DE3883031T2 - Hydrometallurgisches Verfahren zur Herstellung von feinem sphärischem Pulver aus hochschmelzendem Metall. - Google Patents
Hydrometallurgisches Verfahren zur Herstellung von feinem sphärischem Pulver aus hochschmelzendem Metall.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft die Herstellung von Pulvern auf der Basis hochschmelzender Metalle. Insbesondere betrifft sie die Herstellung solcher Pulver, welche im wesentlichen runde Teilchen aufweisen.
- JP-A-5651546 beschreibt die Erzielbarkeit von metallischen Legierungskugeln mit einer Teilchengröße von 3 bis 300 um und Zusammensetzungsbereichen von 0,05 bis 45 Gew.-% Molybdän und 99,95 bis 55 Gew.-% Titan.
- US-Patent 3,663,667 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Legierungspulvern aus mehreren Metallen. Solche Legierungspulver aus mehreren Metallen werden mittels eines Verfahrens hergestellt, wobei eine wäßrige Lösung aus wenigstens zwei thermisch reduzierbaren metallischen Verbindungen und Wasser gebildet wird. Die Lösung wird in einer ein erwärmtes Gas enthaltenden Kammer in Tröpfchen mit einer Tröpfchengröße von weniger als ungefähr 150 um zerstäubt, so daß einzelne feste Teilchen gebildet werden, und die Teilchen werden anschließend in einer reduzierenden Atmosphäre auf Temperaturen erwärmt, die ausreichend sind, um die metallischen Verbindungen zu reduzieren und unterhalb des Schmelzpunktes jedes dieser Metalle dieser Legierung liegen.
- US-Patent 3,909,241 betrifft freifließende Pulver, hergestellt durch das Zuführen von Agglomeraten durch einen Hochtemperaturplasmareaktor, um wenigstens ein teilweises Schmelzen der Teilchen zu bewirken und durch das Auffangen der Teilchen in einer eine schützende gasförmige Atmosphäre enthaltenden Kammer, in welcher die Teilchen verfestigt werden. In diesem Patent werden die Pulver für Plasmabeschichtungen verwendet, und die agglomerierten Ausgangsmaterialien werden aus Aufschlämmungen von metallischen Pulvern und Bindemitteln hergestellt. Beide Patente, sowohl 3,663,667 als auch 3,909,241, sind an den Abtretungsempfänger dieser Erfindung übertragen worden. Hochschmelzende Metallegierungen wurden durch dieses Verfahren hergestellt, weisen jedoch eine mittlere Teilchengröße von weniger als ungefähr 25 um auf.
- In der europäischen Patentanmeldung WO 8402864, veröffentlicht am 2. August 1984, welche auch an den Abtretungsempfänger dieser Erfindung übertragen worden ist, wird ein Verfahren zur Herstellung ultrafeiner Pulver offenbart, in dem ein Strom geschmolzener Tröpfchen auf eine abweisende Oberfläche gerichtet wird, so daß die Tröpfchen autgebrochen, abgestoßen und anschließend verfestigt werden, wie im folgenden beschrieben. Obwohl es eine Tendenz gibt, daß nach dem Abprallen runde Teilchen gebildet werden, hat man herausgefunden, daß der geschmolzene Anteil elliptisch geformte oder längliche Teilchen mit abgerundeten Enden bildet.
- Runde, hochschmelzende Metallpulver, wie Wolfram, Molybdän, Niob, Tantal, Rhenium, Hafnium und deren Legierungen sind für Anwendungen geeignet, welche gute thermische und elektrische Leitfähigkeit und/oder Lebensdauer bei hoher Temperatur und/oder schleifenden Umgebungen erfordern. Teile, wie Filter, Präzisionspressen und Sinterteile, spritzgegossene Teile und elektrische/elektronische Komponenten können aus diesen Pulvern hergestellt werden.
