Способ и устройство для получения порошковых частиц путем атомизации сырьевого материала в форме удлиненного элемента - заявка 2016139600 на патент на изобретение в РФ

1. Способ производства порошковых частиц путем атомизации сырьевого материала в форме удлиненного элемента, включающий:
введение сырьевого материала в плазменную горелку;
перемещение передней части сырьевого материала в сопло для атомизации плазменной горелки; и
поверхностное плавление переднего конца сырьевого материала путем воздействия на него одной или более плазменными струями, образованными в сопле для атомизации, причем одна или более плазменных струй выбраны из кольцевой плазменной струи, множества сходящихся плазменных струй и их сочетания.
2. Способ по п. 1, в котором введение сырьевого материала в плазменную горелку включает введение сырьевого материала в горелку для индуктивно-связанной плазмы.
3. Способ по любому из пп. 1 или 2, в котором сырьевой материал вводят в плазменную горелку через инжекционный зонд.
4. Способ по любому из пп. 1 или 2, включающий предварительный нагрев передней части сырьевого материала в зоне предварительного нагрева плазменной горелки с использованием плазмы, полученной в плазменной горелке, перед перемещением передней части сырьевого материала в сопло для атомизации.
5. Способ по п. 4, в котором переднюю часть сырьевого материала предварительно нагревают за счет прямого контакта с плазмой.
6. Способ по п. 4, в котором переднюю часть сырьевого материала предварительно нагревают косвенно с использованием трубы радиационного нагрева, нагретой за счет прямого контакта с плазмой.
7. Способ по любому из пп. 4-6, включающий:
введение сырьевого материала в плазменную горелку через инжекционный зонд;
причем зона предварительного нагрева плазменной горелки проходит за пределы инжекционного зонда.
8. Способ по любому из пп. 4-7, в котором выбирают длину зоны предварительного нагрева для настройки времени предварительного нагрева передней части сырьевого материала.
9. Способ по любому из пп. 4-8, в котором управляют продолжительностью предварительного нагрева передней части сырьевого материала плазмой с обеспечением достижения передней частью сырьевого материала предварительно заданной температуры перед перемещением в сопло для атомизации.
10. Способ по п. 9, в котором предварительно заданная температура находится ниже точки плавления сырьевого материала.
11. Способ по любому из пп. 9 или 10, в котором управляют скоростью подачи сырьевого материала, введенного в плазменную горелку, для управления продолжительностью предварительного нагрева передней части сырьевого материала плазмой.
12. Способ по любому из пп. 4-11, в котором температурой плазмы и температурой одной или более плазменных струй управляют соответственно для предварительного нагрева и атомизации материала, выбранного из группы, состоящей из чистого металла, сплава, керамики и их композита или соединения.
13. Способ по любому из пп. 1-12, в котором перемещают передний конец сырьевого материала из плазменной горелки в охлаждающую камеру через сопло для атомизации.
14. Способ по п. 13, в котором перемещают передний конец сырьевого материала из плазменной горелки через центральное отверстие сопла для атомизации и выпускают указанное множество сходящихся плазменных струй из плазменной горелки через радиальные отверстия сопла для атомизации.
15. Способ по п. 14, в котором дополнительно формируют кольцевую плазменную струи в центральном отверстии сопла для атомизации.
16. Способ по любому из пп. 13-15, в котором выпускают одну или более плазменных струй из плазменной горелки в охлаждающую камеру.
17. Способ по п. 16, в котором одну или более плазменных струй из плазменной горелки выпускают в охлаждающую камеру при высоких скоростях, выбранных из группы, состоящей из звуковой и сверхзвуковой скорости.
18. Способ по любому из пп. 1-17, в котором капели, образованные путем атомизации сырьевого материала, замораживают в полете в охлаждающей камере.
19. Способ по п. 18, в котором накапливают порошковые частицы, возникающие от замораживания капель.
20. Способ по любому из пп. 1-19, в котором непрерывно продвигают сырьевого материала в плазменную горелку.
21. Способ по любому из пп. 1-20, в котором удлиненный элемент выбирают из группы, состоящей из проволоки, стержня и заполненной трубы.
22. Способ по любому из пп. 1-21, в котором вводят защитный газ ниже по потоку относительно сопла для атомизации, причем защитный газ окружает атомизированный материал, выпущенный из плазменной горелки.
23. Способ по п. 22, в котором защитный газ и плазму генерируют из одного и того же газа.
24. Способ по п. 22, в котором защитный газ и плазму генерируют из различных газов.
25. Способ по любому из пп. 1-24, в котором атомизированный материал, полученный путем поверхностного плавления сырьевого материала, изменяет свой химический состав в ходе атомизации посредством реакции между различными компонентами, предварительно смешанными, с образованием сырьевого материала, или в результате химической реакции между плазменным газом или защитным газом и атомизированным материалом.
26. Порошковые частицы, полученные с использованием способа по любому из пп. 1-25.
