze zugeführt. Dispersionsgas wurde der Vorrichtung bei einem Druck von 1,34 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 2,7 l/min. zugeführt. Verdünnungsbzw. Trocknungsluft wurde der Vorrichtung bei einem Druck von 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 50 l/min. zugeführt.
Die derart erzeugten Tröpfchen wurden danach durch die Trocknungssäule wie in den vorherigen Beispielen geführt und als getrocknete Zirconiumacetatteilchen auf einem Filter gesammelt. Die getrockneten Teilchen waren von im wesentlichen sphärischer Form und hatten eine enge Größenverteilung, wie dies durch die optischen Mikrophotographien der Fig. 14a und 14b dargestellt ist. Es sollte festgehalten werden, daß die Teilchen einen Größenbereich von mehr als vier Größengruppen und weniger als 16 Größengruppen aufwiesen.

Beispiel 17

Das Verfahren von Beispiel 12 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß der flüssige Metalloxydvorläufer aus einem Aluminiumchlorhydratsol bestand, der in destilliertem Wasser in einem Sol:Wasser Volumenverhältnis von 1:10 verdünnt war. Das Aluminiumchlorhydratsol bestand aus dem Äquivalent von ungefähr 23 Gew.-% von in Wasser dispergiertem Aluminiumoxyd. Der flüssige Vorläufer wurde der Kammer bei ungefähr 4,482 bar (65 psi) zugeführt. Die Lochplatte wurde bei einer Frequenz von ungefähr 405 KHz vibriert. Die Spritzenpumpen-Geschwindigkeit betrug 5,7·10&supmin;³ cm/s. Das Dispersionsgas wurde der Vorrichtung bei einem Druck von 1,03 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 3,0 l/min. zugeführt. Verdünnugsluft wurde der Vorrichtung bei Drücken von ungefähr 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 50 l/min. zugeführt.
Die getrockneten Teilchen waren im wesentlichen von sphärischer Form und hatten eine enge Größenverteilung, wie dies in den optischen Mikrophotographien von Fig. 5 dargestellt ist.

Beispiel 18

Das Verfahren von Beispiel 12 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die 16-Öffnungslochplatte durch eine 9-Öffnungslochplatte ersetzt wurde, mit einem nominellen Öffnungsdurchmesser von ungefähr 7,5 um. Die größte Öffnung hatte einen Durchmesser von ungefähr 8 um und die kleinste Öffnung hatte einen Durchmesser von ungefähr 7,5 um.
Der flüssige Metalloxyd-Vorläufer bestand aus einem Titan-enthaltendem Sol, welches durch Nyacol Products, Inc. geliefert wird. Das Titandioxidsol bestand aus dem Äquivalent von ungefähr 14 Gew.-% von in Wasser diespergiertem Titanoxid. Für die Verwendung als Vorläufer in diesem Beispiel wurde das Sol in destilliertem Wasser in einem Sol:Wasser Volumenverhältnis von 1:10 verdünnt.
Die Lochplatte wurde bei eine Frequenz von ungefähr 156 KHz vibriert. Die Spritzenpumpen-Geschwindigkeit betrug ungefähr 9,9·10&supmin;³ cm/s, und die Flüssigkeit wurde bei einem Druck von zwischen ungefähr 40 und 50 psi zugeführt. Dispersionsluft wurde bei einem Druck von 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 3,5 l/min. zugeführt. Verdünnungsluft wurde bei 1,034 bis 1,0241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 55 l/min. zugeführt.
Die getrockneten Teilchen waren im wesentlichen von sphärischer Form und hatten eine enge Größenverteilung wie in der optischen Mikrographie von Fig. 16 dargestellt.

Beispiel 19

Das Verfahren von Beispiel 18 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß der flüssige Metalloxyd-Vorläufer aus einer Mischung des Zirconiumacetatsols, wie es in Beispiel 12 verwendet wurde und des Aluminiumchlorhydratsols, wie es in Beispiel 17 verwendet wurde, bestand. Jedes Sol war in destilliertem Wasser in einem Sol:Wasser Volumenverhältnis von 1:10 verdünnt. Die verdünnten Sole wurden zusammengemischt, um ein Zirconiumacetat: Aluminiumchlorhydrat-Volumenverhältnis von ungefähr 1:2 zur ergeben. Dieser Metalloxydvorläufer wurde der Kammer bei ungefähr 3,585 bar (52 psi) zugeführt. Die Lochplatte wurde bei einer Frequenz von ungefähr 333 KHz vibriert. Die Spritzenpumpen-Geschwindigkeit betrug ungefähr 9,9·10&supmin;³ cm/s. Dispersionsluft wurde bei einem Druck von ungefähr 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 3,5 l/min. zugeführt. Trocknungs- bzw. Verdünnungsluft wurde bei einem Druck von 1,034 bis 1,241 bar (15 bis 18 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 55 l/min. zugeführt.
Die getrockneten Teilchen waren im wesentlichen von sphärischer Form und hatten eine enge Größenverteilung, wie in der optischen Mikrographie der Fig. 17 dargestellt ist. Die durch Beispiel 19 hergestellten getrockneten Teilchen können kalziniert werden, um die bekannte keramische Legierung Aluminiumoxid-Zirconiumdioxid zu ergeben.

