DE3114628A1

DE3114628A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektromagnetischen giessen

Info

Publication number: DE3114628A1
Application number: DE19813114628
Authority: DE
Inventors: Michael J. Woodbridge Conn. Pryor
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1980-04-11
Filing date: 1981-04-10
Publication date: 1982-02-11
Also published as: GB2075881A; IT1142804B; KR860000127B1; KR860000126B1; KR850006920A; CA1180531A; KR830004927A; FR2480154B1; IT8148260A0; SU1168087A3; GB2075881B; US4353408A; FR2480154A1; SE8102330L; JPS56160856A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum elektromagnetischen Gießen

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum elektromagnetischen Gießen von Material einschließlich (Rein-)Metallen, Legierungen und Metalloiden, wie Silizium. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung können auf das Gießen von polykristallinen oder einkristallinen Gußstücken in Form relativ dünner Streifen ausgerichtet werden.

Der elektromagnetische Gießprozeß ist seit vielen Jahren bekannt und benutzt zum kontinuierlichen und halbkontinuierlichen Gießen von Metallen und Legierungen. Der Prozeß wurde kommerziell zum Gießen von Aluminium und Aluminiumlegierungen eingesetzt. Der Prozeß wurde in seiner bekannten Anwendung zum Gießen von relativ dicken Gußstücken eingesetzt.

Die Vorrichtung zum elektromagnetischen Gießen weist eine dreiteilige "Form" bzw. "Kokille" auf, die aus einer wassergekühlten Induktionseinrichtung, einem unmagnetischen Schirm bzw. Schild und einer Leitungseinrichtung zum Aufbringen von Kühlwasser auf das Gußstück besteht. Ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung findet sich in der US-PS 34 67 166. Der Einschluß der Schmelze wird ohne unmittelbaren Kontakt zwischen der Schmelze und irgendeinem Bestandteil der Form bewerkstelligt. Die Erstarrung der Schmelze wird durch unmittelbares Aufbringen von Wasser aus einer Kühl-Leitungseinrichtung auf die erstarrende Schale des Gußstücks erreicht.

Eine ausführliche Diskussion des Standes der Technik auf dem Gebiet des elektromagnetischen Gießens findet sich in der US-PS 41 61 206. Diese Angabe zum Stand der Technik soll durch ausdrückliche Bezugnahme zum Bestandteil der Offenbarung der vor-

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liegenden Anmeldung gemacht werden. Die US-PS 41 61 206 selbst befaßt sich mit einem Steuerungssystem zum Steuern des elektromagnetischen Prozesses.

Die üS-PSen 39 85 179 und 40 04 631 zeigen die Verwendung von Induktionseinrichtungen bestimmter Gestalt beim elektromagnetischen Gießen.

Beim elektromagnetischen Gießen hat der Schmelzensumpf über der Erstarrungszone normalerweise dieselbe Querschnittsgestalt wie das gewünschte erstarrte Gußstück. Wenn das Verfahren zum Gießen von dünnen, streifenförmigen Abschnitten eingesetzt wird, ergibt sich infolgedessen ein Schmelzensumpf mit geringem Volumen. Kleine Temperaturänderungen der Schmelze, die sich auf einen Schmelzensumpf mit geringem Volumen auswirken, sowie kleine Kühlgeschwindigkeitsunterschiede während des Gießens selbst haben alle die Tendenz, große Temperaturänderungen in dem Schmelzensumpf kleinen Volumens zu erzeugen, und diese Temperaturänderungen können zu vorzeitiger Erstarrung bzw. Einfrieren und zum Abbruch des Gießlaufs führen.

Es ergeben sich jedoch noch weitere Probleme, wenn man das elektromagnetische Einschließen anstelle einer herkömmlichen Stranggießkokille versucht. Beim elektromagnetischen Gießen ist es erforderlich, das -Fließen der Schmelze hinab in die Einschl.ußzone oder den Schmelzensumpf genau zu steuern, weil die Größe des Schmelzenkopfes den durch die Schmelze ausgeübten hydrostatischen Druck und infolgedessen die für den Einschluß erforderliche Kraft beeinflußt.