- Hochschmelzende Metallpulver wurden schon vorher durch hydrometallurgische Verfahren hergestellt. Während diese Metallegierungen feinverteilt wurden und im allgemeinen eine gleichmäßige Zusammensetzung aufweisen, ist ihre Morphologie im wesentlichen unregelmäßig. Es gibt jedoch Anwendungen für feine Pulver mit geringer Oberfläche, welche gleichmäßige, fließfähige und runde Pulver erfordern.
- Der hier verwendete Begriff "hochschmelzendes Metall" umfaßt Wolfram, Molybdän, Niob, Tantal, Rhenium, Zirkon, Chrom und Titan. Der hier verwendete Begriff "Materialien auf der Basis von" bedeutet, daß die hochschmelzenden Metalle den Hauptanteil des Materials bilden, welches die hochschmelzende Metalle per se enthält, wie auch Legierungen, bei welchen das hochschmelzende Metall die Hauptkomponente bildet, normalerweise mit mehr als ungefähr 50 Gew.-% der Legierung, auf jeden Fall bildet das hochschmelzende Metall oder die hochschmelzende Metalle den Bestandteil mit dem größten Gewichtsprozent der gesamten Legierung.
- Man nimmt daher an, daß ein relativ einfaches Verfahren, welches es ermöglicht, feinverteilte, metallische Legierungspulver hydrometallurgisch aus Quellen der einzelnen Metalle herzustellen, ein Fortschritt der Technik darstellt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren urnfaßt die folgenden Schritte:
- a) Bilden einer wäßrigen Lösung, welche wenigstens ein hochschmelzendes Metall enthält,
- b) Bilden eines festen, reduzierbaren Materials mit einem Hauptbereich, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus reduzierbaren, hochschmelzenden Metallsalzen, Oxiden und deren Mischungen, durch das Entfernen von Wasser aus dieser wäßrigen Lösung und Einstellen des pH-Wertes dieser, um dieses feste, reduzierbare Material zu zwingen, aus dieser wäßrigen Lösung auszufallen,
- c) cheinisches Reduzieren dieses festen reduzierbaren Materials in eine reduzierenden Atmosphäre, um Pulverteilchen auf der Basis des hochschmelzenden Metalls zu bilden, und mechanisches Reduzieren der Teilchen in dem Fall der Agglomeration, um eine mittlere Größe von weniger als 20 um zu erzielen,
- d) Mitreißen wenigstens eines Anteils dieser Pulverteilchen auf der Basis des hochschmelzenden Metalls in einem Trägergas,
- e) Zuführen dieser mitgerissenen Teilchen und dieses Trägergases in eine Hochtemperaturzone und Beibehalten dieser Teilchen in dieser Zone für eine ausreichende Zeitdauer, um wenigstens 50 Gew.-% dieser Teilchen zu schmelzen, und Bilden von Tröpfchen aus dieser und
- f) Abkühlen dieser Tröpfchen, um metallische Teilchen auf der Basis des hochschmelzenden Metalls zu bilden, mit einer im wesentlichen runden Form und wobei der Anteil dieser Teilchen eine Größe von weniger als 20 um aufweist.
- Die Legierungen auf der Basis des hochschmelzenden Metalls werden mittels dieses Verfahrens unter Verwendung von Legierungsbildungsverhältnissen eines oder mehrerer Metalle in Verbindung mit einem Hauptanteil eines oder mehrerer hochschmelzender Metalle hergestellt.
- Um die vorliegende Erfindung zusammen mit anderen und weiteren Aufgaben, Vorteilen und Fähigkeiten dieser zu verstehen, wird in der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit der obigen Beschreibung auf einige Aspekte der Erfindung Bezug genommen.
- Obwohl es bevorzugt wird, metallische Pulver als Ausgangsmaterialien bei der Durchführung dieser Erfindung zu verwenden, da sich diese Materialien leichter als andere Arten der Metalle lösen, ist die Verwendung von Pulvern nicht essentiell. Metallische Salze, die in Wasser oder in wäßrigen Mineralsäuren löslich sind, können auch verwendet werden. Wenn Legierungen erwünscht werden, kann das metallische Verhältnis der verschiedenen Metallen in den nachfolgenden gebildeten Festkörpern der Salze, Oxide oder Hydroxide auf der Basis der Ausgangsmaterial-Einwaage berechnet werden, oder der Feststoff kann geprüft und das metallische Verhältnis analysiert werden, wenn Legierungen hergestellt werden. Der Metallanteil kann in jeder wasserlöslichen Säure gelöst werden. Die Säuren umfassen sowohl mineralische Säuren als auch organische Säuren, wie Essigsäure und Ameisensäure. Salzsäure ist aufgrund der Kosten und der Verfügbarkeit besonders bevorzugt.
