DE68923706T2

DE68923706T2 - Atomisierung von metallen.

Info

Publication number: DE68923706T2
Application number: DE68923706T
Authority: DE
Inventors: Stuart Coombs; Gordon Dunstan
Original assignee: Osprey Metals Ltd
Current assignee: Sandvik Osprey Ltd
Priority date: 1988-10-22
Filing date: 1989-10-20
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2009-10-21
Also published as: AU637334B2; GB8824823D0; AU4506189A; WO1990004661A1; ATE125882T1; JPH04501288A; DE68923706D1; JP2862927B2; EP0440706A1; EP0440706B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gaszerstäubung eines Stroms aus flüssigem Metall oder einer flüssigen Metalllegierung.
Das Zerstäuben und Zerstäubungsabscheiden eines Stromes aus flüssigem Metall ist beispielsweise aus dem britischen Patent 1262471 und auch aus unseren britischen Patenten 1379261 und 1472939 bekannt. Die Steuerung der Massenabscheidung des Metalls auf einer Abscheidungsfläche stellte jedoch immer ein Problem dar.
Ein Vorschlag zur Verbesserung der Steuerung der Massenverteilung der abgeschiedenen Schicht aus aus zerstäubtern Metall bestehendem Gas ist in dem britischen Patent 1455862 erläutert, in dem vorgeschlagen wird, den Sprühnebel aus zerstäubten Teilchen in Schwingung zu versetzen, indem ein primärer Satz von Gasdüsen zum Zerstäuben und zwei Sätze von sekundären Düsen verwendet werden, die schnell an- und ausgeschaltet werden, um dem Sprühnebel aus zerstäubtem Metall eine Oszillationsbewegung zu erteilen.
Ein Alternativvorschlag wurde in der Europäischen Patentveröffentlichung 0 127 303 A geoffenbart, in der einzelne Gasdüsen ein- und ausgeschaltet werden, um sowohl die Funktion des Zerstäubens als auch der Oszillation des Sprühnebels zu bewirken. Wir bemerkten jedoch, daß diese beiden Verfahren sehr schwer zu steuern sind. Bei dem ersten Vorschlag kann die Verwendung von sekundären Düsen dazu führen, dar das abgeschiedene Metall zu stark abkühlt, was bedeutet, daß nachfolgend auftreffende Teilchen sich nicht richtig mit dem bereits abgeschiedenen Metall verbinden. Bei dem zweiten Verfahren können sich die Form und die Eigenschaften (z. B. die Temperatur) des Sprühnebels ändern, wenn einzelne Düsen an- und ausgeschaltet werden, wodurch es außerordentlich schwierig ist, gleichmäßige Abscheidungs- und Verfestigungsbedingungen zu gewährleisten. Aus diesem Grund schlugen wir in der Europäischen Patentveröffentlichung 225 080 eine verbesserte Einrichtung vor, mit der einem zerstäubten Flüssigkeitsstrom aus geschmolzenem Metall oder einer geschmolzenen Metallegierung stärker gesteuerte und genauere Bewegungen erteilt werden können, indem der eigentliche Zerstäuber so auf einer Achse gekippt wurde, daß das Zerstäubergasstromfeld gleich blieb, aber durch ein Hin- und Herkippen der Zerstäubers hin- und herbewegt wurde. Zwar ermöglicht eine derartige Vorrichtung eine stärker gesteuerte Abscheidung, es können jedoch Trägheitsprobleme auftreten, die bei einer mechanischen Hin- und Herkippbewegung inhärent sind.
Es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Zerstäubereinrichtung und ein verbessertes Zerstäubungsverfahren bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Gaszerstäubung eines Stroms geschmolzenen Metalls oder einer Metallegierung bereitgestellt
- mit einer Zerstäubereinrichtung für die Aufnahme einer Zufuhr von Zerstäubungsgas,
- mit einer Öffnung, die von der Zerstäubungseinrichtung gebildet wird und durch die der Strom gegossen werden kann,
- mit einem Rotor, der von der Zerstäubungseinrichtung getragen wird und eine Ringdüse oder eine Vielzahl von Düsen aufweist, die um die Öffnung herum angeordnet sind, durch welche im Einsatz Zerstäubungsgas zur Zerstäubung des Stroms in einen Tröpfchensprühnebel austreten kann, wobei das aus der Ringdüse oder der Vielzahl von Düsen austretende Gas ein zerstäubendes Gasstromfeld bildet, das, wenn der Rotor stationär ist, den Strom umgeben und eine asymmetrische Geometrie bezüglich der Achse des Stroms haben würde, und
- mit Einrichtungen zum Bewegen des Rotors relativ zur Zerstäubungseinrichtung, um die Lagebeziehung des asymmetrischen Gasstromfeldes bezüglich des Stroms zu verändern, wodurch die Asymmetrie des zerstäubenden Gasstromfeldes dem Sprühnebel bezüglich der Achse des Flüssigkeitsstroms eine Bewegung erteilen kann, während die Gesamtgeometrie des zerstäubenden Gasstromfelds im wesentlichen konstant bleibt.
