BRPI0614613A2

BRPI0614613A2 - meio de moagem e métodos associados ao mesmo

Info

Publication number: BRPI0614613A2
Application number: BRPI0614613-9A
Authority: BR
Inventors: Robert J Dobbs
Original assignee: Primet Prec Materials Inc
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2011-04-05
Also published as: US20060003013A1; AU2006275742A1; JP2009502484A; EP1915327A2; ATE451336T1; CN101253129A; CA2617091C; DE602006011024D1; CA2617091A1; JP5073658B2; KR101327713B1; WO2007016308A2; WO2007016308A3; ES2340319T3; KR20080044255A; CN101253129B; EP1915327B1; AU2006275742B2

Abstract

MEIO DE MOAGEM E MéTODOS ASSOCIADOS AO MESMO São descritos meios de moagem. O meio de moagem pode ser usado em processos de trituração para produzir composições de partícula. Uma ampla variedade de composições de partícula pode ser produzida com o meio de moagem que pode ser usado em inúmeras aplicação

Description

"MEIO DE MOAGEM E MÉTODOS ASSOCIADOS AO MESMO"REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE

RELACIONADOS

Este pedido de patente é uma continuação em partedo pedido de patente co-pendente U.S número de série10/797.343, depositado em 10 de março de 2004 e intitulado"MATERIAL MULTI-CARBIDE MANUFACTURE AND USE", e reivindicaprioridade para o pedido de patente provisório U.S. número desérie 60/453.427, depositado em 11 de março de 2003 e inti-tulado "SPHERES IMPARTING HIGH WEAR RATES", cujos pedidos depatente estão ambos aqui incorporados pela referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção diz respeito em geral a redução departícula e, mais particularmente, a meio de moagem e méto-dos associados ao mesmo, bem como composições de partículapequena.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Redução de partícula (também conhecido como tritu-ração) é uma tecnologia muito velha praticada, por exemplo,pelos anciãos para produzir farinha a partir de grão por mo-agem com roda de pedra. Técnicas mais refinadas, tal comopulverização, foram desenvolvidas para produzir pós menorese mais regulares, para uso em uma variedade de aplicaçõesindustriais. Processos de pulverização tipicamente usam meiode moagem para esmagar, ou bater, um material produto em di-mensões menores. Por exemplo, o material produto pode serfornecido na forma de um pó com partículas relativamentegrandes e o processo de pulverização pode ser usado para re-duzir o tamanho das partículas.

Meio de moagem pode ter uma variedade de tamanhos,a partir de britadores de minério que têm várias polegadasde diâmetro a partículas relativamente pequenas que são usa-dos para triturar partículas muito menores. Meio de moagemtambém varia muito na forma, incluindo esférica, semiesféri-ca, oblato esférica, cilíndrica, diagonal e de hastes, entreoutras formas, incluindo formas naturais irregulares, taiscomo grãos de areia.

Em um processo de pulverização típico, os meios demoagem são usados em um dispositivo conhecido como um moinho(por exemplo, moinho de bola, moinho de vara, moinho de a-trito, moinho de meio agitado, moinho de seixo, etc.). Moi-nhos tipicamente operam distribuindo material produto emvolta do meio de moagem e girando para causar colisões entreo meio de moagem, que fratura as partículas do material pro-duto em dimensões menores.

Composições de partícula com tamanhos de partículaextremamente pequenos (por exemplo, nanomedidas ou menores)são fornecidas para ser usadas em muitas aplicações inédi-tas. Entretanto, métodos de pulverização convencionais atu-ais podem ser limitados na sua capacidade de produzir taiscomposições de partícula em tamanhos de partícula e níveisde contaminação desejados. Outros processos para produzirpartículas pequenas, tal como precipitação química, tambémforam utilizados. Entretanto, processos de precipitação po-dem ser caracterizados por grandes variações no processo eproduto, longos tempos de processamento, bem como alto eus-to.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção fornece composições de meio de moagem,métodos associados aos mesmos, e composições de partículapequena.

Em um aspecto da invenção, são fornecidos meios demoagem. Os meios de moagem compreendem partículas de meio demoagem formadas de um material com uma densidade de mais que8 gramas/centímetro cúbico, uma dureza maior que 900kgf/mm2, e uma tenacidade à fratura maior que 6 MPa/m1/2

Em um outro aspecto da invenção, são fornecidosmeios de moagem. Os meios de moagem compreendem partículasde meio de moagem formadas de um material cerâmico. 0 mate-rial cerâmico tem um espaçamento interlamelar menor que1.250 nm.

Em um outro aspecto da invenção, são fornecidosmeios de moagem. Os meios de moagem compreendem partículasde meio de moagem com um tamanho de partícula médio menorque cerca de 150 micron, em que as partículas são formadasde um material com uma tenacidade maior que 6 MPa/m1/2.

Em um outro aspecto da invenção, são fornecidosmeios de moagem. Os meios de moagem compreendem partículasde meio de moagem compreendendo um material do núcleo e umrevestimento formado no material do núcleo. 0 revestimentoinclui uma pluralidade de camadas, pelo menos uma das cama-das tendo uma espessura menor que 100 nanometros.

Em um outro aspecto da invenção, são fornecidosmeios de moagem. Os meios de moagem compreendem partículasde meio de moagem formadas de um compósito nanocristalinocompreendendo uma pluralidade de nanoparticulas dispersas emuma material de matriz.

Em um outro aspecto da invenção, são fornecidosmeios de moagem. Os meios de moagem compreendem partículasde meio de moagem formadas de um compósito compreendendo umapluralidade de partículas dispersas em um material de ma-triz, em que as partículas dispersas são formadas de um ma-terial com uma densidade maior que 8 gramas/centímetro cúbico.

Em um outro aspecto da invenção, são fornecidosmeios de moagem. Os meios de moagem compreendem partículasde meio de moagem formadas de um composto cerâmico compreen-dendo mais que um elemento metálico, as partículas tendo umtamanho médio menor que cerca de 150 micron.

Em um outro aspecto da invenção, são fornecidosmeios de moagem. Os meios de moagem compreendem partículasde meio de moagem capazes de pulverizar partículas de ali-mentação inorgânicas para produzir uma composição de partí-cuias pulverizadas inorgânicas com um tamanho de partículamédio menor que 100 nm e um nível de contaminação menor que500 ppm. As partículas de alimentação têm um tamanho de par-tícula médio maior que 10 vezes o tamanho de partícula médioda composição de partículas pulverizadas.

Em um outro aspecto da invenção, são fornecidosmeios de moagem. Os meios de moagem compreendem partículasde meio de moagem capazes de pulverizar partículas de ali-mentação de titânia para produzir uma composição de partícu-las pulverizadas de titânia em uma entrada de energia espe-cifica menor que cerca de 25.000 kJ/kg. A composição departículas pulverizadas de titânia tem um tamanho de partí-cula médio menor que cerca de 100 nm e um nível de contami-nação menor que 500 ppm. As partículas de alimentação de ti-tânia têm um tamanho de partícula médio maior que 50 vezes otamanho de partícula médio da composição de partículas pul-verizadas de titânia.

Em um outro aspecto da invenção, são fornecidosmeios de moagem. Os meios de moagem compreendem partículasde meio de moagem de maneira tal que pelo menos 70 % daspartículas de meio de moagem tenham um tamanho de partículamédio menor que cerca de 150 microns e sejam capazes de pas-sar em um teste de compressão de prato de aço.

Em um outro aspecto da invenção, é fornecida umacomposição de partículas pulverizadas. A composição compre-ende partículas inorgânicas pulverizadas com um tamanho departícula médio menor que 100 nm e um nível de contaminaçãomenor que 500 nm.

Em um outro aspecto da invenção, é fornecido ummétodo. O método compreende pulverizar partículas de alimen-tação inorgânicas usando meio de moagem para produzir umacomposição de partículas pulverizadas inorgânicas com um ta-manho de partícula médio menor que 100 nm e um nível de con-taminação menor que 500 ppm. As partículas de alimentaçãotêm um tamanho de partícula médio maior que 10 vezes o tama-nho de partícula médio da composição de partículas pulveriza-das.Outros aspectos, modalidades e características dainvenção se tornarão aparentes a partir da descrição deta-lhada seguinte da invenção considerada em conjunto com osdesenhos em anexo. As figuras em anexo são esquemáticas enão se destinam a aproximar da escala. Nas figuras, cadacomponente idêntico ou substancialmente similar que é ilus-trado em várias figuras é representado por um único númeroou notação. Para propósitos de objetividade, nem todos oscompostos são marcados em todas as figuras. Nem todos oscomponentes de cada modalidade da invenção são apresentadosonde a ilustração não é necessária para permitir que s ver-sados na tecnologia entendam a invenção. Todos os pedidos depatente e patentes aqui incorporados pela referência são in-corporadas pela referência na sua totalidade. No caso deconflito, a presente especificação, incluindo definições,controlará.

DESCRIÇÃO DETALHADA DQS DESENHOS

A figura 1 esquematicamente mostra a microestrutu-ra de uma partícula do meio de moagem, de acordo com uma mo-dalidade da invenção, que inclui lamelas α e β e um espaça-mento interlamelar (λ).

