RU2116868C1 - Device for production of ultrafine metal powders - Google Patents
Device for production of ultrafine metal powders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2116868C1 RU2116868C1 RU96116877A RU96116877A RU2116868C1 RU 2116868 C1 RU2116868 C1 RU 2116868C1 RU 96116877 A RU96116877 A RU 96116877A RU 96116877 A RU96116877 A RU 96116877A RU 2116868 C1 RU2116868 C1 RU 2116868C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- evaporator
- vapors
- vacuum chamber
- inert gas
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 abstract description 10
- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract description 7
- 230000005494 condensation Effects 0.000 abstract description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 5
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001883 metal evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения ультрадисперсных металлических порошков конденсацией из паровой фазы. The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to devices for producing ultrafine metal powders by condensation from the vapor phase.
Известны устройства для получения ультрадисперсных металлических порошков из газовой фазы при дуговом распылении металлов, испарении металлов в атмосфере инертного газа, испарении металлов в вакууме и др. [1, с. 38-43]. В таких устройствах различными методами осуществляют нагрев испаряемого металла до высоких температур, при которых создается достаточное давление паров испаряемого металла. Затем пары металла переносят в область камеры с более низкой температурой, где и происходит конденсация паров металла в газовом объеме и на холодных стенках камеры. Известные устройства представляют собой изолированные камеры, откачиваемые до определенного давления или заполненные инертным газом, в одной части которых расположены испарители (тигли, лодочки, электрическая дуга), а в другой охлаждаемой части камеры находится сборники порошка. Известно также техническое решение - установка для получения металлических порошков конденсацией из паровой фазы [2], в котором испаритель металла и узел конденсации объединены конструктивно в одном корпусе. Known devices for producing ultrafine metal powders from the gas phase during arc spraying of metals, evaporation of metals in an inert gas atmosphere, evaporation of metals in vacuum, etc. [1, p. 38-43]. In such devices, various methods are used to heat the evaporated metal to high temperatures, at which sufficient vapor pressure of the evaporated metal is created. Then the metal vapor is transferred to the lower chamber temperature region, where the metal vapor is condensed in the gas volume and on the cold walls of the chamber. Known devices are insulated chambers pumped to a certain pressure or filled with an inert gas, in one part of which there are evaporators (crucibles, boats, electric arc), and in the other cooled part of the chamber there are powder collectors. A technical solution is also known — an installation for producing metal powders by vapor phase condensation [2], in which the metal evaporator and the condensation unit are structurally combined in one housing.
Недостатком известных устройств является сильная неоднородность фракционного состава получаемого порошка. A disadvantage of the known devices is the strong heterogeneity of the fractional composition of the resulting powder.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту, одновременно являющимся базовым объектом, является устройство, в котором реализуется способ получения мелких металлических частиц, содержащее испаритель металла, генератор плазмы и систему подачи несущего газа [3]. Известное устройство [3] представляет собой генератор плазмы, с помощью которого осуществляют нагрев и плавление металла, содержащегося в тигле. Образующиеся металлические частицы выносятся газом из области, в которой происходит плавление и испарение исходного металлического сырья. Таким образом, известное устройство содержит узел, в котором осуществляют плавление и испарение металла, из которого пары поступают в другой охлаждаемый узел камеры. Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed object, which is also the base object, is a device that implements a method for producing small metal particles containing a metal evaporator, a plasma generator and a carrier gas supply system [3]. The known device [3] is a plasma generator with which the heating and melting of the metal contained in the crucible is carried out. The resulting metal particles are removed by gas from the region in which the melting and evaporation of the initial metal feed occurs. Thus, the known device comprises a node in which the metal is melted and vaporized, from which the vapor enters another cooled chamber assembly.
К недостаткам известного устройства следует отнести наличие двух областей камеры, в одной из которых осуществляют нагрев испаряемого металла до высоких температур, а в другой охлаждение паров и несущего газа до низких температур. The disadvantages of the known device include the presence of two areas of the chamber, in one of which the evaporated metal is heated to high temperatures, and the other is cooled by vapor and carrier gas to low temperatures.
Задача изобретения заключается в снижении энергозатрат на единицу массы получаемого металлического порошка при одновременном упрощении устройства. The objective of the invention is to reduce energy consumption per unit mass of the obtained metal powder while simplifying the device.