Die Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zum Bewegen eines Sprühnebels aus zerstäubten Tröpfchen geschmolzenen Metalls oder einer geschmolzenen Metallegierung, das die Schritte aufweist,
- einen Strom von geschmolzenem Metall oder geschmolzener Metallegierung durch eine Öffnung in einer Zerstäubereinrichtung hindurchzulassen,
- die Zerstäubereinrichtung mit einem Rotor zu versehen, der eine Zerstäuberdüse oder Zerstäuberdüsen aufweist, die um die Öffnung herum angeordnet sind,
- der Zerstäubereinrichtung Zerstäubergas zuzuführen, wodurch ein Zerstäubergasstromfeld gebildet wird, das, wenn der Rotor stationär ist, den Strom umgibt und bezüglich der Achse des Stroms eine asymmetrische Geometrie hat,
- das Zerstäubergasstromfeld an den Strom so zu richten, daß der Strom in einen Sprühnebel von Tröpfchen zerstäubt wird, und
- den Rotor so zu bewegen, daß die Lagebeziehung des Zerstäubergasstromfelds bezüglich des Stroms während des Zerstäubens verändert wird, um dem Sprühnebel eine Bewegung zu erteilen, während die Gesamtgeometrie des Zerstäubergas- -stromfelds im wesentlichen konstant gehalten wird.
Bei dem verbesserten Verfahren der vorliegenden Erfindung werden zum Bewegen des Sprühnebels keine Gasdüsen an- und ausgeschaltet. Stattdessen haben wir ein System entwickelt, bei dem der Sprühnebel trotz der Nähe zu der Düse, aus der geschmolzenes Metall austritt, durch das Bewegen der Zerstäuberdüsen selbst bewegt wird, wobei gewünschtenfalls auch die gesamte Zerstäubereinrichtung kippen kann. Dies weist gegenüber bisherigen Verfahren insbesondere die folgenden Vorteile auf:
(a) Die Zerstäubungsbedingungen können im Durchschnitt gleichmäßiger gehalten werden, da keine Gasdüsen ein- und ausgeschaltet werden;
(b) die erteilte Bewegung ist vorzugsweise eine Drehung oder eine Winkeloszillation um den Strom, so daß der Sprühnebel sehr leicht durch variierende Bewegungen eines Zerstäuberrotors (von Zerstäuberrotoren) und gewünschtenfalls durch Kippen des Zerstäubers bewegt werden kann;
(c) die Bewegungsgeschwindigkeit kann durch die Geschwindigkeit des Rotors und gegebenenfalls das Kippen des Zerstäubers leicht variiert werden;
(d) die Bewegungsgeschwindigkeit des Ortes der Zerstäuberachse kann während der Abscheidung jederzeit leicht variiert werden;
(e) einige Legierungen, wie etwa Aluminiumlegierungen, Gußeisen, Zinn und Zinklegierungen, erzeugen häufig Sprühnebelkegel mit relativ kleinem Divergenzwinkel, wodurch das Abkühlen der Teilchen im Flug behindert werden kann. Zusammen mit der relativ hohen Mengenstromdichte im Bereich der Abscheidungsoberfläche kann dies zu übermäßig hohen Abscheidungstemperaturen führen. Das Auseinanderziehen des Sprühnebels durch Drehung oder Winkeloszillation des Zerstäubers, um eine entsprechende Bewegung des Gasfeldes gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzeugen, führt in diesem Fall zu gleichmäßigeren und kühleren Abscheidungsbedingungen. Folglich kann die Abscheidungsgeschwindigkeit erhöht werden;
(f) die Hauptachse des Sprühnebels kann so ausgelegt werden, daß sie einem weiten Bereich von vorher festgelegten Bahnen folgt, beispielsweise einer kreisförmigen Bahn, einer elliptischen Bahn usw. Dies unterscheidet sich von unserem bisherigen Kippverfahren, bei welchem die Bahn des Sprühnebels lediglich eine Hin- und Herbewegung entlang einer geraden Linie ausführt. Daher ist eine stärkere Steuerung der Sprühnebelbewegungen und somit eine gesteigerte Flexibilität beim Betrieb gewährleistet;
(g) die Abscheidungsgeschwindigkeit kann aufgrund des größeren Bereichs, über dem das Metall abgeschieden wird (d.h. der gesteigerten Größe des Sprühnebels bezüglich des Produktes) erhöht werden. Dies wird erreicht, da das Metall sich schneller abkühlt und daher mit höherer Geschwindigkeit gegossen werden kann; und
(h) die Qualität der Abscheidung verbessert sich insofern, als die Mikrostruktur und die Porositätsverteilung gleichmäßiger sind.
Folglich schaffen die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein sehr hohes Maß an Steuerungsfähigkeit für die Zerstäubereinrichtung und die Bewegung des Sprühnebels, was bisher nicht erreicht werden konnte. Dies ermöglicht es, daß die Lage der Sprühnebelachse so variiert wird, daß sie sich an die Form der erzeugten Abscheidung anpaßt oder die Abscheidungsbedingungen und/oder den Querschnitt des Sprühnebels auf der Oberfläche des Abscheiders steuert.
Bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht der Flüssigkeitsstrom aus geschmolzenem Metall oder einer geschmolzenen Metallegierung, der Sprünebel bewegendes Subsrat gerichtet, und der Sprühnebel wird quer zu Bewegungsrichtung bewegt, um eine gleichförmige Dicke der Abscheidung über der gesamten Breite des Substrats zu erzielen, und durch die Assymetrie des Gasstromfeldes seitlich in Bewegungsrichtung auseinandergezogen, wodurch Bandprodukte, beschichtete Bandprodukte, Plattenprodukte oder beschichtete Plattenprodukte erzeugt werden können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von denen
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Zerstäubers des nächstliegenden Standes der Technik ist;
Fig. 2a, 2b, und 2c schematische Perspektivansichten der Erzeugung von Rohr- und Stangenabscheidung unter Verwendung der Vorrichtung von Fig. 1 sind und beispielhaft den Mengenstromquerschnitt des Sprühnebels zeigen, wenn er auf ein Rohr aufgebracht wird;
Fig. 3a, 3b und 3c schematische Ansichten sind, die die Seitenansicht der Erzeugung eines Bandes bzw. eine Ansicht auf A-A in Fig. 3b bzw. den Mengenstromquerschnitt des Sprühnebels bei Verwendung bekannter Zerstäuber nach Fig. 1 darstellen;
Fig. 4 ein Querschnitt einer ersten Ausführunsform einer Zerstäubereinrichtung gemäß der Erfindung ist;
Fig. 5 ein Querschnitt einer zweiten Ausführungsform einer Zerstäubereinrichtung gemäß der Erfindung ist;
Fig. 6 ein Querschnitt einer dritten Ausführungsform einer Zerstäubereinrichtung gemäß der Erfindung ist;
Fig. 7a und 7b Beispiele von Sprühnebelquerschnitten darstellen, welche mit der vorliegenden Erfindung erzielt werden können;
Fig. 8a, 8b und 8c schematische Perspektivansichten der Bildung von Rohr- und Stangenabscheidungen unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als Gegensatz zu Fig 2a und 2b sind sowie beispielhaft den Mengenstromquerschnitt des Sprühnebels zeigen, wenn er auf ein Rohr aufgebracht wird;
Fig. 9a, 9b und 9c schematische Ansichten der Erfindung sind, die die Seitenansicht der Streifenerzeugung im Gegensatz zu Fig. 3a bzw. eine Ansicht in der Richtung von Pfeil B bzw. den Mengenstromquerschnitt des Sprühnebels darstellen; und
Fig. 10a bzw. 10b den Mengenstromquerschnitt eines Sprühnebels zur Erzeugnung von Streifen unter Verwendung der Kippzerstäubereinrichtung von Fig. 1 und unter Verwendung der Dreheinrichtung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Kippen darstellen.
In den Zeichnungen, die nächtsliegenden Stand der Technik darstellen, ist eine Zerstäubereinrichtung 10 innerhalb eines Zerstäubergehäuses 11 und unterhalb der Düsenöffnung 12 einer Gießwanne 13 angeordnet. Die Zerstäubereinrichtung 10 weist eine Hauptkammer 14 und Zerstäubergasdüsenöffnungen 15 auf. Die Zerstäubereinrichtung 10 hat eine im wesentlichen ringförmige Gestalt mit einer zentralen Öffnung 16, durch welche ein Strom 17 von der Gießwanne 13 hindurchgeleitet wird. Die Zerstäubereinrichtung wird innerhalb des Gehäuses 11 von einander diametral gegenüberliegenden Abstützungen 18, 19 getragen, die von der Zerstäubereinrichtung 10 nach außen vorstehen, ist in ausreichenden Abstand von der Unterseite der Gießwanne 13 angeordnet und hat eine zentrale Öffnung 16, deren Abmessungen derart sind, daß die Zerstäubereinrichtung dazu gebracht werden kann, eine Kippbewegung auszuführen. Damit diese Kippbewegung ausgeführt werden kann, sind in die Abstützungen 18, 19, jeweils in Lagern 20, 21 in dem Zerstäubergehäuse 11 gelagert. Eine der Abstützungen 18 dient auch als Kanal 22 zum Zuführen von Zerstäubergas in die Hauptkammer 14.
Die Bewegung der Zerstäubereinrichtung 10 wird mit mechanischen Einrichtungen erteilt, die das aus einer in Drehung versetzen Nocke und einem gegen das Nockenprofil gehalten Nockenstößel (nicht gezeigt) bestehen. An dem Nockenstößel ist ein Verbindungsarm 27 angelenkt und erstreckt sich zu einer Schwenkverbindung 29 auf einer Platte 30. Die Platte 30 ist frei beweglich und an einer von der Schwenkverbindung 29 versetzen Stelle an der Abstützung 19 befestigt.
Es ist also ersichtlich, daß eine Bewegung der in Drehung versetzen Nocke über den Nockenstößelverbindungsarm 27 und die Platte 30 in eine Bewegung der Zerstäubereinrichtung 10 umgewandelt wird. Das Nockenprofil kann so ausgelegt sein, daß es ein vorher bestimmtes Ausmaß an Bewegung festgelegt, und die Drehungsgeschwindigkeit der Nocke steuert die Bewegungsgeschwindigkeit der Zerstäubereinrichtung. Die Hin- und Herkippbewegung der Zerstäubereinrichtung erteilt dem Sprühnebel 31 eine entsprechende Überstreichbewegung, da die Zerstäubereinrichtung 10 die Zerstäubergasdüsenöffnungen 15 mit sich trägt. Weitere Einzelheiten dieser Anordnung können unserer vorher genannten Europäischen Patentveröffentlichung Nr. 225 080 entnommen werden.
