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FR2607492A1 - PROCESS AND APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF HIGHLY SOLIDIFIED CERAMIC ALLOY POWDERS - Google Patents

PROCESS AND APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF HIGHLY SOLIDIFIED CERAMIC ALLOY POWDERS Download PDF

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FR2607492A1
FR2607492A1 FR8616541A FR8616541A FR2607492A1 FR 2607492 A1 FR2607492 A1 FR 2607492A1 FR 8616541 A FR8616541 A FR 8616541A FR 8616541 A FR8616541 A FR 8616541A FR 2607492 A1 FR2607492 A1 FR 2607492A1
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FR
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bar
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ceramic
production
tsr
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FR8616541A
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Teiichi Ando
Norio Nokita
Eturo Mizutani
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Toyo Kohan Co Ltd
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Toyo Kohan Co Ltd
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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREIL POUR LA PRODUCTION DE POUDRES CERAMIQUES TRAITEES PAR SOLIDIFICATION RAPIDE. ON UTILISE UNE TORCHE 2 A PLASMA NON TRANSFERE POUR FAIRE FONDRE UN BARREAU 3 DE CERAMIQUE NON CONDUCTRICE QUI EST MIS EN ROTATION AFIN QUE LES GOUTTELETTES DE CERAMIQUE FONDUE SOIENT PROJETEES ET SE REFROIDISSENT DANS L'AIR OU EN ENTRANT EN CONTACT AVEC UN SUBSTRAT 6 PLACE A PROXIMITE DU BARREAU 3. DOMAINE D'APPLICATION : PRODUCTION DE POUDRES D'ALLIAGES CERAMIQUES.THE INVENTION CONCERNS A PROCESS AND AN APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF CERAMIC POWDERS TREATED BY RAPID SOLIDIFICATION. A NON-TRANSFERRED PLASMA TORCH 2 IS USED TO MELT A NON-CONDUCTIVE CERAMIC BAR 3 WHICH IS ROTATED SO THAT THE DROPS OF MELTED CERAMIC ARE PROJECTED AND COOL IN AIR OR ON CONTACT WITH A SUBSTRATE 6 PLACE NEAR THE BAR 3. FIELD OF APPLICATION: PRODUCTION OF CERAMIC ALLOY POWDERS.

Description

L'invention concerne un procédé et un appa-The invention relates to a method and an apparatus for

reil pour la production de poudres d'alliages céramiques,  for the production of powders of ceramic alloys,

traitées par solidification rapide (TSR).  processed by rapid solidification (TSR).

Les poudres traitées par solidification rapide (TSR), en céramiques à haut point de fusion, peuvent être obtenues par des techniques de laboratoire telles que des procédés de projection à marteau-enclume et pistolet avec fusion en four à arc, à laser ou à image, lesquelles techniques produisent de petites quantités d'échantillons de poudres traitées par solidification rapide ou poudres TSR. Des procédés de filage à l'état fondu, par rouleau unique ou double, des techniques d'extraction à l'état fondu et une atomisation sous pression à la flamme, qui utilise une fusion par flamme de gaz et des jets d'eau pour l'atomisation, peuvent également être utilisés pour la production de quantités  Fast solidification treated (TSR) powders in high melting point ceramics can be obtained by laboratory techniques such as hammer-anvil and arc furnace fusing, laser or image fusing processes. which techniques produce small quantities of samples of fast-solidified powders or TSR powders. Melt spinning processes, single or double roll, melt extraction techniques and flame-pressure atomization, which utilizes gas flame fusion and water jets for atomization, can also be used for the production of quantities

faibles à moyennes de poudres céramiques TSR.  low to medium amounts of TSR ceramic powders.

Des procédés à électrodes tournantes, qui constituent des variantes de l'atomisation centrifuge, ont été développés pour la production de poudres de métaux réactifs tels que Ti, Zr et Hf et leurs alliages, afin d'éviter les réactions nuisibles entre la matière  Rotary electrode methods, which are variants of centrifugal atomization, have been developed for the production of reactive metal powders such as Ti, Zr and Hf and their alloys, in order to avoid harmful reactions between the material.

fondue et l'atmosphère et la contamination due au creu-  melting and the atmosphere and contamination due to

set, lesquels problèmes sont souvent rencontrés dans  set, which problems are often encountered in

des procédés classiques d'atomisation.  conventional atomization methods.

