DE3735787A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerstaeuben mindestens eines strahls eines fluessigen stoffs, vorzugsweise geschmolzenen metalls - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerstäuben min­ destens eines Strahls eines flüssigen Stoffs, vorzugs­ weise geschmolzenen Metalls, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Zerstäuben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Verfahren und Vorrichtungen zum Zerstäuben flüssiger Stoffe bzw. geschmolzenen Metalls sind grundsätzlich be­ kannt. In zunehmendem Maße finden solche Verfahren auch auf dem Werkstoffsektor zur Herstellung bestimmter Werk­ stoffe, insbesondere solcher mit spezifischen Eigen­ schaften Verwendung. Das Zerstäuben des aus einem Tiegel austretenden Strahls mit bis auf Temperaturen oberhalb des Liquiduspunktes erhitzten Metallpartikeln, also der Schmelze, erfolgt dabei durch ein stehendes Ultraschall­ feld, das zwischen einem Schwinger und einem (nicht ak­ tiven) Reflektor gebildet wird. Nachteilig hieran ist die begrenzte Ultraschall-Leistung. Das führt dazu, daß bekannte Vorrichtungen und Verfahren zum Ultraschall-Zer­ stäuben geschmolzener Metalle bisher nur in geringem Um­ fange eingesetzt worden sind, und zwar meist das Labor­ stadium nicht überschritten haben. Auch im Zusammenhang mit anderen Einsatzzwecken, beispielsweise beim Zerstäu­ ben von Flüssigkeitsstrahlen mit Ultraschall, hat sich die nur begrenzt verfügbare Ultraschall-Leistung als Hemmnis für eine gerwerbsmäßige Anwendung herausge­ stellt.

Des weiteren führt die geringe Ultraschall-Leistung beim Zerstäuben von flüssigen Metallen dazu, daß die damit gleichzeitig einhergehende Abkühlung der Schmelze auf Temperaturen unterhalb des Soliduspunktes nicht rasch genug erfolgen kann. Das hat ein unkontrolliertes Abkühlen der zerstäubten Teilpartikelchen und damit verbundenen ungünstigen Korngrößen und -eigenschaften zur Folge.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun­ de, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, wodurch eine erhöhte Zerstäu­ bungsleistung und beim Zerstäuben von flüssigem Metall eine bessere Abschreckung der zerstäubten Metallpartikel gewährleistet ist.

Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe durch den Anspruch 1 gelöst. Durch die Erzeugung des Ultraschallfeldes in einem verdichteten, also unter Überdruck stehenden Medium, wird eine höhere Energie-Übertragung ermöglicht. Das führt dazu, daß mit einem Ultraschallfeld höherer Energiedichte bei der Zerstäubung gearbeitet werden kann und damit eine größere Zerstäubungsleistung erreichbar ist.

Aus der durch das erfindungsgemäße Verfahren erhöhten Zerstäubungsleistung resultiert darüber hinaus eine bessere Abschreckung der zerstäubten Metallpartikel, da diese durch das energiereichere Ultraschallfeld einen größeren Impuls erhalten, der zu einem vergrößerten "Schlupf" der Metallpartikel im druckbeaufschlagten Medium, in der die Zerstäubung stattfindet, führt. Hier­ durch wird verhindert, daß sich um die Metallpartikel herum jeweils ein Schleier angewärmten Gases bildet; vielmehr können die Metallpartikel aufgrund ihrer Beauf­ schlagung durch einen höheren Impuls in ständigen Kon­ takt mit frischem, noch nicht vorgewärmten Umgebungsgas gebracht werden.

Des weiteren wird vorgeschlagen, das druckbeaufschlagte gasförmige Medium auf eine Temperatur unterhalb des Liquiduspunktes der Metallpartikel abzukühlen, vorzugs­ weise auf Temperaturen bis minimal -200°C, wodurch Abkühlraten von < 10⁷K/s erreicht werden können. Diese Maßnahme führt ohne einen nennenswerten zusätzlichen Aufwand zu einer Schnellabschreckung.