Ein Anwenden des elektromagnetischen Gießens auf das Gießen von Abschnitten in Gestalt dünner Streifen würde zusätzliche Schwierigkeiten bieten, insbesondere, wenn die Abschnittdicke kleiner als etwa 6,35 mm ist. Das Problem stellt sich noch schwieriger dar, wenn Abschnittdicken von weniger als 2,54 mm, beispielsweise /0,635 mm, beim Gießen von Material wie Silizium

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zur Verwendung bei Halbleiteranwendungen gefordert sind. In diesem letzteren Fall ist es extrem schwierig, die Steuerung der Gestalt durch das elektromagnetische Verfahren durchzuführen, insbesondere an den seitlichen Kanten des Streifens.

Die US-PS 34 63 365 und die GB-PS 14 81 301 sind Beispiele des Standes der Technik, der sich auf die Verwendung von elektromagnetischen Feldern zur Steuerung des Metallflusses von einem Gießbehälter oder einer Schmelzpfanne in die Kokille beziehen. Bei der GB-PS 14 81 301 wird ein elektromagnetisches Feld nicht nur zur Steuerung des Schmelzenflusses von der Schmelzpfanne eingesetzt, sondern auch dazu, ein Fließen der Schmelze gegen das feuerfeste Material eines Bereichs der Schmelzpfanne zu verhindern, um eine Erosion des feuerfesten Materials zu vermindern. Bei der GB-PS besitzt die Schmelzpfanne einen relativ großen Durchmesser im Vergleich zur öffnung oder Düse, durch die die Schmelze die Schmelzpfanne verläßt und der Kokille zugeführt wird.

Aus der GB-PS 14 99 809 geht ein System zum Gießen von Stangen hervor, das eine Schmelzpfanne und eine Anordnung zur elektromagnetischen Fließsteuerung ähnlich der in der GB-PS 14 81 301 beschriebenen verwendet. In diesem Fall dient jedoch die elektromagnetische Spule, die den Metallfluß steuert, außerdem dazu, das Metall in die gewünschte stangenförmige Gestalt zu bringen, die dann zur Erstarrung mit Wasser gekühlt und zum endgültigen, gewünschten Stangen- oder Drahterzeugnis gewalzt wird.

Da die in den GB-PSen 14 81 301 und 14 99 809 beschriebenen Anordnungen hybrid sind, indem sie zum Einschluß sowohl eine Schmelzpfanne als auch elektromagnetische Kräfte einsetzen, entstehen Nachteile dahingehend, daß der durch die Schmelzpfanne unterstützte Schmelzensumpf durch die Schmelzpfanne verunreinigt wird. Bei der Anordnung gemäß der GB-PS 14 99 809

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kommt hinzu, daß Wasser von der Kühlstation zwischen der Schmelze und der Schmelzpfanne im engen Halsbereich nach oben spritzen könnte, was die Vorrichtung in eine mögliche Explosionssituation bringen würde. Um diese Probleme zu überwinden, ist erfindungsgemäß eine Anordnung geschaffen, bei der ein großes Bad aus geschmolzenem Material oder ein Sumpf oberhalb des schmalen Abschnitts der elektromagnetischen Form zur Formgebung des Streifens, in dem die Erstarrung allein mittels elektromagnetischer Einschlußkräfte stattfindet, gehalten ist.

Diese Anordnung ist von gewöhnlichen Schwebeschmelzvorrichtungen, wie sie in den üS-PSen 26 86 864 und 34 76 170 beschrieben sind, zu unterscheiden. In diesen Vorrichtungen findet eine Induktionseinrichtung Verwendung, um die Schmelze am Schweben zu halten und - im Fall der US-PS 26 86 864 - sogar, um gesteuert von der Schmelze abzuziehen. Keine dieser Vorrichtungen setzt jedoch eine Anordnung des elektromagnetischen Einschlusses ein, bei der ein Schmelzensumpf eingeschlossen wird, der relativ dicker als die gewünschte Dicke des zu gießenden Erzeugnisses in Gestalt eines dünnen Streifens ist.

Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen dünner Streifen. Das Verfahren und die Vorrichtung sind zum Gießen einer großen Vielzahl geschmolzener Materialien, zu der (Rein-)Metalle, Legierungen und verschiedene Materialien gehören, die zur Verwendung in elektronischen Komponenten geeignet sind, beispielsweise Silizium, in Gestalt dünner Streifen geeignet. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Einrichtung zur elektromagnetischen Formgebung und zum elektromagnetischen Einschließen geschaffen, die bei der Erstarrungszone das geschmolzene Material in die gewünschte Querschnittsgestalt eines dünnen Streifens bringen kann und die an einer zweiten Zone einen vergrößerten Sumpf aus geschmolzenem Material tragen kann. Der vergrößerte Sumpf aus geschmolzenem Material verringert Temperaturänderungen des geschmolzenen, der Erstarrungszone zugeführten Materials und reduziert Ände-

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rungen des von dem geschmolzenen Material in der Erstarrungszone aufgebrachten hydrostatischen Drucks. Der Einschluß des geschmolzenen Materials sowohl im vergrößerten Versorgungssumpf als auch in der Erstarrungszone geschieht ausschließlich mittels elektromagnetischer, auf das Material wirkender Kräfte. Dies wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dadurch erreicht, daß eine elektromagnetische Induktionseinrichtung eine derartige Gestalt hat, daß sie in einem ersten Bereich einen dem Querschnitt des gewünschten Gußstücks in Gestalt eines dünnen Streifens entsprechenden Querschnitt besitzt, während sie in einem zweiten Bereich einen vergrößerten Querschnitt besitzt, zu dem sie sich vom ersten Bereich aus ausbreitet. Vorzugsweise ist das von der oberen Endfläche der Induktionseinrichtung definierte offene Ende in der Querschnittsfläche mindestens fünffach größer, verglichen mit der öffnung in der Induktionseinrichtung an der Erstarrungszone. Die Vorrichtung kann gewünschtenfalls einen unmagnetischen Schirm aufweisen, um die Krümmung des geschmolzenen Materials an der oberen Oberfläche des Metallschmelzensumpfes zu steuern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Gußstücke mit Querschnitten ultradünner Streifen gebildet, bei denen die Dicke des Streifens kleiner als etwa 6,35 mm und vorzugsweise kleiner als etwa 2,54 mm ist. Es ist eine Einrichtung zum Beaufschlagen der Induktionseinrichtung mit Wechselstrom vorgesehen, dessen Frequenz derart gewählt ist, daß die Eindringtiefe des Stroms in die Metallschmelze an der Gießzone kleiner als etwa 1/4, vorzugsweise kleiner als etwa 1/6, der Dicke des zu gießenden Streifens ist. Auf diese Weise erscheint es möglich, extrem dünne Streifen aus Materialien, wie Silizium oder anderen gewünschten Materialien, zu gießen und dabei eine angemessene Gestaltsteuerung bzw. Gestaltkontrolle beizubehalten und ohne das zu gießende Material zu verunreinigen.

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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine in besonderer Gestalt vorgesehene Induktionseinrichtung sowohl zum Einschließen als auch zum Erhitzen und Schmelzen des zu gießenden Materials verwendet.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Gießen von Metallen, Legierungen, Metalloiden, wie Silizium, und anderen gewünschten Materialien in Gestalt dünner Streifer zu schaffen.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß Vorstehendem zu schaffen, bei dem bzw. der sich die Verunreinigung des geschmolzenen Materials beim Gießen vermindern läßt.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß Vorstehendem zu schaffen, bei dem bzw. der die Gestalt ultradünner Streifen über deren gesamten Querschnitt hervorragend steuerbar bzw. kontrollierbar ist.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand schematisiert zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gießvorrichtung; Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gießvorrichtung; Fig. 3 eine Teildarstellung eines alternativen Gußstückabziehmechanismus .

