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Vorrichtung zum Herstellen von Kristallen durch Schmelzen von pulverförmigem
Material Vorrichtungen zum Herstellen von Kristallen durch Schmelzen von pulverförmigem
Material in einer Flamme hoher Temperatur und Niederschlagen des geschmolzenen Materials
auf einem Träger, welcher mit solcher Geschwindigkeit von der Flamme wegbewegt werden
kann, daß der Abstand zu dem zuletzt auf die Auffangfläche gefällten Material konstant
bleibt, die aus zwei konzentrischen Rohren bestehen, von denen das Außenrohr mit
der Zuführung eines brennbaren Gases und das Innenrohr mit der Zuführung von Sauerstoff,
sowie mit einer Pulverdosiervorrichtung in Verbindung steht, sind bekannt.
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Um aus hochschmelzendem, gepulvertem Material durch Schmelzen und
Fällen dieser geschmolzenen Teilchen auf eine Auffangfläche einen birnen- oder stabförmigen
Körper zu erhalten, der aus einem Einkristall oder einem polykristallinen Kristall,
in welchem die Kristallite eine bestimmte Orientierung besitzen, besteht, ist es
sehr vorteilhaft, wenn die Wachstumsgeschwindigkeit des zu bildenden Körpers mit
größter Genauigkeit konstant gehalten wird. Da die Wachstumsgeschwindigkeit namentlich
von der Menge des der Flamme zugeführten Pulvers abhängig ist, kann sie beeinflußt
werden, wenn die Zuführung des Pulvers genau dosiert wird. Dies wird erfindungsgemäß
dadurch ermöglicht, daß die Pulverdosiervorrichtung aus einem Hohlkörper besteht,
dessen Inneres durch eine waagerechte poröse Pulvertragplatte in einen unteren Raum,
der mit einer Sauerstoffleitung in Verbindung steht, und einen oberen Raum, der
sowohl mit dem Innenrohr der Pulverzuführung und ebenfalls mit einer Sauerstoffleitung
in Verbindung steht, unterteilt ist.
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Mit dieser Vorrichtung kann man z. B. synthetischen Korund und Spinell
herstellen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung
reicht das untere Ende des inneren Rohres durch die Wand des Hohlkörpers hindurch
bis in den oberen Raum dieses Körpers, während in dieses Rohr ein dünneres Rohr
ragt, dessen unteres Ende mit der Sauerstoffleitung in Verbindung steht.
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Es kann auch ein Rührer oberhalb der Platte angeordnet sein.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Wiedergabe einer Ausführungsforin gemäß der Erfindung,
bei welcher die zu erzeugende Flamme aufwärts gerichtet ist, F i g. 2 eine
schematische Wiedergabe eines Teils einer solchen Vorrichtung, wie in F i
g. 1
wiedergegeben, jedoch in etwas anderer Ausführung, F i g. 3 eine
schematische Wiedergabe einer ähnlichen Vorrichtung, wie in F i g. 1 wiedergegeben,
wobei jedoch die Flamme abwärts gerichtet ist, F i g. 4 eine schematische
Wiedergabe eines Teiles der Vorrichtung, wie sie in F i g. 1 wiedergegeben
ist, jedoch versehen mit einem Rührer.
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Der in F i g. 1 wiedergegebene Brenner besteht aus einem Innenrohr
1 und einem Außenrohr 2, welche konzentrisch zueinander aufgestellt sind.
An das Außenrohr 2 schließt sich eine Leitung 3 an, durch welche brennbares
Gas aus einer nicht eingezeichneten Vorrichtung zugeführt wird. In dieser Leitung
3
befindet sich ein Hahn 4. Eine Leitung 5, welche an eine nicht eingezeichnete
Sauerstoffzufuhrvorrichtung angeschlossen ist und mit einem Hahn 7 versehen
ist, teilt sich in eine Leitung 40 und in eine Leitung 9.
Diese Leitung 40
führt über einen Hahn 8 in eine Kammer 6, welche mit dem Innenrohr
1 in direkter Verbindung steht. Die Leitung 9 führt über einen Hahn
10 zu der näher zu beschreibenden Pulverdosiervorrichtung. Die Hähne
8 und 10 können durch einen gemeinsamen Betätigungsmechanismus
28 bewegt werden, und zwar so, daß, wenn der eine Hahn weiter geöffnet wird,
der andere sich weiter schließt, und umgekehrt. Die Hähne 8 und
10 verteilen zusammen
somit immer den von dem Hahn 7 durchgelassenen
Sauerstoffstrom.