Beispiele von Erzeugnissen, die unter Verwendung der Vorrichtung von Fig. 1 hergestellt werden, sind Fig. 2a, 2b und 2c zu entnehmen. In diesen Figuren wird gezeigt, wie der Sprünebel 31 die Abscheidungsfläche entweder axil in der Richtung des Pfeiles 32 bei der Bildung eines Rohres 33 (Fig 2a) oder um das Ende einer Stangenabscheidung 34 herum überstreicht, die, wie das Rohr, in der Richtung von Pfeilen 35 in Drehung versetzt und axial in die Richtung des Pfeiles 36 bewgt wird, wie dies in Fig. 2b gezeigt ist.
Wenn, wie es in diesen Figuren gezeigt ist, ein Sprühnebel über das Stangenende oder entlang des sich drehenden Rohres gestrichten wird, folgt der Ort der Sprühnebelachse 37 auf der Oberfläche einer sich hin- und herbewegen liearen Bahn. Es ist daher wesentlich sicherzustellen, daß die Überstreichfrequenz des Sprühnebels hoch genug ist, um eine effektiv gleichförmige Schicht pro Umdrehung zu ergeben. Beispielweise muß, wie dies in Fig. 2c mit Bezug auf die Bildng eines Rohres gezeigt ist, der um den Ort der Sprühnebelachse gebildete Sprühnebelquerschnitt 38 Überschneidungen aufweisen, um bei jeder Umdrehung eine gleichförmige Abscheidung zu erzeugen. Bei der Bildung eines Rohres bespielweise erhöht sich jedoch das Verhältnis der Überstreichfrequenz zur Umdrehungsgeschwindigkeit mit der Vergrößerung des erforderlichen Durchmessers der Abscheidung, was aufgrund der inhärenten Trägheit des Kippzerstäubers zu Schwierigkeiten bei der mechanischen Ausgestaltung führen kann.
In Fig. 3a wird gezeigt, wie ein Band oder eine Platte 60 auf einem Substrat 61 ausgebildet wird, das sich in die Richtung des Pfeiles 62 bewegt. Um jedoch die maximale Sprünebeldichte zu erreichen und dabei gleichzeitig das maximale Mengenstromprofil eines Sprühnebels ohne Schäden infolge einer zu heißen Abscheidung aufzunehmen (wie dies durch die Linie 63 in bezug auf Sprühnebelquerschnitte 64 dargestellt ist), ist es erforderlich, zwei oder mehr Reihen 65 von zwei oder mehr zerstäubten Sprühnebeln 66 zu verwenden, um ein Band mit hinreichend gleichförmigen Abscheidungsbedingungen über den gesamten Abschnitt zu erzeugen, obwohl die zerstäubten Sprühnebel 66 quer zu der von Pfeilen 67 angezeigten Bewegungsrichtung überstreichen.
Bei dem Kippzerstäuber von Fig. 1 wird der von der Zerstäubereinrichtung erzeugte Sprühnebelkegel immer beibehalten, wobei das Kippen des Zerstäubers eine Hin- und Herbewegung des Sprühnebelkegels bewirkt, und die Gasdüsen werden lediglich zur Zerstäubung benutzt.
Bei der vorliegenden Erfindung kann die Zerstäubereinrichtung gekippt werden, aber eine Bewegung des Sprühnebels kann auch ohne eine solche Bewegung erreicht werden. In Fig. 4 wird beispielweise ein Flüssigkeitstrom 41 aus geschmolzenem Metall oder geschmolzener Metallegierung durch Gas zerstäubt, das über Leitungen 42 einem Zerstäuberkörper 43 zugeführt wird. Das Gas tritt durch Öffnungen 44 aus, die um den Flüssigkeitstrom 41 herum in einem Rotor 45 angeordnet sind, der um die Achse des Flüssigkeitstromes 41 beweglich ist und so angeordnet werden kann, daß sich entweder mit einer Winkeloszillation um dem Strom hin- und herbewegt oder eine vollständige Umdrehung um den Strom ausführt. Wie aus der Figur zu ersehen ist, sind die Öffnungen 44 entsprechend ihrer Umfangsposition um den Flüssigkeitstrom von unterschiedlicher Größe, um ein asymmetrisches Zerstäubergasstromfeld zu erzeugen. Der Rotor 45 wird von Lagern 46 und 47 in Position gehalten. Wie Gezeigt wird eine Gasleckage zwischen dem Rotor 45 und dem Zerstäuberkörper 43 durch geignete Dichtungen 48 und 49 verhindert. Die durch die Öffnungen 44 austretenden Gasstrahlen zerstäuben den Flüssigkeitsstrom 41 zur Bildung des Sprühnebels 50. Der Rotor 45 ist mittels einer angetriebenen Betätigungseinrichtung 51 wie beispielweise eines Stirnadgetriebes, um den Strom 41 herum bewegbar. Bei einer Drehung oder hin- und hergehenden Winkeloszillation des Rotors bleibt die Gesamtsymmetrie des Zerstäubergasfeldes unverändert, weil aber sein Position bezüglich des Stromes variiert, erteilen die verscheidenen asymmertischen Positionen des Gasstromfeldes dem Sprühnebel 50 eine Drehung oder eine Oszillation.