Beispiel 20

Ein angenommenes Beispiel für ein Experiment, das mit einer Lochplatte ausgeführt wird, die wie in entweder Fig. 3a oder Fig. 4a dargestellt konfiguriert ist, wird nachstehend beschrieben.
Ein Tröpfchengenerator mit einer Öffnungsplatte mit 100 Öffnungszellen darin wird bereitgestellt. Jede Zelle enthält 16 Öffnungen, deren jede einen Durchmesser von ungefähr 2 um hat, welche in einer linearen Anordnung (wie in Fig. 4a dargestellt) oder in einem rechtwinkeligen Gitter (wie in Fig. 3a dargestellt) gruppiert sind. Dabei liegen ungefähr 25 bis 100 um zwischen den angrenzenden Öffnungen. Die Zellen sind mit ungefähr 0,4 bis 1,0 mm zwischen den Zellen angeordnet. Eine relativ Dicke und hochfeste Trägerplatte (wie in Fig. 3a dargestellt) oder Tragbalken (wie in Fig. 4a dargestellt) unterstützen die Lochplatte. Die Lochplatte selbst hat eine Dicke von zwischen 5 und 300 um.
Ein Metalloxyd-Vorläufergel, welches in destilliertem Wasser zu einem Sol:Volumenverhältnis von ungefähr 1:20 verdünnt ist, wird verwendet. Das verdünnte Sol wird gefiltert und dann der Kammer bei einem Druck von ungefähr 27,58 bis 41,37 bar (400 bis 600 psi) bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 5 bis 10 cc/min. zugeführt. Die Lochplatte wird bei einer Frequenz von ungefähr 250 KHz in Vibrationen versetzt. Dispersionsluft wurde bei einem Druck von ungefähr 15 bis 20 psi und einer Geschwindigkeit von ungefähr 100 bis 700 l/min. zugeführt. Verdünnungsluft wird bei einem Druck von 1,034 bis 1,378 bar (15 bis 20 psi) und einer Geschwindigkeit von ungefähr 160 bis 1000 l/min. zugeführt.

Beispiel 21

Ein angenommenes Beispiel eines Experimentes, das mit einer Lochplatte, die 6400 Öffnungen mit einem nominellen Durchmesser von ungefähr 1 um aufweist, durchgeführt wird, wird nachstehend beschrieben. Die größte Öffnung hat einen Durchmesser, der nicht größer ist als ungefähr 1,5 mal der Durchmesser der kleinsten Öffnung. Die Öffnungen sind in Zellen gruppiert, die ungefähr 400 Öffnungen pro Zelle enthalten. Die Geometrie je der Öffnung und die Dicke der Platte ist im wesentlichen in Fig. 2 dargestellt.
Ein flüssiger Vorläufer wird der Kammer bei einem Druck von zwischen 500 und 1500 psi und einer Geschwindigkeit von zwischen 6 und 32 cc/min. zugeführt. Die Lochplatte wird bei einer Frequenz von oberhalb ungefähr 250 KHz in Vibration versetzt. Dispersionsluft wird bei einem Druck von zwischen ungefähr 1,034 und 1,379 bar (15 und 20 psi) und einer Geschwindigkeit von zwischen ungefähr 20 und 800 l/min. zugeführt. Trocknungs- bzw. Verdünnungsluft wird bei einem Druck von zwischen ungefähr 1,034 und 1,379 bar (15 und 20 psi) und einer Geschwindigkeit von zwischen ungefähr 320 und 3200 l/min. zugeführt.
Wie durch die vorstehenden Beispiele dargestellt, stellt das Verfahren der vorliegenden Erfindung Metalloxyd-Vorläufertröpfchen und/oder Teilchen bereit, welche eine im wesentlichen sphärische Form und eine enge Größenverteilung haben. Wie für die Fachleute auf diesem technischen Gebiet offensichtlich ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Herstellung von Metalloxyd-Vorläufertröpfchen und/oder Teilchen beschränkt. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung erfolgreich bei der Herstellung von Tröpfchen von geschmolzenem Metall mit einer engen Größenverteilung verwendet werden; bei Abkühlung dieser Tröpfchen entstehen die kleine Metallteilchen mit einer engen Größenverteilung.
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung erfolgreich bei der Herstellung von Tröpfchen aus geschmolzenem Metall mit einer engen Größenverteilung angewendet werden; beim Abkühlen dieser Tröpfchen entstehen kleine Metallteilchen mit einer engen Größenverteilung.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Teilchen mit enger Größenverteilung, bestehend aus den folgenden Verfahrensschritten:

