DE2031550A1 - Schmelztiegel - Google Patents

Description

• Sohme-tieael Die vorliegende Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Hochfrequenz-Schmelztiegel zum Schmelzen von elektrisch leitenden Substanzen, bestehend aus einem hohlwandigen zylindrischen Gefäss mit Zu- und Abführmitteln zur Kühlung desselben mit einer Flüssigkeit und einer das Gefäss umgebenden Hochfrequenzspule.
• Zum Schmelzen von Metallen mit hohen Schmelztemperaturen ist es bereits bekannt, wassergekühlte, sogenannte kalte Tiegel mit induktiver Erhitzung, zu verwenden. Diese Tiegel stellen dabei in jedem Fall gleichzeitig einen mehr oder weniger ausgeprägten Konzentrator für die durch die Induktionsspule erzeugte Hochfrequenzenergie auf die Schmelze dar.
• Meistens bestehen diese bekannten Tiegel aus. einem hohlwandigen zylindrisohen Gefäss, das der Länge nach mit einem radial verlaufenden, bis etwa zur Gefässlängsaxe reichenden Schlitz versehen ist. Ein solcher Tiegel weist den grossen Nachteil auf, dass das im Tiegelinnern erzeugte sekundäre Hochfrequenzfeld infolge des einen Schlitzes inhomogen ist und eine im Tiegelsich befindende Schmelze vom Schlitz des Gefässes weggedrückt wird, dort sich zugleich auch bedeutend stärker erhitzt als diametral gegenüber, wo sie an der gekühlten Gefässwandung wegen dem dort viel schwächeren Magnetfeld ausserdem noüft einen besseren Wärmekontakt hat. Ferner ist die Durchmischung der Schmelze an der dem Schlitz gegenüberliegenden Stelle des Tiegelinnern sehr schlecht, da die Schmelze hier kaum vom Feld agitiert wird. Eine Verwendung dieses Tiegels zum Schmelzen von kleinsten Proben von beispielsweise lOOmg ist nicht denkbar, da der Innendurchmesser des Gefässes so klein würde, dass die Probe kaum mehr aus dem Gefäss herausgebracht werden könnte und eine Reinigung des G.efassinnern mit ausserordentlichen Schwierigkeiten verbunden wäre.
• Eine weitere bekannte Bauart eines für hochschmelzende Metalle geeigneten Tiegels besteht aus mehreren, gegen den Boden des letzteren hin verjüngten Röhrchen. Diese Röhrchen sind dabei am Tiegelboden sternförmig zusämmengeschweisst und werden von dort in einemBogein nach oben gezogen, so dass ein korbähnliches Gebilde entsteht. Dabei sollten diese Röhrchen so nahe als möglich nebeneiinander angeordnet sein, ohne sich jedoch zu berühren. Dieser Tiegel ist sehr kompliziert in der Herstellung und erfordert zudem eine seiner Aussenforrn angeschmiegte Induktionsspule, die dadurch auch sehr schwierig herzustellen und zu isolieren ist.
• Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines flüssigkeitsgekühlten llo chfrequenz-Schmelztiegels , welcher diese vorangehend angeführten Nachteile der bisher bekannten ausführungsformen nicht aufweist, d.h. eine zentrische Anordnung der Schmelze im Tiegelinnern bewirkt, einfach in der Herstellung ist, zum Schmelzen von kleinsten Proben verwendet werden kann, und bei entsprechender Ausbildung auch bei kleinstem Querschnitt des Tiegelinneren gut zu reinigen ist.
• Der erfindungagemässe Hochfrequenz-Schmelztiegel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss in mindestens zwei, mindestens annähernd symmetrische und elektrisch voneinander isolierte Sektoren unterteilt ist, und aus einem Material. mit elektrischer und thermischer Leitfähigkeit besteht.
• Vorzugsweise ist das Gefäss in mindestens vier Sektoren unterteilt.
• Es ist sareckmässig, dass die einzelnen Sektoren über mindestens Je eine Kühlflüssigkeitsleitung miteinander verbunden sind, und dass die Kühlflüssigkeitsleitungen gleichzeitig zur Halterung der eInzelnen Vektoren relativ zueinander ausgebildet sind.
• Vorzugsweise ist das Gefäss zur Vermeidung von unerwünschten Oxydationen des Probenmaterials innerhalb einem vakuumdichten Behalter, z,B. einem Quarzrohr angeordnet.
• Nachstehend wird die Erfindung anhand einer in der Zeichnung dargestellten beispielsweisen Ausführungsform eines erfindungsgemässen Schmelztiegels näher erläutert.
• Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht des Schmelztiegels; und Fig. 2 einen Grundrsss des in Figur 1 dargestellten Schmelztiegels.
• Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Hochfrequenz-Schmelztiegel mit einem hohlwandigen zylindrischen Gefäss 1, welches eine Zuleitung 2 und einer Abführleltung 3 für eine Kühlflüssigkeit aufweist, versehen, Das Gefäss 1 wird durch vier einzelne symmetrische Sektoren la, lb, lc und ld gebildet, die elektrisch durch Glöimmerplättchen 4 voneinander isoliert sind und aus einem Material mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, wie zum Beispiel Kupfer oder Silber, bestehen, Die mit den Gofässsektoren durch Löten verbundenen Kühlflüssigkeitsleitungen 2,3 und 5 weisen eine genügend hohe Festigkeit auf, um die einzelnen Sektoren in ihr Relativlage zueinander zu halten. Wenn die Leitungen 2, 3 und 5 gentigend steif sind, können die Glimmerplättchen 4 auch weggelassen werden, d.h. die einzelnen Sektoren sind dann nur durch einen Luftspalt voneinander getrennt. Dies geht natürlich nur dann, wenn die Schmelze nicht die Tendenz autseist, leicht in die Schlitze einzudringen, Wenn das letztere trotzdem auftritt, dann ist es relativ einfach, das erstarrte Material aus dem Tiegel heraus zu bekommen, indem man die einzelnen Sektoren ein wenig auseinander drückt.
• Ro ist natürlich auch möglich, dass die einzelnen Sektoren mittels einer lösbaren Haltevorrichtung gehalten werden und die Kühlflüssigkeitsleiungen 2,3 und 5 entweder genügend flexibel oder lösbar mit den Sektoren verbunden sind, so dass die letzteren zur Reinigung des Gefässinneren voneinander weg bewegt werden können.
• Um unerwünschte Oxydationen des Probematerials zu ver-" meiden, ist das Gefäss von einem vakummdichten Quarzrohr 6 umgeben, Die Hochfrequenzspule 7 liebt unmittelbar an der Aussenseite des Quartrohres 6 an. Es ist darauf zu achten, dass der Abstand von der Hochfrequenzspule 7 zum Gefäss 1 möglichst gering ist um zu hohe Uebertragungsverluste zu Vermeiden, Solche Schmelztiegel sind insbesondere zum Schmelzen von elektrisch leitenden Substanzen, die im flüssigen Zustand bei Anlage an der Tiege,lwand mit dieser chemisch reagieren, oder für hochschmelzende Metalle wie Wolfram, Tantal oder Karbide, für die kein Tiegelmaterial beim Schmelzen genügend wärmebeständig wäre, geeignet, da die geschmolzenen Substanzen infolge der Wirkung des im Gefässinnern herrschenden Magnet feldes nicht au der Gefässwandung zur Anlage konidien.
• Es ist selbstverständlich, dass mit zunehmender Sektoren zahl die Wärmeverteilung in der Schmelze gleichmässiger und die Durchmischung derselben durch das Hochfrequenzfeld besser wird. @ Statt dem Quarzrohr 6 kann auch die Hochfrequenzspule 7 selber als vakuumdichter Behälter ausgebildet werden, wodurch der Spalt zwischen den Gefäss 1 und der Spule 7 ganz klsin gehalten werden kann.
• Bei einem geeigneten Verhältnis von Innen- und Aussendurchmesser des Gefässes 1 ist es sogar möglich, kleinste Proben von beispielsweise 100mg zu schmelzen, da eine vorteilhafte Konzentratorwirkung stattfindet.
• Wenn der Tiegel genügend lang ausgeführt wird, dann kann er auch zum Zonenschmelzen verwendet werden.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Flüssigkeitsgekühlter Hochfrequenz-Schmelztiegel zum Schmelzen von elektrisch leitenden Substanzen, bestehend aus einem hohlwandigen zylindrischen Gefäss mit Zu- und Abführmitteln zur Kühlung desselben mit einer Flüssigkeit, und einer das Gefäss umgebenden Hochfrequenzspule, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss (1) in mindestens zwei, mindestens annähernd symmetrische und elektrisch voneinander isolierte Sektoren (la, 1b, lc; ld) unterteilt ist, und aus einem Material mit elektrischer und thermischer Leitfähigkeit besteht.

Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss (1) in mindestens vier Sektoren (1a,1b,1c,1d) unterteilt ist.

3 Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierung zwischen zwei einander-benachbarten Sektoren aus Glimmerscheibchen (4) besteht.

4 Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, nass das hohlwandige Gefäss (1) aus Kupfer oder Silber besteht.

5. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Sektoren (1a,1b,1c,1d) über mindestens Je eine Kühlflüssigke,itsleitung (2,3,5) miteinander verbunden sind.

6. Tiegel nach Anspruch 1 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltevorrichtung zur Halterung der einzelnen Sektoren (la-ld) relativ zueinander vorgesehen ist;

7. Tiegel nach Anspruch 5, dadurch. gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeitsleitungcn (2,3,5) zur Halterung dar einzelnen Sektoren (la-ld) relativ zueinander ausgebildet sind.

8. Tiegel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung derart ausgebildet ist, dass die einzelnen Sektoren bei Bedarf voneinander weg bewegt werden könnten.

9. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss (1) innerhalb einem vakuumdichten Behälter (6) angeordnet ist.

10. Tiegel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vakuumdichte Behälter durch ein zwischen dem Gefäss (1) und dor Hochfrequcnzspule (7) verlaufendes Quarzrohr (6) gebildet wird.

11. Tiegel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vakuumdichte Behälter durch die das Gefäss (1) umgebende Hochfrequenzspule gebildet wird.