Des exemples des procédés à électrodes rotatives peuvent être trouvés dans le brevet japonais N 1 260 218 qui décrit un procédé de fusion par arc  Examples of rotary electrode methods can be found in Japanese Patent No. 1,260,218 which discloses an arc fusion method.

sous plasma transféré, et dans le brevet des Etats-  transferred plasma, and in the United States patent

Unis d'Amérique N 4 488 031 décrivant un procédé simi-  United States of America N 4,488,031 describing a similar process

laire. L'atomisation centrifuge donne généralement une granulométrie étroite et donc une faible différence entre particules en ce qui concerne la microstructure  lar. Centrifugal atomization generally gives a narrow particle size and thus a small difference between particles with respect to the microstructure

d'une poudre atomisée. Cependant, les vitesses de refroi-  an atomized powder. However, cooling rates

dissement généralement rencontrées dans l'atomisation  dissement generally encountered in atomization

centrifuge sont normalement inférieures à celles souhai-  are normally lower than those desired

tées à des fins de solidification rapide, à moins que certains moyens spéciaux renforçant le refroidissement, tels qu'une convection forcée par application d'un gaz de refroidissement sous haute pression, soient utilisés. La technique TSR pour la production de poudres de céramiques à haut point de fusion donne un affinage dimensionnel extrême de la microstructure,  for the purpose of rapid solidification, unless some special means to enhance cooling, such as forced convection by application of high pressure cooling gas, are used. The TSR technique for the production of high-melting ceramic powders gives an extreme dimensional refinement of the microstructure,

des solubilités solides étendues, une homogénéité chimi-  extensive solid solubilities, chemical homogeneity

que, des phases de non-équilibre et des phases amorphes, tous impossibles à obtenir par des méthodes de traitement classiques. Cependant, les difficultés posées par la fusion des céramiques du fait de leurs points de fusion naturellement élevés et des réactions nuisibles entre la céramique fondue et les matières environnantes telles que les creusets, constituent des obstacles s'opposant à la fusion d'une grande quantité de céramiques à point  non-equilibrium phases and amorphous phases, all impossible to obtain by conventional methods of treatment. However, the difficulties posed by the melting of ceramics because of their naturally high melting points and the harmful reactions between the melted ceramics and the surrounding materials such as crucibles, constitute obstacles to the fusion of a large quantity of ceramic tiles

de fusion élevé. Etant donné que la production de cérami-  high melting point. Since the production of ceramics

ques fondues et donc d'une alimentation stable en matières fondues pour un appareil d'atomisation est essentielle -dans la plupart des procédés d'atomisation aptes à une production en masse, telle que l'atomisation par un gaz et la filature par extrusion, la production  Thus, in most atomization processes capable of mass production, such as gas atomization and extrusion spinning, a substantial amount of molten feed for a spray apparatus is essential. the production

de poudres de céramiques TSR n'est pas aisée en pratique.  The use of TSR ceramic powders is not easy in practice.

Les procédés à électrodes rotatives décrits précédemment comme évitant le contact entre le creuset  The rotary electrode methods previously described as avoiding the contact between the crucible

et la matière fondue ne sont utilisés que pour l'atomisa-  and the melted material are only used for atomisa-

tion de matières conductrices en raison de la restriction  conductive materials due to the restriction

imposée par l'arc transféré utilisé dans ces procédés.  imposed by the transferred arc used in these processes.

Comme mentionné précédemment, l'utilisation d'une grande quantité d'un milieu de refroidissement,  As mentioned earlier, the use of a large amount of a cooling medium,

nécessitée dans certains procédés d'atomisation centri-  necessary in certain processes of centrifugal atomization

fuge, entrafne inévitablement une élévation des coGts  fuge, inevitably leads to higher costs

de production.of production.

La présente invention propose un procédé pour la production de poudres traitées par solidification rapide (TSR), en alliages céramiques, qui consiste à faire fondre à la flamme sous plasma non transféré un barreau en rotation constitué de poudres céramiques prémélangées  The present invention provides a process for the production of fast-solidified (TSR) powders in ceramic alloys, which consists in melting the non-transferred plasma flame with a rotating bar consisting of premixed ceramic powders.

pour produire, par la force centrifuge, de fines goutte-  to produce, by centrifugal force, fine droplets

lettes de céramique fondue que l'on laisse solidifier pendant qu'elles volent librement à travers l'atmosphère, ou bien que l'on refroidit sur un substrat placé à  melted ceramics that are allowed to solidify as they fly freely through the atmosphere, or that cool on a substrate placed

proximité dudit barreau.proximity of said bar.