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gießvorrichtung dargestellt. Die elektromagnetische Gießkokille 10 besteht aus einer wassergekühlten Induktionseinrichtung 11, einem Kühlleitungsring 12 zum Aufbringen von Wasser auf die Umfangs-Oberflache 13 des gerade gegossenen. Materials C und einem unmagnetischen Schirm 14. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird geschmolzenes Material, beispielsweise Metallschmelze, kontinuierlich während des Gießlaufs in die Kokille eingebracht, was auf normale Weise mittels eines Trogs 15, eines Auslaufs 16 und einer Schmelzenkopfsteuerung 17 geschieht. Die Kopfregelung bzw. Kopfsteuerung 17 kann ein übliches Ventilglied 18 aufweisen, das manuell oder vorzugsweise automatisch gesteuert bzw. geregelt verstellt werden kann. Vorzugsweise ist das Ventilglied 18 axial hinsichtlich des Gußstücks C und des Auslaufs 16 bewegbar mittels einer Zahnstange 19/Ritzel 20-Anordnung, die durch einen geeigneten Schrittmotor oder Stellmotor 21 betätigt wird, der seinerseits von der Energieversorgung 22 und dem Steuerungssystem 23 beaufschlagt wird. Das Fließen der Metallschmelze durch den Auslauf 16 wird entsprechend den langfristigen Zunahmen oder Abnahmen in der Induktanz der Induktionseinrichtung 11 gesteuert bzw. geregelt.

Die Induktionseinrichtung 11 wird durch Wechselstrom von einer Stromquelle bzw. Energiequelle 22 und einem Steuersystem 23 erregt. Die Stromquelle 22 und das Steuersystem

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können von beliebiger, gewünschter Konstruktion sein; vorzugsweise ist es jedoch entsprechend der Lehre der US-PS 41 61 aufgebaut. Bei dieser Lösung ist der Strom in der Induktionseinrichtung 11 derart gesteuert, daß die Induktanz der Induktionseinrichtung 11 im wesentlichen konstant gehalten wird. Dies stellt die Einhaltung eines gleichbleibenden Luftspalts zwischen der Metallschme.lze und der gegenüberliegenden Induktionseinrichtung 11 während des voranschreitenden Gießlaufs sicher.

Der Wechselstrom in der Induktionseinrichtung erzeugt ein magnetisches Feld, das mit dem Metallschmelzenkopf 24 zur Erzeugung von Wirbelströmen darin zusammenwirkt. Diese Wirbelströme ihrerseits kommen in Wechselwirkung mit dem magnetischen Feld und erzeugen Kräfte, die einen magnetischen Druck auf den Metallschmelzenkopf 24 ausüben, wodurch dieser eingeschlossen wird und im gewünschten Gußstückquerschnitt erstarrt. Während des Gießens besteht ein Luftspalt 25 zwischen dem Metallschmelzenkopf 24 und der Induktionseinrichtung 11. Der Metallschmelzenkopf wird in der Erstarrungszone 26 in dieselbe generelle Gestalt gebracht oder geformt, wie sie die Induktionseinrichtung 11 aufweist, wodurch der gewünschte Gußstückquerschnitt entsteht. Die Induktionseinrichtung 11 besitzt in der Draufsicht vorzugsweise eine rechteckige Gestalt, die die Metallschmelze umgibt, um den gewünschten Querschnitt eines dünnen Streifens zu erhalten.

Der unmagnetische Schirm 14 dient dem Zweck, den magnetischen Druck auf den hydrostatischen Druck des Metallschmelzenkopfes 24 in der Nähe der oberen Oberfläche 27 des Metallschmelzenkopfes 24 feinabzustimmen und mit diesem auszubalancieren. Der unmagnetische Schirm 14 kann mit einem gesonderten Element verwirklicht sein, wie gezeichnet, oder kann mit anderen Bauteilen der Vorrichtung, zum Baispiel der Induktionseinrichtung, Integral zusammengefaßt- sein, wie bei den US-PSen 39 85 179

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und 40 04 631.

Anfänglich werden ein herkömmlicher Stempel 28 und ein herkömmlicher Fußblock 29 in der Erstarrungszone 26 der Kokille 10 gehalten, damit die Metallschmelze zu Beginn des Gießlaufs in die Kokille 10 gegossen werden kann. Der Stempel 28 und der Fußblock 29 werden dann mittels eines Zurückzugsmechanismus 30, der von herkömmlicher Konstruktion sein kann, gleichmäßig nach unten mit einer gewünschten Gießgeschwindigkeit zurückgezogen.

