DE2717459C2 - Verfahren zur Herstellung eines Kaltschmelztiegels - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Kaltschmelztiegels, der zum Schmelzen kleiner Metallmengen in der Schwebe bestimmt ist, unter Verwendung von Metallscheiben, deren Form der Querschnittsform des herzustellenden Kaltschmelztiegels angepaßt ist und die aufeinandergelegt miteinander verlötet werden.

Kaltschmelztiegel werden zur Herstellung sehr reiner Metallproben eingesetzt und insbesondere als Schmelzöfen zur Züchtung von Einkristallen verwendet. Die geringe Verunreinigung von in Kaltschmelztiegeln erschmolzenen Metallen beruht darauf, daß infolge starker Kühlung der Tiegelwandung und durch Erzeugen eines Magnetfeldes mittels Hochfrequenz-Induktionsspulen der zunächst fest und dann geschmolzene Metallkörper in einer stabilen Lage frei schwebend im Schmelzraum gehalten wird (vergleiche DE-PS 5 18 499, laboratory Methods, 1963, Seiten 301 ff., Metals Research-Advance Information, »H.C.C. 50 Cold Crucible«). Um die transformatorische Wirkung der Hochfrequenzspule optimal auszunutzen, wird eine Aufteilung der Tiegelwandung in möglichst viele Segmente angestrebt. Im Boden des Kaltschmelztiegels befindet sich zum Abzug des geschmolzenen Metalls eine zentrale Öffnung, die in ihren Abmessungen zu begrenzen ist, damit auch niedrig schmelzende Metalle mit geringer Oberflächenspannung nach Abschalten der I lochfrequenzspule nicht in unerwünschter Weise durch die zentrale Öffnung hindurchfließen.

Ein Kaltschrnelztiegel dieser Art ist aus DE-OS 21 00 378 bekannt. Dieser Tiegel wird aus dem Vollen durch Ausbohren und Einschneiden der Schlitze hergestellt. Eine solche Herstellungsweise ist aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren zu schaffen, das bei geringem wirtschaftlichen Aufwand in einfacher Weise handhabbar ist.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art durch die im Palentanspruch gekennzeichneten Maßnahmen gelöst. Danach werden mehrere kreisförmige Metallscheiben mit radialen Schlitzen, die von innen nach außen geführt die Metallscheiben bis auf einen äußeren Randbereich in eine Vielzahl von Sektoren aufteilen, sowie eine Bodenplatte für den Kaltschmelztiegel miteinander verlötet Sodann werden alle Schlitze der verlöteten Scheiben mit Ausgußmasse ausgefüllt und die gebildete Tiegelwandung in spanabhebender Bearbeitung so weit abgetragen, daß die Spalte zwischen den Segmenten (reigelegt sind. Die Ausgiißmasse in den Spalten wird anschließend mittels Lösungsmitteln wieder ausgewaschen.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung schematisch wiedergegeben

ίο ist, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 Kaltschmelztiegel in perspektivischer Darstellung, mit Teilschnitt,

Fig.2 Längsschnitt durch einen im Lötverfahren hergestellten Kaltschmelztiegel,

Fig.3 Metallscheibe zur Herstellung eines Kaltschmelztiegels nach F i g. 2.

In F i g. 1 ist ein Kaltschmelztiegel in perspektivischer Darstellung schematiscii wiedergegeben. Der Kaltschmelztiegel weist im Oberteil 1 bis zur Bodenplatte 4 ausgedehnte radiale Spalte 6 auf, die die Tiegelwandung in eine Vielzahl von Segmenten 7 aufteilen. Die Segmente 7 verjüngen sich nach innen und umschließen einen eine zentrale Öffnung 8 am Boden aufweisenden Schmelzraum 9. Im Außenraum werden die Segmente 7 von einer Hochfrequenzspule 10 umgeben.

Die radialen Spalte 6 sind maximal 0,5 mm breit Bei dieser Spaltbreite und bei einem Durchmesser der zentralen Öffnung 8 im Boden des Schmelzraumes von etwa 3 mm weist der Kaltschmelztiegel 20 Segmente 7 auf. Je !deiner die Spaltbreite gewählt wird und je größer der zulässige Durchmesser der zentralen Öffnung 8 dem zu schmelzenden Material entsprechend bemessen ist, desto höher ist die Anzahl der Segmente 7 der Tiegelwandung des Kaltschmelztiegels.