La présente invention propose également un procédé pour la production de poudres d'alliages  The present invention also provides a process for the production of alloy powders

céramiques TSR comprenant une torche à plasma non trans-  TSR ceramics comprising a non-transmissive plasma torch.

féré, un mécanisme de rotation équipé de moyens destinés à maintenir un barreau de matière première et un substrat amovible pour le refroidissement de gouttelettes de liquide, le barreau, la torche, le substrat amovible et les moyens de maintien du barreau étant alignés  characterized, a rotation mechanism provided with means for holding a bar of raw material and a removable substrate for cooling liquid droplets, the bar, the torch, the removable substrate and the rod holding means being aligned

coaxialement dans un conteneur étanche aux gaz.  coaxially in a gastight container.

L'invention sera décrite plus en decall en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure i est un schéma d'un appareil convenant à la production de poudres céramiques TSR par le procédé de l'invention; - les figures 2 et 4 sont des diagrammes montrant la diffraction des rayons X des poudres TSR de mullite et d'alliages céramiques d'A1 203 et 43% en poids de ZrO2 produits par le présent procédé; - la figure 3 est un diagramme montrant la courbe de l'analyse thermique différentielle obtenue pour une poudre de mullite TSR; et - la figure 5 illustre schématiquement un atomiseur centrifuge avec chauffage à arc sous plasma  The invention will be described further in decall with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting example and in which: - Figure i is a diagram of an apparatus suitable for the production of ceramic powders TSR by the method of the invention ; FIGS. 2 and 4 are diagrams showing X-ray diffraction of TSR powders of mullite and ceramic alloys of A1 203 and 43% by weight of ZrO 2 produced by the present process; FIG. 3 is a diagram showing the differential thermal analysis curve obtained for a TSR mullite powder; and FIG. 5 schematically illustrates a centrifugal atomizer with plasma arc heating.

transféré de l'art antérieur.transferred from the prior art.

La présente invention évite les difficultés associées aux procédés classiques d'atomisation tels qu'appliqués à des poudres céramiques TSR et permet la production en grandes quantités de poudresTSR propres constituées d'alliages céramiques. Les détails de l'in-  The present invention avoids the difficulties associated with conventional atomization processes as applied to TSR ceramic powders and allows the production in large quantities of clean TSR powders made of ceramic alloys. The details of the in-

vention sont expliqués ci-dessous.are explained below.

La figure 1 est une coupe verticale schémati-  FIG. 1 is a schematic vertical section

que d'un appareil convenant à la mise en oeuvre du procédé de l'invention pour la production de poudres céramiques TSR. L'appareil comprend une torche à plasma non transféré 2, un barreau 3 de matière première, un porte-barreau 4, un mécanisme 5 de rotation et un  than an apparatus suitable for carrying out the process of the invention for the production of TSR ceramic powders. The apparatus comprises an untransferred plasma torch 2, a bar 3 of raw material, a bar-holder 4, a rotation mechanism 5 and a

substrat 6 de refroidissement qui est de forme tronconi-  cooling substrate 6 which is frustoconical in shape

que et qui est placé coaxialement autour du barreau i5 3 de matière première, dans un conteneur 1 étanche aux  and which is placed coaxially around the bar 15 of raw material, in a container 1 sealed to

gaz dont la partie intérieure est isolée de l'extérieur.  gas whose inner part is isolated from the outside.

Le barreau 3 de matière première est obtenu par consoli-  The bar 3 of raw material is obtained by consolidating

dation d'un mélange de poudres céramiques d'une composi-  of a mixture of ceramic powders of a composition

tion souhaitée, par un procédé approprié, afin que le barreau puisse supporter les contraintes mécaniques et thermiques dues à une rotation rapide et à une fusion  desired, by a suitable method, so that the bar can withstand the mechanical and thermal stresses due to rapid rotation and fusion

du barreau pendant l'atomisation.of the bar during atomization.

Pendant que le barreau 3 de matière première, bridé dans le porte-barreau 4, coaxialement au mécanisme  While the bar 3 of raw material, clamped in the bar holder 4, coaxially with the mechanism

5 de rotation, est mis en rotation à une vitesse souhai-  5 rotation is rotated at a desired speed.

tée, l'extrémité supérieure du barreau 3 est chauffée par la torche 2 à plasma non transféré afin que la matière céramique fonde. La céramique liquide ainsi  The upper end of the bar 3 is heated by the non-transferred plasma torch 2 so that the ceramic material melts. Liquid ceramics as well

formée est projetée et se désintègre en fines goutte-  formed is projected and disintegrates

lettes sous l'effet de la force centrifuge exercée par la rotation du barreau et des forces aérodynamiques dues aux vitesses relatives élevées entre le liquide  under the effect of the centrifugal force exerted by the rotation of the bar and the aerodynamic forces due to the high relative velocities between the liquid

et l'atmosphère.and the atmosphere.