Des weiteren wird verfahrensgemäß vorgeschlagen, die zer­ stäubten Metallpartikel zur Bildung eines Halbzeuges oder eines gewünschten Formteiles unmittelbar nach dem Abschrecken und Zerstäuben zu kompaktieren. Hierdurch werden die abgeschreckten Metallpartikel unter Ausnut­ zung ihrer superplastischen Eigenschaften vorzugsweise druckunterstützt auf eine entsprechende Unterlage "auf­ geschossen", wobei eine Verschweißung der einzelnen Me­ talpartikel erfolgt. Das Kompaktieren wird zweckmäßiger­ weise dann vorgenommen, wenn die zerstäubten Metallparti­ kel eine feste Phase erlangt haben und soweit abgekühlt sind, daß einerseits eine Gefügeumwandlung nicht mehr stattfindet und andererseits die Metallpartikel noch warm genug zum Verschweißen sind.

Die vorrichtungsmäßige Lösung der Aufgabe ist dem An­ spruch 7 zu entnehmen. Durch die Verwendung mindestens zweier (aktiver) Schwinger, also eines Schwingerpaares, entsteht ein besonders energiereiches Ultraschallfeld. Zur weiteren Leistungssteigerung können weitere Schwin­ gerpaare vorgesehen werden, die zweckmäßigerweise gleiche Daten sowie auch superpositionsfähige Parameter hinsichtlich Leistung, Frequenz sowie Amplitude der Schwinger aufweisen und derart angeordnet sind, daß ihr stehendes Ultraschallfeld einen oder auch mehrere gemein­ same Knotenbereiche aufweist. Durch Hindurchleiten des im Tiegel erzeugten Schmelzstrahls durch diesen Knotenbe­ reich findet die Zerstäubung dort statt, wo eine Super­ position der Ultraschallfelder erfolgt, das heißt die größte Engergiedichte vorhanden ist. Verglichen zu her­ kömmlichen Vorrichtungen ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung einen erheblich größeren Durchfluß an zu zerstäubender Schmelzmasse und einem damit verbundenen wirtschaftlicheren Einsatz. Gleichzeitig wird durch die Superposition mehrerer Ultraschallfelder trotz eines erhöhten Durchsatzes zu zerstäubender Schmelze auch noch eine geforderte Schnellabschreckung zur Bildung eines Feinstgefüges erreicht. Auch wird durch die Verwendung zweier aktiver Schwinger ein Ankleben zerstäubter Par­ tikel an die Schwingerfläche wirksam vermieden.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Vor­ richtung ist vorgesehen, die Ultraschallschwinger in ihrer Lage derart gemeinsam zu verändern, daß die (hori­ zontale) Schwingerachse beliebige Neigungen erhält. Da­ mit ist es möglich, die zerstäubten Partikel aus einer vertikalen Bahn gezielt abzulenken. Es ist so ein Kom­ paktieren komplexer Werkstücke vorteilhaft durchführbar.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist dem Aus­ tritt der Schmelze aus dem Tiegel eine Düse nachgeord­ net, die vorzugsweise lavaldüsenartig ausgebildet ist. Die Schwinger sind dabei derart der Düse zugeordnet, daß der Knotenbereich der superpositionierten Ultraschall­ felder gegenüber dem engsten Querschnitt der Düse gering­ fügig zum Tiegel hin versetzt ist. Dadurch erfolgt nicht nur eine Beschleunigung der Stoffe durch die Zerstäubung im Knotenbereich der Ultraschallfelder, sondern zusätz­ lich auch eine Richtungszuweisung durch die sich nach dem Knotenbereich noch verengende Düse.

