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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Tiegels aus Quarzglas mit in einem Polygon angeordneten und mit einem ebenen Boden verbundenen Seitenwänden, die erzeugt werden, indem aus SiO2-Körnung in einer um eine Längsachse rotierenden Schmelzform eine ringförmige Körnungsschicht um ein Formwerkzeug gebildet und diese nach Entnahme des Formwerkzeugs mittels einer Heizquelle bereichsweise erschmolzen wird.
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Bei der Herstellung von Blöcken aus polykristallinem Solarsilizium werden Schmelztiegel aus Quarzglas mit Rechteckform eingesetzt, die hier als Solartiegel bezeichnet werden.
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Stand der Technik
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Solartiegel werden im Allgemeinen über ein keramisches Schlickergießverfahren aus amorpher SiO2-Körnung hergestellt. Dabei werden SiO2-Partikel in Wasser dispergiert, in eine Form mit saugenden Wandungen gegossen, oder an einer porösen Kunststoffmembran abgeschieden, und der so erhaltene SiO2-Grünkörper wird getrocknet und zu dem Solartiegel gesintert.
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Das Sintern der SiO2-Körnung erfolgt typischerweise bei einer Temperatur unterhalb der Cristobalit-Umwandlungstemperatur, was den Einsatz einer kristallinen, preiswerten Quarzsandkörnung verhindert. Geeignete amorphe Körnungen müssen aufwendig durch Erschmelzen kristalliner Rohstoffe und anschließendem Zerkleinern erzeugt werden. Es wird eine poröse, offenporige Wandung erhalten wird. Um zu vermeiden, dass sich das kristallisierte Silizium mit der Tiegelinnenwandung verbindet, was die Entnahme des Sililziumblocks erschweren und zu Rissen führen kann, es ist üblich, die Tiegel-Innenwandung mit einer als Trennschicht wirkenden Si3N4-Schicht zu versehen.
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Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Solarsiliziums zu erzielen, ist ein Eintrag von metallischen Verunreinigungen aus dem Tiegelmaterial während des Kristallisationsprozesses möglichst zu vermeiden. Daher wird sowohl der Solartiegel als auch die Si3N4-Schicht aus möglichst reinen Ausgangssubstanzen hergestellt.
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In der
DE 101 14 484 A1 wird ein Schlickergießverfahren zur Herstellung eines Solartiegels aus einem Kompositwerkstoff vorgeschlagen, der ausschließlich aus synthetischen amorphen Ausgangssubstanzen erzeugt wird, und der nur geschlossene Poren ohne kristalline Anteile aufweist.
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Die synthetischen Ausgangssubstanzen zur Herstellung des Kompositwerkstoffs sind jedoch besonders teuer.
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Weitere Probleme beim Schlickergießverfahren ergeben sich insbesondere durch die Schwindung des Grünkörpers beim Trocknen und beim Sintern. Es können Schwindungsrisse entstehen und die Maßhaltigkeit der Bauteile ist häufig gering. Die Trockenschwindung erschwert auch die Herstellung von Solartiegeln durch sogenannten Kernguss, bei dem der Schlicker um einen Rechteckkern gegossen wird, der nach dem Trocknen entfernt wird. Durch die Schwindung beim Trocknen schrumpft der Grünkörper auf den Kern auf und reißt dabei, oder der Kern kann nicht ohne Beschädigung des Grünkörpers von diesem gezogen werden. Nach diesem Verfahren hergestellte Solartiegel sind daher konisch ausgebildet, damit die Entformbarkeit gewährleistet ist. Dadurch entsteht beim Anwender jedoch ein erheblicher Abfall an Polysilizium, da die Schmelzblöcke begradigt werden müssen.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung rechteckiger Quarzglastiegel ist aus der
JP 58-08829 A bekannt. Darin wird vorgeschlagen, in eine Schmelzform einen rechteckigen Gießkern einzusetzen, der einen Boden und vier im Quadrat angeordnete Seitenwände aufweist. Die Teile des Gießkerns sind mit Schiebeelementen verbunden, die auf einer Mittelachse biegbar gelagert sind. Durch Verschieben der Verschiebeelemente kann der Gießkern eingeklappt werden, ähnlich einem Regenschirm. Die zentrale Achse ist mit dem Boden der Schmelzform verbunden. Im ausgeklappten Zustand verbleibt zwischen der Schmelzform-Innenwandung, den Seitenwänden und dem Boden des Gießkerns ein Spalt, der mit Quarzglaspulver gefüllt wird. Die Form wird daraufhin mit Samt des Gießkerns rotiert, so dass das Quarzglaspulver infolge der Fliehkraft an die Wandung der Schmelzform gepresst wird. Bei genügend hoher Fliehkraft zur Stabilisierung der Pulverschichten wird der Gießkern zusammengeklappt und die mittels Fliehkraft stabilisierte Quarzglaspulverschicht durch Einführen eines Lichtbogens oder einer Gasflamme gesintert. Auf diese Weise wird ein rechteckiger Quarzglastiegel mit gleichmäßiger Wandstärke erhalten.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass die zur Stabilisierung der Quarzglaspulverschicht erforderliche Fliehkraft so groß ist, dass sich die den Boden bildende Körnungsschicht verformt, so dass sie im zentralen Bereich wesentlich dünner ist als im Außenbereich.