Выполнение задачи достигается тем, что испарительная емкость, в которой осуществляют нагрев и испарение металла, конструктивно объединена с емкостью, в которой осуществляют перегрев паров металла перед выпуском их в объем вакуумной камеры. При этом для испарения металла и перегрева паров металла используется один электродуговой нагреватель. Перегрев паров металла в электрической дуге до температуры порядка 104К, при которых пары металла диссоциируют на отдельные атомы, перед их истечением в вакуумную камеру необходим для того, чтобы создать одинаковые условия конденсации паров при их адиабатическом охлаждении.The task is achieved in that the evaporation tank in which the metal is heated and evaporated is structurally combined with the tank in which the metal vapor is overheated before being released into the volume of the vacuum chamber. At the same time, one electric arc heater is used to evaporate the metal and overheat the metal vapor. Overheating of metal vapors in an electric arc to a temperature of the order of 10 4 K, at which metal vapors dissociate into individual atoms, before they expire into a vacuum chamber, is necessary in order to create the same conditions for vapor condensation during their adiabatic cooling.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа конструктивным объединением испарителя и генератора плазмы. В устройстве испаритель выполнен в виде коаксиально установленных стаканов с общим дном, образующих кольцевую полость для расплава, а генератор плазмы выполнен в виде полого катода, через который прокачивают плазмообразующий газ, установленного по оси внутреннего стакана, и сопла-анода, размещенного в донной части испарителя. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device differs from the prototype in the structural combination of an evaporator and a plasma generator. In the device, the evaporator is made in the form of coaxially mounted glasses with a common bottom, forming an annular cavity for the melt, and the plasma generator is made in the form of a hollow cathode, through which a plasma-forming gas, installed along the axis of the inner glass, and an anode nozzle located in the bottom of the evaporator are pumped . Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что одновременно испарители известны. Однако, устройств испарителей с одной камерой, в которой осуществляют испарение металла и перегрев паров металла нет. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". Comparison of the proposed solutions with other technical solutions shows that at the same time evaporators are known. However, there are no evaporator devices with a single chamber in which metal is vaporized and metal vapor is overheated. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".
Техническая сущность изобретения поясняется схемой устройства для получения ультрадисперсных металлических порошков, приведенной на чертеже. The technical essence of the invention is illustrated by a diagram of a device for producing ultrafine metal powders, shown in the drawing.
Устройство для получения ультрадисперсных металлических порошков содержит вакуумную камеру 1, с расположенными внутри камеры 1 испарителем металла 2. Внутри испарителя 2 имеется коаксиальная полость 3, предназначенная для заполнения металлом 4. Через верхнюю, непроводящую электрический ток, крышку испарителя 5 внутрь испарителя 2 введен катод 6. Катод 6 имеет набивку из вольфрамовой проволоки 7. В нижней части испарителя 2 установлено сопло-анод 8, изготовленное из вольфрама. Сопло-анод 8 крепится к испарителю с помощью теплоизолирующего фланца 9. Питание на катод 6 и сопло-анод 8 подается от источника постоянного тока 10. Дозированная подача инертного газа в область горения дуги осуществляется через полый катод 6 с помощью ротаметра 11 и регулирующего вентиля 12. Давление внутри испарителя 2 измеряют датчикам давления 13, а в объеме вакуумной камеры - датчиком 14. Откачку из вакуумной камеры 1 производят через патрубок 15. Ссыпку полученного порошка из вакуумной камеры 1 осуществляют через задвижку 15 в контейнер 17. A device for producing ultrafine metal powders contains a vacuum chamber 1, with a metal evaporator 2 located inside the chamber 1. Inside the evaporator 2 there is a coaxial cavity 3 for filling with metal 4. A cathode 6 is introduced into the evaporator 2 through the upper, non-conductive electric current, the lid of the evaporator 5 The cathode 6 has a packing of tungsten wire 7. In the lower part of the evaporator 2 there is a nozzle-anode 8 made of tungsten. The nozzle anode 8 is attached to the evaporator using a heat-insulating flange 9. Power is supplied to the cathode 6 and the nozzle anode 8 from a direct current source 10. The inert gas is dosed to the arc burning area through the hollow cathode 6 using a rotameter 11 and a control valve 12 The pressure inside the evaporator 2 is measured by pressure sensors 13, and in the volume of the vacuum chamber - by the sensor 14. Pumping out of the vacuum chamber 1 is carried out through the nozzle 15. The powder is poured from the vacuum chamber 1 through the valve 15 into the container 17.