Schließlich wird vorgeschlagen, der Düse einen (Druck-)Behälter nachzuordnen. Eine solche Vorrichtung eignet sich besonders auch zur Durchführung des eingangs geschilderten erfindungsgemäßen Verfahrens, weil dadurch sowohl im Bereich der Düse als auch im Bereich des Druck­ behälters in einfacher Weise eine Verdichtung des gas­ förmigen Trägermediums für die Ultraschallwelle möglich ist. Die Energiedichte im zur Zerstäubung dienenden Ultraschall-Knotenbereich wird somit durch eine Kombina­ tion mehrerer engergiesteigernder Maßnahmen, nämlich die Superposition mehrerer Ultraschallfelder und die Erhöh­ ung der Energieübertragung im verdichteten Medium opti­ mal gestaltet. Weiterhin kann der Druckbehälter genutzt werden zur Aufnahme einer Auftragfläche bzw. Auftragform zur Kompaktierung der zerstäubten und abgeschreckten Mikro-Metallpartikel. Alternativ kann auch die gesamte Vorrichtung in einem Druckbehälter untergebracht sein. Dies hat insbesondere eine Druckentlastung im Tiegel zur Folge.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Zuhilfe­ nahme der vorstehend beschriebenen Vorrichtung entstehen­ de Werkstoff verfügt über besonders günstige Eigen­ schaften, da hierdurch ein besonders homogenes kristallines bzw. amorphes Gefüge mit globularen Kör­ nern, die < 0,1 µm sein können, entsteht. Ein solches Material verfügt über superplastische Eigenschaften, die eine isotrope Verformbarkeit ermöglichen. Das schnelle Abkühlen führt auch zu einer Einbindung der Verunreini­ gungen in die aus den zerstäubten Metallpartikel ent­ stehenden globularen Mikrokörnern.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen vereinfacht dargestellten Vertikal­ schnitt durch die Vorrichtung,

Fig. 2 einen unteren Abschnitt eines Druckbe­ hälters mit einem darin angeordneten Formenträger,

Fig. 3 einen horizontalen Querschnitt III-III durch die Vorrichtung gemäß der Fig. 1 im Bereich zweier Schwinger,

Fig. 4 einen teilweisen Vertikalschnitt gemäß der Fig. 1 durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung, und

Fig. 5 einen teilweise dargestellten Vertikal­ schnitt gemäß der Fig. 1 durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung.

Die hier gezeigte Vorrichtung dient zur Zerstäubung eines Strahls flüssigen Metalls für die Herstellung eines metallischen Pulvers, von Werkzeugen, Halbzeugen und Fertigteilen.

Wie insbesondere aus der Fig. 1 entnehmbar, setzt sich die Vorrichtung zusammen aus einem Tiegel 10, einer sich daran anschließenden Düse 11 und im vorliegenden Aus­ führungsbeispiel zwei Ultraschallschwingern 12 sowie einem letzteren nachgeordneten Druckbehälter 13.

Der Tiegel 10 am oberen Bereich der Vorrichtung ist hier flaschenförmig ausgebildet mit einer nach unten weisenden, sich verjüngenden Öffnung 14. Gefüllt ist der Tiegel 10 im vorliegenden Falle bis zum Pegelstand 15 mit dem zu schmelzenden und verdüsenden Rohmaterial aus pulver- bzw. körnchenförmigem metallischen Granulat 16. Durch eine in der Fig. 1 punktstrichliniert dargestellte Heizspirale 17 um den Tiegel 10 erfolgt ein Schmelzen des darin enthaltenen Granulats 16 auf eine Temperatur oberhalb des Liquiduspunktes.

Die mittig in bezug auf eine aufrechte Längsmittelachse 18 der Vorrichtung angeordnete Öffnung 14 des Tiegels 10 mündet in einen aufrechten Eintrittstrichter 19 der Düse 11. Diese ist hier etwa lavaldüsenartig ausgebildet, verfügt nämlich über einen oberen längs eines umlaufen­ den Bogens sich verjüngenden Beschleunigungsabschnitt 20, einen sich daran anschließenden Verjüngungsabschnitt 21 und einen unteren kegelstumpfartigen Austrittsab­ schnitt 22.

Im oberen Bereich des Beschleunigungsabschnitts 20 mün­ det von der Seite her ein Gaszufuhrkanal, der im vorlie­ genden Ausführungsbeispiel als radial umlaufender Ring­ kanal 23 ausgebildet ist. Durch diesen ist ein gasförmi­ ges Prozeßmedium, vorzugsweise ein auf eine Temperatur unterhalb der Raumtemperatur abgekühltes Inert- oder Re­ aktionsgas, unter Druck der Vorrichtung zuführbar.

