DE2138359B2 - Vorrichtung zum ziehen eines stabes - Google Patents

Description

nicht herstellen. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtung besteht darin, daß dem Tiegel die Wärme durch Strahlung von dem elektrischen Heiz-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zie- element zugeführt wird. Das bedingt sehr hohe Tem-

hen eines an seinem unteren Ende senkrecht gehal- 50 peraturen in dem Heizelement, die die Strahlungsver-

terten, kristallinen Stabes, aus einer Schmelze mit luste nach außen hin erhöhen und die Lebensdauer

einem elektrisch leitenden und stromdurchflossenen des Heizelements verringern. Hinzu kommen außer-

Heizkörper, auf dessen Oberfläche der aufzuschmel- dem beträchtliche Wärmespannungen im Tiegel, der

zende Stoff aufgebracht werden kann, und mit we- nicht ganz, sondern nur in seinem unteren Bereich

nigstens einem, im Schmelzbereich liegenden Durch- 55 auf die nötige hohe Temperatur erwärmt wird. Da-

bruch im Heizkörper nach unten, durch den die durch erschwert sich das Aufheizen der Vorrichtung,

Schmelze fließen und unterhalb dessen sie wieder und es besteht die Gefahr der Rißbildung im Tiegel,

kristallisieren kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

Zum Zonenschmelzen von Stoffen ist es bekannt Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu vermei-(britische Patentschrift 1 059 916), einen Stab des zu 60 den und eine Vorrichtung zum Ziehen eines an seischmelzenden Stoffes gegen einen perforierten Edel- nem unteren Ende senkrecht gehalterten Stabes zu metallstreifen zu drücken, der durch elektrischen schaffen, die eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit hat, Strom erwärmt ist und so die Schmelzwärme liefert. die das Einfrieren von Gasbläschen vermeidet, mit Der im Berührungsbereich mit dem Edelmetallstrei- der sich komplizierte Querschnittsformen herstellen fen erschmolzene Stoff entweicht durch kleine 65 lassen und die geringe Energieverluste sowie eine Durchbrüche in dem Edelmetallstreifen auf dessen hohe Lebensdauer hat.

Unterseite, auf der sich flüssige Stoffe wieder zu Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe

einer durchgehenden Schmelzzone vereinigen, aus wird dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Heiz-

körpers im Schmelzbereich die Form einer Schale oder eines Topfes hat, der nach oben offen ist und dessen Austrittsquerschnitt nach Größe und Form dem Querschnitt des zu ziehenden Stabes entspricht.

Durch die schalen- oder topfförmige Oberfläche des stromdurchflossenen Körpers erhöht sich die Kontaktfläche zwischen dem heizenden Körper und dem zu schmelzenden Stoff, so daß ein hoher Wärmeübergang und damit eine größere Schmelzgeschwindigkeit erzielt ist. Der stromdurchflossene Körper bildet praktisch einen Tiegel, der anders als der Tiegel bei der einen bekannten Vorrichtung direkt beheizt ist. Die maximal auftretende Temperatur ist daher niemals höher als die Schmelztemperatur des zu schmelzenden Stoffes. Dadurch sind Warmeverlaste insbesondere durch Strahlung so klein wie möglich gehalten. Da der den Tiegel bildende stromdurchflossene Körper insgesamt erwärmt ist, sind die Wärmespannungen in dem Körper gering, insbesondere beim Aufheizen, so daß ein schnelles Autheizen möglich ist. Die tiegelfürmige Ausbildung des stromdurchflossenen Körpers ermöglicht die Speisung der Vorrichtung mit pulverförmigem Rohmaterial, so daß eine Verformung des Ausgangsmaterials, beispielsweise die Herstellung eines gesinterten Stabes, nicht erforderlich ist.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Leb.rc besteht in der besonderen Ausgestaltung des Austrittsquerschnitts des Topfes. Dadurch ist die Querschnittsform des flüssigen austretenden Materials bestimmt. Da bei der erfindungsgemäßen Vorrn htung nur der Topf selbst erwärmt ist, nicht dagegen der obere Bereich des gezogenen Stabes, erfolgt bei diesem genau definierten Querschnitt unterhalb des Topfes eine Verfestigung. Damit ist durch die Form des Austrittsquerschnitts die Form des herzustellenden Stabes bestimmbar. Bei einer Erwärmung des Rohmaterials durch Strahlung in der bekannten Weise würde auch noch eine Zuführung von Wärme unterhalb des Austrittsquerschnitts erfolgen, so daß sich das geschmolzene Material auf Grund seiner Oberflächenspannung zu einem kreisförmigen Querschnitt zusammenziehen würde.

Es lassen sich die kompliziertesten Querschnittsformen herstellen. Der Querschnitt kann z. B. ring- förmig sein, wenn die Herstellung eines Rohres erwünscht ist. Zur Herstellung von Platten kann 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.

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 Aufbau 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.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

F i g. 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;

F i g. 5 ist ein Schnitt V-V durch F i g. 4. In F i g. 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.

