DE2138359A1

DE2138359A1 - Vorrichtung zum schmelzen, vorzugsweise zum zonenschmelzen von stoffen

Info

Publication number: DE2138359A1
Application number: DE2138359A
Authority: DE
Inventors: W Dipl Phys Kuhlmann-Schaefer
Original assignee: Preussag AG
Current assignee: Preussag AG
Priority date: 1971-07-31
Filing date: 1971-07-31
Publication date: 1973-03-01
Also published as: DE2138359B2; US3877880A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen, vorzugsweise zum Zonenschmelzen von Stoffen, mit einem elektrisch leitenden und stromdurchflossenen Körper, auf dessen Oberfläche der zu schmelzende Stoff aufgebracht wird, von der sich wenigstens ein Durchbruch nach unten erstreckt.

Zum Zonenschmelzen von Stoffen ist es bekannt, einen Stab des zu schmelzenden Stoffes gegen einen perforierten Edelmetallstreifen zu drücken, der durch elektrischen Strom erwärmt ist und so die Schmelzwärme liefert. Der im Beriihrungsbereich mit dem Edelmetallstreifen erschmolzene Stoff entweicht durch kleine Durchbrüche in dem Edelmetallstreifen auf dessen Unterseite, auf der sich flüssige Stoffe wieder zu einer durchgehenden Schmelzzone vereinigen, aus der sie

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bei langsamen Absenken einer Abstützung dieser Schmelzzone verfestigen bzw. auskristallisieren. Die Arbeitsgeschwindigkeit einer solchen bekannten Einrichtung ist verhältnismäßig gering, da die Kontaktfläche mit dem heizenden Edelmetallstreifen verhältnismäßig gering ist und weil außerdem der zu schmelzende Stab nicht zu schnell bewegt werden darf, weil sonst die Gefahr besteht, daß das erschmolzene Material seitlich wegquillt. Von besonderem Nachteil ist weiterhin, daß die Schmelzzone, also die flüssige Schicht oberhalb das stromdurchflossenen Edelmetallstreifens,nur verhältnismäßig dünn sein kann. Dadurch besteht die Gefahr, daß beim Schmelzen insbesondere eines gesinterten Stabes in der Schmelze eingeschlossene Gasbläschen mit durch die Durchbrüche in dem Edelmetallstreifen wandern und auf der Unterseite bei Verfestigung mit eingefroren werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Einrichtung zu vermeiden und eine Einrichtung ) zum Schmelzen, insbesondere zum Zonenschmelzen von Stoffen anzugeben, die eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit hat, die das Einfrieren von Gasbläschen vermeidet und mit der sich darüber hinaus komplizierteQuerschnittsformen verarbeiten lassen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Körpers im Schmelzbereich die Form einer Schale oder eines Topfes hat, der nach oben offen ist«

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Durch die schalen- oder topfförmige Ausbildung der Oberfläche des stromcharchflossenen Körpers erhöht sich die Kontaktfläche zwischen dem heizenden Körper und dem zu schmelzenden Körper, so daß der Wärmeübergang erhöht und eine größere Schmelzgeschwindigkeit ermöglicht wird. Insbesondere dann, wenn der Topf eine ausreichende Tiefe hat, ist es möglich, anders als bei der eingangs beschriebenen bekannten Einrichtung, pulverförsige Stoffe zu schmelzen₉ die häufig als Abfall und auch allgemein billiger zur Verfügung stehen.

Der Querschnitt der Topfform kann beliebig gestaltet werden, so daß entsprechend die Herstellung von Stäben beliebiger Gusrschnittsforaien im Zonenschmelzverfahren möglich ist. Der Querschnitt kann z.B. ringförmig sein, wenn die Herstellung eines Rohres erwünscht ist. Zur Herstellung von Platten kam der Querschnitt die Form eines langgestreckten Rechtecks haben.

Der Boden des Topfes kann auch siebförmig sein, so daß ein gleichmäßiger Durchtritt des geschmolzenen Materials über die gesamte Schmelzfläche möglich ist. Es lassen sich auf diese Weise auch Kugeln herstellen, wenn unterhalb des siebförmigen Bodens keine Unterstützung vorhanden 1st und die Flüssigkeit aus dem Sieb heraustropft. Die Tropfen ziehen sich dann schnell aufgrund der Oberflächenspannung zu Kugeln zusammen.

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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Boden des Topfes durch einen an sich bekannten Streifen gebildet ist, der durch elektrischen Stromfluß erwärmt ist und von dessen Oberfläche aus sich Seitenwandungen nach oben erstrecken. Dieser A^JTbau ist besonders einfach und eignet sich vor allem dann, wenn die Seitenwandungen des Gefäßes nicht Wärme abgeben müssen, also nicht erhitzt sein müssen. Die Seitenwandungen können dann z.B. die Form eines Ringes aus einem elektrischen Strom und Wärme nicht leitenden Material haben. Der Ring ist einfach auf die Oberfläche des Streifens aufgesetzt.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Rohres im Schnitt,

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 perspektivisch,

Fig. 3 entspricht im wesentlichen der Fig. 1, Jedoch sind die Wandungen des Topfes anders ausgebildet,

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel zum Zonenschmelzen einer Platte,

Fig. 5 ist ein Schnitt V-V durch Fig. 4.