Dem mittleren Verengungsabschnitt 21 der Düse 11 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel die beiden Ultraschall­ schwinger 12 gegenüberliegend angeordnet, und zwar der­ art, daß sie auf einer gemeinsamen, horizontalen Schwin­ gerachse 24 liegen, die die Längsmittelachse 18 der Vorrichtung schneidet. Die Ultraschallschwinger 12 sind mit ihren vorderen Abschnitten durch entsprechende Durch­ führungsöffnungen 25 in den Verengungsabschnitt 21 der Düse eingeführt. Dazu sind die Durchführungsöffnungen 25 mit jeweils einem korrespondierenden, umlaufenden Kragen 26 versehen. Die Fixierung der Ultraschallschwinger 12 erfolgt separat in geeigneter, nicht dargestellter Weise außerhalb der vorderen Köpfe der Ultraschallschwinger 12, und zwar schwingungsmäßig entkoppelt.

Die Relativlage der Schwingerachse 24 in bezug auf die einzelnen Abschnitte der Düse 11 ist hier derart ge­ troffen, daß die Schwingerachse 24 etwas oberhalb des Verengungsabschnitts 21 sich befindet, also etwa im End­ bereich des Beschleunigungsabschnitts 20.

Die beiden Ultraschallschwinger 12 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich ausgebildet, verfügen insbe­ sondere über gleiche Leistungen, Frequenzen und Amplitu­ den, erzeugen nämlich gleiche, einander überlagerte Ultraschallfelder 27 von etwa 20 kHz bei einer Schwinger­ leistung von 250 bis zu 3000 W. Im gezeigten Ausführungs­ beispiel haben die beiden Ultraschallschwinger 12 einen Abstand von sechs Viertelwellen, wobei sie drei Knoten­ bereiche 28 bzw. 29 bilden, von denen der mittlere, auf der Schwingerachse 24 und der Längsmittelachse 18 liegende Knotenbereich 29 zur Zerstäubung des aus dem Tiegel 10 austretenden Strahls der zu zerstäubenden Schmelze dient.

Wie weiterhin der Fig. 1 entnommen werden kann, verfügt die Düse 11 an ihrem unteren Rand über einen kreisring­ förmigen Flansch 30, an den der Druckbehälter 13 mit einem korrespondierenden Anschlußflansch 31 befestigbar ist, vorzugsweise lösbar durch nicht dargestellte Schrau­ ben.

Der Druckbehälter kann im einfachsten Falle - wie ge­ zeigt - aus einem zylindrischen Mantel 32 und einem ebenen, horizontalen Boden 33 bestehen. In diesem Falle kann der Boden 33 zur Aufnahme einer in der Fig. 1 ge­ zeigten Trägerplatte 34 dienen, auf die die zerstäubten Metallpartikel aufbringbar sind, und zwar vorzugsweise zum Kompaktieren.

Die Fig. 2 zeigt eine auf dem Boden 33 des Druckbehäl­ ters 13 angeordnete Negativform 35. Dadurch können im Druckbehälter bereits fertige Werkstücke beliebiger Ge­ stalt durch Kompaktieren im superplastischen Zustand der Metallpartikel hergestellt werden. Vorzugsweise lassen sich so rotationssymmetrische Teile herstellen. Damit diese eine nahezu gleichmäßige Wandstärke erhalten, kann die Negativform 35 im Druckbehälter 13 um ihre (senk­ rechte) Rotationsachse durch einen geeigneten Antrieb kontinuierlich gedreht werden.

Alternativ ist es auch denkbar, abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel den Druckbehälter so groß auszubil­ den, daß in diesem der Tiegel 10 mit der Düse 11 und den Ultraschallschwingern 12 vollständig eingesetzt werden kann, beispielsweise hängend unter einem den Druckbehäl­ ter verschließenden Deckel. Diese alternative Ausbildung des Druckbehälters ist in der Fig. 1 strichpunktiert an­ gedeutet.

Die Fig. 3 zeigt eine alternative Anordnung einer Viel­ zahl von Ultraschallschwinger 12, derart, daß zur weiteren Leistungssteigerung mehrere Schwingerpaare aus einander gegenüberliegenden Ultraschallschwingern 12 vorgesehen sind. Dementsprechend sind in der Fig. 3 dem Schwingerpaar aus den beiden Ultraschallschwingern 12 drei weitere strichpunktiert dargestellte Schwingerpaare zugeordnet, deren Schwingerachsen 24 in einer gemeinsamen horizontalen Ebene liegen zur Erzeugung weiterer Ultraschallfelder, die allesamt im (mittigen) Knotenbereich 29 auf der Längsmittelachse 18 der Vorrichtung liegen.

