DE3026661C2 - Vorrichtung zur Einkristallzüchtung aus Mehrkomponentenlegierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einkristallzüchtung aus Mehrkomponentenlegierungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer derartigen, aus der DE-AS 25 43 752 bekannten Vorrichtung ruht der Aufnehmer mit seinem Boden auf einem Wärmeleitkörper. Aufgrund der vorhandenen Oberfiächenrauhigkeiten ist der Wärmeleitkontakt zwischen der Unterseite des Keimkristalls und der Oberseite des Bodens des Aufnehmers sowie der Außenseite des Bodens und der Oberseite des Wärmeleitkörpers ungünstig, auch wenn eir,e durch den Wärmeleitkörper und den Boden des Aufnehmers hindurchgehende Bohrung zum Absaugen von Luft vorgesehen ist, die den Wärmeaustausch zwischen Keimkristall, Aufnehmerboden und Wärmeleitkörper beeinträchtigen könnte. Der Boden des Aufnehmers kann vom Wärmeleitkörper gebildet werden, wenn dieser aus einem porösen Material, wie Graphit besteht. In diesem Fall wird der Wärmeaustausch zwischen der Unterseite des Keimkristalls und der Oberseite des Wärmeleitkörpers durch eine dazwischen befindliche, durch die Oberflächenrauhigkeit mögliche Luftschicht beeinträchtigt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein einwandfreier Wärmeaustausch zwischen dem einen Kühler bildenden Wärmeleitkörper und dem Keimkristall im Aufnehmer gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird nut der im Patentanspruch 1 beschriebenen Vorrichtung gelöst, wobei eine konstruktive Variante der Erfindung im Anspruch 2 erläutert ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß nach Zuführen von Wärme durch den Erhitzer und Ausbildung einer Schmelze der zu kristallisierenden Legierung ein ausgezeichneter wärmeleitender Kontakt zwischen dem Keimkristall und dem Kühler gewährleistet ist, so daß sich hohe Temperaturgradienten über der gesamten Höhe des Aufnehmers in der Größenordnung von mindestens 200°/cm einstellen können, wobei der Wärmeleitkontakt auf äußerst einfache Weise erreicht wird. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Einkristalle ausgezeichneter Qualität herstellen.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch im Längsschnitt die Vorrichtung zur Einkristallzüchtung vor dem Erhitzen;

F i g. 2 in einer Ansicht wie F i g. 1 die Vorrichtung nach dem Erhitzen.

Die Vorrichtung hat einen rohrförmigen Aufnehmer 1 (Fig. 1) aus feuerfestem Material, der mit seinem offenen Stirnende 2 in einem Sitz 3 auf der Oberfläche eines wassergekühlten Kühlers 4 aufgenommen ist Der Durchmesser des Sitzes 3 entspricht dem Außendurchmesser des Aufnehmers 1 oder ist etwas größer als dieser. Zwischen dem Stirnende 2 des Aufnehmers 1 und der Oberfläche des Kühlers 4, also dem Boden des Sitzes 3, befindet sich eine Lamelle 5, die aus einem Material besteht, dessen Wärmeleitfähigkeit höher und dessen Schmelzpunkt niedriger sind als die der zu kristallisierenden Legierung. Am Boden des Sitzes 3 sind Ansätze 6 angebracht, deren Höhe geringer als die Stärke der Lamelle 5 ist. Koaxial zum Aufnehmer 1 ist längs der Wand des Aufnehmers 1 ein hin- und herverschiebbarer Erhitzer 7 angeordnet

In dem Aufnehmer 1 wird ein Einkristall als Keimkristall 8, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des rohrförmigen Aufnehmers 1 gleich ist, so angeordnet, daß seine Stirnseite auf der Lamelle 5 liegt. Außerdem wird in den Aufnehmer 1 eine polykristallinene, umzukristallisierende Legierung 9 eingebracht, z. B. eine Legierung aus 34,5% Co, 14,9% Ni, 7,6% Al, 3,6% Cu, 5,1 % Ti, 1% Nb, Rest Fe, mit einem Schmelzpunkt von 1360° C, oder einer Legierung aus 40% Co, 14,5%Ni, 7,5% Al, 3% Cu, 8% Ti, Rest Fe, mit einem Schmelzpunkt von 1380° C.

Die Lamelle 5 besteht aus Zinn mit einem Schmelzpunkt von 232°C oder aus Blei mit einem Schmelzpunkt von 327,3⁰C. Wenn vom Erhitzer 7 Wärme zugeführt wird, schmilzt der obere Endbereich des Keimkristalls 8(F i g. 2) ab, die umzukristallisierende Legierung 9 bildet eine Schmelze 10. Durch Wärmeleitung wird auch das unlere Ende des Keimkristalls 8 erwärmt, so daß die Lamelle 5 (F i g. 1), welche aufgrund der Ansätze 6 einen schlechten Wärmekontakt mit der Oberfläche des Kühlers 4 hat, schmilzt.

Das geschmolzene Metall der Lamelle 5 fließt auf den Boden des Sitzes 3 und kristallisiert, weil sich bei der Verflüssigung die Wärmeleitung zum Kühler 4 verbessert. Es wird eine feste Zwischenschicht 11 gebildet (Fig.2), die den Aufnehmer 1 mit der Oberfläche des Kühlers 4 verbindet, so daß eine effektive Wärmeleitung zwischen dem Keimkristall 8, dem Aufnehmer 1 und dem Kühler 4 besteht. Dadurch stellen sich ohne Leistungssteigerung des Erhitzers 7 Temperaturgradienten in der Größenordnung von 200°/cm ein, was die Formung hochqualitativer Einkristalle ermöglicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Einkristallzüchtung aus Mehikomponentenlegierungen mit einem rohrförmigen Aufnehmer für einen Keimkristall und die zu kristallisierende Legierung, wobei das eine Ende des Aufnehmers auf der Oberfläche eines Kühlers in einem den Abmessungen des Endes des Aufnehmers entsprechenden Sitz aufsitzt, an dem Ende des Aufnehmers eine Lamelle aus einem Material vorgesehen ist, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die der Legierung, und koaxial zu dem Aufnehmer ein Erhitzer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Sitzes (3) gleich oder größer als der Außendurchmesser des Aufnehmers (1) ist. daß die Lamelle (5) zwischen dem Boden des Sitzes (3) und dem Ende des Aufnehmers (1) vorgesehen ist, und daß das Material der Lamelle (5) einen Schmelzpunkt hat, der niedriger ist als der der Legierung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Sitzes (3) Ansätze (6) aufweist, die niedriger sind als die Lamelle (5) stark ist.