A figura 2 é uma cópia de uma micrografia eletrô-nica de varredura que mostra partículas de titânia da formadescrita no exemplo 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Meios de moagem são aqui descritos. 0 meio de moa-gem pode ser usado em processos de pulverização para produ-zir composições de partícula. Em algumas modalidades, ascomposições de partículas pulverizadas são caracterizadascom um tamanho de partícula muito pequeno (por exemplo; 100nm ou menos) e/ou níveis de contaminação muito baixos (porexemplo, menos que 500 ppm). Da forma descrita adicionalmen-te a seguir, pode ser desejável que as partículas de meio demoagem tenham certas propriedades (por exemplo, densidade,dureza, tenacidade) para melhorar desempenho da pulveriza-ção. O meio de moagem também pode ser formado de composiçõesde material específico (por exemplo, materiais multicarbone-tos) e/ou têm uma dimensão selecionada e/ou têm uma microes-trutura particular para fornecer os resultados preferidos.Uma ampla variedade de composições de partícula pode serproduzida com o meio de moagem que pode ser usado em inúme-ras aplicações.

Um aspecto da invenção é a descoberta de que o usodo meio de moagem formado de um material tendo uma certacombinação de propriedades pode levar a extraordinário de-sempenho da pulverização (por exemplo, tamanho de partículapulverizada muito pequeno, níveis de contaminação muito bai-xos). Por exemplo, observou-se que meio de moagem tendo acombinação de uma densidade ultra alta, uma tenacidade àfratura alta e uma dureza muito alta pode promover tal de-sempenho.

Pode ser preferível que o meio de moagem seja for-mado de material de densidade ultra alta que é consideravel-mente maior que a densidade de certos materiais de meio demoagem convencionais. Observou-se que meio de moagem de den-sidade ultra alta pode melhorar muito a eficiência do meiode moagem no processo de pulverização. Por exemplo, em al-guns casos, o meio de moagem é formado de um material comuma densidade maior que 8 gramas/centimetro cúbico; em al-guns casos, a densidade é maior que 12 gramas/centimetro cú-bico; e, em alguns casos, a densidade pode ainda ser maiorque 15 gramas/centimetro cúbico (por exemplo, cerca de 17gramas/centimetro cúbico). Em alguns casos, pode ser preferí-vel para a densidade ser menor que 30 gramas/centimetro cúbi-co. Deve-se entender que a densidade do material de meio demoagem pode ser medido usando técnicas convencionais.

Em certas modalidades, também é preferível que omeio de moagem tenha uma tenacidade à fratura alta. Obser-vou-se que uma tenacidade à fratura alta reduz significati-vamente o desgaste do meio de moagem, que pode levar a ní-veis de contaminação inesperadamente baixos nas composiçõesde partícula resultantes, da forma descrita adicionalmente aseguir. Por exemplo, em alguns casos, o meio de moagem éformado de um material tendo uma tenacidade à fratura maiorque 6 MPa/m1/2; e, em alguns casos, a tenacidade à fratura émaior que 9 MPa/m1/2. A tenacidade à fratura pode ser maiorque 12 MPa/m1/2 em certas modalidades.

Técnicas convencionais podem ser usadas para medirtenacidade à fratura. Técnicas adequadas podem depender, emparte, do tipo de material sendo testado e são conhecidaspelos versados na tecnologia. Por exemplo, um teste de tena-cidade à fratura com entalhe pode ser adequado em certos ca-sos. Também, uma técnica de tenacidade à fratura de Palmg-vist pode ser adequada, por exemplo, no teste de metais du-ros. Deve-se entender que os valores de tenacidade à fraturaaqui descritos referem-se a valores de tenacidade à fraturamedidos em amostras em grande escala do material. Em algunscasos, por exemplo, quando os meios de moagem estão na formade partículas muito pequenas (por exemplo, menores que 150micron), pode ser difícil medir tenacidade à fratura, e atenacidade à fratura real pode ser diferente da medida nasamostras em grande escala.

Em certas modalidades, também é preferível que omeio de moagem tenha uma dureza muito alta. Observou-se quemeios tendo uma dureza muito alta podem levar a maior trans-ferência de energia por colisão com material produto que,por sua vez, pode aumentar a eficiência da pulverização. Emalgumas modalidades, o meio de moagem é formado de um mate-rial com uma dureza maior que 900 kgf/mm2; e, em alguns ca-sos, a dureza é maior que 1.200 kgf/mm2. A dureza pode serainda maior que 1.700 kgf/mm2 em certas modalidades.

Técnicas convencionais podem ser usadas para medirdureza. Técnicas adequadas dependem, em parte, do tipo dematerial em teste e são conhecidas pelos versados na tecnolo-gia. Por exemplo, uma técnica adequada pode ser teste de du-reza de Vickers (segundo ASTM 1327) . Deve-se entender que osvalores de dureza aqui descritos referem-se a valores de du-reza medidos em amostras em grande escala do material. Emalguns casos, por exemplo, quando os meios de moagem são naforma de partículas muito pequenas (por exemplo, menos que150 micron), pode ser difícil medir a dureza e a dureza realpode ser maior que a medida nas amostras em grande escala.Um teste de compressão pode ser usado para estimaras propriedades (por exemplo, tenacidade à fratura) domeio de moagem quando na forma de partícula. Por exemplo, um"teste de compressão de chapa de aço" pode ser usado. Daforma aqui usada, um "teste de compressão de chapa de aço"envolve colocar uma única partícula de meio de moagem entreduas superfícies polidas de liga de aço 4140 temperado (ASTMAl93) e aplicar uma força que comprime a partícula do meiode moagem entre as superfícies a um ponto onde a partículado meio de moagem fratura ou apresenta um entalhe em pelomenos uma das superfícies. As superfícies podem ser cortadasde uma haste (por exemplo, 7/8 polegadas de diâmetro) e po-lidas usando um disco de polimento de diamante de 0,5 mi-cron. Uma partícula do meio de moagem passa no "teste decompressão de chapa de aço" se ela não fraturar durante oteste e apresentar entalhe em pelo menos um dos chapas deaço. Em alguns casos, métodos usam meios de moagem de manei-ra tal que pelo menos 70 %, ou pelo menos 90 %,. das partícu-las de meio de moagem sejam capazes de passar no teste decompressão de chapa de aço e tenham um tamanho de partículamédio menor que cerca de 150 micron (por exemplo, entre 70micron e 100 micron), Em alguns casos, substancialmente to-das partículas de meio de moagem são capazes de passar noteste de compressão de chapa de aço e têm um tamanho de par-tícula médio menor que cerca de 150 microns (por exemplo,entre 70 microns e 100 microns).

Deve-se entender que meios de moagem da invençãopodem ter qualquer um dos valores de densidade descritos an-teriormente combinados com qualquer um dos valores de tena-cidade à fratura descritos anteriormente e adicionalmentecombinados com qualquer um dos valores de dureza descritosanteriormente. A combinação particular das propriedades podedepender de inúmeros fatores incluindo a facilidade de for-mar o meio de moagem, custo e características da composiçãode partícula final desejada entre outros. Também deve-se en-tender que, em certas modalidades da invenção, o meio de mo-agem pode não ter uma combinação de propriedades que estãonas faixas descritas anteriormente. Em alguns casos, por e-xemplo, somente certas propriedades podem estar nas faixasdescritas anteriormente.

Em algumas modalidades, o meio de moagem pode teruma baixa taxa de desgaste. Por exemplo, a taxa de desgastedo meio de moagem pode ser menos que 0,01 porcento em pe-so/hora de tempo de pulverização. Em alguns casos, a taxa dedesgaste pode ser ainda mais baixa, tais como menos que0, 005 %, ou menos que 0,001 % (por exemplo, cerca de 0, 0005%), porcento em peso/hora de tempo de pulverização.

Meio de moagem da invenção pode ter uma ampla fai-xa de dimensões. Independente de seu tamanho, o meio de moa-gem pode ser referido como partículas. No geral, o tamanhomédio do meio de moagem é entre cerca de 0,5 micron e 10 cm.Em certas modalidades, pode ser vantajoso usar meios de moa-gem que são muito pequenos. Por exemplo, pode ser preferidousar meios de moagem tendo um tamanho médio menor que cercade 150 microns (por exemplo, entre cerca de 75 e cerca de125 microns). Em alguns casos, o meio de moagem pode ter umtamanho médio menor que cerca de 100 microns; ou, ainda me-nos que cerca de 10 microns. Em alguns casos, o meio de moa-gem pode ter um tamanho de partícula médio maior que 1 mi-cron. As dimensões específicas do meio de moagem podem de-pender de uma variedade de fatores incluindo tamanho de par-tícula do material produto de partida, tamanho de partículado produto pulverizado final desejado, bem como da composi-ção do meio de moagem, entre outros. Em particular, pode serpreferido que o tamanho do meio de moagem seja entre cercade 10 vezes e cerca de 100 vezes maior que o tamanho de par-tícula médio do material produto antes da pulverização. Tam-bém descobriu-se que o uso de meios de moagem muito pequenos(por exemplo, tamanho médio menor que cerca de 150 microns)pode levar a desempenho da pulverização surpreendentementeefetivo (por exemplo, tamanho de partícula muito pequeno,níveis de contaminação muito baixos), particularmente quandoo meio de moagem também tem as propriedades descritas ante-riormente e/ou as composições (e/ou outras características)descritas adicionalmente a seguir.