Comme indiqué précédemment, l'un des avanta-  As mentioned earlier, one of the most

ges principaux de la présente invention est l'utilisation d'un chauffage par plasma non transféré qui permet de faire fondre des céramiques non conductrices à haut point de fusion. L'invention évite également tout contact entre la matière fondue et le creuset, lequel contact provoque une contamination non désirée de la céramique fondue. On permet aux gouttelettes ainsi produites de se solidifier pendant leur vol dans l'atmosphère et/ou sur le substrat 6 de refroidissement disposé  The main features of the present invention are the use of non-transferred plasma heating which melts non-conductive high melting ceramics. The invention also avoids any contact between the melt and the crucible, which contact causes undesired contamination of the molten ceramic. The droplets thus produced are allowed to solidify during their flight in the atmosphere and / or on the cooling substrate 6 disposed

coaxialement autour du barreau 3 de matière première.  coaxially around the bar 3 of raw material.

Les poudres que l'on produit en permettant une solidification pendant le vol dans l'atmosphère sont  The powders produced by allowing solidification during flight into the atmosphere are

constituées de particules sphériques de diamètre relati-  consisting of spherical particles of

vement égal et elles sont relativement exemptes de particules satellites que l'on observe communément dans des poudres de métal atomisé classiquement par  and they are relatively free from satellite particles commonly seen in conventionally atomized metal powders.

un gaz et, par conséquent, elles présentent une excellen-  a gas and, therefore, they have an excellent

te fluidité. Cependant, les vitesses de refroidissement généralement obtenues pour ces poudres sphériques sont souvent insuffisantes pour effectuer une solidification rapide en raison du coefficient limité de transmission de la chaleur à l'interface gouttelette-gaz. En outre,  fluidity. However, the cooling rates generally obtained for these spherical powders are often insufficient to achieve fast solidification due to the limited coefficient of heat transfer at the droplet-gas interface. In addition,

la forme sphérique des poudres rend difficile une frag-  the spherical shape of the powders makes it difficult to

mentation après l'atomisation. Par ailleurs, les particu-  after atomization. Moreover, the particles

les des poudres produites par refroidissement sur un substrat de gouttelettes atomisées par centrifugation ont la forme de paillettes. Bien que ces dernières particules puissent ne pas convenir dans le cas o  the powders produced by cooling on a substrate of atomized droplets by centrifugation are in the form of flakes. Although these last particles may not be suitable in the case o

une fluidité est essentielle, l'uniformité et l'importan-  fluidity is essential, uniformity and

ce de la vitesse du refroidissement, ainsi que la facili-  the speed of cooling, as well as the

té de réduction de dimension des particules après l'ato-  reduction of particle size after

misation sont assurées pour ces poudres.  are ensured for these powders.

La vitesse de refroidissement des g)utte-  The cooling rate of g) ute-

lettes atomisées peut également être réglée par un  atomized letters can also be set by a

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ajustement du diamètre des gouttelettes. Par conséquent, la possibilité de faire varier la vitesse de rotation et, à un degré moindre, le diamètre du barreau 3 de  adjustment of the droplet diameter. Therefore, the possibility of varying the rotation speed and, to a lesser degree, the diameter of the bar 3 of

matière première, donne un moyen indépendant supplémen-  raw material, gives an additional independent means

taire pour maîtriser la vitesse de refroidissement  shut up to control the cooling speed

des gouttelettes.droplets.