- Nachdem die Metalle in der wäßrigen Säurelösung gelöst sind, kann die resultierende Lösung einer ausreichenden Wärme ausgesetzt werden, um das Wasser zu verdampfen. Die metallischen Verbindungen, z.B. die Oxide, Hydroxide, Sulfate, Nitrate und Chloride fallen unter bestimmten pH-Bedingungen aus der Lösung aus. Die festen Materialien können von der resultierenden wäßrigen Phase getrennt werden oder die Verdampfung kann fortgesetzt werden. Fortgesetzte Verdampfung resultiert in der Bildung von Teilchen aus einem aus den metallischen Verbindungen bestehenden Rückstand. In einigen Fällen, wenn die Verdampfung in Luft durchgeführt wird, handelt es sich bei den metallischen Verbindungen um Hydroxide, Oxide oder Mischungen der Minrealsäuresalze der Metalle und der metallischen Hydroxide und Oxide. Der Rückstand kann agglomeriert sein und übergroße Teilchen enthalten. Die durchschnittliche Teilchengröße des Materials wird dann in der Größe reduziert, im allgemeinen unterhalb ungefähr 20 um mittels Mahlen, Zermahlen oder jedes andere herkömmliche Verfahren zur Teilchengrößenverringerung.
- Nachdem die Teilchen auf die erwünschte Größe verringert worden sind, werden sie bei einer Temperatur oberhalb der Reduzierungstemperatur der Salze, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes der Metalle in den Teilchen, in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt. Die Temperatur ist ausreichend, um das Hydratwasser und das anionische Wasser zu entfalten. Wird Schwefelsäure verwendet und ist Hydratwasser vorhanden, ist die resultierende feuchte Salzsäureentwicklung korrosiv und daher müssen geeignete Konstruktionsmaterialien verwendet werden. Die eingesetzten Temperaturen liegen unterhalb des Schmelzpunktes jedes der enthaltenen Metalle, sind jedoch ausreichend hoch, um zu reduzieren und nur den kationischen Bereich der ursprünglichen Moleküle zu hinterlassen. In den meisten Fällen ist eine Temperatur von wenigstens ungefähr 500 ºC erfordert, um die Verbindungen zu reduzieren Temperaturen unterhalb von ungefähr 500 ºC können eine unzureichender Reduktion bewirken, während Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Metalle in großen geschmolzenen Agglomeraten resultieren. Ist mehr als ein Metall vorhanden, können die Metalle in den resultierenden Teilchen aus mehrenen Metallen, entweder kombiniert als intermetallische Verbindung oder als feste Lösung der verschiedenen metallischen Komponenten vorliegen. In jedem Fall ist eine homogene Verteilung jedes der Metalle in jedem Teilchen vorhanden. Die Teilchen weisen im allgemeinen eine unregelmäßige Form auf. Tritt während des Reduktionsschrittes eine Agglomeration auf, wird eine Teilchengrößenverringerung mittels herkömmlichen Mahlens oder Zermahlens durchgeführt, um eine erwünschte durchschnittliche Teilchengröße von z.B. weniger als ungefähr 20 um zu erzielen, wobei wenigstens 50 % unterhalb 20 um liegen.