Deve-se entender que o tamanho médio dos meios demoagem pode ser determinado medindo a dimensão transversalmédia (por exemplo, diâmetro para meios de moagem substanci-almente esféricos) de um número representativo de partículasde meio de moagem.

O meio de moagem também pode ter uma variedade deformas. No geral, o meio de moagem pode ter qualquer formaadequada conhecida na tecnologia. Em algumas modalidades,prefere-se que os meios de moagem sejam substancialmente es-féricos (que é aqui usado intercambiavelmente como "esféri-co"). Observou-se que meios de moagem substancialmente esfé-ricos são particularmente efetivos na obtenção do desempenhoda pulverização desejado.

Em algumas modalidades, o meio de moagem pode serformado de um material cerâmico. Por exemplo, em algumas mo-dalidades, pode ser preferido que os meios de moagem sejamformados de um material multicarbonetos. Um material multi-carbonetos compreende pelo menos dois elementos de formaçãode carboneto (por exemplo, elementos metálicos) e carbono.

Em certos casos preferidos, os meios de moagem sãoformados de material multicarbonetos tendo as'combinações depropriedade mencionadas anteriormente. Também pode ser prefe-rido que os meios de moagem de material multicarbonetos te-nham tamanhos de partícula muito pequenos descritos anteri-ormente. Observou-se que tais tamanhos pequenos são particu-larmente efetivos em certos processos.

Um material multicarbonetos pode compreender umcomposto multicarbonetos (isto é, um composto de carbonetotendo uma estequiometria específica; ou, uma mistura de com-postos de carboneto única, tal como uma mistura de WC eTiC); ou, tanto um composto multicarbonetos quanto uma mis-tura de compostos de carboneto únicos. Deve-se entender quemateriais multicarbonetos também podem incluir outros compo-nentes, tais como nitrogênio, elementos de formação de car-boneto que estão na forma elementar (por exemplo, que nãoconvertidos a um carboneto durante o processamento do mate-rial multicarbonetos), entre outros incluindo os presentescomo impurezas. Tipicamente, mas não sempre, estes outroscomponentes estão presentes em quantidades relativamente me-nores (por exemplo, menos que 10 porcento atômico).

Elementos de formação de carboneto adequados emmeio de moagem de multicarbonetos da invenção incluem ferro,cromo, ráfnio, molibdênio, nióbio, rênio, tântalo, titânio,tungstênio, vanádio, zircônio, apesar de outros elementostambém serem adequados. Em alguns casos, o material multi-carbonetos compreende pelo menos dois destes elementos. Porexemplo, em algumas modalidades, o material multicarbonetoscompreende tungstênio, rênio e carbono; em outros casos,tungstênio, ráfnio e carbono; em outros casos, molibdênio,titânio e carbono.

Em algumas modalidades, pode ser preferido que omaterial multicarbonetos compreenda pelo menos tungstênio,titânio, e carbono. Em alguns destes casos, o material mul-ticarbonetos pode consistir essencialmente em tungstênio,titânio e carbono, e é sem elementos adicionais em quantida-des que afetam materialmente as propriedades. Apesar disto,em outros casos, o material multicarbonetos pode incluir e-lementos metálicos adicionais de formação de carboneto emquantidades que afetam materialmente as propriedades.

Por exemplo, nestas modalidades, tungstênio podeestar presente no material multicarbonetos em quantidadesentre 10 e 90 % atômico; e, em algumas modalidades, em quan-tidades entre 30 e 50 % atômico. A quantidade de titânio nomaterial multicarbonetos pode ser entre 1 e 97 % atômico; e,em algumas modalidades, entre 2 e 50 % atômico. Nestas moda-lidades que utilizam material multicarbonetos de carbonetode tungstênio-titânio, o equilíbrio pode ser carbono. Porexemplo, carbono pode estar presente em quantidades entre 10e 40 % atômico. Conforme registrado anteriormente, tambémdeve-se entender que qualquer um dos outros elementos deformação de carboneto adequados também pode estar presente nomaterial multicarbonetos nestas modalidades além do tungstê-nio, titânio e carbono. Em alguns casos, um ou mais elemen-tos de formação de carboneto adequados podem ser usados emsubstituição ao titânio em certos locais na estrutura cris-talina multicarbonetos. Ráfnio, nióbio, tântalo e zircôniopodem ser particularmente preferidos como elementos que po-dem ser usados em substituição ao titânio. Elementos de for-mação de carboneto que são usados em substituição ao titâniopodem estar presentes, por exemplo, em quantidades de até 30% atômico (com base' no material multicarbonetos) . Em algunscasos, elementos multicarbonetos adequados podem ser usadosem substituição ao tungstênio em certos locais na estruturacristalina multicarbonetos.

Cromo, molibdênio, vanádio, tântalo, e nióbio po-dem ser particularmente preferidos como elementos que podemser usados em substituição ao tungstênio. Elementos de forma-ção de carboneto são usados em substituição ao tungstênio po-dem estar presentes, por exemplo, em quantidades de até 30 %atômico (com base no material multicarbonetos).

Também deve-se entender que os elementos de substi-tuição de formação de carboneto mencionados anteriormente po-dem ser completamente usados em substituição ao titânio e/outungstênio para formar um material multicarbonetos semtungstênio e/ou titânio.

Deve-se entender que outras composições de meio demoagem não multicarbonetos também podem ser usadas em certasmodalidades da invenção. Em particular, composições não mul-ticarbonetos que têm a combinação mencionada anteriormente depropriedades podem ser usadas em certas modalidades. Em al-guns casos, estas composições não multicarbonetos podem sermateriais cerâmicos incluindo cerâmicas que compreendem maisque um elemento metálico (mas não carbono). Adicionalmente,composições de meios de moagem adequadas são descritas aindaa seguir.

No geral, qualquer processo adequado para formarcomposições de multicarbonetos no meio de moagem tendo ascaracterísticas desejadas pode ser usado. Tipicamente, osprocessos envolvem o aquecimento de componentes da composi-ção de material multicarbonetos a temperaturas maiores queas temperaturas de fusão respectivas dos componentes depoisde uma etapa de resfriamento para formar o meio de moagem.

Uma variedade de diferentes técnicas de aquecimento pode serusada incluindo um chama de plasma térmica, atomização porfusão, e fusão por arco, entre outros.

Um processo adequado de acordo com uma modalidadeda invenção se segue. 0 processo envolve misturar partículasfinas dos elementos que se destinam a compreender o materialmulticarbonetos em razões apropriadas. A estabilidade damistura pode ser melhorada introduzindo um agente aglutinan-te inerte (por exemplo, que se queima e não forma um compo-nente do material multicarbonetos) . A mistura pode ser sub-dividida em uma pluralidade de agregados (por exemplo, cadaum tendo uma massa aproximadamente igual à da partícula mé-dia desejada a ser formada). Os agregados podem ser aqueci-dos para derreter (por exemplo, a 90 % de densidade teórica)e, eventualmente, fundir agregados individuais para formargotículas que são resfriadas para formar o meio de moagem.

O processo descrito anteriormente pode ser particu-larmente preferido na formação de meio de moagem de multicar-bonetos com dimensões relativamente pequenas (por exemplo,menos que 500 micron) e esféricas na forma. Deve-se entenderque outras dimensões e formas também são possíveis variandoas condições de processo.

Conforme mencionado anteriormente, os meios de mo-agem da presente invenção não são limitados a materiais mul-ticarbonetos. Em certas modalidades da invenção, o meio demoagem pode compreender mais que um componente material ten-do diferentes composições. Deve-se entender que dois compo-nentes materiais podem ter uma composição diferente se elescompreenderem diferentes elementos químicos ou se eles com-preenderem os mesmos elementos químicos, mas presentes emdiferentes quantidades (por exemplo, diferentes estequiome-trias). Também é possível que o meio de moagem seja formadode uma composição de material único.

O meio de moagem pode ser formado de misturas dedois materiais diferentes. Por exemplo, o meio de moagem po-de ser formado de uma mistura de dois materiais cerâmicosdiferentes (por exemplo, uma mistura de partículas cerâmicasde alta densidade em uma matriz cerâmica); ou, uma misturade um material cerâmico e um metal (por exemplo, uma misturade partículas cerâmicas de alta densidade em uma matriz metálica).