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Technische Aufgabenstellung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung preiswerter Tiegel aus Quarzglas mit polygonaler Grundfläche, insbesondere die Herstellung preiswerter Solartiegel, mit hoher Maßhaltigkeit ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Boden erzeugt wird, indem aus SiO2-Körnung eine Körnungsschicht gebildet, diese thermisch oder mechanisch zu einer Bodenplatte verfestigt, und die verfestigte Bodenplatte in der Schmelzform mit den Seitenwänden versehen wird.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass zunächst eine Bodenplatte erzeugt wird, und in einem separaten Verfahrensschritt mit der Wandung verbunden wird. Dadurch können die Verfahrensparameter bei der Herstellung der Bodenplatte und bei der Herstellung der Seitenwände individuell optimiert werden. Insbesondere ist es beispielsweise nicht erforderlich, bei der Herstellung der Bodenplatte eine Form-Rotation zu gewährleisten, wie sie ansonsten zur Herstellung der Seitenwände zur Fixierung einer vertikalen Körnungsschicht erforderlich oder hilfreich ist.
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Die Herstellung des Bodens umfasst die Ausbildung einer Körnungsschicht aus SiO2-Körnung mit gleichmäßiger oder ungleichmäßiger Dicke. Diese wird zu der ebenen Bodenplatte verfestigt, wobei die Verfestigung durch Aufbringen von Druck auf die Körnungsschicht und/oder durch Erhitzen der Körnungsschicht erfolgt. Beim Erhitzen wird die Körnungsschicht entweder vollständig zu transparentem oder opakem Quarzglas erschmolzen, oder sie wird lediglich zu einem porösen Formteil gesintert, etwa durch kurzzeitiges Erhitzen der Körnungsschicht oder durch Erhitzen bei niedriger Temperatur, beispielsweise bei weniger als 1000°C. Wesentlich dabei ist, dass die Bodenplatte eine mechanische Stabilität aufweist, die verhindert, dass sich ihre geometrische Form beim nachfolgenden Verbinden mit den Seitenwänden nennenswert verändert.
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Die Herstellung der Bodenplatte erfolgt in der Schmelzform, in der auch die Seitenwände erzeugt werden oder in einer anderen Form. Das Verbinden von Bodenplatte und Seitenwänden findet in der Schmelzform statt. Dabei werden in der Schmelzform SiO2-Körnungsschichten auf der Bodenplatte oder an der Bodenplatte aufgeschüttet, wobei die Körnungsschichten beim Erschmelzen der Körnung mit der Bodenplatte verbunden werden, oder die Bodenplatte wird mit vorverfestigten Seitenwänden verbunden. Gleichzeitig wird dabei eine nur vorverdichtete Bodenplatte zu opakem oder transparentem Quarzglas erschmolzen.
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Ein Vorteil liegt darin, dass die Seitenwände des so hergestellten Tiegels keine konische Ausbildung zur Entnahme aus der Form benötigen, so dass der ansonsten übliche Materialabfall durch Abschleifen der konischen Siliziumblöcke entfällt.
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Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die Herstellung der Bodenplatte in der Schmelzform erfolgt, wobei die Boden-Körnungsschicht in einem Bodenbereich der Schmelzform erzeugt und unter Einsatz einer Heizquelle zu der Bodenplatte thermisch verfestigt wird.