Die Erstarrung der magnetisch in der Kokille 10 eingeschlossenen Metallschmelze geschieht durch unmittelbares Aufbringen von Wasser aus der Kühlringleitung 12 auf die erstarrende Gußstückoberfläche 13. Beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Wasser knapp unterhalb der Induktionseinrichtung 11 und in sehr enger Nähe hierzu auf die Gußstückoberfläche 13 aufgebracht. Alternativ kann das Wasser gewünschtenfalIs innerhalb der Induktionseinrichtung 11 auf die Gußstückoberfläche 13 aufgebracht werden durch Vorsehen geeigneter Ausströmschlitze oder -öffnungen zum Kühlen mit Wasser in der Induktionseinrichtung 11 selbst.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von den bekannten Vorrichtungen zum elektromagnetischen Gießen insbesondere darin, daß der Metallschmelzensumpf einen mit der Höhe nicht gleichbleibenden Querschnitt besitzt. In einem ersten Bereich 26 der Einschlußzone, in dem die Erstarrung stattfindet, wird die Metallschmelze in die gewünschte Querschnittsgestalt für das sich ergebende Gußstück in Gestalt eines dünnen Streifens gebracht. Bei einem zweiten Bereich 31 der Einschlußzone stromaufwärts vom ersten Bereich 26 breitet sich der Metallschmelzensumpf 24 aus, so daß an seiner oberen Oberfläche 27 eine Querschnittsfläche bzw. Draufsichtsfläche entsteht, die vorzugsweise mindestens um den Faktor 5 größer als die Querschnittsfläche des gegos-

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senen Streifens C ist, höchst vorzugsweise mindestens um den Paktor 7 größer.

Der zweite Bereich 31 der Einschlußzone erzeugt einen Metallschmelzensumpf, der wesentlich weiter als der gerade gegossene Streifen C ist. Das Volumen des Metallschmelzensumpfes 24 ist hinreichend groß, um sicherzustellen, daß Temperaturunterschiede im Metallschmelzensumpf 24 minimiert werden und daß die Höhe des Metallschmelzenkopfes, die den hydrostatischen Druck der Metallschmelze im Erstarrungsbereich 26 der Einschlußzone bestimmt, im wesentlichen konstant gehalten wird. Dies reduziert Schwankungen im hydrostatischen Druck und sorgt für ein sich ergebendes Streifenerzeugnis C mit gesteigerter Gleichförmigkeit des Querschnitts und der Dicke.

Beim in Fig. 1 dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die elektromagnetische Einschlußzone, die die beiden Bereiche 26 und 31 wie vorstehend beschrieben schafft, mittels eines neuartigen Aufbaus der Induktionseinrichtung 11 verwirklicht. Die Oberfläche 32 der Induktionseinrichtung 11, die der Metallschmelze zugewandt ist, ist in zwei entsprechende Bereiche 33 und 34 aufgeteilt. Der erste Bereich 33 hat im wesentlichen eine Gestalt, die der gewünschten Gestalt des Gußstücks C in Gestalt eines dünnen Streifens entspricht. Der zweite Bereich 34 vergrößert sich nach außen vom ersten Bereich 33, wodurch am oberen Ende 35 der Induktionseinrichtung 11 ein Luftraum entsteht, der die Einschlußzone mit einer ersten Querschnittsfläche definiert, die wesentlich größer als die zweite Querschnittsfläche des Luftraums ist, der die Einschlußzone des ersten Bereichs 33 definiert. Vorzugsweise ist die erste Querschnittsfläche bzw. Draufsichtsfläche mindestens um den Faktor etwa 5 größer als die zweite Querschnittsfläche, höchst vorzugsweise mindestens um den Faktor 7.

Es versteht sich,daß sich der Strom in der Induktionseinrichtung 11 am ersten Bereich 33 konzentrieren wird, da dieser