Em algumas modalidades de meio de moagem de multi-coraponentes, os meios de moagem compreendem partículas re-vestidas. As partículas podem ter um material do núcleo e umrevestimento formado no material do núcleo. 0 revestimentotipicamente cobre completamente o material do núcleo, mesmoque não em todos os casos. A composição dos materiais do nú-cleo e revestimento pode ser selecionada para fornecer omeio de moagem com as propriedades desejadas e, em algunscasos preferidos, propriedades nas faixas descritas anteri-ormente. Uma vantagem de usar uma estrutura revestida podeser que os materiais do núcleo e revestimento podem cada umaconferir certas propriedades desejadas selecionadas (sem anecessidade de individualmente conferir todas as proprieda-des desejadas), em virtude das propriedades da estruturaglobal serem determinadas pelas contribuições dos materiaistanto de revestimento quanto do núcleo. Isto pode facilitaro atingir o equilíbrio desejado de propriedades e pode per-mitir maior flexibilidade no material do meio de moagem es-colhido do que seria de outra forma disponível no meio demoagem formado de um único material.

Em algumas modalidades que envolvem meio. de moagemrevestido, pode ser preferível que o núcleo seja formado deum material de. alta densidade (por exemplo, maior que 5 gra-mas/centímetro cúbico ou outras faixas de densidade descri-tas anteriormente.) 0 núcleo, por exemplo, pode ser prepara-do de um metal, tais como aço ou urânio empobrecido; ou, umacerâmica, tais como carboneto de tungstênio ou carboneto ci-mentado. Em alguns destes casos, o material do núcleo podenão ter uma tenacidade à fratura e/ou dureza altas.

Pode ser preferível que o revestimento materialtenha uma tenacidade à fratura alta e/ou uma alta dureza;particularmente se o material do núcleo não apresenta taispropriedades, mas tem uma alta densidade. 0 revestimento, porexemplo, pode ser formado de um material tendo os valores detenacidade à fratura e dureza descritos anteriormente. Mate-riais extremamente duros, tal como diamante, podem ser usa-dos como o revestimento. Também, o revestimento pode serformado de um material cerâmico. Materiais cerâmicos adequa-dos incluem carbonetos metálicos (por exemplo, carbonetos detungstênio), multicarbonetos, alumina, óxido de zircônio,silicato de zircônio, Mg- PSZ, Ce-TZP e YTZP. Em alguns ca-sos, para atingir as propriedades desejadas, o revestimentopode ser adicionalmente endurecido dopando com um aditivo.Por exemplo, o revestimento pode ser formado de 3Y-TZP quefoi adicionalmente endurecido dopando com Sr2Nb2O7.

Em alguns casos, o próprio revestimento pode tercomponentes de múltiplos materiais. Por exemplo, o revesti-mento pode ser formado de mais que uma camada tendo diferen-tes composições materiais. Em algumas modalidades, as cama-das são sobrepostas para formar uma estrutura laminada "su-perdura". Pode ser preferível (por exemplo, aumentar dureza)que pelo menos uma das camadas no revestimento seja relati-vãmente fina (por exemplo, menos que 100 nm). Em alguns ca-sos, a dureza pode se melhorada tendo pelo menos uma camadaextremamente fina (ou, em alguns casos, camadas múltiplasextremamente finas) tendo uma espessura menor que 10 nm.

Particularmente quando as camadas são extremamente finas, asestruturas laminadas podem incluir um número relativamentegrande de camadas (por exemplo, maior que 10).

No geral, qualquer processo de revestimento ade-quado pode ser usado para produzir meio de moagem revestidoda presente invenção. Tais processos incluem processos depulverização e evaporação.

Em certas modalidades de meio de moagem de multi-componentes, os meios de moagem compreendem uma estruturacompósita que inclui partículas dispersas em uma material dematriz. A estrutura compósita pode incluir, por exemplo,partículas cerâmicas de alta densidade (por exemplo, tendoqualquer uma das densidades ultra altas mencionadas anterior-mente, tal como 8 gramas/centímetro cúbico). As partículascerâmicas podem ser dispersas em um material cerâmico (porexemplo, um nitreto ou um carboneto), um material metálico;ou uma mistura de materiais cerâmicos e metálicos. Em algu-mas modalidades, as partículas cerâmicas podem ser materiaismulticarbonetos.

Em certos casos, o meio de moagem pode ser formadode um compósito nanocristalino que inclui uma pluralidade denanopartícuias (por exemplo, tamanho de partícula de menosque 50 nm ou ainda menos que 10 nm) dispersas em um materialde matriz. A matriz pode ser um material cerâmico, tais comoum nitreto ou carboneto. Em alguns casos, pode ser preferidoque o matriz material tenha uma estrutura amorfa (por exem-plo, nitreto de silício amorfo, Si3N4). As nanopartículastambém podem ser um material cerâmico, tal como um nitretode metal de transição (por exemplo, MenN (Me= Ti, W, V e si-milares). As nanopartículas podem ter uma estrutura crista-lina. Tais compósito nanocristalinos podem apresentar umadureza extremamente alta, tais como as faixas de dureza men-cionadas anteriormente e, freqüentemente, maiores. No geral,qualquer processo adequado pode ser usado para produzir meiode moagem de compósito nanocristalino da presente invenção.

Deve-se entender que outras composições de meio demoagem a não ser as aqui descritas também podem ser usadasem certas modalidades da invenção. Em particular, composi-ções de meio de moagem que satisfazem as faixas de proprie-dades desejadas descritas anteriormente podem ser adequadas.

A microestrutura do meio de moagem da invençãotambém pode contribuir para o desempenho de moagem em certoscasos. Pode ser preferível que o meio de moagem seja formadode material que tenha certo espaçamento interlamelar. Lame-Ias são fases distintas em um material que podem ser forma-das uma sobre a outra. Da forma apresentada na figura 1, amicroestrutura de um meio de moagem inclui lamelas α e β,com o espaçamento interlamelar (λ) sendo a distância do cen-tro de uma lamela ao centro da lamela seguinte.

Também descobriu-se que o uso de meio de moagemformado a partir de materiais tendo pequenos espaçamentosinterlamelares (por exemplo, menos que 1.250 nm) pode melho-rar o desempenho da pulverização. Em alguns casos, meio demoagem formado de material tendo espaçamentos interlamelaresextremamente pequenos de menos que 100 nm, ou ainda menosque 10 nm, pode ser usado para melhorar o desempenho. Estesespaçamentos interlamelares podem ser alcançados, em algunscasos, formando uma série de revestimentos de filme muitofinos (por exemplo, menos que 100 nm ou menos que 10 nm) comcada filme sendo uma fase diferente. Em alguns casos, osfilmes podem compreender materiais que são relativamente ma-cios (por exemplo, cobre, alumínio, mas a estrutura globalpode apresentar uma alta dureza.

Entretanto, deve-se entender que material de meiode moagem da invenção pode não ter os espaçamentos interla-melares que estão nas faixas anteriores; ou que somente umaporção do material de um meio de moagem individual pode tertal espaçamento.

Os efeitos positivos dos espaçamentos interlamela-res mencionados anteriormente podem ser observados juntamen-te com uma ampla variedade de materiais incluindo as compo-sições mencionadas anteriormente. Em particular, o desempe-nho da pulverização do meio de moagem formado de materiaiscerâmicos, tais como carbonetos (incluindo carbonetos metá-licos (por exemplo, carbonetos de tungstênio, tálio, nióbioe vanádio) ou multicarbonetos) pode significativamente sebeneficiar dos espaçamentos interlamelares desejáveis aquidescritos.

Em algumas modalidades, pode ser preferido que amaioria dos meios de moagem usados em um processo de pulveri-zação tenha substancialmente a mesma composição e/ou proprie-dades. Isto é, pelo menos mais que 50 % do meio de moagemusado no processo tenha substancialmente a mesma composiçãoe/ou propriedades. Em algumas modalidades, mais que 75 %,mais que 90 %, ou substancialmente todo o meio de moagem po-de ter substancialmente a mesma composição e/ou propriedades.

Conforme mencionado anteriormente, meio de moagemda presente invenção pode ser usado em processos de pulveri-zação. Os meios de moagem são adequados para uso em uma am-pla faixa de moinhos convencionais tendo uma variedade deprojetos e capacidades diferentes. Tipos adequados de moi-nhos incluem, mas sem limitações, moinho de bolas, moinho devara, moinho de atritos, moinho de meio agitados, e moinhode seixos, entre outros.

Em alguns casos, condições de pulverização conven-cionais (por exemplo, energia, tempo) podem ser usadas noprocessamento com meio de moagem da invenção. Em outros ca-sos, meio de moagem da invenção pode permitir o uso das con-dições de pulverização que são significativamente menos fa-tigantes (por exemplo, menos energia, menos tempo) que asdos processos de pulverização convencionais tipicos, alcan-çando ao mesmo tempo desempenho da pulverização equivalenteou superior, da forma descrita adicionalmente a seguir. Emalguns casos, meio de moagem tendo as combinações descritasanteriormente das propriedades de dureza, resistência e den-sidade permite o processamento mediante condições que seriamprejudiciais aos meios de moagem e pulverização convencio-nais.