- Bei der Herstellung der Pulver der vorliegenden Erfindung wird ein Hochgeschwindigkeitsstrom aus wenigstens teilweise geschmolzenen metallischen Tröpfchen gebildet. Solch ein Strom kann mittels jedes thermischen Sprühverfahrens, wie Verbrennungssprühen und Plasmasprühen, gebildet werden. Einzelne Teilchen können vollständig geschmolzen sein (in dem bevorzugten Verfahren), in einigen Fällen ist jedoch ein Oberflächenschmelzen ausreichend, um die nachfolgende Bildung von runden Teilchen aus solchen teilweise geschmolzenen Teilchen ausreichend zu ermöglichen. Normalerweise ist die Geschwindigkeit der Tröpfchen höher als ungefähr 100 m/s, insbesondere bevorzugt höher als 250 m/s. Geschwindigkeiten im Größenbereich von 900 m/s oder mehr können unter bestimmten diese Geschwindigkeiten begünstigende Bedingungen erreicht werden, z.B. Sprühen in einem Vakuum.
- In dem bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Pulver durch eine thermische Spritzvorrichtung geführt. Das zugeführte Pulver wird in einem Trägergas mitgerissen und anschließend durch einen Hochtemperaturreaktor geführt. Die Temperatur in diesem Reaktor liegt vorzugsweise oberhalb des Schmelzpunktes der höchstschmelzenden Komponente des metallischen Pulvers und insbesondere bevorzugt wesentlich oberhalb des Schmelzpunktes der am höchsten schmelzenden Komponente des Materials, um eine relativ kurze Verweilzeit in der Reaktionszone zu ermöglichen.
- Der Strom der einzelnen mitgerissenen, geschmolzenen, metallischen Tröpfchen kann durch eine Plasmadüse oder eine herkömmliche Spritzvorrichtung erzeugt werden. Im allgemeinen wird eine Quelle eines metallischen Pulvers mit einer Quelle des Treibgases verbunden. Eine Einrichtung ist vorgesehen, um das Gas mit dem Pulver zu vermischen und das mit dem Pulver angereicherte Gas durch eine Leitung zu treiben, welche in Verbindung mit einem Düsendurchgang der Plasmaspritzvorrichtung steht. In der Lichtbogenvorrichtung kann das mitgerissene Pulver in eine Vortex-Kammer eingeführt werden, welche in Verbindung mit dem zentral durch die Düse gebohrenen Düsendurchgang steht und koaxial zu diesem angeordnet ist. In einer Lichtbogenplasmavorrichtung wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer inneren Wand des Düsendurchganges und einer in dem Durchgang vorhandenen Elektrode beibehalten. Die Elektrode weist einen schmaleren Durchmesser als der Düsendurchgang auf, zu welchem sie koaxial angeordnet ist, so daß das Gas von der Düse in Form eines Plasmastrahles herausgeblasen wird. Die Stromquelle ist eine herkömmliche Gleichstromquelle, welche angepaßt ist, um große Ströme bei niedriger Spannung zuzuführen. Durch das Einstellen der Größenordnung der Lichtbogenkraft und der Geschwindigkeit des Gasflusses können die Temperaturen der Fackel in einem Bereich von 5500 ºC bis zu ungefähr 1500 ºC liegen. Die Vorrichtung muß im allgemeinen im Hinblick auf den Schmelzpunkt der zu sprühenden Pulver und des eingesetzten Gases eingestellt werden. Im allgemeinen werden die Elektroden in der Düse zurückgezogen, wenn niedriger schmelzendes Pulver zusammen mit einem Edelgas, wie Stickstoff, eingesetzt wird. Demgegenüber wird die Elektrode in der Düse voll ausgestreckt, wenn höher schmelzende Pulver zusammen mit einem Edelgas, wie Argon, verwendet werden.
- Bei einer Induktionsplasma-Spritzvorrichtung wird das in einem Edelgas mitgerissene Metallpulver mit hoher Geschwindigkeit durch ein starkes magnetisches Feld geführt, so daß eine Spannung in dem Gasstrom erzeugt wird. Die Stromquelle ist geeignet, um sehr hohe Ströme in der Größenordnung von 10 000 A zu liefern, obwohl die Spannung relativ gering, z.B. 10 V, sein kann. Solche Ströme sind notwendig, um ein starkes direktes Magnetfeld zu erzeugen und ein Plasma zu bilden. Solche Plasmaeinrichtungen können zusätzlich Einrichtungen enthalten, um den Beginn der Plasmabildung zu unterstützen, eine Kühleinrichtung für die Fackel in Form einer ringförmigen Kammer rund um die Düse.