Die gezeigte Vorrichtung ermöglicht eine besonders hohe Zerstäubungsleistung und hohe Abschreckraten, indem durch mehrere Ultraschallschwinger 12, die jeweils ein gleiches Ultraschallfeld 27 erzeugen, eine hohe Energie­ dichte im Knotenbereich 29 entsteht und darüber hinaus die Ultraschallwelle 27 durch ein verdichtetes gas­ förmiges Medium mit hohen Energieübertragungseigen­ schaften hindurchgeleitet wird. Es ist aber auch mög­ lich, eine Verbesserung der Zerstäubungsleistung bekannter Vorrichtungen bzw. Verfahren dieser Art schon dadurch zu erreichen, daß entweder (wie beim Stand der Technik) mit nur einem Ultraschallschwinger die Zerstäu­ bung in einem unter Druck stehenden gasförmigen Medium, also im Druckbehälter 13 erfolgt, oder mit einer Mehr­ zahl von Ultraschallschwingern in einem unter (normalen) atmosphärischen Druck stehenden gasförmigen Medium das Zerstäuben des geschmolzenen Metalls erfolgt. In diesem Fall kann der Druckbehälter 13 oder der strichpunktiert dargestellte Druckbehälter entfallen.

Die in der Fig. 1 gezeigte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Das im Tiegel 10 durch die Heizspirale 17 er­ hitzte Granulat oder dergleichen aus metallischem Werk­ stoff gelangt durch die Öffnung 14 des Tiegels 10 in form eines flüssigen Strahls in den Beschleunigungs­ abschnitt 20 der Düse 11, wo es vor Erreichen des Veren­ gungsabschnitts 21 im Knotenbereich 29 durch die Ultra­ schallwelle 27 zerstäubt wird. Die durch das Zerstäuben und die anschließende weitere Verengung der Düse 11 auf den Verengungsabschnitt 21 erfolgende Beschleunigung der Metallpartikel bewirkt einen "Schlupf" desselben im gas­ förmigen Medium. Das hat eine Schnellabschreckung der zuerstäubten Metallpartikel zur folge. Die Schnellab­ schreckung wird erfindungsgemäß dadurch noch erhöht, daß zum einen das Zerstäuben in einem verdichteten gasförmi­ gen Medium stattfindet, woduch eine höhrere Energie von der Ultraschallwelle 27 aufbringbar ist und zum anderen der Düse 11 durch den Ringkanal 23 mit Überdruck Inert­ gas (Stickstoff) oder Reaktionsgas (Wasserstoff) zuführ­ bar ist, welches bis zu -200°C abgekühlt sein kann.

Die in der vorstehend beschriebenen Weise zerstäubten und schnell abgeschreckten Metallpartikel verfügen über sehr kleine, überwiegend globulare Körner (< 0,1 µm), die soweit abgekühlt sind, daß keine Gefügeumwandlung mehr stattfindet, aber unter Ausnutzung der super­ plastischen Eigenschaften eine Verschweißung der Körner erfolgt, wenn diese kompaktiert werden, also auf die Trä­ gerplatte 34 oder die Negativform 35 auf dem Boden 33 des Druckbehälters 13 druckunterstützt aufgebracht wer­ den.

Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der er­ findungsgemäßen Vorrichtung, welches sich von demjenigen der Fig. 1 bis 3 dadurch unterscheidet, daß die Ultra­ schallschwinger 12 lageveränderlich der Düse 11 zugeord­ net sind. Dazu sind die Ultraschallschwinger gleicher­ maßen, aber in entgegengesetzten Richtungen derart gegen­ über der Düse 11 bzw. mit einem Teil derselben in ihrer Lage veränderlich, daß die Schwingerachse 24 aus der (normalen) Horizontalen herausschwenkbar ist. Dadurch lassen sich die zerstäubten Metallpartikel nach Errei­ chen des Knotenbereichs 29 gegenüber der Längsmittel­ achse 18 ablenken in eine aus der Vertikalen abweichende Richtung. Der von den zerstäubten Metallpartikeln gebil­ dete Kegel mit Ursprung im Knotenpunkt 29 ist damit als Ganzes aus der Längsmittelachse 18 herausschwenkbar.