In Fig. 5 ist eine ähnliche Vorrichtung gezeigt, die einen Rotor 145 aufweist. Es wurden ähnliche Bezugszeichen wie in Fig. 4 in einer Serie von Einhundert verwendet, um entsprechende Teil zu kennzeichnen. In Fig. 5 werden jedoch, anstatt die Größe der Öffnung (144) um den Umfang der Zerstäubereinrichtung zu variieren, die Angriffswinkel der austretenden Gasstrahlen - die mit dem Bezugszeichen 152 versehen sind - um den Umfang herum variiert, um das asymmetrische Zerstäubungsschema zu erzeugen. Gewünschtenfalls sind Kombinationen von Fig. 4 und Fig. 5 möglich, d.h. ein Variieren sowohl der Öffnungsgröße als auch der Angriffswinkel.
Bei der Ausführungsform von Fig. 6 wird mit Hilfe von zwei Rotoren, die relativ zueinander und bezüglich des Zerstäuberkörpers drehbar sind, ein asymmetrisches Zerstäubergasfeld erzeugt. In Fig. 6 wird ein durch den Zerstäuberkörper hindurchtretender flüssiger Metallstrom 241 von einem durch Leitungen 242 dem Zerstäuberkörper 243 zugeführten Zerstäubergas zerstäubt. Das Gas wird in einer Hauptkammer 253 aufgenommen und tritt durch Zerstäuberöffnungen 244 au dem Zerstäuberkörper 243 aus. Die Öffnungen 244 sind in zwei kreisförmigen Anordnungenin zwei konzentrischen Rotoren 254, 255 positioniert und um den Strom 241 herum verteilt, um ihn zerstäuben. Die Größe der Öffnungen in jedem Rotor 254, 255 variiert entsprechend ihrer Position um den Umfang des Flüssigkeitstromes, um ein asymmetrisches Zerstäubergasfeld zu erzeugen. Durch Verwendung von zwei Rotoren 254, 255 wird jedoch eine erhöhte Flexibilität bei der Steuerung der sich ergebenden Sprühnebelform erreicht.
Die innerer Rotor 254 wird von Lagern 246 und 247 und der äußere Rotor 255 von Lagern 256 und 257 in Position gehalten. Eine Gasleckage zwischen den Rotoren 254, 255 und dem Zerstäuberkörper 243 wird durch geignete Dichtungen 248, 249 und 258 verhindert. Die aus den Öffnungen 244 austretenden Zerstäubergasstrahlen zerstäben den Flüssigkeitstrom 241 zur Erzeugung eines Sprühnebels 250. Die Anordnungen von Gasstrahlen in den jeweiligen Rotoren 254, 255 können auf einen einzigen Zerstäubungspunkt relativ zu dem Strom oder auf einen Zerstäubungsbereich 259 gerichtet werden, in dem der Strom 241 in einen Sprühnebel zerstreut wird. Die Rotoren 254, 255 sind jeweils durch Kegelradgetriebe 260, 261 bewegbar. Durch Synchronisieren der beiden Rotoren 254, 255 kan das asymmetrische Gasstromfeld im wesentlichen konstant gehalten werden, und eine Drehung oder eine hin- und hergehende Winkeloszillation erteilen dem Sprühnebel eine Bewegung, wobei er aber im Querschnitt seine gleiche, von dem Gasstromfeld bestimmte Form beibehält. Durch Bewegen eines Rotors bezüglich des anderen kann jedoch auch die Geometrie des Gasstromfeldes abgewandelt werden, was zu erhöhter Flexibilität führt.
Gewünschtenfalls kann der Zerstäuber mit einem Rotor oder Rotoren zur Drehung und/oder hin- und hergehenden Winkeloszillation um den Strom bei der Kippvorrichtung von Fig. 1 verwendet werden, so daß die Zerstäubereinrichtung gleichzeitig kippt und sich dreht oder eine Winkeloszillation ausführt.
Wenn im Einsatz das Anordnungsschema der jeweils aus Öffnungen 44, 144, 244 heraustretenden Zerstäubergasstrahlen 300 so gewählt wird, daß sich ein kegelförmiger Strahl ergibt, dessen Achse 301 mit einem kleinen Winkel bezüglich der Rotationsachse 302 der jeweiligen Rotoren geneigt ist, wie es Fig. 7a und 7b zu entnehmen ist, so ist der Sprühnebelquerschnitt 303 um die Achse 301 des kegelförmigen Strahls symmetrisch, obwohl das Gasfeld bezüglich der Zerstäubereinrichtung und insbesondere bezüglich der Hauptachse des Flüssigkeitsstromes 302 asymmetrisch ist, die in diesem Fall mit der Rotorachse zusammenfällt. Wenn der Rotor eine hin- und hergehende Winkeloszillation um den Strom ausführt, so kann der wirksame Sprühnebelquerschnitt verändert werden, wie dies durch die Draufsicht 304 unten in Fig. 7a veranschaulicht ist.
In Fig. 7b wird der Rotor in Drehung versetzt, um den wirksamen Sprühnebelquerschnitt 305 zu bilden. Natürlich sind die tatsächlich erzeugten Sprühnebelquerschnitte eine Funktion des Gasdüsenschemas und des Geschwindigkeitsprofils, das jeweils bei den Rotoren angewendet wird und entweder eine Winkeloszillation oder eine Drehung sein kann.