Um processo de pulverização típico envolve a in-trodução de uma lama de material produto (isto é, materialde alimentação) e um fluido de pulverização (por exemplo,água ou metanol) em um espaço de processamento em um moinhoem que os meios de moagem são confinados. A viscosidade dalama pode ser controlada, por exemplo, adicionando aditivosà lama, tais como dispersantes. 0 moinho é girado em uma ve-locidade desejada e partículas do material produto são mis-turadas com o meio de moagem. As colisões entre partículasdo material produto e meio de moagem resultam na redução notamanho das partículas do material produto. Em certos pro-cessos, acredita-se que o mecanismo para a redução no tama-nho de partícula seja dominado pelo desgaste das superfíciesdas partículas do material produto; enquanto que, em outrosprocessos, acredita-se que o mecanismo para a redução do ta-manho de partícula seja dominado por fratura da partícula. Omecanismo particular pode afetar as características finais(por exemplo, morfologia) da composição de partículas pulve-rizadas. O material produto é tipicamente exposto ao meio demoagem por um certo tempo de moinho depois do qual o materi-al produto moído é separado do meio de moagem usando técni-cas convencionais, tais como lavagem e filtração, ou separa-ção por gravidade. Em alguns processos, a lama do materialproduto é introduzida com entalhe do moinho e, depois dapulverização, recuperada na saída do moinho. O processo podeser repetido e, em certos processos, inúmeros moinhos podemser usados seqüencialmente com a saída de um moinho sendofluidamente conectada à entrada do moinho subseqüente.

Observou-se que os meios de moagem da invenção, emparticular os com as propriedades e/ou composições menciona-das anteriormente, fornecem desempenho da pulverização ex-traordinário (por exemplo, tamanho de partícula pulverizadamuito pequeno, níveis de contaminação muito baixos).

Certos processos de pulverização da invenção podemproduzir composições de partículas pulverizadas com um tama-nho de partícula médio menor que 500 nm. É possível produzirpartículas consideravelmente menores usando meio de moagemda invenção. Por exemplo, o meio de moagem pode produzircomposições de partículas pulverizadas com um tamanho departícula médio menor que 100 nm; menos que 50 nm; ou, mesmomenos que 10 nm. Em alguns processos, estes tamanhos de par-tícula são alcançados quando o material de alimentação (an-tes da pulverização) tem um tamanho de partícula médio maiorque 1 micron, maior que 10 microns, ou mesmo maior que 50microns. Em alguns processos, o tamanho de partícula médiodo material de alimentação pode ser maior que 10 vezes, 50vezes, 100 vezes, ou mesmo maior que 500 vezes o tamanho departícula médio do material moído. O tamanho de partículaespecífico do material moído depende de inúmeros fatores in-cluindo condições de pulverização (por exemplo, energia,tempo), apesar de ser também ditado, em parte, pela aplica-ção em que o material moído é usado. No geral, as condiçõesde pulverização podem ser controladas para fornecer um tama-nho de partícula desejado. Em alguns casos, mas não todos,pode ser preferível que o tamanho de partícula seja maiorque 1 nm para facilitar o processamento. 0 tamanho de partí-cula do material de alimentação pode depender da disponibi-lidade comercial, entre outros fatores.

Uma importante (e surpreendente) vantagem de cer-tos métodos de moagem da invenção é que os tamanhos de par-tícula mencionados anteriormente podem ser alcançados em ní-veis de contaminação muito baixos. As propriedades dos meiosde moagem e/ou composições mencionados anteriormente podempermitir os baixos níveis de contaminação em virtude de taiscaracterísticas levarem a taxas de desgaste muito baixas.

Por exemplo, os níveis de contaminação podem ser menos que900 ppm, menos que 500 ppm, menos que 200 ppm, ou mesmo me-nos que 100 ppm. Em alguns processos, virtualmente nenhumacontaminação que seja geralmente representativa dos níveis decontaminação de menos que 10 ppm pode ser detectada. Da for-ma aqui usada, um "contaminante" é material de meio de moa-gem introduzido na composição do material produto durante apulverização. Deve-se entender que materiais produto típicoscomercialmente disponíveis podem incluir uma certa concen-tração de impureza (antes da pulverização) e que tais impu-rezas não estão incluídas na definição de contaminante daforma aqui usada. Também, outras fontes de impurezas intro-duzidas no material produto, tal como material do equipamen-to de pulverização, não estão incluídas na definição de con-taminante da forma aqui usada. O "nível de contaminação" re-fere-se à concentração em peso do contaminante com relação àconcentração em peso do material moído. Unidades típicas pa-ra o nível de contaminação são ppm. Técnicas padrão para me-dir níveis de contaminação são conhecidas pelos versados natecnologia incluindo técnicas de análise da composição quí-mica.

Deve-se entender que métodos da invenção podem pro-duzir composições tendo qualquer um dos valores de tamanhode partícula mencionados anteriormente (incluindo valores detamanho relativo entre partículas antes e depois da pulveri-zação) combinados com qualquer um dos níveis de contaminaçãomencionados anteriormente. Por exemplo, um método da inven-ção envolve partículas de alimentação de moagem com um tama-nho de partícula inicial médio para formar uma composição departículas pulverizadas com um tamanho de partícula finalmédio de menos que 100 nm, em que o tamanho de partícula i-nicial é maior que 100 vezes o tamanho de partícula final ea composição de partículas pulverizadas tem um nível de con-taminação menor que 500 ppm

Também deve-se entender que, em certas modalidadesda invenção, os processos de moagem podem não produzir com-posições de partículas pulverizadas tendo os tamanhos departículas e/ou níveis de contaminação mencionados anterior-mente. Em alguns casos, por exemplo, somente algumas destascaracterísticas podem estar nas faixas descritas anterior-mente. Também, meios de moagem da invenção podem ser usadospara produzir composições de partículas pulverizadas tendotamanhos de partícula muito maiores que os descritos anteri-ormente, em particular quando o tamanho de partícula do mate-rial produto antes pulverização é muito grande (por exemplo,na ordem de centímetros ou mais).Deve-se entender que partículas pulverizadas têmuma morfologia "molda" característica. Os versados na tecno-logia podem identificar "partículas pulverizadas" como par-tículas que incluem uma ou mais das seguintes característi-cas microscópicas: bordas de múltiplas pontas, superfíciesfacetadas, e sendo sem "cantos" arredondados suaves, taiscomo os tipicamente observados nas partículas quimicamenteprecipitadas.

Deve-se entender que partículas pulverizadas"substancialmente esféricas", da forma aqui descrita, podemainda ter uma ou mais das características microscópicas men-cionadas anteriormente, parecendo ao mesmo tempo substanci-almente esféricas em amplificações menores. Em certas moda-lidades, pode ser preferido que partículas pulverizadas dainvenção sejam substancialmente esféricas. Em outros casos,as partículas pulverizadas podem ter formas de plaqueta, o-blato esferóide, e/ou de lentes. Outras formas de partículatambém são possíveis. Deve-se entender que, em uma composi-ção de partículas pulverizadas, partículas individuais podemestar na forma de uma ou mais formas mencionadas anteriormente.

Vantajosamente, o meio de moagem permite vantajo-sas condições de pulverização. Por exemplo, menores temposde pulverização e entradas de energia específicas podem serutilizadas em virtude da alta eficiência de pulverização domeio de moagem da invenção. Da forma aqui usada, a entradade energia específica" é a energia de pulverização consumidapor peso do material produto. Mesmo composições de partícu-las pulverizadas tendo os tamanhos de partícula e níveis decontaminação mencionados anteriormente podem ser produzidasem baixas entradas de energias de pulverização e/ou baixostempos de pulverização. Por exemplo, a entrada de energiaespecífica pode ser menos que 125.000 kJ/kg; ou menos que90.000 kJ/kg. Em alguns casos, a entrada de energia especí-fica pode ser ainda menor, tais como menos que 50.000 kJ/kgou menos que 25.000 kJ/kg. A entrada de energia específica etempo de pulverização reais dependem fortemente da composi-ção do material produto e da redução desejada no tamanho departícula, entre outros fatores. Por exemplo, meio de moagemda invenção pode ser usado para produzir uma composição departículas pulverizadas de titânia em uma entrada de energiaespecífica menor que cerca de 25.000 kJ/kg (por exemplo,cerca de 20.000 kJ/kg), um tamanho de partícula médio menorque cerca de 100 nm (por exemplo, cerca de 80 um) e um nívelde contaminação menor que 500 ppm, em que as partículas dealimentação de titânia tenham, um tamanho de partícula médio(por exemplo, cerca de 600 nm) maior que 50 vezes o tamanhode partícula médio da composição de partículas pulverizadasde titânia.

Deve-se entender que o meio de moagem pode ser usa-do para processar uma ampla variedade de materiais produtoincluindo materiais orgânicos e inorgânicos. No geral, osprocessos de moagem da invenção não se limitam a nenhum tipode material específico. Apesar disto, é notável que o meiode moagem pode ser usado para produzir o tamanho de partícu-la pulverizada muito pequeno e níveis de contaminação muitobaixos mencionados anteriormente mesmo usando materiais pro-duto inorgânicos, tais como cerâmicas. Materiais produto a-dequados incluem metais (tais como cobalto, molibdênio, ti-tânio, tungstênio), compostos metálicos (tais como compostosintermetálicos, hidretos metálicos ou nitretos metálicos),ligas metálicas, cerâmicas (incluindo óxidos, tais como oxi-do de titânio (titânia), óxido de alumínio (Al2O3), e carbo-netos, tal como carboneto de silício) e diamante, entre mui-tas outras coisas. Certos materiais são descritos juntamentecom métodos específicos da invenção adicionalmente a seguir.