Устройство работает следующим образом. Испаритель 2 загружают металлы 4 так, чтобы при интенсивном кипении металла он не выбрасывался из коаксиальной полости 3. Включают вакуумные насосы и производят откачку вакуумной камеры 1 через патрубок 15. В испаритель 2 через полый катод 6 т вольфрамовую набивку 7 с помощью ротаметра 11 и регулирующего вентиля 12 подают инертный газ и зажигают электрическую дугу между вольфрамовой набивкой 7 катода 6 и соплом-анодом 8. Питание дуги электрической энергии, подводимой к электродам, идет на увеличение энергии инертного газа, а другая часть энергии отводится электродами соплом-анодом 8 и катодом 6. Энергия, отводимая соплом-анодом 8, будет сообщаться стенками испарителя 2 и испаряемому металлу 4, находящемуся в коаксиальной полости 3. Энергия, отводимая катодом 6, будет сообщаться холодному инертному газу, протекающему через внутреннюю полость катода 6 и парам металла, обтекающим наружные стенки катода. Выход испарителя на заданный режим определяется давлением паров металла внутри испарителя 2 и температурой стенок испарителя. Давление внутри источника плазмы определяется датчиком давления 13. Требуемый режим испарения металла задается и регулируется током греющей дуги. The device operates as follows. The evaporator 2 is charged with metals 4 so that during intense boiling of the metal it is not ejected from the coaxial cavity 3. The vacuum pumps are turned on and the vacuum chamber 1 is pumped out through the nozzle 15. Into the evaporator 2, through the hollow cathode 6 t, the tungsten packing 7 is used with a rotameter 11 and a control valves 12 supply an inert gas and ignite an electric arc between the tungsten packing 7 of the cathode 6 and the anode nozzle 8. The supply of the arc of electric energy supplied to the electrodes is used to increase the inert gas energy, and the other part of the energy is generated by the electrodes by the nozzle-anode 8 and the cathode 6. The energy extracted by the nozzle-anode 8 will be communicated by the walls of the evaporator 2 and the evaporated metal 4 located in the coaxial cavity 3. The energy removed by the cathode 6 will be communicated to the cold inert gas flowing through the internal cavity cathode 6 and metal vapor flowing around the outer walls of the cathode. The output of the evaporator to the specified mode is determined by the vapor pressure of the metal inside the evaporator 2 and the temperature of the walls of the evaporator. The pressure inside the plasma source is determined by pressure sensor 13. The required mode of metal evaporation is set and regulated by the current of the heating arc.
При истечении плазменной струи парогазовой смеси из сопла-анода 8 а вакуумную камеру 1 происходит резкое охлаждение смеси /104-107 К/с/ на начальном участке струи. В результате такого охлаждения достигается высокая степень перенасыщения паров металла в струе, приводящая к их конденсации. Сформированные в струе частицы осыпаются вниз камеры 1, а инертный газ откачивается из вакуумной камеры 1 через патрубок 15. Давление внутри вакуумной камеры 1 измеряется датчиком давления 14. По завершении процесса испарения металла из испарителя 2 полученный металлический порошок ссыпают в контейнер 17 через задвижку 16.When the plasma jet of the gas-vapor mixture expires from the anode nozzle 8 and the vacuum chamber 1, the mixture is rapidly cooled / 10 4 -10 7 K / s / in the initial section of the jet. As a result of such cooling, a high degree of supersaturation of the metal vapor in the stream is achieved, leading to their condensation. The particles formed in the jet are crumbling down the chamber 1, and the inert gas is pumped out of the vacuum chamber 1 through the nozzle 15. The pressure inside the vacuum chamber 1 is measured by the pressure gauge 14. Upon completion of the evaporation of metal from the evaporator 2, the resulting metal powder is poured into the container 17 through the valve 16.
С помощью описанного устройства можно получать также и тугоплавкие металлические порошки нитридов, карбидов и окислов. Для этого вместе с инертным газом в область горения дуги необходимо подавать добавку соответствующего реакционного газа: азота, кислорода или углеродсодержащего газа. Using the described device, it is also possible to obtain refractory metal powders of nitrides, carbides and oxides. For this, together with an inert gas, an additive of the corresponding reaction gas must be supplied to the arc burning area: nitrogen, oxygen or carbon-containing gas.
Источники информации
1. Romanowski W. , Engels S. Hochdisperse Metall. - Berlin: Academic-Verlag, 1982.Sources of information
1. Romanowski W., Engels S. Hochdisperse Metall. - Berlin: Academic-Verlag, 1982.
2. А.с. СССР, N 653028, 1979. Кл. B 22 F 9/12. 2. A.S. USSR, N 653028, 1979. Cl. B 22 F 9/12.