Darüber hinaus ist es denkbar, die Ultraschallschwinger 12 bei gleichbleibendem Abstand in Richtung längs zur Schwingerachse 24 zu verschieben, wodurch der Knotenbe­ reich 29 sich exakt mit der Längsmittelachse 18 zur Deckung bringen läßt, bzw. bei einem von der Längsmittel­ achse 18 abweichenden Knotenbereich 29 mit dem aus dem Tiegel 10 austretenden Strahl flüssigen Metalls wieder zur Deckung bringen läßt. Auch sind so Abweichungen der Lage des Knotenbereichs 29 zwischen den Ultraschall­ schwingern 12 so ausgleichbar, daß der Knotenbereich 29 wiederum vom Strahl getroffen wird.

Bei dieser Vorrichtung sind die Ultraschallschwinger 12 ganz oder teilweise in einem als Faltenbalg 36 ausgebil­ deten Abschnitt der Düse 11 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nur der oberen Hälfte der Ultra­ schallschwinger 12 der Faltenbalg 36 zugeordnet, so daß dieser den Beschleunigungsabschnitt 20 bzw. den Ver­ engungsabschnitt 21 der Düse 11 bildet. Die untere Hälfte der Ultraschallschwinger 12 ist einem festen Ab­ schnitt der Düse 11, nämlich etwa dem Austrittsabschnitt 22 zugeordnet, der zusammen mit den Ultraschallschwin­ gern 12 verschwenkbar ist.

Schließlich zeigt die Fig. 5 ein drittes Ausführungsbei­ spiel der Vorrichtung. Diese weicht dadurch von den vor­ stehenden Ausführungsbeispielen der Vorrichtung ab, daß drei vorzugsweise in einer gemeinsamen vertikalen Ebene nebeneinanderliegende Tiegel 10 der Düse 11 zugeordnet sind. Der Abstand dieser drei Tiegel 10 ist derart ge­ wählt, daß die drei aus demselben austretenden Strahlen geschmolzenen Metalls auf jeweils einen der drei Knoten­ bereiche 28 bzw. 29 des Ultraschallfeldes 27 gerichtet sind. Diese Vorrichtung ermöglicht eine besonders hohe Zerstäubungsleistung, in dem sämtliche Knotenbereiche 28 und 29 des Ultraschallfeldes 27 zur Zerstäubung der Strahlen flüssigen Metalls dienen.

Die Arbeitsweisen dieser alternativen Ausführungsbei­ spiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Fig. 1 sind prinzipiell mit der weiter oben beschriebenen Ar­ beitsweise der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ver­ gleichbar.

Bezugszeichenliste:

10 Tiegel
11 Düse
12 Ultraschallschwinger
13 Druckbehälter
14 Öffnung
15 Pegelstand
16 Granulat
17 Heizspirale
18 Längsmittelachse
19 Eintrittstrichter
20 Beschleunigungsabschnitt
21 Verengungsabschnitt
22 Austrittsabschnitt
23 Ringkanal
24 Schwingerachse
25 Durchführungsöffnung
26 Kragen
27 Ultraschallfeld
28 Knotenbereich
29 Knotenbereich
30 Flansch
31 Anschlußflansch
32 Mantel
33 Boden
34 Trägerplatte
35 Negativform
36 Faltenbalg

Claims (22)

1. Verfahren zum Zerstäuben mindestens eines Strahls eines flüssigen Stoffs, vorzugsweise geschmolzenen Metalls , wobei der Strahl durch ein Ultraschallfeld ge­ leitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Stoffe (geschmolzene Metalle) innerhalb eines verdichte­ ten gasförmigen Mediums durch das Ultraschallfeld (27) hindurchgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Medium ein Inertgas (Stickstoff) oder ein Reaktionsgas (Wasserstoff) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium auf eine Temperatur unterhalb des Liquiduspunktes des zu zerstäubenden Metalls ge­ bracht wird zur Schnellabschreckung desselben.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach dem Zerstäuben die Stoffpartikel, insbesondere Metallparti­ kel, kompaktiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompaktieren in dem zur Zerstäubung dienenden, verdichteten gasförmigen Medium durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kompaktieren druckunterstützt durchgeführt wird, insbesondere unter Ausnutzung der superplastischen Eigenschaft der Metallpartikel.