A quantidade de composição de partículas pulveri-zadas depende do processo de pulverização e equipamento es-pecíficos, e geralmente não é limitada. Em alguns métodos, acomposição de partículas pulverizadas (que pode ter qualqueruma das características mencionadas anteriormente) pode pe-sar mais que 10 gramas; mais que 500 gramas; mais que 1 kg;ou mesmo mais que 100 kg.

As composições de partículas pulverizadas podemser usadas em uma ampla variedade de aplicações. No geral,as composições moídas podem ser usadas em qualquer aplicaçãoadequada que usa composições de partícula pequena. Aplica-ções específicas incluem pigmentos, compostos de polimento,cargas (por exemplo, materiais poliméricos), catalisadores,sensores, bem como na produção de cerâmicas, ou outros com-ponentes (por exemplo, dispositivos MEMS, dispositivos semi-condutores, etc.). Deve-se entender que muitas outras apli-cações também são possíveis.

Em alguns casos, as composições de partículas pul-verizadas podem ser adicionalmente processadas da forma de-sejada para o uso final. Por exemplo, as partículas podemser adicionalmente processadas por moldagem, deposição ele-trostática e outros métodos conhecidos em produtos microele-tromecânicos e outros dispositivos em escala de micron. Emalguns casos, as partículas pulverizadas (particularmente,tendo tamanhos de partícula muito pequenos) podem ser intro-duzidas em certos líquidos para formar fluidos que apresen-tam propriedades especiais de transmissão de calor, solubili-dade e outras qualidades. Outros tipos de processamento adi-cionais também podem ser adequados, conforme os versados natecnologia sabem.

Em certas modalidades, partículas pulverizadasproduzidas de acordo com a presente invenção têm um tamanhode partícula médio menor que 30 nm e podem ter um tamanho demenos que 30 nm em cada dimensão. Em algumas modalidades, aspartículas pulverizadas são caracterizadas tendo uma plura-lidade de facetas de clivagem e/ou etapas de clivagem. Emalguns casos, as partículas pulverizadas têm uma pluralidadede superfícies de intersecção em que o comprimento do arcoda borda é menos que o raio da borda. As partículas pulveri-zadas podem ter uma concavidade de superfície maior que 5 %do tamanho de partícula (por exemplo, diâmetro da partícu-la). Em alguns casos, as partículas pulverizadas são carac-terizadas pela acutância de uma preponderância de superfí-cies de intersecção em que o ângulo incluído do raio da bor-da é cerca de ou menor que o ângulo incluído das superfíciesde intersecção. Partículas pulverizadas tendo estas caracte-rísticas são particularmente preferidas quando usadas comocatalisadores. Em alguns casos, tais partículas pulverizadaspodem ser formadas de compostos intermetálicos.

Um método da invenção envolve a produção de partí-cuias de óxidos metálicos finos moídos (em particular, óxidode titânio). Por exemplo, as partículas pulverizadas podemter um tamanho de partícula médio entre cerca de 1 nm e 3microns. 0 método inclui as etapas de:

(a) obter partículas grandes dos óxidos metálicos,especialmente de titânio, em virtude de tais partículas deóxido serem tipicamente muito mais baratas de obter que par-tículas finas de óxidos de titânio, daqui em diante taispartículas sendo denominadas óxidos de alimentação; e

(b) pulverizar os óxidos de alimentação usando meiode moagem para reduzir o tamanho de partícula a um tamanhopreferido (por exemplo, os mencionados anteriormente) e, emalguns casos, manter os baixos níveis de contaminação men-cionados anteriormente incluindo menos que 200 ppm.

Tais óxidos são usados para aplicações, tais comopigmentos, cargas, sensores de gás, dispositivos optrônicos,catalisador, e a produção de cerâmicas, produção de compo-nentes, sendo ao mesmo tempo mais econômico para produzirque os obtidos por certos métodos convencionais.

Um outro método da presente invenção envolve produ-zir óxidos de titânio altamente transparentes. 0 método in-clui as etapas de:

(a) obter uma lama de titânia não adequadamentetransparente; e(b) pulverizar a lama titânica usando meio de moa-gem para reduzir o tamanho de partícula a um tamanho prefe-rido (por exemplo, os mencionados anteriormente) e, em al-guns casos, manter os baixos níveis de contaminação mencio-nados anteriormente. Em alguns casos, a distribuição do ta-manho de partícula D100 é 90 nm ou menos.

Um outro método da invenção envolve produzir metaltitânio. O método inclui as etapas de:

(a) obter material de alimentação de titânia, ondeo material de alimentação é de uma fonte de alta pureza, talcomo titânia processada de cloreto prontamente disponível;

(b) pulverizar a titânia usando meio de moagem pa-ra reduzir o tamanho de partícula a um valor desejado (porexemplo, os mencionados anteriormente ou menos que cerca de 200 nm) e, em alguns casos, manter os baixos níveis de con-taminação mencionados anteriormente;

(c) reduzir quimicamente a titânia a metal titâniousando um agente de redução, tais como hidrogênio em combi-nação com um outro agente de redução, se necessário, tal co-mo um agente de redução carbotérmico, tais como CO ou carbo-no em condições adequadas para redução de óxido sem a forma-ção de carboneto de titânio; e

(d) tanto remover o metal titânio do equipamentode redução sem exposição ao oxigênio ou nitrogênio em condi-ções que causam oxidação ou nitretação de metal titânio ul-trafino quanto aumentar a temperatura do metal titânio ultra-fino para causar a fusão das partículas antes da remoção doequipamento de redução. Outros agentes de redução são conhe-cidos na tecnologia.

Um outro método da invenção envolve produção departículas de diamante, por exemplo, com um tamanho de par-tícula médio menor que cerca de 100 nm (e, em alguns casos,menos que 100 nm em todas as dimensões). Em alguns casos, aspartículas podem ter uma distribuição de tamanho de partícu-la apertada. As partículas de diamante são adequadas parauso em CMP (polimento mecânico químico) e outras aplicaçõesde polimento. O método inclui as etapas de:

(a) obter diamantes industriais de tamanho de ma-terial de alimentação adequado;

(b) pulverizar os diamantes usando meio de moagempara reduzir o tamanho de partícula a um tamanho desejado(por exemplo, os tamanhos de partículas médios mencionadosanteriormente e, em alguns casos, a entre cerca de 2 nm e 100nm) ; e, em alguns casos, manter os baixos níveis de contami-nação mencionados anteriormente; e

(c) purificar os diamantes processados, se necessá-rio remover contaminantes, por dissolução química de impure-zas ou por outros métodos conhecidos na tecnologia.

Um outro método da presente invenção envolve produ-zir dispositivos de silício ou outros semicondutores ou ou-tros materiais, de dimensões em escala micro ou nano, tipi-camente denominados MEMS, construindo o dispositivo com par-tículas ultrafinas em vez de subtrativamente formar o dispo-sitivo a partir do material semicondutor sólido com ataquequímico ou outros métodos. 0 método inclui as etapas de:

(a) obter material de alimentação particulado dacomposição desejada ou combinações de material particuladospara ser compostos em uma composição visada;

(b) pulverizar o material de alimentação usandomeio de moagem para reduzir o tamanho de partícula a um ta-manho desejado (por exemplo, os tamanhos de partícula médiosmencionados anteriormente, e em alguns casos, até entre cer-ca de 50 nm e 200 nm) ; e, em alguns casos, manter os baixosníveis de contaminação mencionados anteriormente;

(c) formar os particulados processados em um arti-go moldado, por meios conhecidos na tecnologia, tais comomoldagem por pressão, moldagem por injeção, moldagem porcongelamento, modelamento eletroforético, deposição eletros-tática e outros métodos conhecidos; em que o método de for-mação permite a criação de dispositivos de MEMS únicos emque diferentes partes da estrutura podem ter diferentes ma-teriais de construção; e

(d) fundir o artigo moldado a densidade suficientepara ter propriedades adequadas para o desempenho pretendidodo dispositivo.

Um outro método da invenção envolve produzir par-tículas de cerâmica finas (por exemplo, SiC ou Al2O3) , porexemplo, entre 0,001 microns e 1 micron. O método inclui:

(a) obter partículas grandes da cerâmica em virtu-de de tais partículas grandes serem tipicamente muito maisbaratas de se obter que as partículas finas da cerâmica, es-tas partículas sendo denominadas partículas de alimentação;

(b) pulverizar as partículas de alimentação usandomeio de moagem para reduzir o tamanho de partícula a um ta-manho preferido (por exemplo, os mencionados anteriormente);e, em alguns casos, manter os baixos níveis de contaminaçãomencionados anteriormente (incluindo menos que 600 ppm) .

As partículas cerâmicas podem ser usadas para aprodução de corpos cerâmicos, aplicações, tais como pigmen-tos, compostos de polimento, cargas de polímero, sensores,catalisador, bem como a produção de cerâmicas e componentes.

