DE1671047A1 - Method and device for treating ceramic materials in a crucible - Google Patents
Method and device for treating ceramic materials in a crucibleInfo
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ZUR OFFICNLECUNG BESTIMMTINTENDED FOR OFFICIAL DISCLOSURE
„«*«««««=„■„«=« 1671Ό47"« * «« «« "=" ■ "" = «1671Ό47
Dipl.-Ing. Augsburg, den lk. Januar 1970Dipl.-Ing. Augsburg, the lk. January 1970
Rudolf Busselmeier Rudolf Busselmeier NeufassungNew version
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Augsburg 31 · Rehlingenstraße 8 Az': P l6 71 0*7-7-*5-"Augsburg 31 · Rehlingenstrasse 8 Az ' : P l6 71 0 * 7-7- * 5- "
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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von keramischen Materialien in einem TiegelMethod and device for the treatment of ceramic materials in a crucible
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von keramischen Materialien in einem unabhängigen Tiegel, wobei keramische Materialien, welche die Eigenschaften eines Halbleiters besitzen, durch Induktion auf hohe Temperaturen erhitzt werden.The invention relates to a method for treating ceramic materials in an independent Crucibles, whereby ceramic materials, which have the properties of a semiconductor, heated to high temperatures by induction.
Keramische Materialien können entweder metallurgisch behandelt, d.h. also geschmolzen oder rekristallisiert werden, oder auch eine chemische Behandlung erfahren.Ceramic materials can either be metallurgically treated, i.e. melted or recrystallized or undergo chemical treatment.
Bei einem bekannten Verfahren (vergl. französische Patentschrift 1 053 900) wird ferro-magnetisches Material induktiv in einem Tiegel aufgeheizt. Eine Übertragung dieses lediglich für die Erwärmung von ferro-magnetischen Materialien bekannten Verfahren» auf die Erwärmung von keramischen Materialien besitztIn a known method (see French patent specification 1,053,900), ferromagnetic Material inductively heated in a crucible. A transfer of this only for the heating of ferromagnetic materials known method »on the heating of ceramic materials possesses
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Neue Unterlagen (Art. l § l Abs. 2 Hr. Τ Satz 3 des Anderungseee. ν. 4. b ~ 2 " New documents (Art. 1, Paragraph 1, Paragraph 2 Hr. Τ Sentence 3 of the Anderungseee. Ν. 4. b ~ 2 "
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den schwerwiegenden Nachteil, daß das aufzuheizende keramische Material sehr leicht durch das Tiegelmaterial verunreinigt werden kann.the serious disadvantage that the ceramic material to be heated very easily through the crucible material can be contaminated.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen,, welches diesen Nachteil vermeidet. Es soll also keramisches Material derart in einem Tiegel behandelt werden, daß keine Verunreinigung des keramischen Materials durch das Tiegelmaterial erfolgen kann.The invention has therefore set itself the task of creating a method which has this disadvantage avoids. Ceramic material should therefore be treated in a crucible in such a way that no contamination the ceramic material can be done through the crucible material.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurchThis object is achieved according to the invention
A gelöst, daß der Tiegel während des Heizvorgangs gekühlt wird.A solved that the crucible cooled during the heating process will.
Die äußere Schicht oder Haut des keramischen Materials, welche an der Tiegelinnenwand anliegt, wird nicht auf hohe Temperatur erhitzt und auf diese Weise entsteht eine Art Abschirmung; oder Schutzschicht zwischen dem behandelten Material einerseits und dem Tiegel andererseits«The outer layer or skin of the ceramic material, which rests against the inner wall of the crucible, is not heated to high temperature and on this In this way a kind of shielding arises; or protective layer between the treated material on the one hand and the crucible on the other "
Das .erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Behandlung eines großen Bereichs von keramischen Materialien; es ist lediglich erforderlich, daß diese W Materialien Halbleitereigenschaften besitzen, damitThe method of the invention enables a wide range of ceramic materials to be treated; it is only necessary that these W materials have semiconductor properties in order for them to be
sie induktiv erwärmt werden können.they can be heated inductively.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den wesentlichen Vorteil auf,; daß es zu seiner Durchführung nicht der Wahl einer genau bestimmten Frequenz bedarf, sondern man hat einen relativ großen Spielraum in der Wahl der Frequenz. Die Frequenz des Heizstroms ist derart zu bemessen, daß die induzierten Ströme tief in den zu behandelnden Stoff eindringen« The inventive method has the essential advantage that ; that it does not require the choice of a precisely determined frequency for its implementation, but one has a relatively large scope in the choice of the frequency. The frequency of the heating current is to be dimensioned in such a way that the induced currents penetrate deep into the substance to be treated «
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Durch die Kühlung des Tiegels wird die äußere Materialhaut des zu erwärmenden Materials stets eine Abschirmung zwischen dem Tiegel einerseits und dem erhitzten kernmischen Material anderseits bilden. Die Dicke dieser Schicht oder Haut kann sehr leicht durch ein Variieren der Kühlintensität geregelt werden.By cooling the crucible, the outer The material skin of the material to be heated is always one Form a shield between the crucible on the one hand and the heated nuclear material on the other. The thickness of this layer or skin can be regulated very easily by varying the cooling intensity will.