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Dabei wird zunächst eine SiO2-Körnungsschicht am Boden der Schmelzform erzeugt und diese anschließend unter Einsatz eines Lichtbogens, eines Lasers oder einer Brennerflamme thermisch entweder vollständig oder mindestens soweit verfestigt, dass eine nennenswerte Veränderung der Geometrie der verfestigten Bodenplatte bei einem nachfolgenden Verfahrensschritt ausbleibt, und zwar auch dann, wenn die Herstellung der Seitenwände bei schneller Rotation der Schmelzform erfolgt. Hierfür ist ein vorheriges thermisches Verfestigen oder Verdichten der Boden-Körnungsschicht vorteilhaft, das unter Einsatz einer Heizquelle ohne Rotation oder bei langsamer Rotation der Schmelzform erfolgt. Gegebenenfalls ist die Rotation so langsam, dass ein merklicher Massentransport der SiO2-Körnung nach außen unter Wirkung der Fliehkraft ausbleibt.
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Anschließend wird die Körnungsschicht zur Herstellung der Seitenwände in die Schmelzform eingefüllt und diese unter Rotation der Schmelzform und unter Wirkung der Fliehkraft an der Wandung der Schmelzform soweit mechanisch verfestigt, dass das Formwerkzeug ohne oder mit weiterer Rotation der Schmelzform entnommen werden kann, ohne dass die Körnungsschicht in sich zusammenfällt. Anschließend wird die Körnungsschicht unter Bildung der Seitenwände mittels der Heizquelle aufgeschmolzen und dabei gleichzeitig mit der vorverfestigten Bodenplatte verbunden.
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In einer alternativen und gleichermaßen bevorzugten Verfahrensweise ist vorgesehen, dass die Herstellung der Bodenplatte in einer von der Schmelzform räumlich getrennten Bodenplatten-Formvorrichtung erfolgt, wobei die Boden-Körnungsschicht in der Bodenplatten-Formvorrichtung erzeugt und anschließend mechanisch oder thermisch zu der Bodenplatte verfestigt wird.
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Dabei wird in der Bodenplatten-Formvorrichtung eine SiO2-Körnungsschicht erzeugt und diese anschließend mittels eines Lichtbogens, einer Brennerflamme oder mittels Laser zu der Bodenplatte verfestigt. Die verfestigte und verdichtete Bodenplatte wird anschließend zwecks Verbindung mit den Seitenwänden in die Schmelzform eingebracht. Für diesen Zweck genügt eine Verfestigung oder Verdichtung der Bodenplatte, die gewährleistet, dass eine nachfolgende schnelle Rotation der Schmelzform bei der Herstellung der Seitenwände keine nennenswerte räumliche Verformung der Bodenplatte mehr bewirken kann. Die vollständige Verdichtung der Bodenplatte erfolgt in der Bodenplatten-Formvorrichtung oder in der Schmelzform.
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Ein besonderer Vorteil dieser Verfahrensweise liegt darin, dass das Verfestigen der Boden-Körnungsschicht in einer für diesen Zweck besonders optimierten und angepassten Bodenplatten-Formvorrichtung erfolgen kann. Insbesondere weist die Bodenplatten-Formvorrichtung eine möglichst geringe freie Oberfläche auf, die durch eine oxidierende Atmosphäre beim Verfestigen der Boden-Körnungsschicht angegriffen wird.
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Als SiO2-Körnung wird amorphe oder kristalline Körnung eingesetzt, die in loser Form oder auch als so genannte Stampfmasse vorliegen kann. Vorzugsweise wird eine SiO2-Körnung eingesetzt, die kristalline Quarzrohstoffe enthält, wobei das Schmelzen der Körnung bei einer Temperatur von mindestens 1900°C erfolgt.
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Dabei wird SiO2-Körnung aus kristallinem, natürlich vorkommendem Quarz oder aus synthetisch erzeugtem Quarzkristall eingesetzt. Infolge der hohen Schmelztemperaturen kommt es zu einem Aufschmelzen der Kristalle und zu einer Phasenumwandlung in die amorphe Form (Quarzglas). Eine Cristobalitbildung wird zuverlässig verhindert.
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Vorzugsweise enthält die SiO2-Körnung natürlich vorkommendem Quarzsand. Derartiger Quarzsand ist preiswert, weist aber eine vergleichsweise geringe Reinheit auf. Infolge der hohen Temperatur beim Erschmelzen der Körnung kommt es jedoch zu einer gewissen Aufreinigung durch Abdampfen von Verunreinigungen, wie beispielsweise von Alkalimetallen, und zwar insbesondere aus dem Bereich der Innenwandung des Tiegels, wo diese beim bestimmungsgemäßen Einsatz besonders nachteilig wären. Daher sind die Anforderungen an die Reinheit der SiO2-Körnung geringer als bei lediglich gesinterten Tiegeln, was zu einer weiteren Kostensenkung beim Herstellungsprozess führt.