In Fig. 8a, 8b und 8c sind die Vorteile der vorliegenden Erfindung bei der Erzeugung von Rohrabscheidungen 400 und Stangenabscheidungen 401 veranschaulicht. In beiden Fällen erfolgt eine drehende und axiale Bewegung der jeweiligen formenden Abscheidungen 402 bzw. 403 und eine Überstreichbewegung der Sprühnebel, die durch Pfeile 406 angezeigt ist. Im Gegensatz zu der lediglich durch Kippen des Zerstäubers erteilten Sprühnebelbewegung, wie sie in Fig. 2a, 2b und 2c offenbart ist, bewirkt die zusätzliche Drehung oder Winkeloszillation des Zerstäuberrotors, daß die Lage der durch die Linien 404 und 405 in Fig. 8a bzw. 8b angezeigten Sprühachse auseinandergezogen wird (oder einen breiteren wirksamen Sprühnebelquerschnitt 407 aufweist, wie dies in Fig. 8c anhand der Erzeugung eines Rohres verdeutlicht ist), was eine Verringerung der Überstreichgeschwindigkeit des Sprühnebels ermöglicht, wobei aber dennoch die zum Erzielen einer gleichförmigen Abscheidung erforderliche Überschneidung erreicht wird. Wenn die Überstreichgeschwindigkeit verringert wird, kann mehr Metall abgelegt werden, ohne daß sich nachteilige Auswirkungen auf die gewünschten Eigenschaften der Endabscheidung ergeben.
In Fig. 9a und 9b ist die Herstellung eines Bandes oder einer Platte (410) schematisch dargestellt. Im Vergleich zu dem in Fig. 3a und 3b verwendeten Kippen erzeugt die zusätzliche Drehung oder Winkeloszillation des Zerstäuberrotors eine Gleichförmigkeit der Ausbreitung, die anhand des Sprühnebelquerschnitts 411 von Fig. 9c veranschaulicht ist, so daß anstelle von zwei Reihen nur eine Reihe von Kippzerstäubern 412 erforderlich ist, was die benötigte Anlage bedeutend vereinfacht und möglicherweise die Produktionsgeschwindigkeit steigert. 0bwohl in Fig. 3a und 9a Reihen von zwei Zerstäubern offenbart wurden, kann bei der vorliegenden Erfindung natürlich ein einziger Zerstäuber anstelle von den vorher erforderlichen zwei hintereinander angeordneten ausreichen, wenn ein Band oder eine Platte von geringerer Breite benötigt werden.
Die unterschiedlichen Sprühnebelquerschnitte bei der Erzeugung von Band-werden in Fig. 10a und 10b deutlicher dargestellt, in denen die Kombination aus Drehung und Kippen veranschaulicht ist. Insbesondere hat das Überstreichen des Sprühnebels durch Kippen des Zerstäubers in Verbindung mit einer Drehung bei der Bandherstellung den Vorteil, daß der Sprühnebel sowohl seitlich auseinandergezogen wird, nämlich durch das Kippen, um die richtige Gleichförmigkeit der Dicke zu erhalten, als auch in Längsrichtung auseinandergezogen wird, und zwar durch die Drehung. Somit zeigt Fig. 10a einen Sprühnebelquerschnitt 420, der nur durch Hin- und Herkippen des Zerstäubers erzielt wurde, während Fig. 10b einen Sprühnebelquerschnitt 421 mit zusätzlicher Drehung oder Winkeloszillation zum Erzielen einer größeren Ausbreitung darstellt. Dies führt zu gleichmäßigeren Abscheidungsbedingungen über die gesamte Dicke des Bandes, was die Stärke der Porosität auf der Unter- und Oberseite der Bandabscheidung (verursacht durch geringe Abscheidungsgeschwindigkeit am Rand des Sprühnebels) verringert. Bei der vorliegenden Erfindung variiert die Abscheidungsgeschwindigkeit in geringerem Maße, da der Abscheider quer unter dem Sprühnebel hindurchgeht und somit die Porosität verringert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren der Drehung weist auch bei der Herstellung von Rohren, Barren und plattierten Produkten, insbesondere bei Barren und Rohren init großem Durchmesser, beträchtlicht Vorteile auf. Dies liegt daran, daß der Sprühnebel einen größeren Bereich abdeckt, d.h. einen größeren "Fußabdruck" hat. Daher ist es im Vergleich zu dem bisherigen Verfahren, bei dem lediglich gekippt wurde, einfacher, eine vollständige Abdeckung der Rohr- oder Barrenoberfläche zu erhalten. 0bwohl die Erfindung insbesondere mit einer Stromachse beschrieben wurde, die durch den Mittelpunkt einer drehbaren Zerstäubereinrichtung hindurchgeht, könnte die Rotationsachse des Zerstäubers oder die Achse der Düsen auch von der Achse des Metallstromes abweichen. Bei dieser Anordnung könnten die Löcher gleichmäßig sein, während die Geometrie des Gasstromfeldes und somit der Sprühnebel asymmetrisch zu dem Flüssigkeitsstrom wären. Darüber hinaus brauchen die Düsen nicht kreisförmig angeordnet zu werden; die Düsen könnten beispielsweise eine elliptischer Anordnung einnehmen, und es könnten ein, zwei oder mehrere Rotoren vorgesehen sein. Im Fall von zwei Rotoren könnten diese sich in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen drehen (oder könnten eine Winkeloszillation in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen ausführen).
Die oben genannten Einrichtungen können auch zur Herstellung von gaszerstäubten Metallpulvern verwendet werden, wobei die Bewegung des Sprühnebels ein verbessertes Abkühlen der zerstäubten Partikel bewirken kann.