Die Form des Schmelzraumes ist den optimalen Schmelzbedingungen angepaßt. In den Segmenten 7 verlaufen Kühlkanäle 5 in gleichmäßigem Abstand von der inneren Oberfläche des Schmelzraumes 9 entfernt, um eine ausreichende Kühlung der am Boden kalottenförmigen Tiegelwandung zu erreichen. Zuleitungsrohre 11 dienen der Zuführung eines Kühlmittels (Fig.2). Im Ausführungsbeispiel wird zur Kühlung der Segmente 7 Wasser verwendet.
Der Kaltschmelztiegel wurde durch Verlöten einzeiner Metallscheiben 2 mit der Bodenplatte 4 hergestellt. In Fig.3 ist eine der Metallscheiben 2 dargestellt. Die Form der Metallscheibe entspricht der Querschnittsform des Oberteiles 1 des Kaltschmelztiegels. Die Metallscheibe 2 weist radiale Schlitze 6' auf, die nach Abtragen des äußeren zusammenhängenden Randbereiches der Metallscheibe 2 die Spalten 6 zwischen den Segmenten 7 des Kaltschmelztiegels bilden werden. Die Metallscheibe 2 ist nach einem fotochemischen Ätzverfahren hergestellt. Fotochemisch sind 0,1 bis 3 mm dicke Metallscheiben bearbeitbar. Je dünner die Metallscheiben sind, um so feinere Ätzprofile lassen sich erzeugen. Die gratlosen Metallscheiben 2, die vor ihrem Zusammenbau zur Entfernung von Oxidschichten noch einmal geätzt wurden, werden auf Dorne 3 aufgezogen, von denen in Fig. 2 zwei dargestellt sind. Die in entsprechende Ausnehmungen 3a der Metallscheiben 2 eingeführten Dorne 3 dienen zugleich der Zentrierung. Die Metallscheiben 2 bilden das Oberteil 1 des Kaltschmelztiegels und werden mittels der Dorne 3 mit der Bodenplatte 4 verspannt. In Hohlräume, die nach Fertigstellung des Kaltschmelztiegels die Kühlkanäle 5 bilden, wird Lotmaterial eingefüllt. Als Lotniaterial wird ein für das Verlöten in Vakuum geeignetes handelsübli-

ches Lot verwendet, im Ausführungsbeispiei ein bekanntes Lotmaterial auf Kupfer-Silber-Basis.

Der verspannte Körper wird anschließend im Vakuum verlötet. Das Lotmaterial dringt infolge Kapillarwirkung in die Zwischenräume mit einer Spaltbreite unter 0,1 mm zwischen den aut'einanderliegenden, miteinander zu verbindenden Bereichen der Metallscheiben ein. Überschüssiges Lotmaterial fließt ab. Zur Aufnahme des überschüssigen Lotmaterials wird Metallschwamm eingesetzt.

Zur weiteren Fertigung des Kaltschmelztiegels schließt sich noch ein spanabhebender Arbeitsschritt an. Hierzu werden die die späteren Spalte 6 bildenden Schlitze 6' mit einer Ausgußmasse, beispielsweise einem Wachs oder Harz, ausgegossen, im Ausführungsbeispiel wird als Ausgußmasse ein handelsübliches Harz

verwendet. Dann wird der Kaltschraelztiegel von außen so weit abgedreht, bis die Spa'i» 6 freigelegt sind. Das die Spalte ausfüllende Harz wird mit einem Lösungsmittel, im Ausführungsbeispiel mit Trichloräthylen, ausgespült.

Die innere Oberfläche des Kahschmelztiegels kann mit Cold oder Rhodium beschichtet oder gebeizt und passiviert sein.

Die Form der Wandung der Kühlkanäle 5 in den Segmenten 7 ist aus F i g. 3 ersichtlich. Die Querschnitte der Kühlkanäle sind in der Metallscheibe 2 derart geätzt, daß nach dem Verlöten der Metallscheiben 2 Kühlkanäle entstehen, deren Wandungen Ausnehmungen zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche der Kühlkanäle aufweisen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen eines Kaltschmelztiegels, der zum Schmelzen kleiner Metallmengen in der Schwebe bestimmt ist, unter Verwendung von Metallscheiben, deren Form der Querschnittsform des herzustellenden Kaltschmelztiegels angepaßt ist und die aufeinandergelegt miteinander verlötet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere kVeisringförmige Metallscheiben mit radialen Schlitzen, die von innen nach außen geführt die Metallscheiben bis auf einen äußeren zusammenhängenden Randbereich in eine Vielzahl von Sektoren aufteilen, sowie eine Bodenplatte für Kaltschmelztiegel miteinander verlötet werden, daß der Randbereich der miteinander verlöteten Metallscheiben nach Ausgießen der Schlitze mit Ausgußmasse in spanabhebender Bearbeitung so weit abgetragen wird, daß die Schlitze freiliegen, und daß im Anschluß daran die Ausgußmasse mittels Lösungsmitteln ausgewaschen wird.