L'exécution de l'atomisation centrifuge mentionnée ci-dessus à l'aide d'un arc sous plasma non transféré exige de maintenir la distance entre l'extrémité supérieure du barreau 3 et la torche 2 à plasma à moins que, en variante, la puissance de la flamme à plasma soit augmentée progressivement pour maintenir un apport de chaleur souhaité au sommet du barreau 3 au fur et à mesure que la fusion raccourcit le barreau. Cette dernière exigence peut être satisfaite soit par un abaissement de la torche 2 à plasma, soit par une montée du barreau 3 au fur et à mesure de la fusion. La figure I illustre un exemple du premier mode. La limite supérieure de la vitesse d'atomisation dans la présente invention (V) peut être donnée de façon approximative, pourvu qu'aucune fracture du barreau 3 due à des contraintes mécaniques et/ou thermiques ne se produise, par l'équation suivante: V = xI+R2MH o I est l'apport de chaleur de la torche 2 à plasma, R et M sont respectivement le rayon et la masse volumique du barreau 3, H est la chaleur latente de fusion et x est une constante donnant une mesure de l'efficacité  Performing the centrifugal atomization mentioned above using a non-transferred plasma arc requires maintaining the distance between the upper end of the bar 3 and the plasma torch 2 unless, alternatively, the power of the plasma flame is increased gradually to maintain a desired heat input to the top of the bar 3 as the fusion shortens the bar. This latter requirement can be satisfied either by a lowering of the plasma torch 2 or by a rise of the bar 3 as the merger progresses. Figure I illustrates an example of the first mode. The upper limit of the atomization rate in the present invention (V) can be given approximately, provided that no fracture of the bar 3 due to mechanical and / or thermal stresses occurs, by the following equation: V = xI + R2MH where I is the heat input of the plasma torch 2, R and M are respectively the radius and the density of the bar 3, H is the latent heat of fusion and x is a constant giving a measure efficiency

du chauffage par plasma.plasma heating.

Le substrat 6 de refroidissement peut soit être combiné à la structure supportant la torche 2 à plasma, soit être conçu pour pouvoir être déplacé indépendamment afin de minimiser le chevauchement des gouttelettes refroidies arrivant sur le substrat et donc pour garantir un refroidissement uniforme des gouttelettes. Il est inutile de préciser que la présente invention n'exige pas, en principe, un axe vertical de rotation du barreau. Par exemple, la présence d'un moyen approprié de collecte des particules rend possible  The cooling substrate 6 can either be combined with the structure supporting the plasma torch 2, or be designed to be independently movable to minimize overlap of the cooled droplets arriving on the substrate and thus to ensure uniform cooling of the droplets. It is needless to say that the present invention does not require, in principle, a vertical axis of rotation of the bar. For example, the presence of an appropriate means of particle collection makes it possible

d'utiliser un 'appareil ayant un axe horizontal de rota-  to use an apparatus having a horizontal rotational axis

tion. Ainsi, l'appareil montré sur la figure 1 n'est donné qu'à titre d'exemple d'un appareil capable de  tion. Thus, the apparatus shown in FIG. 1 is only given as an example of a device capable of

mettre en oeuvre le procédé de l'invention.  implement the method of the invention.

A titre comparatif, l'appareil à électrode rotative de l'art antérieur, c'est-à-dire du brevet  For comparison, the rotary electrode apparatus of the prior art, that is to say the patent

japonais N 1 260 218 précité, est illustré schématique-  Japanese Patent No. 1,260,218, is shown schematically

ment sur la figure 5, appareil dans lequel un barreau 9, constitué de la matière première à utiliser, est mis en rotation par un mécanisme 8 de rotation et est amené à l'état fondu, à son sommet, par un arc 10 sous plasma transféré. La matière fondue, au fur et à mesure qu'elle est produite, est désintégrée en fines particules par les forces centrifuges provoquées par la rotation  5, apparatus in which a bar 9, consisting of the raw material to be used, is rotated by a rotation mechanism 8 and is brought to the molten state, at its apex, by a plasma arc 10 transferred. The melt, as it is produced, is disintegrated into fine particles by the centrifugal forces caused by the rotation

rapide du barreau 9. La pression à l'intérieur du conte-  9. The pressure inside the container

_I neur 7 est maintenue à une valeur comprise entre 133.10 -3 et 133.10 Pa pendant l'atomisation. L'arc sous plasma transféré peut être stabilisé par l'utilisation d'une bobine placée autour du barreau 9 lorsque cela est  The neur 7 is maintained at a value between 133 × 10 -3 and 133 × 10 Pa during the atomization. The transferred plasma arc can be stabilized by the use of a coil placed around the bar 9 when this is

nécessaire.necessary.

Les exemples suivants expliquent plus en  The following examples explain more in

détail la présente invention.detail the present invention.

Exemple 1Example 1

Des barreaux frittés de 15 mm de longueur, en mullite de qualité industrielle, ont été atomisés par centrifugation à l'a-ide de l'appareil montré sur la figure 1, à des vitesses de rotation allant à 4900 à 10 860 tr/min. Les barreaux sont frittés à 1575 C  Sintered bars 15 mm in length, in industrial grade mullite, were atomized by centrifugation using the apparatus shown in FIG. 1, at rotation speeds of 4900 to 10 860 rpm. . The bars are sintered at 1575 C

dans l'air avant l'atomisation. Un substrat de refroidis-  in the air before atomization. A cooling substrate

sement, refroidi par eau et ayant la forme d'un tronc de cône de 170 et 260 mm de diamètres supérieur et inférieur, respectivement, et de 245 mm de hauteur,  water-cooled cone shaped 170 and 260 mm upper and lower diameters, respectively, and 245 mm high,

réalisé en acier inoxydable du type 304, à été utilisé.  made of type 304 stainless steel, has been used.