Um outro método da invenção envolve produzir nano-fluidos tendo partículas suspensas, por exemplo, com umadistribuição de tamanho de D50=30 χ IO"9 metros ou menos. 0método inclui as etapas de:

(a) obter material de alimentação particulado dacomposição desejada;

(b) pulverizar o material de alimentação usandomeio de moagem para reduzir o tamanho de partícula ao produ-to mo ido a um valor desejado (por exemplo, os valores men-cionados anteriormente incluindo menos que 200 nm; menos que50 nm, ou mesmo menos que 10 nm); e, em alguns casos, manteros baixos níveis de contaminação mencionados anteriormente;

(c) concentrar o produto moído em fluido carreadoradequado, tais fluidos carreadores sendo especificados pelaaplicação e incluindo água, óleo e orgânicos, com o grau deconcentração de material particulado no fluido sendo especi-ficado pela aplicação.

Um outro método da invenção envolve produzir par-tículas finas de tungstênio ou molibdênio, por exemplo, comum tamanho de partícula médio entre 1 nm e 400 nm. 0 métodoinclui as etapas de:(a) obter partículas de alimentação grandes (porexemplo, de tungstênio ou molibdênio) em virtude de as par-tículas grandes serem tipicamente muito mais baratas de seobterem que partículas finas;

(d) nitretar o material de alimentação, sabendoque tal nitreto é frágil, por métodos conhecidos de nitreta-ção, tais como aquecimento em amônia dissociada a 500 grausC para um período de tempo proporcional ao tamanho do mate-rial de alimentação, mas suficiente para causar nitretação;

(c) pulverizar as partículas nitretadas de alimen-tação usando meio de moagem para causar a redução de tamanhodas partículas de alimentação a um tamanho de partícula de-sejado (por exemplo, os tamanhos de partícula médios mencio-nados anteriormente); e, em alguns casos, manter os baixosníveis de contaminação mencionados anteriormente, e

(d) se desejado, desnitretar os particulados denitreto de tungstênio ou molibdênio aquecendo a cerca de 600graus C ou mais por métodos atualmente conhecidos na tecno-logia. Tais partículas são usadas para aplicações, tais comopigmentos, compostos de polimento, tintas eletrônicas, com-postos organo-metálicos, cargas de polímero, sensores, cata-lisador, e a produção de metal-cerâmicas, produção de compo-nentes e são também mais econômicos que os obtidos por ou-tros métodos.

Um outro método da invenção envolve produzir compo-nentes de tungstênio ou molibdênio, bem como componentes deliga de tungstênio ou liga de molibdênio, a partir de partí-culas finas de tungstênio ou molibdênio produzidas pelo mé-todo detalhado no parágrafo anterior. 0 método inclui as e-tapas de:

(a) obter produto moido de tungstênio ou molibdênionitretados, por exemplo, de um tamanho menor que 4 00 nm, me-nor que 100 nm, ou menor que 50 nm;

(b) produzir componentes de metal tungstênio oumolibdênio por processamento de metalurgia de pó consolidan-do e formando o nitreto de tungstênio ou molibdênio antes dadesnitretação;

(c) desnitretar o componente de nitreto de tungs-tênio nitreto ou molibdênio durante o aquecimento para sin-terizar temperaturas com a liberação de nitrogênio que con-tribui para a lavagem de gases residuais entre as partícu-las; e

(d) sinterizar o componente formado em temperatu-ras proporcionais ao tamanho de partícula, com estas tempe-raturas sendo substancialmente menores que as tipicamenteusadas em pós de tungstênio e molibdênio convencionais co-mercialmente disponíveis.

Um outro método da invenção envolve produzir par-tículas de cobalto finas ou partículas de nitreto de cobal-to, por exemplo, tendo um tamanho entre cerca de 1 nm e 5 mi-crons. O método inclui:

(a) obter partículas grandes de cobalto ou nitretode cobalto, tais partículas grandes tipicamente sendo atomi-zadas por gás e, portanto muito mais baratas de se obter quepartículas finas de cobalto ou nitreto de cobalto, com taispartículas sendo denominadas partículas de alimentação;(d) nitretar o material de alimentação, se não jánitretado, sabendo-se que tal nitreto é frágil, por métodosconhecidos de nitretação, tais como aquecimento de cobaltoem amônia dissociada a cerca de 600 graus C por um períodode tempo proporcional ao tamanho do material de alimentação,mas suficiente para causar nitretação;

(c) pulverizar as partículas nitretadas de alimen-tação usando meio de moagem para reduzir o tamanho de partí-cula a um tamanho preferido (por exemplo, os tamanhos departícula médios mencionados anteriormente) ; e, em algunscasos, manter os baixos níveis de contaminação mencionadosanteriormente, e

(d) se desejado, desnitretar os particulados denitreto de cobalto aquecendo a cerca de 600 graus C ou maispor métodos conhecidos na tecnologia. Tais partículas sãousadas para a produção de catalisador, corpos de liga con-tendo cobalto, corpos cerâmicos contendo cobalto na composi-ção, tintas eletrônicas, compostos metalo-orgânicos, aplica-ções, tais como pigmentos, compostos de polímento, cargas depolímero, sensores, catalisador, promotores, a produção decomponentes de superliga contendo cobalto, para uso nas in-dústrias de metais duros onde cobalto é um metal aglutinantee também são mais econômicos para produzir que os obtidospor outros métodos.

Um outro método da invenção envolve produzir par-tículas de metal finas (por exemplo, tamanhos de partículamédios entre 1 nm e 20 microns) de nitretos metálicos. O mé-todo inclui as etapas de:(a) obter partículas grandes de metal ou nitretode metais do grupo de metais tendo nitretos que dissociamquando aquecidos de 300 graus C para cerca de 900 graus C; emalguns casos, tais partículas grandes sendo produzidas usan-do atomização a gás e, portanto muito mais baratas de se ob-ter que partículas finas de metais ou nitreto de metais, taispartículas sendo denominadas partículas de alimentação;

(b) nitretar o material de alimentação, se não jánitretado, sabendo-se que tal nitreto é mais frágil que ometal que é dútil, por métodos conhecidos de nitretação,tais como aquecimento de partículas metálicas em amônia dis-sociada a uma temperatura suficiente para causar nitretaçãopor um período de tempo proporcional ao material de alimenta-ção tamanho, mas suficiente para causar nitretação;

(c) pulverizar as partículas nitretadas de alimen-tação usando meio de moagem para reduzir o tamanho de partí-cula a um tamanho preferido (por exemplo, os tamanhos departícula médios mencionados anteriormente); e, em algunscasos, manter os baixos níveis de contaminação mencionadosanteriormente; e

(d) se desejado, desnitretar os particulados denitreto de metais aquecendo a cerca de 600 graus C ou maispor métodos conhecidos na tecnologia. Tais partículas sãousadas para a produção de catalisador, corpos de liga con-tendo metais, corpos cerâmicos contendo metais na composi-ção, tintas eletrônicas, compostos metalo-orgânicos, aplica-ções, tais como pigmentos, compostos de polimento, cargas depolímero, sensores, catalisador, promotores, a produção decomponentes de superliga, a produção de metal componentescombinando vários metais processados por esta reivindicação,para uso nas indústrias de metais duros onde metais são ummetal aglutinante e também são mais econômicos para produzirque os obtidos por outros métodos.

Um outro método da invenção envolve produzir partí-culas de metal finas ou partículas de hidreto metálico de hi-dretos metálicos, tais como titânio e tântalo. Por exemplo,as partículas podem ser muito pequenas com um tamanho de par-tícula médio entre 1 nm e 300 nm.

O método inclui:

(a) obter partículas grandes de hidretos metálicosdo grupo de metais que formam hidretos que dissociam quandoaquecidos, tais partículas grandes tipicamente sendo hidreta-das por pressão e, portanto muito mais baratas de se obterque partículas finas de metais ou hidretos metálicos, comtais partículas sendo denominadas partículas de alimentação;

(b) pulverizar as partículas hidretadas de alimen-tação usando meio de moagem para reduzir o tamanho de partí-cuia ao tamanho preferido (por exemplo, os tamanhos de partí-cula médios mencionados anteriormente); e, em alguns casos,manter os baixos níveis de contaminação mencionados anterior-mente e

(c) se desejado, desidretar os particulados de hi-dreto metálico ultrafino aquecendo a temperatura de desidre-tação por métodos conhecidos na tecnologia. Tais partículassão usadas para a produção de catalisador, corpos de ligacontendo metais, corpos cerâmicos contendo metais na composi-ção, tintas eletrônicas, compostos metalo-orgânicos, aplica-ções, tais como pigmentos, compostos de polimento, cargas depolímero, sensores, catalisador, promotores, a produção decomponentes de superliga, a produção de metal componentescombinando vários metais processados por esta reivindicação,para uso nas indústrias de metais duros onde metais são ummetal aglutinante e também sendo mais econômico que o obtidopor outros meios.