"Bei dem erfindungs gemäß en Verfahren kann der keramische Stoff ohne vorherige Vorbereitung verwendet werden. Man kann den Schmelzherd sogar mit einer Masse aus keramischem Stoff in Form von Pulver, Körnern, Kugeln, Bruchstücken usw. anfüllen. :-Jj|"In the method according to the invention, the ceramic material can be used without prior preparation. The melting hearth can even be filled with a mass of ceramic material in the form of powder, grains, spheres, fragments, etc.: -Jj |
Der keramische Stoff kann beispielsweise aus den Oxyden des Urans, des Plutoniums, des Circoniums, des Aluminiums oder des Thoriums bestehen, oder aus den Karbiden des Urans oder des Plutoniums, oder auch Boriden, Nitriden» Suiziden oder einem teilweise aus diesen Stoffen zusammengesetztem Gemisch.The ceramic material can, for example, from the oxides of uranium, plutonium, circonium, of aluminum or thorium, or of the carbides of uranium or plutonium, or else Borides, nitrides »suicides or a partial off a mixture of these substances.
Die Frequenz muß aufgrund der klassischen Formel für Induktionsheizung gewählt werden, und zwar in Abhängigkeit von dem Widerstand des zu behandelnden Stoffes, der Veränderlichkeit desselben in Abhängigkeit von der Temperatur, dem der zu behandelnden * j| Masse entsprechenden Durchmesser, der gewünschten Eindringtiefe und der Intensität der Abkühlung.The frequency must be chosen based on the classic formula for induction heating, namely in Depending on the resistance of the substance to be treated, the variability of the same as a function on the temperature, that of the * j | to be treated Mass corresponding diameter, the desired depth of penetration and the intensity of the cooling.
Bei der Behandlung von Stoffen, deren elektrische Leitfähigkeit bei der Umgebungstemperatur sehr gering ist, muß bei Beginn des Erhitzungsvorgangs ein Teil des Stoffes auf eine ausreichend hohe Temperatur gebracht werden, damit die Ströme induziert werden können. Diese Anwärmung kann mit Hilfe jedes bekannten Verfahrens bewirkt werden, beispielsweise durch Wärmestrahlung oder -leitung von einem metallischen, ent-When treating substances whose electrical conductivity is very low at the ambient temperature is, a part of the substance must be brought to a sufficiently high temperature at the beginning of the heating process so that the currents can be induced. This warming can be done with the help of any known Process, for example by thermal radiation or conduction from a metallic,
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fernbaren Wärmeträger aus, oder indem der zu behandelnden Ladung ein Bestandteil mit größerer elektrischer Leitfähigkeit zugeführt wird. Dieser Bestandteil kann z.B. im Falle des UO2 in einem Einkristall des U0_ oder mehreren großen aneinanderhaftenden U0„-Kristallen bestehen, oder aus unterstochiometrxschem Uranoxydpulver oder metallischem Uranstaub. Die Vorwärmung wird durch Anlegen einer hohen Frequenz erleichtert, die dann durch die niedrigere, für eine gute Heizung geeignete Frequenz ersetzt wird.removable heat transfer medium, or by adding a component with greater electrical conductivity to the load to be treated. In the case of UO 2 , for example, this component can consist of a single crystal of U0_ or several large U0 "crystals adhering to one another, or of substoichiometric uranium oxide powder or metallic uranium dust. Preheating is facilitated by applying a high frequency, which is then replaced by the lower frequency that is suitable for good heating.
Weitere zweckmäßige Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further useful features of the method according to the invention emerge from the subclaims.
In den Zeichnungen sini in den Fig. 1, und,3 verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche nachfolgend im einzelnen beschrieben werden.In the drawings, FIGS. 1 and 3 show different exemplary embodiments Invention shown, which are described in detail below.