L'atomisation a été effectuée dans l'air à l'aide d'une flamme à plasma non transféré, de 27 kW produite avec  The atomization was carried out in the air using an untransferred plasma flame of 27 kW produced with

un mélange d'argon et d'hydrogène à des débits d'écoule-  a mixture of argon and hydrogen at flow rates of

ment de 950 et 115 cm3/min, respectivement, dans des  950 and 115 cm3 / min, respectively, in

conditions normales.normal conditions.

La figure 2 montre les résultats d'une analyse par diffraction de rayons X effectuée sur les poudres de mullite TSR ainsi produites. Les crêtes proéminentes observées à de basses vitesses de rotation correspondent à la mullite cristalline. Les crêtes de mullite deviennent plus larges et plus courtes lorsque la vitesse de rotation croît. A 10 860 tr/min, la  Figure 2 shows the results of an X-ray diffraction analysis performed on TSR mullite powders thus produced. The prominent ridges observed at low rotational speeds correspond to crystalline mullite. The mullite ridges become wider and shorter as the rotational speed increases. At 10,860 rpm, the

presque totalité de la poudre TSR s'avère être amorphe.  almost all of the TSR powder turns out to be amorphous.

La formation en dernier d'une phase amorphe est encore plus aisément obtenue lorsque l'on augmente la teneur en SiO2 par rapport à celle de la mullite. La figure 2 montre également le résultat de diffraction des rayons X obtenue pour une poudre d'alliage céramique constituée de parts égales, en poids, d'A1203 et de ZrO2, produite  The last formation of an amorphous phase is even more easily obtained when the content of SiO 2 is increased relative to that of mullite. FIG. 2 also shows the result of X-ray diffraction obtained for a ceramic alloy powder consisting of equal parts, by weight, of Al 2 O 3 and ZrO 2, produced

à 7000 tr/min.at 7000 rpm.

La figure 3 montre le résultat de l'analyse thermique différentielle effectuée sur la poudre de  FIG. 3 shows the result of the differential thermal analysis carried out on the powder of

mullite TSR produite à 9930 tr/min. La pointe exothermi-  mullite TSR produced at 9930 rpm. The exothermic tip

que effilée à environ 985 C et la légère déviation négative à environ 915 C indiquent respectivement la cristallisation de la mullite et la transition vitreuse et fournissent donc encore une preuve évidente que la matière TSR est réellement amorphe dans sa plus  that frayed at about 985 C and the slight negative deviation at about 915 C respectively indicate the crystallization of mullite and the glass transition and thus still provide clear evidence that the TSR material is actually amorphous in its more

grande partie.big party.

Exemple 2Example 2

Des poudres de qualité réactive d'A1203 et  Reactive quality powders of A1203 and

ZrO2 sont mélangées à la composition eutectique, c'est-  ZrO2 are mixed with the eutectic composition, that is,

à-dire 43% de ZrO2 en poids, et frittées sous forme de barreaux ayant les mêmes dimensions que celles des  that is to say 43% ZrO 2 by weight, and sintered in the form of bars having the same dimensions as those of

barreaux de mullite indiqués dans l'exemple 1. L'atomisa-  The mullite bars shown in Example 1. The atomisa-

tion des barreaux a été effectuée dans l'air à 7000 et 9700 tr/min à l'aide du même substrat de refroidisse- ment que celui décrit dans l'exemple 1. La figure 4 montre les données de diffraction des rayons X obtenus  The rods were run in air at 7000 and 9700 rpm using the same cooling substrate as described in Example 1. Figure 4 shows the X-ray diffraction data obtained.

pour les poudres TSR d'A1203 et 43% de ZrO2. On voit clai-  for TSR powders of A1203 and 43% of ZrO2. We see clearly

rement qu'une augmentation de la vitesse de rotation  that an increase in the speed of rotation

et donc de la vitesse de refroidissement élève la forma-  and therefore the speed of cooling raises the

tion de la modification tétragonale métastable de ZrO2 préférentiellement au ZrO2 monoclinique (M) et qu'à  metastable tetragonal modification of ZrO2 preferentially to monoclinic ZrO2 (M) and that

9700 tr/min, la plus grande partie du ZrO2 s'est préci-  9700 rpm, most of the ZrO2 has

pitée en ZrO2 tétragonale (T). De l'alumine a été trouvée  pity in tetragonal ZrO2 (T). Alumina was found

sous forme de corindon.in the form of corundum.