Apesar de o meio de moagem da invenção ter sidodescrito anteriormente em conjunto com aplicações de pulveri-zação, deve-se entender que o meio de moagem também pode serusado em aplicações a não ser de pulverização. Exemplos in-cluem a produção de "corpos duros" para perfuração ou moagem,revestimento a laser e outros processos de revestimento, usocomo materiais de superfície, e outras aplicações. Por exem-plo, meios de moagem são usados sem meios de moagem como umcomponente de ligas para serem aplicados a superfícies paramelhor resistência de roupas. Dois métodos comuns de aplicartais revestimentos protetores são conhecidos como revestimen-to e acabamento superficial. Cada um destes tem muitos méto-dos empregados, cuja escolha depende do objeto e liga a seremtratados. Genericamente, materiais aglutinantes, tais comopolímeros ou metais são usados para segurar o meio de moagemna superfície do objeto em tratamento por revestimento ou a-cabamento superficial. Os materiais aglutinantes são fundi-dos ou lingotados no lugar juntamente com o material de meiode moagem que não é propriamente dito fundido durante a ope-ração de revestimento ou acabamento superficial. Métodos defusão típicos incluem laser, fusão em forno, tubos de solda-gem e fontes de aquecimento de plasma. Quando em uso, o ma-terial aglutinante em si freqüentemente não pode suportar odesgaste imposto na superfície pelo ambiente de operação,tais como na perfuração em poço de petróleo. Este desgastedo aglutinante expõe o meio de moagem à superfície, forne-cendo, portanto uma proteção de superfície resistente aodesgaste. Estas mesmas superfícies são freqüentemente expos-tas a impactos muito altos que o meio de moagem é capaz desuportar.

Deve-se entender que o meio de moagem também podeter outros usos além dos aqui descritos.

Entende-se que os seguintes exemplos são ilustra-tivos de certas modalidades da invenção e não são limitan-tes.

EXEMPLO 1

Este exemplo descreve a produção e caracterizaçãode meios de moagem de multicarbonetos de acordo com uma mo-dalidade da invenção.

Meios de moagem foram formados tomando materialcomposto de Ti, W, e C e preparando partículas esféricas comum diâmetro de cerca de 150 microns. A composição teste nes-te exemplo foi 86,7 % em peso de tungstênio, 4,5 % em peso decarbono, e o equilíbrio de titânio. Aglomerados de particu-lados desta composição teste foram esferoidizados em uma u-nidade de aspersão de pasma RF. A densidade do material foiconfirmada como a mesma do material multicarbonetos que ten-tou-se produzir. A densidade foi cerca de 15,3 gra-mas/centimetro cúbico.

Os meios de moagem de multicarbonetos foram entãosubmetidos a uma série de testes de dureza. Um primeiro tes-te envolveu o isolamento de uma única partícula do meio demoagem entre dois pedaços de prato de tungstênio triturado eaplicação de uma força a um dos pratos. A intenção foi aumen-tar a pressão aplicada até que o meio de moagem fosse frag-mentado em virtude do carregamento extremo no ponto de con-tato entre o prato e o meio de moagem. Inesperadamente, omeio de moagem não fraturou e, assim, passou no teste. Aocontrário, o meio de moagem incorporou no prato de tungstê-nio, demonstrando a dureza do material de teste bem acima dado tungstênio puro.

Em um segundo teste, vários meios de moagem foramposicionados entre dois pratos de tungstênio e o prato supe-rior sofreu uma pancada com um peso de maneira a induzir for-ças-g transitórias altas nos meios de moagem. Nenhum dos mei-os fraturou, com muitos dos meios incorporados no prato detungstênio. Em dois casos do experimento, o prato de tungs-tênio fraturou e quebrou, mas sem nenhum dano aparente aomeio.

Em um outro experimento, os meios de moagem foramcolocados entre dois pratos de vidro triturados. Aplicando apressão, o vidro micro-fragmentou em torno de seu ponto decontato com os meios de moagem, mas nenhum dano aos meios demoagem foi observado.

Os meios de moagem de multicarbonetos foram subme-tidos ao teste de resistência mecânica colocando em um moi-nho vibratório com carboneto de cálcio e agi-tados por um pe-ríodo de tempo suficiente que tipicamente causaria degrada-ção significativa aos meios de moagem usando meios de moagemconvencionais. Nenhuma evidência de contaminação por degra-dação dos meios de moagem foi observada a partir de tal usodos meios resultantes, e carboneto de cálcio muito fino, re-gular e puro foi obtido.

Os meios de moagem de multicarbonetos também foramsubmetidos ao teste usando em processos industriais padrões.Os meios foram usados em um meio de moagem de alto volume eoperados em condições de produção industrial nominais usadaspara triturar titânia. Titânia é particularmente sensível àdescoloração a partir de contaminação e foi escolhida paraser um indicador sensível para ver se os meios foram capazesde conferir desgaste sem ele próprio se desgastar significa-tivamente. Bilhões de partículas de titânia foram processa-das a um tamanho de partícula final de aproximadamente 7 χ10-8 metros sem evidência perceptível de degradação dos mei-os de moagem.

EXEMPLO 2

Este exemplo ilustra a produção de uma composiçãode titânia de partícula pequena usando as composições demeios de moagem da invenção.

Uma lama de 675 g de titânia (rutila) (produzidapor Millennium Chemicals, www.milleniumchem.com, comoRL11AP) em 1.275 mL de água deionizada (35 % de sólidos empeso) foi introduzida em um espaço de processamento de ummoinho de bola horizontal de 600 mL (produzido por Netzchm,http://www.netzschusa.com, como Netzsch Zeta Grinding Sys-tem). A titânia tinha um tamanho de partícula médio de 600 nm.

Meios de moagem da invenção compreendendo (W:Ti)C,com 95 % em peso de W, também foram confinados no espaço deprocessamento de maneira tal que 84 % do volume do espaço deprocessamento fosse ocupado pelos meios de moagem. Hidróxidode potássio foi adicionado à lama para manter um pH de cercade 10 (KOH).

Condições de pulverização incluíram uma potênciade 1,8-2,8 kW (velocidade do agitador: 1.650-1.850, RPM dabomba: 220). O moinho foi operado por uma energia de pulve-rização específica total de 182.238 kJ/kg. Durante a pulve-rização, o tamanho de partícula foi determinado usando umanalisador de tamanho de partícula acústico modelo DT-1200produzido por Dispersion Technology Inc. (Bedford Hills, NY;www.dispersion.com). Quando as partículas foram reduzidas aum tamanho de partícula médio de cerca de 82 nm, um agentetensoativo foi adicionado à lama.

As partículas tinham uma morfologia equiaxial. Pa-ra a unidade DT-1200, o tamanho de partícula médio (D50) daspartículas pulverizadas foi 15 nm; DlO foi 3 nm; e D90 foi72 nm. Partículas pulverizadas de titânia foram automatica-mente separadas do meio de moagem usando a seleção dinâmicafornecida no Zeta Mill. As partículas pulverizadas resultan-tes foram examinadas usando um microscópio de varredura ele-trônica. A figura 2 é uma cópia de uma micrografia SEM de umaporção representativa da composição de partículas pulveriza-das. A micrografia mostra tamanhos de partícula de titâniaconsistentes com as medidas pela unidade DT-1200. Na foto,os pontos pretos são partículas de titânia e os pontos maisclaros são do substrato de grafite usado para segurar a a-mostra durante a microscopia.

Este exemplo estabelece que composições de meios demoagens da invenção podem ser usadas para produzir composi-ções de partículas muito pequenas.

Tendo sido assim descritos vários aspectos e moda-lidades desta invenção, percebe-se que várias alterações, mo-dificações e melhorias ocorrerão prontamente aos versados natecnologia. Tais alterações, modificações e melhorias devemser parte desta descrição, e devem estar no espírito e esco-po da invenção. Desta maneira, a descrição e desenhos que seseguem são somente a título de exemplo.

Claims

1. Meio de moagem, CARACTERIZADO pelo fato de quecompreende:partículas de meio de moagem formadas de um materialcerâmico, o material cerâmico tendo um espaçamento interlamelarde menos que 1.250 nm.

2. Meio de moagem, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o espaçamento interlamelar émenos que 100 nm.

3. Meio de moagem, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o espaçamento interlamelar éde menos que 10 nm.

4. Meio de moagem, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas de meio de moa-gem têm um tamanho médio de menos que cerca de 150 mícron.

5. Meio de moagem, CARACTERIZADO pelo fato de quecompreende:partículas de meio de moagem que compreendem um ma-terial de núcleo e um revestimento formado no material do nú-cleo, o revestimento incluindo uma pluralidade de camadas,pelo menos uma das camadas tendo uma espessura de menos que-100 nanômetros.

6. Meio de moagem, de acordo com a reivindicação-5, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma das cama-das tem uma espessura de menos que 10 nanômetros.

7. Meio de moagem, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que múltiplas camadas têm uma es-pessura de menos que 10 nanômetros.

8. Meio de moagem, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o revestimento inclui pelomenos 10 camadas.

9. Meio de moagem, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que uma primeira camada compreendezircônio e uma segunda camada, formada na primeira camada,compreende alumínio.

10. Meio de moagem, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas têm um ta-manho médio de menos que 150 mícron.

11. Meio de moagem, de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADO pelo fato de que o material do núcleo tem umadensidade maior que 5 gramas/centímetro cúbico.