3. Заявка Японии N 61-179806, 1986. Кл. B 22 F 9/14. 3. Japanese application N 61-179806, 1986. Cl. B 22 F 9/14.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96116877A RU2116868C1 (en) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | Device for production of ultrafine metal powders |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96116877A RU2116868C1 (en) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | Device for production of ultrafine metal powders |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2116868C1 true RU2116868C1 (en) | 1998-08-10 |
| RU96116877A RU96116877A (en) | 1998-11-27 |
Family
ID=20184697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96116877A RU2116868C1 (en) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | Device for production of ultrafine metal powders |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2116868C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2167743C2 (en) * | 1999-07-05 | 2001-05-27 | Красноярский государственный технический университет | Device for production of ultradispersed powders |
| RU2183535C1 (en) * | 2001-02-19 | 2002-06-20 | Институт прикладной механики Уральского отделения РАН | Method of producing metal clusters and device for its embodiment |
| RU2208500C2 (en) * | 2001-02-20 | 2003-07-20 | Белов Владимир Григорьевич | Device for production of finely divided metal powders |
| RU2302927C1 (en) * | 2005-10-24 | 2007-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью Корпорация "ИНТек" | Method for producing finely dispersed metal powders |
| RU205452U1 (en) * | 2020-06-09 | 2021-07-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы" | Device for producing fine powder |
| WO2023214214A1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-11-09 | Юрий Александрович ЧИВЕЛЬ | Laser method for producing powders and device for the implementation thereof |
-
1996
- 1996-08-08 RU RU96116877A patent/RU2116868C1/en active
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2167743C2 (en) * | 1999-07-05 | 2001-05-27 | Красноярский государственный технический университет | Device for production of ultradispersed powders |
| RU2183535C1 (en) * | 2001-02-19 | 2002-06-20 | Институт прикладной механики Уральского отделения РАН | Method of producing metal clusters and device for its embodiment |
| RU2208500C2 (en) * | 2001-02-20 | 2003-07-20 | Белов Владимир Григорьевич | Device for production of finely divided metal powders |
| RU2302927C1 (en) * | 2005-10-24 | 2007-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью Корпорация "ИНТек" | Method for producing finely dispersed metal powders |
| RU205452U1 (en) * | 2020-06-09 | 2021-07-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Дисперсные Материалы" | Device for producing fine powder |
| WO2023214214A1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-11-09 | Юрий Александрович ЧИВЕЛЬ | Laser method for producing powders and device for the implementation thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3063861B2 (en) | Melt flow forming method and apparatus | |
| GB2139648A (en) | Method of and apparatus for the coating of a substrate with material electrically transformed into a vapour phase | |
| US2772318A (en) | Apparatus for vaporization of metals and metalloids | |
| RU2116868C1 (en) | Device for production of ultrafine metal powders | |
| US20230110818A1 (en) | Device for melting metals | |
| JP3929397B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing organic EL element | |
| JP4522709B2 (en) | Method and apparatus for coating a substrate | |
| KR20200056073A (en) | Manufacturing apparatus and manufacturing method of nanopowder using DC arc plasma and apparatus for manufacturing the same | |
| US3367646A (en) | Apparatus for injecting metal vapors into a molten metal | |
| US4438153A (en) | Method of and apparatus for the vapor deposition of material upon a substrate | |
| RU2208500C2 (en) | Device for production of finely divided metal powders | |
| US4122292A (en) | Electric arc heating vacuum apparatus | |
| WO2001008795A1 (en) | Fine particle manufacturing method using laser beam | |
| US3149459A (en) | Electric arc type propulsion motor | |
| RU2113942C1 (en) | Method of metal sublimation and device for its embodiment | |
| US4262160A (en) | Evaporator feed | |
| US2624845A (en) | Ion source | |
| RU2389584C2 (en) | Method to produce finely-dispersed purified powder of refractory metals and device to this end | |
| RU2001104766A (en) | METHOD FOR PRODUCING FINE METAL POWDERS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| RU2395369C2 (en) | Procedure for production of fine dispersed powders | |
| JP3120368B2 (en) | Vacuum deposition equipment | |
| RU2382117C1 (en) | Evaporator for alloys and metals | |
| JPS6442533A (en) | Production of metallic titanium | |
| RU2167743C2 (en) | Device for production of ultradispersed powders | |
| USRE24821E (en) | Method of producing metals by decomposition of halides |