Il ressort de ce qui précède que la présente invention propose un procédé pour la production de poudres TSR de céramiques à haut point de fusion, en grande quantité, et qu'elle constitue donc une percée dans la production industrielle de ces poudres. Le procédé proposé par la présente invention est caractérisé par le fait qu'il évite tout contact entre le creuset et la matière fondue, lequel contact provoque souvent une contamination de la matière fondue, et par le fait qu'il facilite la fusion de matières non conductrices à haut point de fusion, en combinant une atomisation centrifuge et une fusion à la flamme sous plasma non  It follows from the foregoing that the present invention provides a process for the production of TSR powders of high melting ceramics, in large quantities, and therefore constitutes a breakthrough in the industrial production of these powders. The process proposed by the present invention is characterized by the fact that it avoids any contact between the crucible and the melt, which contact often causes contamination of the melt, and by the fact that it facilitates the melting of non-melted materials. High melting point conductors, by combining centrifugal atomization and non-plasma flame

transféré. La possibilité de régler la vitesse de refroi-  transferred. The ability to adjust the cooling speed

dissement en faisant varier indépendamment la vitesse de rotation et les dimensions et la matière du substrat de refroidissement constitue un autre avantage du procédé de l'invention. De plus, la vitesse de refroidissement ne varie que légèrement entre les particules de la poudre atomisée, car les poudres que l'on obtient en permettant à des gouttelettes liquides d'atteindre 1 0  Another advantage of the process according to the invention is that of varying the speed of rotation and the dimensions and the material of the cooling substrate independently. In addition, the cooling rate varies only slightly between the particles of the atomized powder, since the powders obtained by allowing liquid droplets to reach 100.degree.

le substrat de refroidissement ont une épaisseur prati-  the cooling substrate have a practical thickness

quement égale dans des conditions d'atomisation identi-  equal under identical atomization conditions.

ques. Enfin et surtout, la présente invention peut avoir un impact sur les activités R & D dans le domaine des céramiques à haute performance, car les  c. Last but not least, the present invention can have an impact on the R & D activities in the field of high performance ceramics, because the

microstructures TSR nouvelles, qu'il est souvent impossi -  new TSR microstructures, that it is often impossible -

ble d'obtenir par des procédés de traitement classiques, peuvent à présent être obtenues par solidification  obtainable by conventional treatment methods, can now be obtained by solidification

rapide et cette technique peut être utilisée pour l'ob-  fast and this technique can be used to obtain

tention d'alliages céramiques ayant des propriétés inhabituelles. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et à l'appareil décrits  retention of ceramic alloys with unusual properties. It goes without saying that many modifications can be made to the described method and apparatus