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Durch den Schmelzprozess wird eine Tiegel-Innenwandung erhalten, die eine glatte, feuerglasierte Oberfläche aufweist. Daher kann auf eine aufwändige Beschichtung der Innenoberfläche mit Si3N4, wie sie bei lediglich gesinterten Solartiegeln erforderlich ist, verzichtet werde. Auch dies trägt zu einer Kostensenkung bei.
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Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die SiO2 Körnung splittrige Körnungen umfasst.
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Splittrige Körner tragen zu einer gewissen Verzahnung innerhalb der Körnungsschicht bei und stabilisieren diese frühzeitig. Außerdem erzeugen sie eine relativ geringe Schwindung beim Erschmelzen.
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Im Fall, dass bei der Herstellung der Bodenplatte die Verdichtung der Boden-Körnungsschicht unter Einsatz eines Lichtbogens erfolgt, hat es sich bewährt, wenn eine Boden-Körnungsschicht erzeugt wird, die mittig eine Dicke aufweist, die größer ist als am Rand.
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Beim Erschmelzen der Boden-Körnungsschicht mittels mittig angesetztem Lichtbogen kommt es infolge der hohen Abstrahlungsleistung zum Verdampfen des Körnungsmaterials im Bereich der Bodenmitte; insbesondere im Fall von SiO2-Körnung. Außerdem kann der Lichtbogendruck ein Verblasen der Körnung verursachen. Da der Lichtbogen im Wesentlichen mittig zur Bodenplatte angesetzt wird, kommt es zu einem Massenverlust in der Bodenmitte und einem Massentransport von der Mitte zum Rand, der durch die genannte Maßnahme mindestens teilweise kompensiert wird. Auf diese Weise wird eine Bodenplatte erhalten, die in der Mitte im Wesentlichen dieselbe Dicke aufweist wie am Rand.
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Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn mindestens beim Erzeugen der Seitenwände eine Vakuum-Schmelzform mit porösen Wandungen eingesetzt wird.
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Dadurch kann während des Schmelzprozesses ein Vakuum an die SiO2-Körnungsschicht angelegt werden, was eine Verkürzung der Schmelzdauer bewirkt und zu einer weiteren Kostensenkung des Herstellungsprozesses und zu einer höheren Reproduzierbarkeit der Tiegel beiträgt. Dazu trägt auch ein Vakuum beim Erschmelzen der Boden-Körnungsschicht im Rahmen der Herstellung der Bodenplatte bei.
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In dem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die Vakuum-Schmelzform im Bereich von Kanten eine höhere Gasdurchlässigkeit aufweist als im Bereich von Flächen.
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Die SiO2-Körnungsschicht erfährt in Kanten und Ecken der Schmelzform beim Schmelzen eine geringere Temperatur. Die höhere Gasdurchlässigkeit der Schmelzform in derartigen lichtbogenfernen Bereichen ermöglicht das Anlegen eines stärkeren Vakuums (eines höherer Unterdrucks) und trägt so zu einem leichteren Einschmelzen der Körnung bei.
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Ausführungsbeispiel
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigt in schematischer Darstellung
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1 die Herstellung einer Bodenplatte in einer Vakuum-Schmelzform als ersten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Solartiegels gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 die Herstellung einer Bodenplatte in einer Schmelzform als ersten Verfahrensschritt zur Herstellung eines Solartiegels gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 die Bodenplatte nach Entnahme aus der Schmelzform gemäß 2,
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4 die Herstellung von Seitenwand-Körnungsschichten in der Vakuum-Schmelzform auf der Bodenplatte gemäß 1 oder 3,
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5 das Erschmelzen der Seitenwand-Körnungsschichten zur Herstellung der Seitenwände und deren Schmelzverbindung mit der Bodenplatte gemäß 4.
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Herstellen einer Bodenplatte
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Beispiel 1
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Die Vakuum-Schmelzvorrichtung gemäß 1 umfasst eine Schmelzform 1 mit rechteckigem Querschnitt, die um eine Rotationsachse 2 rotierbar ist. Die Wandungen 10 und der Boden 9 der Schmelzform 1 bestehen aus porösem Grafit, wie von den Öffnungen 16 angedeutet. Der Innenraum der Schmelzform 1 ist somit evakuierbar und die Schmelzform 1 an eine (in der Figur nicht dargestellte) Vakuumeinrichtung angeschlossen. Die porösen Boden- und Seitenwandungen (der Grafit-Schmelzform 1 zeigen in den Bereichen der Kanten und Ecken eine höhere Gasdurchlässigkeit als in den zentralen Flächenbereichen. Die Kantenlänge des quadratischen Bodens 9 der Schmelzform 1 beträgt 30 cm im Innenraum und die im Quadrat zueinander angeordneten Seitenwände 10 haben eine Höhe von 50 cm.