Claims

1. Vorrichtung zur Gaszerstäubung eines Stroms geschmolzenen Metalls oder einer geschmolzenen Metallegierung

- mit einer Zerstäubereinrichtung für die Aufnahme einer Zufuhr von Zerstäubungsgas,

- mit einer Öffnung, die von der Zerstäubungseinrichtung gebildet wird und durch die der Strom gegossen werden kann,

- mit einem Rotor, der von der Zerstäubungseinrichtung getragen wird und eine Ringdüse oder eine Vielzahl von Düsen aufweist, die um die Öffnung herum angeordnet sind, durch welche im Einsatz Zerstäubungsgas zur Zerstäubung des Stroms in einen Tröpfchensprühnebel austreten kann, wobei das aus der Ringdüse oder der Vielzahl von Düsen austretende Gas ein zerstäubendes Gasstromfeld bildet, das, wenn der Rotor stationär ist, den Strom umgeben und eine asymmetrische Geometrie bezüglich der Achse des Stroms haben würde, und

- mit Einrichtungen zum Bewegen des Rotors relativ zur Zerstäubungseinrichtung, um die Lagebeziehung des asymmetrischen Gasstromfeldes bezüglich des Stroms zu verändern, wodurch die Asymmetrie des zerstäubenden Gasstromfeldes dem Sprühnebel bezüglich der Achse des Flüssigkeitsstroms eine Bewegung erteilen kann, während die Gesamtgeometrie des zerstäubenden Gasstromfelds im wesentlichen konstant bleibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der zerstäubende Rotor eine Vielzahl von Zerstäubungsdüsen aufweist, deren Größe sich um den Rotor herum ändert, wodurch ein asymmetrisches Gasstromfeld erzeugt werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher eine Vielzahl von Zerstäuberdüsen vorhanden ist und das asymmetrische Gasstromfeld dadurch erzeugt wird, daß der Angriffswinkel an den Zerstäuberdüsen um den Rotor variiert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das asymmetrische Gasstromfeld dadurch erzeugt wird, daß die Achse des Rotors im Abstand von der Achse des Stroms angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher eine Vielzahl von Zerstäuberdüsen vorgesehen sind und das asymmetrische Gasstromfeld dadurch erzeugt wird, daß die Zerstäubergasdüsen in dem Rotor asymmetrisch bezüglich seiner Achse angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der zerstäubende Rotor eine Zerstäuberringdüse aufweist und das asymmetrische Gasstromfeld durch die Ringöffnung erzeugt wird, die eine Breite oder Lage in dem Rotor hat, die sich um den Rotor herum ändert, um das asymmetrische Gasstromfeld zu erzeugen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher zwei Rotoren vorgesehen sind, von denen jeder eine Zerstäuberdüse oder Zerstäuberdüsen zur Bildung eines asymmetrischen Gasstromfelds bezüglich der Achse des Flüssigkeitsstroms hat und von denen jeder bezüglich des anderen und der Zerstäubereinrichtung bewegbar ist, wodurch in Kombination die Asymmetrie des Gasstromfelds bezüglich des Flüssigkeitsstroms variiert werden kann.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche weiterhin Einrichtungen zum Kippen der Zerstäubereinrichtung aufweist, so daß während der Zerstäubung der Sprühnebel durch Kippen der Zerstäubervorrichtung vor- und zurückbewegt werden kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1