et représentés sans sortir du cadre de l'invention.  and shown without departing from the scope of the invention.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1. Procédé pour la production de poudres d'alliages céramiques, traitées par solidification rapide (TSR), caractérisé en ce qu'il consiste à faire fondre, par flamme sous plasma non transféré, un barreau  1. Process for the production of powders of ceramic alloys, treated by fast solidification (TSR), characterized in that it consists of melting, by flame under non-transferred plasma, a bar (3) en rotation constitué de poudres céramiques prémélan-  (3) in rotation consisting of ceramic powders premixed gées pour produire, sous l'effet de la force centrifuge, de fines gouttelettes de céramique fondue que l'on laisse solidifier pendant qu'elles volent librement a travers l'atmosphère, ou que l'on refroidit sur un substrat  to produce, under the effect of centrifugal force, fine melted ceramic droplets which are allowed to solidify as they fly freely through the atmosphere, or which are cooled on a substrate (6) placé à proximité du barreau.  (6) placed near the bar. 2. Appareil pour la production de poudres d'alliages céramiques (TSR), caractérisé en ce qu'il comporte une torche (2) à plasma non transféré, un mécanisme (5) de rotation équipé de moyens (4) destinés à porter un barreau (3) de matière première, et un  2. Apparatus for the production of ceramic alloy powders (TSR), characterized in that it comprises a non-transferred plasma torch (2), a rotation mechanism (5) equipped with means (4) intended to carry a bar (3) of raw material, and a substrat amovible (6) pour le refroidissement de goutte-  removable substrate (6) for cooling the droplet lettes de liquide, le barreau, la torche, le substrat amovible et les moyens de support du barreau étant alignés coaxialement dans un conteneur (1) étanche  liquid letters, the bar, the torch, the removable substrate and the support means of the bar being aligned coaxially in a container (1) sealed aux gaz.to gases.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0264065A (en) * 1988-05-24 1990-03-05 Ube Ind Ltd Method for manufacturing grain-oriented ceramics
RU2149735C1 (en) * 1998-10-06 2000-05-27 Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук Plant for producing finely divided powders of metals, alloys and their chemical compounds by electric explosion of wire
RU2444500C1 (en) * 2010-06-25 2012-03-10 Ооо "Плазмика" Method of glasing asbestos-cement roofing sheets
US20150343369A1 (en) * 2013-02-08 2015-12-03 Toyo Engineering Corporation Process for recovering carbon dioxide from construction exhaust gas
US9533909B2 (en) * 2014-03-31 2017-01-03 Corning Incorporated Methods and apparatus for material processing using atmospheric thermal plasma reactor
US9550694B2 (en) 2014-03-31 2017-01-24 Corning Incorporated Methods and apparatus for material processing using plasma thermal source
US20160200618A1 (en) 2015-01-08 2016-07-14 Corning Incorporated Method and apparatus for adding thermal energy to a glass melt
WO2018053572A1 (en) * 2016-09-23 2018-03-29 Aurora Labs Limited Apparatus and process for forming powder
CN108907215A (en) * 2018-08-07 2018-11-30 西安赛隆金属材料有限责任公司 A kind of preparation method of 30Cr metal powder

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5726110A (en) * 1980-07-25 1982-02-12 Ulvac Corp Method and device for producing metallic or alloy powder
JPS5852408A (en) * 1981-09-24 1983-03-28 Natl Res Inst For Metals Production of metallic particles
US4408971A (en) * 1978-03-27 1983-10-11 Karinsky Viktor Nikolaevich Granulation apparatus
EP0094030A1 (en) * 1982-05-04 1983-11-16 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Ceramic body and method for its manufacture

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3099041A (en) * 1961-03-08 1963-07-30 Nuclear Metals Inc Method and apparatus for making powder
US3802816A (en) * 1972-06-22 1974-04-09 State Street Bank & Trust Co Production of pure,spherical powders
FR2253591B1 (en) * 1973-12-07 1977-01-07
IT1055884B (en) * 1976-02-17 1982-01-11 Montedison Spa PLASMA ARC PROCEDURE OF METALLIC AND SIMILAR CERAMIC PRODUCTS
GB1587895A (en) * 1978-03-21 1981-04-15 Karinsky V N Musienko V T Metal powder production metallurgy
DE3217839A1 (en) * 1982-05-12 1983-11-17 Hans Dr.Rer.Nat. 5370 Kall Beerwald PLASMA PROCESS FOR PRODUCING A DIELECTRIC ROD
US4488031A (en) * 1983-04-13 1984-12-11 Nuclear Metals, Inc. Rotary electrode disc apparatus
JPS60175537A (en) * 1984-02-22 1985-09-09 Toyota Motor Corp Preparation of ultra-fine ceramic particles
JPH0652129B2 (en) * 1988-04-11 1994-07-06 三菱電機株式会社 Indoor open type oil hot air heater

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4408971A (en) * 1978-03-27 1983-10-11 Karinsky Viktor Nikolaevich Granulation apparatus
JPS5726110A (en) * 1980-07-25 1982-02-12 Ulvac Corp Method and device for producing metallic or alloy powder
JPS5852408A (en) * 1981-09-24 1983-03-28 Natl Res Inst For Metals Production of metallic particles
EP0094030A1 (en) * 1982-05-04 1983-11-16 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Ceramic body and method for its manufacture

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 6, no. 89 (M-132)[967], 27 mai 1982; & JP-A-57 26 110 (NIPPON SHINKU GIJUTSU K.K.) 12-02-1982 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 7, no. 137 (M-222)[1282], 15 juin 1983; & JP-A-58 52 408 (KAGAKU GIJIYUTSUCHIYOU KINZOKU ZAIRIYOU GIJUTSU KENKYUSHO) 28-03-1983 *

Also Published As

Publication number Publication date
GB2196956A (en) 1988-05-11
DE3638016C2 (en) 1989-12-14
DE3638016A1 (en) 1988-05-19
GB8626288D0 (en) 1986-12-03
FR2607492B1 (en) 1992-08-07

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