- In dem Plasmaverfahren gewinnt ein in dem Brenner ionisiertes Gas seine Ionisierungswärme bei dem Austritt aus der Düse zurück, um eine sehr starke Flamm zu bilden. Im allgemeinen wird der Gasdurchfluß durch die Plasmasprühvorrichtung bei Geschwindigkeiten von wenigstens in der Nähe der Schallgeschwindigkeit bewirkt. Ein typischer Brenner umfaßt eine Leitungseinrichtung mit einem konvergierenden Bereich, welcher in einer nach unten gerichteten Richtung zu einer Verengung konvergiert. Der konvergierende Bereich steht in Verbindung mit einer in der Nähe angeordneten Auslaßöffnung, so daß das Ausladen des Plasmas durch die Auslaßöffnung bewirkt wird.
- Andere Arten von Brenner können verwendet werden, z.B. ein Oxyacetylen, wobei ein Hochdruckbrenngas durch die Düse fließt. Das Pulver kann durch eine Ansaugwirkung in das Gas eingeführt werden. Der Brennstoff wird an dem Düsenauslaß angezündet, um eine Hochtemperaturflamme zur Verfügung zu stellen.
- Vorzugsweise sollten die in dem Brenner eingesetzten Pulver die gleiche Größe und Zusammensetzung aufweisen. Eine relativ enge Größenverteilung wird bevorzugt, da unter den gegebenen Brennbedingungen die größten Teilchen nicht vollständig schmelzen und die kleinsten Teilchen bis zu dem Verdampfungspunkt erwärmt werden können. Unvollständiges Schmelzen ist ein Nachteil für die Erzeugnisgleichförmigkeit, wogegen Verdampfung und Zersetzung die Verfahrenseffizienz verringert. Typischerweise werden bei dieser Erfindung die Größenbereiche für die dem Plasma zugefügten Pulver so gewählt, daß 80 % der Teilchen in einen 15 um Durchmesserbereich fallen.
- Der Strom der mitgerissenen, geschmolzenen Metalltröpfchen, welcher durch die Düse ausgelassen wird, tendiert dazu, sich nach außen zu expandieren, so daß die Dichte der Tröpfchens in dem Strom in dem Maße abnimmt, wie die Entfernung der Düse ansteigt. Vor dem Auftreffen auf einer Oberfläche läuft der Strom typischerweise durch eine gasförmige Atmosphäre, welche die Tröpfchen verfestigt und die Geschwindigkeit der Tröpfchen verringert. Wenn die Atmosphäre ein Vakuum erreicht, wird der Abkühl- und Geschwindigkeitsverlust verringert. Es ist wünschenswert, daß die Düse in einer ausreichenden Entfernung von der Oberfläche angeordnet ist, so daß die Tröpfchen in der Form eines Tröpfchens während eines Kühlens und des Verfestigens verbleiben. Ist die Düse zu nah, können sich die Tröpfchen nach dem Aufprall verfestigen.
- Der Strom der geschmolzenen Teilchen kann in ein Abkühlmedium gelenkt werden. Das Abkühlmedium wird typischerweise in einer Kammer angeordnet, welche einen Einlaß aufweist, um das verdampfte und durch die geschmolzenen Teilchen und Plasmagase erwärmte Abkühlmedium nachzufüllen. Das Medium kann in flüssiger Form zur Verfügung gestellt werden und während des schnellen Verfestigungsverfahrens in den gasförmigen Zustand verdampft werden. Der Auslaß ist vorzugsweise in Form einer Druckentlastungsdüse ausgebildet. Das verbrauchte Gas kann in einen Sammeltank gepumpt und wieder verflüssigt werden.