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In den Innenraum der Schmelzform 1 ragen Elektroden 5, 6 aus Grafit, die in allen Raumrichtungen verfahrbar sind und zwischen denen ein Lichtbogen 12 gezündet werden kann. Die offene Oberseite der Schmelzform 1 wird von einem Hitzeschild 7 in Form einer wassergekühlten Metallplatte abgedeckt, die oberhalb der Schmelzform 1 horizontal verfahrbar ist, und die eine Durchgangsbohrung aufweist, durch die hindurch die Elektroden 5, 6 in die Schmelzform 1 hineinragen. Der Hitzeschild 7 ist mit einem verschließbaren Gaseinlass 8 für ein Schutzgas (Stickstoff) versehen. Zwischen der Schmelzform 1 und dem Hitzeschild 7 verbleibt ein Entlüftungsspalt.
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Im Folgenden wird die Herstellung einer Bodenplatte für einen Solartiegel aus Quarzglas gemäß der Erfindung unter Einsatz der in 1 gezeigten Schmelzform 1 näher erläutert.
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In einem ersten Verfahrensschritt wird kristalline Körnung aus natürlich vorkommendem mittels Heißchlorierung gereinigtem Quarzsand, mit einer Korngröße im Bereich von 90 μm bis 315 μm in die langsam rotierende Schmelzform 1 eingefüllt. Dabei handelt es sich um splittrige Körnung, die durch Zermahlen erhalten worden sind und die sich durch eine hohe Schüttdichte auszeichnet.
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Die am Boden 9 der Schmelzform 1 aufgeschüttete Boden-Körnungsschicht 11 hat eine mittlere Dicke von etwa 5 cm und fällt von der Mitte zum Rand hin etwas ab.
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Die Elektroden 5, 6 werden nach unten in Richtung auf die Körnungsschicht 11 abgesenkt und zwischen ihnen der Lichtbogen 12 in einer Schutzgasatmosphäre aus Stickstoff gezündet und die Schmelzform 1 mit einer geringen Geschwindigkeit von 5 U/min um ihre Längsachse 2 rotiert. Die Boden-Körnungsschicht 11 wird auf eine Temperatur von mehr als 1900°C erhitzt und soweit aufgeschmolzen, dass die Quarzkörner im Bereich der Oberfläche derart fixiert sind, dass sie sich bei erhöhter Rotationsgeschwindigkeit im nachfolgenden Verfahrensschritt nicht mehr nach außen bewegen können.
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Die Stickstoff-Atmosphäre verhindert eine Oxidation der nicht von Quarzsand abgedeckten und daher vollkommen ungeschützten Seitenwände 10 der Schmelzform 1. Die mittig höhere Schichtdicke der Körnungsschicht 11 dient dazu, den Massentransport an Körnung nach Außen infolge des Lichtbogendrucks auszugleichen.
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Auf diese Weise wird eine ebene, in etwa gleichmäßig dicke Bodenplatte 17 (siehe 2) mit einer Dicke von etwa 1 cm erhalten, die aus einer teilverglasten und zusammenhängenden Oberflächenschicht besteht, an deren Unterseite noch weitgehend loser Quarzsand oder teilverglaste Körnung anhaftet. Ein Teil der ursprünglichen Körnungsschicht 11 verbleibt am Boden der Schmelzform 1.
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Beispiel 2
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Bei der in den 2 und 3 dargestellten Verfahrensweise zur Herstellung der Bodenplatte des Solartiegels wird eine separate Bodenplatten-Formvorrichtung 21 eingesetzt.
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Eine Körnungsschicht aus Quarzsand, wie anhand Beispiel 1 beschrieben, wird in die Aufnahme einer Formvorrichtung 21 aus Grafit eingebracht, die dieselbe Kantenlänge wie der Boden 9 der Schmelzform von 1 aufweist. Im Unterschied dazu, sind die Seitenwände der Formvorrichtung 21 jedoch so niedrig, dass sie von der Körnungsschicht 22 fast vollständig abgedeckt sind. Die Quarzsandkörnungsschicht 22 hat eine Dicke von 5 cm und wird unter langsamer Rotation (5 U/min) der Formvorrichtung 21 um ihre Rotationsachse 23 unter Einsatz eines CO2-Lasers 24 oberflächlich verglast.