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Hierbei zeigt im einzelnen Fig. 1 beispielsweise und keinesfalls einschränkend das mit 1 bezeichnete, in Pulverform in den Tiegel 3 eingebrachte UO2, wobei der Tiegel aus Siliziumdioxyd besteht und von einem Wasserumlauf k gekühlt wird. Ein Heizungsinduktor 5» der mit einer Hochfrequenzstromquelle von 3,5 MHz verbunden ist, verläuft koaxial mit und außerhalb des Tiegels 3» Der abgekühlte Tiegel 3 gewährleistet die Bildung einer festen Wandschicht 2 aus UO0, selbst dann, wenn die Masse zum Schmelzen gebracht wird. Tatsächlich ist der elektrische Strom, welcher in der Wandschicht 2 erzeugt wird, aufgrund der schwachen Leitfähigkeit . des Stoffes bei niedriger Temperatur sehr schwach.Here, shown in detail in Fig. 1, for example and in no way limiting the designated 1, in powder form in the crucible 3 introduced UO 2, wherein the crucible is made of silicon dioxide and k is cooled by a water circulation. A heating inductor 5 », which is connected to a high frequency power source of 3.5 MHz, runs coaxially with and outside the crucible 3» The cooled crucible 3 ensures the formation of a solid wall layer 2 of UO 0 , even if the mass is melted . In fact, the electric current generated in the wall layer 2 is due to the poor conductivity. of the substance very weak at low temperature.
Die Temperatur des Tiegels 3 kann verändet werden, und dies bedeutet, daß auch die Dicke der Wandschicht 2 verändert werden kann.The temperature of the crucible 3 can be varied, and this means that the thickness of the wall layer 2 can be changed.
Der Tiegel 3 kann auch durch zwei Halbschalen aus gekühltem Metall ersetzt werden« Die Transformatorwirkung des metallischen Tiegels gestattet es auch, niedrigere Frequenzen zu verwenden. Eine Hochfrequenzstromquelle von 1 MHz hätte bei der Verwendung von zwei Halbschalen eine Wirkung, die vergleichbar wäre mit einer Quelle von 3i5 MHz, die bei einem Tiegel aus Siliziumdioxyd verwendet wird.The crucible 3 can also have two half-shells Chilled metal can be replaced «The transformer effect of the metallic crucible allows it also to use lower frequencies. A high frequency power source of 1 MHz would have been in use of two half-shells an effect that would be comparable to a source of 3i5 MHz, the is used with a crucible made of silicon dioxide.
Fig. 2 zeigt die Anwendung des Verfahrens beim Gießen des keramischen Stoffes. Im unteren Bereichdes Tiegels ist eine Öffnung vorgesehen und das geschmolzene Material kann durch diese Öffnung in eine (nicht gezeigte) Gußform fließen. Mit einem zweiten Induktor 6 kann der Moment des Ausfließeiis ge steuert werden.Fig. 2 shows the application of the method in casting the ceramic material. An opening is provided in the lower portion of the crucible and the molten material can flow through this opening into a mold (not shown). With a second inductor 6, the moment of the flow can be controlled .
Bei der Herateilung vom Brennstoffen für Kern- When dividing fuel for nuclear
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reaktoren kann das keramische Brennstoffmaterial beispielsweise auf der Grundlage dieses Prinzips derart in die Hülse eingegossen werden, daß ein Brennstoffelement gebildet wird.reactors can use the ceramic fuel material for example on the basis of this principle are poured into the sleeve in such a way that a fuel element is formed.
Fig. 3 zeigt ein kontinuierliches Schmelzsystem für keramische Stoffe. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Stoff 1 entlang der Achse* des zylindrischen Tiegels 3 bewegt. Diese Bewegung 1st möglich, da sich das Material 1 aufgrund der Abkühlung des keramischen Stoffes nach Passieren des Xnduktionsstrombereichs zusammenzieht. Das Material 1 tritt kontinuierlich oder halbkontinuierlich aus dem TiegeX 3 aus und kann an seinem unteren Bereich z.B. von einer nicht gezeichneten Platte gestützt oder von irgendeiner Greifanodnung geführt werden.Fig. 3 shows a continuous melting system for ceramic materials. In this embodiment the substance 1 is moved along the axis * of the cylindrical crucible 3. This movement is possible because the material 1 due to the cooling of the ceramic material after passing through the induction current area contracts. The material 1 emerges continuously or semi-continuously from the TiegeX 3 and can be supported at its lower part e.g. by a plate (not shown) or by any Gripping arrangement are guided.
Es sind verschiedene Abänderungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es kann insbesondere die Frequenz-auswahl dem zu behandelnden Material angepaßt sein. Es kann auch jedes Kühlungsverfahren des Tiegels, vorgesehen sein, einschließlich einer Kühlung mit Hilfe eines gasförmigen Mediums.Various modifications are possible without departing from the scope of the invention. It can in particular the frequency selection to be treated Material to be adapted. Any cooling method can also be used of the crucible, including cooling with the aid of a gaseous medium.
- Patentansprüche -- patent claims -
109833/1520109833/1520
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
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Families Citing this family (2)
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FR2531062A2 (en) * | 1981-11-06 | 1984-02-03 | Saphymo Stel | Device for melting, by direct induction, dielectric substances of the glass or enamel type. |
-
1966
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- 1966-11-25 NL NL6616624A patent/NL6616624A/xx unknown
Also Published As
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