- Die Wahl des Abkühlmediums der Partikei ist abhängig von dem erwünschten Resultat. Werden große Abkühlkapazitäten gebraucht, kann es wünschenswert sein, ein Abkühlmedium mit einer hohen thermischen Kapazität zu verwenden. Ein inertes Abkühlmedium, welches nicht entflammbar und nicht reaktiv ist, kann wünschenswert sein, wenn die Verunreinigung des Produktes ein Problem ist. In anderen Fällen kann eine reaktive Atmosphäre erwünscht sein, um das Pulver zu modifizieren. Argon und Stickstoff sind bevorzugte, nicht reaktive Abkühlmedien. Wasserstoff kann in bestimmten Fällen bevorzugt sein, um Oxide zu reduzieren und um vor unerwünschten Reaktionen zu schützen. Flüssiger Stickstoff kann die Nitridbildung erhöhen. Ist die Bildung von Oxiden erwünscht, ist Luft unter ausgewählten Oxidationsbedingungen ein geeignetes Abkühlmedium.
- Da das Schmelzplasma aus vielen gleichen Gasen geformt werden kann, können das Schmelzsystem und das Abkühlmedium so gewählt werden, daß sie kompatibel sind.
- Die Abkühlgeschwindigkeit ist abhängig von der thermischen Leitfähigkeit des Abkühlmediums und der zu kühlenden, geschmolzenen Teilchen, der Größe des zu kühlenden Stroms, der Größe der einzelnen Tröpfchen, der Teilchengeschwindigkeit und dem Temperaturunterschied zwischen den Tröpfchen und dem Abkühlmedium. Die Abkühlgeschwindigkeit der Tröpfchen wird durch Einstellen der obenerwähnten Variablen gesteuert. Die Abkühlgeschwindigkeit kann durch die Einstellung der Entfernung des Plasmas von der flüssigen Badoberfläche variiert werden. Je mehr die Düse an der Oberfläche des Bades ist, desto schneller werden die Tröpfchen abgekühlt.
- Die Sammlung des Pulvers wird durch das Entfernen des gesammelten Pulvers von dem Boden der Sammlungskammer durchgeführt. Das Abkühlmedium kann verdampft oder, wenn erwünscht, zurückgehalten werden, um einen Schutz gegen Oxidation oder unerwünschter Reaktionen zur Verfügung zu stellen.
- Die Teilchengröße der runden Pulver ist wesentlich von der Größe der Zufuhr in den Hochtemperaturreaktor abhängig. Etwas Verdichtung erfolgt und der Oberflächenanteil wird reduziert, so daß die Teilchengröße verringert wird. Zur Teilchengrößenmessung werden Mikrometergraphen, Sedigraphen oder Mictrotrac bevorzugt. Ein Hauptanteil der Teilchen wird unter 20 um oder weniger betragen. Die bevorzugte Größe ist abhängig von der Verwendung der Legierung. Z.B. in einigen Fällen, wie für Mikroschaltungen, werden extrem feine einzelne Materialien mit weniger als ungefähr 3 um erwünscht.
- Nach dem Abkühlen und der Wiederverfestigung kann das resultierende, hochtemperaturbehandelte Material klassiert werden, um den Hauptanteil der runden Teilchen von den im wesentlichen nicht runden, kleineren Anteil der Teilchen zu entfernen und um die gewünschte Teilchengröße zu erhalten. Die Klassifikation kann mittels herkömmlicher Verfahren durchgeführt werden, wie Sieben oder Luftklassifikation. Der ungeschmolzene, kleine Anteil kann anschließend wieder gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt werden, um diesen in feine, runde Teilchen umzuwandeln.
- Die pulverförmigen Materialien dieser Erfindung bestehen im wesentlichen aus runde Teilchen, welche im wesentlichen frei von elliptisch geformten Material und von länglichen Material mit runden Enden sind, wie in der europäischen Patentanmeldung WO 8402864 gezeigt.
- Runde Teilchen sind gegenüber den nicht runden Teilchen bei Spritzgieß-, Preß- und Sinterverfahren vorteilhaft. Die niedrigere Oberfläche der runden Teilchen im Gegensatz zu den nicht runden Teilchen von vergleichbarer Größe ermöglicht ein einfaches Mischen der runden Teilchen mit dem Bindemittel und ein leichteres Entwachsen.