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Die oberflächlich verglaste, quadratische Bodenplatte 27 wird aus der Formvorrichtung 21 entnommen und ist in der 3 schematisch dargestellt. Sie hat eine Dicke von 8 mm und eine Kantenlänge von 30 cm. Sie besteht aus einer teilverglasten und zusammenhängenden Oberflächenschicht 28, an deren Unterseite noch weitgehend loser Quarzsand oder teilverglaste Körnung 29 anhaftet. Ein Teil der ursprünglichen Quarzsandkörnungsschicht 22 verbleibt am Boden der Schmelzform 1.
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Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass die Seitenwände der Schmelzform 21 wenig freie Oberfläche zeigen, die beim Erhitzen zur Herstellung der Bodenplatte 27 korrodiert werden können.
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Die Bodenplatte 27 wird abschließend in die Schmelzform 1 eingebracht und mit Seitenwänden versehen, wie dies im Folgenden näher erläutert wird.
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Herstellen der Seitenwände und Verbindung mit der Bodenplatte
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Ein mittig aufgehängtes, rotierbares quadratisches Formwerkzeug 13 wird zentrisch in die Schmelzform 1 eingebracht und auf die Bodenplatte 17; 27 aufgesetzt. Zwischen der Schmelzform 1 und dem Formwerkzeug 13 verbleibt ein Ringspalt mit Rechteckform. Wie in 4 dargestellt, wird in den Spalt 14 dieselbe Quarzsand-Körnung eingefüllt, die auch für die Herstellung der Bodenplatte 17; 27 eingesetzt worden ist.
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Die auf der Bodenplatte 17; 27 aufgeschütteten, vertikalen Körnungsschichten 15 füllen den Ringspalt fast vollständig aus und schützen so die Innenwandung des Schmelztiegels 1 beim nachfolgenden Schmelzvorgang.
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Nach dem Befüllen des Spaltes wird die Schmelzform 1 mitsamt dem Formwerkzeug 13 in Rotation versetzt und das Formwerkzeug 13 nach oben herausgezogen. Die Rotationsgeschwindigkeit beträgt dabei 90 U/min und ist so gewählt, dass die vertikalen Körnungsschichten 15 aufgrund der Zentrifugalkraft stehen bleiben.
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5 zeigt schematisch, dass nach Entfernen des Formwerkzeugs 13 die Elektroden 5, 6 erneut in den Innenraum der Schmelzform 1 eingeführt werden. Zwischen ihnen wird der Lichtbogen 12 gezündet und die Körnungsschichten 15 für die Seitenwände werden von der Tiegelinnenseite ausgehend auf eine hohe Temperatur von mehr als 2000°C erhitzt und zu Quarzglas aufgeschmolzen. Gleichzeitig wird an der Außenseite der Schmelzform ein Vakuum angelegt, der ein blasenfreies oder blasenarmes Verglasen der Seitenwände ermöglicht und der zu einer wesentlichen Verkürzung der Prozessdauer beiträgt. Dabei kommt es gleichzeitig zu einer Schmelzverbindung von Seitenwänden und Bodenplatte 17; 27.
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Die hohe Temperatur des Lichtbogens 12 bewirkt ein Abdampfen von Alkalien, so dass es zu einer gewissen Aufreinigung der Seitenwände im oberflächennahen Bereich kommt.
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Es wird ein Solartiegel mit quadratischem Boden 18 und senkrechten, im Quadrat angeordneten Seitenwänden 19 erhalten. Die Kantenlänge des Bodens (Innenraum) beträgt 30 cm, die Höhe der Seitenwände 45 cm, die endgültige Dicke des Bodens 15 mm und die mittlere Wandstärke der Seitenwände beträgt 12 mm.
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Der Solartiegel zeichnet sich durch eine im Lichtbogen geschmolzene Tiegelinnenwandung mit glatter, versiegelter, feuerglasierter Oberfläche aus, so dass eine aufwändige Si3N4-Beschichtung wie bei konventionellen Solartiegeln entfallen kann. Infolge der erwähnten Abdampfung von Verunreinigungen zeigt die Tiegelinnenwandung trotz des Einsatzes von natürlicher Quarzsandkörnung eine relativ hohe Reinheit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10114484 A1 [0006]
- JP 58-08829 A [0009]