(a) Bilden zahlreicher dünner Flüssigkeitsströme, indem die Flüssigkeit unter Druck durch zahlreiche Öffnungen in einer Lochplatte gepreßt wird, welche eine Dicke von bis zu 25 um aufweist, wobei der mittlere Durchmesser der Öffnungen bis zu 20 um beträgt, wobei die größte Öffnung in der Lochplatte einen Durchmesser aufweist, der nicht größer als etwa das Dreifache-des Durchmessers der kleinsten Öffnung in der Lochplatte ist, und wobei der Abstand zwischen den Öffnungen 25 bis 100 um beträgt;

(b) die dünnen Flüssigkeitsströme werden vibriert, um deren Aufbrechen in Flüssigkeitströpfchen zu veranlassen; und

(c) die Tröpfchen werden zur Herstellung von Teilchen aus diesen verarbeitet, wobei die Teilchen eine enge Größenverteilung aufweisen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, zu dem weiterhin der Verfahrensschritt gehört, daß eine Dispersionsgasströmung für den Angriff an die Tröpfchen vorgesehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zu dem Vibrationsschritt gehört, daß auf die Lochplatte eine periodische Schwingung übertragen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Flüssigkeit ein Metalloxidvorläufer ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zu dem Verarbeitungsschritt gehört, daß die Flüssigkeit im wesentlichen von den Tröpfchen entfernt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem zu dem Entfernungsschritt gehört, daß die Flüssigkeitströpfchen in einem Verdünnungsgas mitgerissen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem der Metalloxidvorläufer bei Entfernen ausreichenden Trägermediums durch eine Gelphase hindurchzutreten vermag.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem der Metalloxidvorläufer ein mit Wasser verdünntes Sol aufweist, wobei das Sol aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus:

(a) Zirkoniumhydroxinitrat-Solen;

(b) Zirkoniumacetat-Solen;

(c) Mischungen aus Aluminiumchlorhydrat-Solen und Zirkoniumhydroxynitrat-Solen; (d) Aluminiumchlorhydrat-Solen; und

(e) Mischungen aus Aluminiumchlorhydrat-Solen und Zirkoniumacetat-Solen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem der Metalloxidvorläufer ein Titan-haltiges Sol aufweist, das mit Wasser verdünnt ist.

10. Vorrichtung zur Herstellung flüssiger Tröpfchen mit einer engen Größenverteilung, bestehend aus:

einer Einschlußeinrichtung zur Aufnahme eines Flüssigkeitskörpers unter Druck;

einer in Verbindung mit der Einschlußeinrichtung stehenden Lochplatte mit einer Dicke von bis zu 25 um und zahlreichen darin befindlichen Öffnungen, wobei die Öffnungen einen mittleren Lochdurchmesser von bis zu 20 um besitzen und zwischen den Öffnungen ein Abstand von 25 bis 100 um vorhanden ist, wobei der Durchmesser der größten Öffnung in der Lochplatte nicht größer als etwa das Dreifache des Durchmessers der kleinsten Öffnung in der Lochplatte ist;

einer Einrichtung für das Pressen der Flüssigkeit aus der Einschlußeinrichtung durch die Öffnungen zur Erzeugung zahlreicher dünner Flüssigkeitsstrahlen;

eine Vibrationseinrichtung für die Flüssigkeitsströme, durch die die Ströme in Tröpfchen aufbrechbar sind, welche eine enge Größenverteilung aufweisen; und einer Einrichtung zum Umformen der Tröpfchen in Partikel, wobei die Partikel eine enge Größenverteilung besitzen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Öffnungen der Löcher an einer Seite der Platte größer sind als die zugehörigen Öffnungen an der gegenüberliegenden Seite der Platte.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei der die Drückeinrichtung eine Einrichtung zum Aufbringen von Druck auf eine in der Einschlußeinrichtung gehaltene Flüssigkeit aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei der in der Lochplatte wenigstens vier Öffnungen vorhanden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Durchmesser der größten Öffnung nicht größer als etwa das Zweifache des Durchmessers der kleinsten Öffnung ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der der mittlere Öffnungsdurchmesser zwischen 1 um bis etwa 10 um beträgt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der der mittlere Öffnungsdurchmesser zwischen 2 bis 5 um beträgt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der in der Lochplatte wenigstens neun Öffnungen vorhanden sind.

18. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei der die Dicke der Lochplatte zwischen 10 bis 15 um beträgt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, bei der die Lochplatte bei Beaufschlagung durch die unter Druck gesetzte Flüssigkeit von der Mitte nach oben umgebogen ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, bei der die Öffnungen in voneinander beabstandeten Zellen gruppiert sind, wobei jede Zelle mehrere der Öffnungen aufweist.