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Die Pulverdosiervorrichtung stellt ein Gefäß 11
dar. Dieses
Gefäß 11 ist an der Oberseite offen und
durch eine Manschette 12
mit der Kammer 6 verbunden. Der Raum in dem Gefäß 11 ist in einen
oberen Raum 13 und einen unteren Raum 14 durch ein Pulvertragplatte
15 unterteilt. Diese Tragplatte 15 ist porös und kann z. B. aus gesintertem
Glas bestehen. Das Seitenrohr9 steht mit dem unteren Raum 14 in Verbindung. Der
obere Raum 13
ist über ein Zufuhrrohr 16 mit Ventil 17 mit einem
nicht eingezeichneten Pulverbehälter verbunden. Die von dem Brenner erzeugte
Flamme
ist bei 18 schematisch wiedergegeben. Diese Flamme reißt Teilchen
mit sich, welche sich auf einer Auffangfläche bei 19 ablagem können. Diese
Auffangfläche 19
ist an einer Bewegungsvorrichtung befestigt, welche schematisch
angegeben ist und aus einer Zahnstange 20 besteht, welche durch ein drehbares Zahnrad
21 in Vertikalrichtung auf- und abbewegt werden kann. Das auf die Auffangfläche
19 gefällte und auf ihr allmählich anwachsende Material ist bei 22 wiedergegeben.
Seitlich der Stelle, an der das geschmolzene Material sich ablagert, ist ein optisches
System aufgestellt, das bei 23 schematisch angegeben ist. Dieses optische
System 23 ist derart eingerichtet und gerichtet, daß es das Licht auffängt,
das von dem eben gefällten geschmolzenen Material ausgesendet wird. Dieses Licht
wird durch das optische System 23 zu einem Bündel konzentriert., das auf
einer photoelektrischen Zelle 24 auftrifft. Der von der photoelektritrischen Zelle
24 erzeugte elektrische Strom wird durch Leitungen 25 einem Elektroverstärker
26 zugeführt. Die von diesem Verstärker 26 verstärkten Ströme werden
durch Leitungen 27 dem Betätigungsmechanismus 28 der Hähne
8 und 10 zugeführt.
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Diese Vorrichtung wirkt wie folgt: Durch die Zufuhrleitung
16 kann mittels des Ventils 17 Pulver zugeführt werden, so daß dauernd
eine Pulverschicht auf der Pulvertragplatte 15 vorhanden ist. Brennbares
Gas -strömt durch die Leitung 3 zu, wobei der Hahn 4 teilweise oder canz
aeöffnet ist, und strömt daraufhin durch das Außenrohr 2 hoch. Sauerstoff strömt
durch die Leitung 5 zu, wobei der Hahn 7
teilweise oder ganz geöffnet
ist und die Hähne 8 und 10- eine bestimmte Verteilung vornehmen. Der
Sauerstoff gelangt dabei somit an zwei Stellen, erstens in die Kammer
6 und zweitens in den unteren Raum 14 des Gefäßes 11. Aus der Kammer
6 kann Sauerstoff aufwärts durch das Innenrohr 1 entweichen. In der
Kammer 6 entsteht somit eine schwache aufwärts gerichtete Strömung. Der Sauerstoff,
der in den unteren Raum 14 gelangtist.durchdringtdiePoren derPulvertragplatte
15 und das auf dieserPlatte liegendePulver. Es ist bekannt, daß das Pulver
sich in einer solchen Situation wie eine siedende Flüssigkeit verhält. über der
Pulverschicht, deren obere Grenze sich übrigens nicht deutlich angeben läßt, befindet
das Pulver sich in einem Schwebezustand. Das schwebende Pulver wird von dem Sauerstoffstrom
aufwärts in die Kammer 6 und das Rohr 1 geführt. Der Effekt ist somit,
daß das Innenrohr 1 von Sauerstoff, vermischt mit einer Menge äußerst fein
verteilten Pulvers, durchströmt wird. Die Gesamtmenge zugeführten Sauerstoffs läßt
sich durch den Stand des Hahnes 7 regeln. Diese Gesamtmenge Sauerstoff wird
in Abhängigkeit von der Menge brennbaren Gases geregelt, die ihrerseits mit Hilfe
des Hahnes 4 geregelt werden kann. Der Pulvergehalt des Sauerstoffstroms kann äußerst
genau durch die Hähne 8 und 10 geregelt werden. Eine Zunahme des Sauerstoffstromes
durch den Hahn 10 z. B. - welche notwendigerweise mit einer ebenso
großen Abnahme des, - Sauerstoffstromes durch den Hahn 8 verbunden
ist'- - hat zur Folge, daß die größere Menge Sauerstoff, welche durch die
poröse 'Pulvertragplatte 15 hindurchström# mehr Pulver in die Kammer
6 mitreißen wird. Das Resultat ist somit, daß durch das Innenrohr
1 wohl der gleiche Sauerstoffstrom fließt, daß dieser jedoch nunmehr mehr
Pulver mitreißt.