27. Устройство для производства порошковых частиц путем атомизации сырьевого материала в форме удлиненного элемента, содержащее плазменную горелку, включающую в себя:
инжекционный зонд для приема сырьевого материала; и
сопло для атомизации, выполненное с возможностью:
приема передней части сырьевого материала из инжекционного зонда,
снабжения плазмой,
получения одной или более плазменных струй, и
расплавления поверхности переднего конца сырьевого материала путем воздействия на него одной или более плазменными струями;
причем одна или более плазменных струй выбраны из кольцевой плазменной струи, множества сходящихся плазменных струй и их сочетания.
28. Устройство по п. 27, в котором плазменная горелка представляет собой горелку для индуктивно-связанной плазмы.
29. Устройство по любому из пп. 27 или 28, содержащее зону предварительного нагрева для предварительного нагрева передней части сырьевого материала с использованием плазмы, полученной в плазменной горелке, причем зона предварительного нагрева расположена между инжекционным зондом и соплом для атомизации.
30. Устройство по п. 29, в котором обеспечена возможность предварительного нагрева передней части сырьевого материала за счет прямого контакта с плазмой в зоне предварительного нагрева.
31. Устройство по п. 29, содержащее трубу радиационного нагрева в зоне предварительного нагрева, в котором переднюю часть сырьевого материала предварительно нагревают посредством трубы радиационного нагрева, нагреваемой за счет прямого контакта с плазмой в зоне предварительного нагрева.
32. Устройство по любому из пп. 27-31, содержащее охлаждающую камеру, присоединенную к плазменной горелке ниже по потоку относительно сопла для атомизации.
33. Устройство по п. 32, в котором предусмотрена возможность выхода переднего конца сырьевого материала из плазменной горелки в охлаждающую камеру, в которой передний конец сырьевого материала подвергается воздействию множества сходящихся плазменных струй.
34. Устройство по любому из пп. 32 или 33, в котором охлаждающая камера выполнена с размерами и конфигурацией, обеспечивающими возможность замораживания в полете капель, образованных путем атомизации сырьевого материала в сопле для атомизации.
35. Устройство по п. 34, содержащее коллектор порошковых частиц, полученных в результате замораживания капель.
36. Устройство по любому из пп. 27-35, содержащее механизм для подачи сырьевого материала к инжекционному зонду, причем механизм выполнен с возможностью управления скоростью подачи удлиненного элемента.
37. Устройство по п. 36, в котором механизм дополнительно выполнен с возможностью выпрямления удлиненного элемента, по меньшей мере, в одной плоскости.
38. Устройство по любому из пп. 27-37, содержащее один или более охлаждающих каналов для охлаждения плазменной горелки.
39. Устройство по любому из пп. 27-38, выполненное с возможностью генерирования плазмы из газа, выбранного из аргона, гелия, водорода, кислорода, азота и их сочетания.
40. Устройство по любому из пп. 27-39, в котором сопло для атомизации содержит центральное отверстие для приема переднего конца сырьевого материала.
41. Устройство по п. 40, в котором сопло для атомизации дополнительно содержит множество радиальных отверстий, выполненных с возможностью протекания в них фракций плазмы с получением множества сходящихся плазменных струй.
42. Устройство по п. 41, в котором центральное отверстие сопла для атомизации выполнено с размерами и конфигурацией, обеспечивающими близкое соответствие поперечному сечению сырьевого материала с обеспечением по существу закрытия центрального отверстия за счет введения передней части сырьевого материала, повышения давления плазмы в плазменную горелку и получения множества сходящихся плазменных струй.
43. Устройство по п. 40, в котором центральное отверстие сопла для атомизации выполнено с размерами и конфигурацией, обеспечивающими возможность образования зазора между центральным отверстием и сырьевым материалом с обеспечением образования кольцевой плазменной струи в центральном отверстии и вокруг переднего конца сырьевого материала.
44. Устройство по п. 40, в котором:
сопло для атомизации содержит внутреннюю поверхность, сужающуюся к центральному отверстию; причем
центральное отверстие сопла для атомизации выполнено с размерами и конфигурацией, обеспечивающими близкое соответствие поперечному сечению сырьевого материала с обеспечением повышения давления плазмы в плазменной горелке и получения кольцевой плазменной струи за счет перемещения сырьевого материала к центральному отверстию.
45. Устройство по любому из пп. 27-44, содержащее:
входное отверстие для приема защитного газа; и
кольцевое выходное отверстие, расположенное ниже по потоку относительно сопла для атомизации, для введения защитного газа, окружающего атомизированный материал, выпущенный из плазменной горелки.
46. Устройство по любому из пп. 27-45, в котором одна или более плазменных струй представляют собой высокоскоростные плазменные струи.
47. Устройство по п. 46, в котором высокая скорость выбрана из группы, состоящей из звуковой и сверхзвуковой скорости.
48. Устройство по любому из пп. 27-46, в котором удлиненный элемент выбран из группы, состоящей из проволоки, стержня и заполненной трубы.
49. Устройство по любому из пп. 27-47, выполненное с возможностью изменения химического состава атомизированного материала, полученного путем поверхностного плавления сырьевого материала, посредством реакции между различными компонентами, предварительно смешанными с образованием сырьевого материала, или в результате химической реакции между плазменным газом или защитным газом и атомизированным материалом.
50. Порошковые частицы, полученные с использованием устройства по любому из пп. 27-49.
Наверх