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In Fig. 1 ist ein Streifen 1 mit seinen Enden an eine nicht dargestellte Stromquelle angeschlossen. Er dient zur Zuführung des elektrischen Stromes zu einem zentralen ringförmigen Topf 2. In den Topf 2 werden Teilchen 3 eines zu schmelzenden Stoffes gefüllt. Nach Anschalten des Stromes erwärmen sich die Wandungen des Topfes 2, die einen entsprechenden elektrischen Widerstand haben, so daß die Partikel 3 geschmolzen werden und sich eine Schmelzzone 4 bildet. Ein Boden 5 des Topfes 2 ist perforiert, so daß das erschmolzene Material durch die Löcher des Bodens treten kann. Unterhalb des Bodens 5 befindet sich ein Rohr 6 aus wieder verfestigtem Material. Es ist nur teilweise dargestellt und stützt die Schmelzzone 4 ab. Das Rohr 6 wird in beim Zonenschmelzen bekannter Weise entsprechend der Schmelzgeschwindigkeit bzw. der Erstarrungsgeschwindigkeit abgesenkt.

Zusätzlich kann noch eine Wärmeisolation des Topfes 2 vorgesehen sein, um den Wirkungsgrad hoch zu halten. Statt der in der Regel billig erhältlichen Teilchen 3 kann auch ein gesinterter rohrförmiger Stab von oben her eingeführt werden.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 perspektivisch, allerdings ohne den Inhalt in dem Topf 2 und das darunter angeordnete Rohr 6. Der Streifen 1 kann zweckmäßigerweise auch in halber Höhe der Seitenwandung des Topfes 2 oder auch im Bereich des Bodens 5 angeordnet sein. Durch seine Anordnung läßt sich die Stromverteilung und damit

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die Wärmeerzeugung in dem Topf 2 einstellen.

Fig. 3 zeigt eine besonders günstige Ausführungsforra der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein Streifen 7 weist im zentralen Bereich einen Topf 8 auf, der eine verhältnismäßig große Höhe. hat. Dadurch und insbesondere durch den im Mittelbereich verengten Querschnitt ergibt sich eine besonders große Höhe der Schmelzzone, in der Blasen nach oben wandern können, so daß aus einem Boden 9 des Topfes 8 blasenfreies Material austritt. Der Boden 9 ist dazu wieder perforiert. Besonderes Merkmal des Bodens 9 ist seine nach oben gewölbte Form (er ist im übrigen wie der Boden 5 in Fig. 2 ringförmig). Durch die nach oben gewölbte Form.ergeben sich an den seitlichen Rändern spitze Kanten 10, durch die ein sauberes Abfließen des Materials und damit eine glatte Wandung des hergestellten Rohres erzielt wird.

Die große Höhe der Schmelzzone bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 ermöglicht außerdem das Zumischen zusätzlicher ) Stoffe in die Schmelze, um so den Schmelzpunkt der Schmelze zu erniedrigen. Dadurch ist es möglich, auch Stoffe zu Kristallkörpern zu formen, die nur beträchtlich unterhalb des Schmelzpunktes stabil sind.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 ist der Topf 8 seitlich durch eine Isolation 11 gegen Wärmeabfluß isoliert. Zur Egalisierung kann der mit der Fig. 3 gezogene Stab gedreht werden, ebenso wie ein gesinterter Stab, der erschmolzen wird.

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Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, bei der zwischen zwei Elektroden 12 und 13 ein langgestreckter, schmaler, im Querschnitt also im wesentlichen rechteckiger Topf 14 angeordnet ist, dessen Boden 16, wie aus dem Schnitt V-V in Fig. 5 ersichtlich ist, nach oben wie der Topf 8 in Fig. gewölbt ist. Von oben her wird eine Platte 15 in den Topf 14 eingeführt und erschmolzen. Es bildet sich so innerhalb des Topfes 14 eine Schmelzzone, und das geschmolzene Material dringt durch den perforierten Boden 16. Unterhalb des Topfes 14 bildet sich eine aus erstarrtem Material bestehende Platte 17, die von einem einen Einkristall darstellenden Stab 18 aus gewachsen ist und daher einkristallin ist. Die Platte 17 wird langsam nach unten abgesenkt entsprechend der Schmelzgeschwindigkeit in dem Topf 14. Die zwischen dem Boden 16 und den Seitenwandungen des Topfes 14 gebildeten spitzen Kanten sorgen wieder für eine gute Ablösung der Schmelze von dem Boden des Topfes 16 im Randbereich und damit für eine genaue Maßhaltigkeit der hergestellten Platte 17.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Schmelzen, vorzugsweise zum Zonenschmelzen von Stoffen, mit einem elektrisch leitenden und stromdurehflossenen Körper, auf dessen Oberfläche der zu schmelzende Stoff aufgebracht wird, von der sich wenigstens ein Durchbruch nach unten erstreckt» dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Körpers im Schmelzbereich die Form einer Schale oder eines Topfes hat, der nach oben offen 1st.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Topf zur Herstellung eines Rohres im Zonenschmelzver fehren im horizontalen Querschnitt ringförmig ist·

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

der Topf zur Herstellung einer Platte im Zonensohmelzverfahren im Querschnitt langgestreckt rechteckig 1st.

4· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ffffä^a ffWfyafh|j|fV daß der Boden des Topfes siebförmig ausgebildet ist.

5· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch flekffflfmyfahf^fr. daß der Boden des Topfes durch einen on sich bekannten Streifen gebildet ist, der durch elektrischen Stromfluß erwärmt ist und von dessen Oberfläche aus sic Se Itanwendungen nach oben erstrecken.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (9) des Topfes (8) eine nach oben gewölbte Form hat und in spitzen Kanten (10) mit den Seitenwandungen zusammenläuft.

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