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Während das Material sich ablagert, anfangs auf der Auffangfläche
19 und später auf dem schon niedergeschlagenenMaterial, wird dieZahnstange
20 infolge der Drehung des Zahnrades 21, in Richtung des gezeichneten Pfeiles
29, hochgezogen. Der Abstand zwischen der Brennermündung und der Anwachsstelle
wird mit größter Genauigkeit mit Hilfe einer optischen Vorrichtung 23 in
Zusammenarbeit mit einer photoelektrischen Zeile 24 konstant gehalten. Die optische
Vorrichtung, die jedoch hier nicht unter Schutz gestellt werden soll, ist derart
gerichte4 daß ein Bild des letztniedergeschlagenen Materials sowie der Flammenspitze
erhalten wird. Weil eine solche Flamme verhältnismäßig wenig Licht aussendet, wird
die Gesamtlichtstärke praktisch ausschließlich durch den wachsenden Kristallkörper
bestimmt Die Stärke des aufgefangenen Lichtes ist also mit anderenWorten gering,
wenn die phato-elektrische Zelle 24 kein Licht von der Anwachsfläche des Kristallkörpers
auffängt und groß, wenn dieses Licht wohl aufgefangen wird. Letzteres ist der Fall.,
wenn der Anwachs des Kristalls unverhofft etwas zu rasch erfolgen sollte. Es ist
dann die Wachstumsgeschwindigkeit etwas zu verringern, was dadurch erzielt werden
kann, daß weniger Pulver in die Flamme gebracht wird. Das erfolgt dadurch,
daß die zugenommene Stärke des durch die photoelektrische Zelle 24 aufgefangenen
Lichtes einen elektrischen Strom erzeugt welcher nach Verstärkung in dem Verstärker
26 den Bewegungsmechanismus 28
derart bewegt, daß mehr Sauerstoff durch
den Hahn 8
und ebensoviel weniger durch den Hahn 10 strömt. Bei einer
gleichbleibenden Gesamtsauerstoffzufuhr wird die Pulverzufuhr dabei abnehmen. Es
wird somit der Kristall verzögert anwachsen, wodurch die Anwaschober.Räche sich
in bezug auf die Brennermündung hoch bewegt, und zwar bis das durch das optische
System 23 erzeugte Bild wieder die richtige Lage besitzt.
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Die Auffangfläche wird also mit konstanter Gesch-windigkeit hochbewegt,
und die Wachstumsgeschwindigkeit korrigiert sich durch die Pulverdosier ung selbst.
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In F i g. 2 ragt das mit Rohr und Hahn 4 verbundene Innenrohr
30 bis in das Gefäß 11 hinunter. Die Sauerstoffleitung 5 teilt
sich nach dem Hahn 7 in eine Leitung 9 mit Hahn 42 und eine Leitung
31 mit Hahn 32. Die Hähne 42 und 32 sind wieder derart gekuppelt,
daß sie zusammen die Verteilung des durch den Hahn 7 durchgelassenen Sauerstoffstromes
über die Leitungen 9 und 31 bestimmen.
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Die Leitung 31 ist durch eine Wand des Gefäßes 11
hindurchgeführt
und ragt bis in das abwärts ragende Innenrohr 3G hinauf. Wenn ein Sauerstoffstrom
durch die Leitung 31 über den Hahn 32 in das weitere Irmenrohr
30 strömt, wird dabei eine Saugwirkung entstehen, die sich an dem offenen
Unterende des Innenrohres 30 bemerkbar macht. Weil das Gefäß 11
in
gleicher Weise, wie im vorstehenden beschrieben wurde, mit äußerst fein verteiltem
und schwebendem
Pulver gefüllt ist, wirddurch die geöffnete Unterseite
des Innenrohres 30 Pulver angesaugt werden, das dadurch in die Flamme gelangt.
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Einfachheitshalber sind in dieser Figur die Hähne 42 und
32 als von Hand betätigt-- Hähne gezeichnet. Es wird klar sein, daß auch
bei dieser Ausführungsform Hähne eines Typus benutzt werden können, der dem der
regelbaren Hähne 8 und 10 aus F i g. 1, die durch eine optisch-elektrische
Regelvorrichtung betätigt werden können, entspricht.
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In F i g. 3 ragt das Innenrohr 33 hoch bis in das Gefäß
34, dessen oberer Teil 35 als Mischkammer ausgebildet ist. Der direkt zugeführte
Sauerstoff tritt in die Mischkammer 35 durch eine Abzweigung 36
über
die Hähne 7 und 8' der Leitung 5. Beim Eintreten dieses Sauerstoffes
in das Innenrohr 33 entsteht wiederum ein Sog, welcher das in dem Gefäß 34
durch den über die Leitung 9 und Hahn 42 zugeführten Sauerstoffstrom schwebende
Pulver teilweise hinunter durch das Innenrohr 33 hindurch bis in die Flamme
18 mitreißt. Durch den Hahn 4 wird dem äußeren Rohr Brenngas zugeführt. 22
bedeutet wieder den anwachsenden Kristall.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 wird die Reibung
zwischen den Pulverteilchen und der Pulvertragplatte bzw. der Gefäßwandung dadurch
überwunden, daß über der Pulvertragplatte 15 ein Rührer aufgestellt ist,
der das Pulver in einer kontinuierlichen langsamen Bewegung hält. Dieser Rührer
besteht aus einem Schaufelsatz 38, der auf einer Vertikalwelle
39 montiert ist, die langsam durch ein Getriebe 41 gedreht wird. Die übrigen
Teile beziehen sich auf bereits bei den F i g. 1 und 2 besprochene Vorrichtungen.