- Einige bevorzugte Materialien auf der Basis eines hochschmelzenden Metalls, welche mittels dieser Erfindung hergestellt werden können, sind Wolframmetalle, Wolframschwermetallegierungen, Molybdänlegierungen, welche eins oder mehrere Elemente, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Titan, Zirkon und Hafnium, enthalten mit Rhenium legiertes Wolfram und mit Rhenium legiertes Molybdän. Zum Zwecke der Verdeutlichung werden die folgenden als bevorzugte Materialien dieser Erfindung angegben, wobei die Bestandteile in Gewichtseinheiten angegeben sind:
- (1) Wolfram, welches mit ungefähr 25 % Rhenium legiert ist,
- (2) Wolfram, legiert mit Silber oder Kupfer,
- (3) Wolframschwermetallegierung, enthaltend ungefähr 70 % bis ungefähr 97 % Wolfram, welches entweder mit Kupfer und Nickel oder Eisen und Nickel und zusätzlichen Elementen legiert ist,
- (4) Molybdän, legiert mit ungefähr 0,01 % bis ungefähr 0,04 % Kohlenstoff, ungefähr 0,40 bis 0,55 % Titan, ungefähr 0,06 % bis ungefähr 0,12 % Zirkon, weniger als ungefähr 0,0025 % Sauerstoff, weniger als ungefähr 0,0005 % Wasserstoff, weniger als ungefähr 0,002 % Stickstoff, weniger als ungefähr 0,01 % Eisen, weniger als ungefähr 0,002 % Nickel und weniger als ungefähr 0,008 % Silicium,
- (5) Molybdän, legiert mit ungefähr 5 %, 35 % oder 41 % Rhenium,
- (6) Rhenium, legiert mit Wolfram und Molybdän,
- (7) Tantal, legiert mit Wolfram und/oder Hafnium, z.B. enthaltend ungefähr 2,5 %, 7,5 % und 10 % Wolfram, und
- (8) Nioblegierungen, enthaltend ungefähr 10 % Hafnium und ungefähr 1 % Titan.
- Die runden Teilchen der vorliegenden Erfindung sind unterschiedlich von denen des Gaszerstäubungsverfahrens, da die letzteren Sockel auf den Teilchen aufweisen, während die der vorliegenden Erfindung keine Sockel besitzen. Sockel sind das Ergebnis der Teilchen-Teilchen-Kollision in dem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand während der Gaszerstäubung.
- Nach dem Abkühlen und der Wiederverfestigung kann das resultierende, hochtemperaturbehandelte Material klassifiziert werden, um den Hauptanteil runder Teilchen von den im wesentlichen richt runden, kleineren Anteil der Teilchen zu entfernen und die gewünschte Teilchengröße zu erhalten. Die Klassifikation kann mittels herkömmlicher Verfahren durchgeführt werden, wie Sieben oder Luftklassifikation. Der ungeschmolzene, kleinere Anteil kann anschließend gemäß der vorliegenden Erfindung wieder behandelt werden, um diese in feine Teilchen umzuwandeln.
- Die pulverisierten Materialien dieser Erfindung sind im wesentlichen relativ gleichförmige runde Teilchen, welche im wesentlichen frei von ellyptisch geformtem Material und im wesentlichen frei von länglichen Teilchen mit runden Enden ist. Diese Eigenschaften können bei den Teilchen, welche mittels in der europäischen Patentanmeldung WO 84/02864 beschriebenen Verfahrens, das zuvor erwähnt wurde, hergestellt wurde.
- Runde Teilchen sind gegenüber nicht runden Teilchen beim Spritzgießen und Pressen und Sinterverfahren vorteilhaft. Die geringere Oberfläche der runden Teilchen im Gegensatz zu den nicht runden Teilchen vergleichbarer Größe und die Fließfähigkeit der runden Teilchen führt dazu, daß die runden Teilchen leichter mit Bindemittel zu vermischen sind und leichter zu entwachsen sind.