F i g. 2 zeigt die Vorrichtung gemäß F i g. 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 S angeordnet sein. Durch seine Anordnung läßt sich die Stromverteilung und damit die Wärmeerzeugung in dem Topf 2 einstellen.

F i g. 3 zeigt eine besonders günstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein Streifen? 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 F i g. 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 F i g. 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 F i g. 3 ist der Topf seitlich durch eine Isolation 11 gegen Wärmeabfluß

isoliert. Zur Egalisierung kann der mit der F i g. 3 gezogene Stab gedreht werden, ebenso wie ein gesinterter Stab, der erschmolzen wird.

F i g. 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 F i g. 3 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 ίο für eine gute Ablösung der Schmelze von dem Boden des Topfes 16 im Randbereich und damit für eine genaue Maßhaltigkeit der hergestellten Platte 17.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 ^ 2 der sie bei langsamen Absenken einer Abstützung Patentansprüche: dieser Schmelzzone verfestigen bzw. auskristallisieren. Die Arbeitsgeschwindigkeit einer solchen be-

1. Vorrichtung zum Ziehen eines an seinem kannten Einrichtung ist verhältnismäßig gering, da unteren Ende senkrecht gehalterten, kristallinen 5 die Kontaktfläche mit dem heizenden Edelmetall-Stabes, aus einer Schmelze mit einem elektrisch streifen verhältnismäßig gering ist und weil außerleitenden und stromdurchflossenen Heizkörper, dem der zu schmelzende Stab nicht zu schnell bewegt auf dessen Oberfläche der aufzuschmelzende werden darf, weil sonst die Gefahr besteht, daß das Stoff aufgebracht werden kann, und mit wenig- erschmolzene Material seitlich wegquillt. Von besonstens einem, im Schmelzbereich liegenden Durch- i« derem Nachteil ist weiterhin, daß die Schmelzzone, bruch im Heizkörper nach unten, durch den die also die flüssige Schicht oberhalb des stromdurch-Schmelze fließen und unterhalb dessen sie wieder flossenen Edelmetallstreifens, nur verhältnismäßig kristallisieren kann, dadurch gekenn- dünn sein kann. Dadurch besteht die Gefahr, daß zeichnet, daß die Oberfläche d".s Heizkörpers beim Schmelzen insbesondere eines gesinterten Staim Schmelzbereich die Form einer Schale oder 15 bes in der Schmelze eingeschlossene Gasbläschen mit eines Topfes (2) hat, der nach oben offen ist und durch die Durchbrüche in dem Edelmetallstreifen dessen Austrittsquerschnitt nach Größe und wandern und auf der Unterseite bei Verfestigung mit Form dem Querschnitt des zu ziehenden Stabes eingefroren werden.

entspricht. Durch die deutsche Patentschrift 1 044 768 ist eine

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 Vorrichtung zum Ziehen eines stabförmigen kristallikennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt des nen Körpers bekannt, die einen Schmelztiegel aufTopfes (2) zur Herstellung eines Rohres (6) ring- weist, dem während des Abziehens des Schmelzlings förmig ist. neues Vorratsmaterial zugeführt wird. Um den Tie-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- gel und um den oberen Bereich des gezogenen Stabes kennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt des 95 herum ist ein Heizelement in Form eines WiderTopfes (14) zur Herstellung einer Platte (17) Standsbleches angeordnet. Dieses Heizelement ist langgestreckt rechteckig ist. durch einen ausreichenden Strom durchflossen, so

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden daß das Material in dem Tiegel und im oberen BeAnsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bo- reich des gezogenen Stabes geschmolzen wird. Die den (5) des Topfes (2) siebförmig ausgebildet ist. 30 Ziehöffnung in dem Boden des Tiegels ist rund und

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- hat einen wesentlich kleineren Querschnitt als der zu kennzeichnet, daß der Boden des Topfes durch ziehende Stab. Sie dient also lediglich als Speiseöffeinen an sich bekannten Streifen gebildet ist, der nung, durch die das in dem Tiegel geschmolzene Madurch elektrischen Stromfluß erwärmt ist und terial hindurchtritt und in den oberen, noch flüssigen von dessen Oberfläche aus sich Seitenwandungen 35 Bereich des zu ziehenden Stabes gelangt. Der Quernach oben erstrecken. schnitt des gezogenen Stabes hängt von der Ziehge-

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- schwindigkeit des Stabes und der Schmelzgeschwinkennzeichnet, daß der Boden (9) des Topfes (8) digkeit bzw. der Zuführgeschwindigkeit des geeine nach oben gewölbte Form hat und in spitzen schmolzenen Materials ab. Wegen der Oberflächen-Kanten (10) mit den Seitenwandungen zusam- 40 spannung des geschmolzenen Materials oberhalb des menläuft. festen gezogenen Stabes und unterhalb der Austrittsöffnung des Schmelztiegels ist der Querschnitt dieser Schmelzzone und damit auch der Querschnitt des gezogenen Stabes zwangläufig immer rund. Andere

45 Querschnittsformen lassen sich nach dieser Methode