- mit einer in der Zerstäubervorrichtung ausgebildeten Hauptkammer,

- mit einer mit der Zerstäubereinrichtung zum Tragen der Zerstäubereinrichtung gekoppelten Einrichtung, die einen Einlaßweg hat, der die Hauptkammer mit einer Zerstäubergasquelle in Verbindung setzt, und

- mit einer Vielzahl von Zerstäubergasdüsenöffnungen, die in dem Rotor ausgebildet sind, um Zerstäubergas auf den Strom zu richten, der durch die Öffnung hindurchgeht, wobei die Zerstäubergasdüsenöffnungen in einer vorgegebenen, feststehenden Beziehung bezüglich einander positioniert sind, wodurch das asymmetrische Zerstäubergasstromfeld mit vorgegebener Geometrie gebildet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9 mit einer Steuereinrichtung, die so arbeitet, daß dem Rotor entweder eine Winkeloszillationsbewegung oder eine vollständige Drehung erteilt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die Steuereinrichtung ein Stirnradgetriebe aufweist, das mit dem Rotor in Verbindung steht und so arbeitet, daß der Rotor bezüglich der Zerstäubereinrichtung bewegt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Rotor, die zueinander und zu der Zerstäubereinrichtung beweglich sind, wobei die Gesamtgeometrie des Zerstäubergasstromfelds im wesentlichen konstant bleibt, wenn die Rotoren synchronisiert sind.

13. Verfahren zum Bewegen eines Sprühnebels aus zerstäubten Tröpfchen geschmolzenen Metalls oder einer geschmolzenen Metallegierung, das die Schritte aufweist,

- einen Strom von geschmolzenem Metall oder geschmolzener Metallegierung durch eine Öffnung in einer Zerstäubereinrichtung hindurchzulassen,

- die Zerstäubereinrichtung mit einem Rotor zu versehen, der eine Zerstäuberdüse oder Zerstäuberdüsen aufweist, die um die Öffnung herum angeordnet sind,

- der Zerstäubereinrichtung Zerstäubergas zuzuführen, wodurch ein Zerstäubergasstromfeld gebildet wird, das, wenn der Rotor stationär ist, den Strom umgibt und bezüglich der Achse des Stroms eine asymmetrische Geometrie hat,

- das Zerstäubergasstromfeld an den Strom so zu richten, daß der Strom in einen Sprühnebel von Tröpfchen zerstäubt wird, und

- den Rotor so zu bewegen, daß die Lagebeziehung des Zerstäubergasstromfelds bezüglich des Stroms während des Zerstäubens verändert wird, um dem Sprühnebel eine Bewegung zu erteilen, während die Gesamtgeometrie des Zerstäubergasstromfelds im wesentlichen konstant gehalten wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, zu welchem weiterhin das Kippen der Zerstäubereinrichtung um eine Achse gehört, um dem asymmetrischen Gasstromfeld eine Hin- und Herbewegung zu erteilen.

15. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem der Sprühnebel gegen ein Substrat gerichtet wird, das sich kontinuierlich durch den Sprühnebel bewegt, wobei der Sprühnebel quer zur Bewegungsrichtung durch Hin- und Herkippen der Zerstäubereinrichtung bewegt wird, um eine gleichförmige Dicke der Abscheidung über dem Substrat zu erzielen, und der Sprühnebel seitlich in der Bewegungsrichtung auseinandergezogen wird, indem die Lagebeziehung des asymmetrischen Gasstromfelds verändert wird, um eine Gleichförmigkeit der Abscheidung in der Bewegungsrichtung des Substrats zu erzielen, um so Bandprodukte, beschichtete Bandprodukte, Plattenprodukte oder beschichtete Plattenprodukte herstellen zu können.

16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, bei welchem in den Sprühnebel metallische oder keramische Teilchen aufgegeben werden, damit sie in einer auf einem Sammelsubstrat gebildeten Abscheidung eingeschlossen werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei welchem die Bewegungen des Sprühnebels so gesteuert werden, daß durch Sprühnebel abgeschiedene Barren, Stangen, Rohre, Ringe, Rollen, konische Formkörper, Schmiederohlinge und Extrusionsrohlinge, Formkörper für thixotrope Verformung, laminierte oder beschichtete Produkte und Metallmatrixverbundstoffe hergestellt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem der Strom durch Aufbringen eines Zerstäubergases zerstäubt wird, das aus wenigstens zwei relativ drehbaren Rotoren austritt, und das den weiteren Schritt aufweist, die Lagebeziehung und/oder die Asymmetrie des Gasstromfelds bezüglich des Stroms während der Zerstäubung zu variieren, um dem Sprühnebel eine Bewegung zu erteilen, entweder dadurch, daß die Gesamtgeometrie des Zerstäubergasstromfelds im wesentlichen konstant gehalten wird, indem die Rotoren synchronisiert werden, oder dadurch, daß die Asymmetrie des Gasstromfelds variiert wird, indem eine Relativbewegung zwischen den Rotoren während der Zerstäubung bewirkt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem der Sprühnebel im Flug abkühlen und sich verfestigen gelassen wird, wodurch Metallpulver gebildet wird.