7. Vorrichtung zum Zerstäuben mindestens eines Strahls eines flüssigen Stoffs, vorzugsweise geschmolzenen Me­ talls, mit einem Tiegel zum Schmelzen des zu zerstäuben­ den Stoffs bzw. Metalls und wenigstens einem Ultra­ schall-Zerstäubungsorgan, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschall-Zerstäubungsorgan mindestens zwei Ultra­ schallschwinger (12) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschall-Zerstäubungsorgan zwei auf einer ge­ meinsamen Schwingerachse (24) einander mit Abstand gegen­ überliegende Ultraschallschwinger (12) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Ultraschallschwinger (12) über die gleichen Kenngrößen, insbesondere gleiche Leistung, ver­ fügen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, sowie einem oder mehre­ ren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallschwinger (12) derart relativ zum Tiegel (10) angeordnet sind, daß ein von den Ultraschallschwin­ gern (12) erzeugtes (stehendes) Ultraschallfeld (27) sowohl senkrecht als auch in einer kegelförmigen Ablenk­ bahn mit variablen Winkel zu einer Längsmittelachse (18) verläuft.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingerachse (24) durch entsprechende Lagever­ änderung beider Ultraschallschwinger (12) in der Lage veränderbar ist, insbesondere aus der Horizontalen (Nor­ mallage) herausschwenkbar ist, derart, daß das Ultra­ schallfeld (27) sowohl senkrecht als auch in einer kegel­ förmigen Ablenkbahn mit variablem Winkel zu der Längs­ mittelachse (18) des Schmelzstrahls verläuft.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, sowie einem oder mehre­ ren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt (Öffnung 14) der Schmelze aus dem Tiegel (10) eine Düse (11) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich des engsten Querschnitts der Düse (11) die Ultraschallschwinger (12) angeordnet sind, vor­ zugsweise derart, daß die Schwingerachse (24) derselben kurz vor dem engsten Querschnitt (Verengungsabschnitt) der Düse (11) (vom Tiegel 10 aus gesehen) sich befindet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Düse (11) lavaldüsenartig ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 7, sowie einem oder mehre­ ren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse (11) wenigstens eine Gas-Zufuhrleitung (Ring­ kanal 23) zugeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gas-Zufuhrleitung als ein an der zum Tiegel (10) gerichteten (Zufluß-)Seite der Düse (11) angeord­ neter Ringkanal (23) ausgebildet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 11, sowie einem oder mehre­ ren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse (11) ein Druckbehälter (13) nachgeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 11, sowie einem oder mehre­ ren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Ultraschallschwinger (12), die Düse (11) und der Tiegel (10) innerhalb eines (gemeinsamen) Druck­ behälters (13) angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Druckbehälter (13) Einrichtungen zum Formen der zerstäubten Metallpartikel angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 7, sowie einem oder mehre­ ren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschall-Zerstäubungsorgan mehrere Paare auf einer gemeinsamen Schwingerachse mit Abstand gegenüber­ liegend angeordneter Ultraschallschwinger (12) aufweist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß sämtliche Paare gegenüberliegender Ultraschall­ schwinger (12) ein festgelegtes Ultraschallfeld (27) bil­ den, in dem sich ein oder mehrere Knotenbereiche (28, 29) ausbilden mit sich in einem gemeinsamen Knoten­ bereich (29) kreuzenden Schwingerachsen angeordnet sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich­ net, daß mehreren, insbesondere jedem Knotenbereich (28, 29), wenigstens ein Tiegel (10) und vorzugsweise auch eine Düse (11) zugeordnet sind zum gleichzeitigen Zer­ stäuben mehrerer Strahlen.