- Bei Anwendungen, in welchen die Pulver direkt in der Umwandlung von Wolfram zu Wolframcarbid verwendet werden, ermöglichen die gleichmäßig geformten runden Pulverteilchen dieser Erfindung, daß die Gleichförmigkeit in den daraus produzierten Materialien erzielt werden kann.
- Bei elektrischen Verbindungen unter Verwendung von Wolfram und Silber ermöglichen die gleichmäßig geformten Materialien dieser Erfindung, daß vergleichbare elektrische Eigenschaften erzielt werden können unter Verwendung von weniger Silber aufgrund der Packungsdichte der gleichförmigen Teilchen und ihrer geringen Oberfläche.
Claims (12)
1. Verfahren, umfassend
a) Bilden einer wäßrigen Lösung, welche wenigstens ein
hochschmelzendes Metall enthält,
b) Bilden eines festen, reduzierbaren Materials mit
einem Hauptanteil, ausgewählt aus der Gruppe,
bestehend aus reduzierbaren, hochschmelzenden
Metallsalzen, Oxiden und deren Mischungen durch das Entfernen
von Wasser aus dieser wäßrigen Lösung und Einstellen
des pH-Wertes dieser, um dieses feste, reduzierbare
Material zu zwingen, aus dieser wäßrigen Lösung
auszufallen,
c) chemisches Reduzieren dieses festen, reduzierbaren
Materials in einer reduzierenden Atmosphäre, um
Pulverteilchen auf der Basis hochschmelzender Metalle
zu bilden, und mechanisches Reduzieren der Teilchen
im Fall von Agglomerationen, um eine mittlere
Teilchengröße von weniger als 20 um zu erzielen,
d) Mitreißen wenigstens eines Anteils dieser
Pulverteilchen auf der Basis von hochschmelzenden Metallen
in einem Trägergas,
e) Zuführen dieser mitgerissenen Teilchen und dieses
Trägergases in eine Hochtemperaturzone und
Beibehalten dieser Teilchen in dieser Zone für einen
ausreichenden Zeitraum, um wenigstens ungefähr 50 Gew.-%
dieser Teilchen zu schmelzen und Tröpfchen aus
diesen zu bilden und
f) Kühlen dieser Tröpfchen, um metallische Teilchen auf
der Basis von hochschmelzenden Metallen zu bilden
mit einer im wesentlichen runden Form und wobei ein
Hauptanteil dieser Teilchen eine Größe von weniger
als 20 um aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei diese Lösung eine
wasserlösliche Säure enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei diese anorganische
Säure aus einer Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus
Salz Schwefel und Salpetersäure.
4. Verfafiren nach Anspruch 3, wobei diese anorganische
Säure Salzsäure ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei dieses feste,
reduzierbare Material mittels Verdampfung gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei diese
Hochtemperaturzone mittels eines Plasmabrenners erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei dieses Trägergas ein
Edelgas ist.
8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei im wesentlichen alle
diese metallischen Teilchen geschmolzen werden.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei runde Teilchen aus einem Material auf der Basis
hochschmelzender Metalle gebildet werden, welche im
wesentlichen frei von ellyptisch geformten Materialien und
im wesentlichen frei von länglichen Teilchen mit runden
Enden sind, und wobei diese pulverförmigen Materialien
eine mittlere Teilchengröße von weniger als ungefähr 20
um aufweisen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei dieses Material auf
Basis eines hochschmelzenden Metalls ein Metall ist,
ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Wolfram, Molybdän,
Niob, Tantal und Rhenium.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei dieses Material auf der
Basis hochschmelzender Metalle eine Legierung ist,
ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus
Wolframlegierungen, Molybdänlegierungen, Nioblegierungen,
Tantallegierungen und Rheniumlegierungen.
12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei dieses Material auf der
Basis hochschmelzender Metalle ausgewählt wird aus der
Gruppe, bestehend aus Wolframmetallen,
Wolframschwermetallen, Molybdänlegierungen, welche Titan, Zirkon und
Hafnium enthalten, rheniumlegiertes Wolfram und
rheniumlegiertes Molybdän.
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