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den kürzesten Weg darstellt. Bei einem geeigneten Stromniveau bzw. Energieniveau sollte jedoch genügend Strom im zweiten Bereich 34 fließen, um den Metallschmelzensumpf 24 zu tragen. Dies ist ein höchst wünschenswertes Charakteristikum der dargestellten Induktionseinrichtung 11, da im ersten Bereich 33 durch die Metallschmelze die höchsten hydrostatischen Kräfte herrschen, weil dort die Höhe des Metallschmelzenkopfes am größten ist. Daher ist es wünschenswert, daß die Stromdichte oder der Strom pro Flächeneinheit der Oberfläche 33 am ersten Bereich am größten ist. Wenn man sich entlang des sich ausbreitenden Bereichs 34 der Induktionseinrichtung 11 bewegt, wird sich die Stromdichte allmählich verringern,da sich der Stromweg vergrößert. Dies ist wünschenswert, da sich die Höhe des Metallschmelzenkopfes, die an jedem nachfolgenden Punkt auswärts entlang des sich ausbreitenden Bereichs 34 getragen wird, entsprechend vermindert. Der Neigungswinkel der Oberfläche 34 ist vorzugsweise derart gewählt, daß für das zu gießende Material eine generelle Balance zwischen der Stromgröße in der Induktionseinrichtung und dem vom geschmolzenen Material an jedem Punkt im Bereich 31 der Einschlußzone ausgeübten hydrostatischen Druck besteht. Zum Beispiel kann die Höhe des Metallschmelzenkopfes und demzufolge der durch die Metallschmelze an jedem Punkt des Bereichs 34 der Induktionseinrichtung 11 ausgeübte hydrostatische Druck generell dadurch erhöht werden, daß man die Oberfläche 34 stärker vertikal orientiert, und umgekehrt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein unmagnetischer Schirm 14,oder Schild eingesetzt, um einen Teil des Feldes von der Induktionseinrichtung 11 nahe der oberen Oberfläche 27 abzufangen, um ein ungebührliches Abrunden der oberen Ecken des Metallschmelzensumpfes 24 zu verhindern. In der Praxis kann es sich jedoch wegen der besonderen Gestalt dieser Induktionseinrichtung 11 ergeben, daß der Schirm 14 nicht notwendig ist; der Schirm 14 wird deshalb nicht für ein we-

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sentliches Element dieser Vorrichtung gehalten. Dies kommt daher, weil die Stromdichte am oberen Ende 35 der Induktionseinrichtung 11 wegen des langen Stromweges am niedrigsten ist.

Das Verfahren und die Vorrichtung, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben worden sind, sind insbesondere für das Gießen von dünnen Streifen aus Metallen und Legierungen geeignet. In diesen Fällen wäre das von der Kühlringleitung 12 gelieferte Kühlmedium Wasser oder ein anderes gewünschtes und geeignetes Medium. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist zur Bildung von Gußstücken in Gestalt dünner Streifen bis hinauf zu einer Dicke von etwa 19,05 mm, vorzugsweise bis hinauf zu einer Dicke von etwa 12,7 mm, geeignet. Solche Gußstücke C in Gestalt dünner Streifen sind besonders dafür geeignet, aus ihnen durch Kaltwalzen streifenartige Materialien zu erzeugen, die jede gewünschte Stärke bis hinab zu einigen Hunderstel Millimeter haben können. Ein mit dem Gießen der Metalle oder Legierungen in Streifenform verbundener Vorteil besteht darin, daß das normale, warme Streckwalzen bzw. Vorwalzen, das herkömmlicherweise zum Walzen der herkömmlichen, mehrere Zentimeter dicken Gußstücke zum Abwälzen auf eine kaltwalzbare Stärke eingesetzt wird, entfallen kann.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung kann ferner beim Gießen von ultradünnen Streifen aus Materialien wie (Rein-) Metallen, Legierungen und Metalloiden, zu denen Halbleitermaterialien wie Silizium, Germanium usw. gehören, Verwendung finden. Eine besonders bevorzugte Vorrichtung zur Erzeugung von Gußstücken C in Gestalt ultradünner Streifen ist in Fig. 2 dargestellt. Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung ist zur Erzeugung von Gußstücken C in Gestalt ultradünner Streifen geeignet, die wahlweise eine Einkristallnatur haben können. Bei dieser Ausführungsform ist die gesamte Kokille 10" innerhalb einer Kammer 36 aufgenommen, in der eine inerte

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Gasatmosphäre, beispielsweise aus Argon, herrscht,um die Reinheit des gerade gegossenen Materials zu erhalten. Statt der Trog 15 / Auslaß 16 - Anordnung gemäß Fig. 1 zum Einbringen des geschmolzenen Materials von einer entfernten Schmelzenquelle wird hier Silizium 37 oder ein anderes Material von einer festen Stange zugeführt. Die Anordnung von Induktionseinrichtung 11*und Schirm 14 ist ähnlich zu-den im Zusammenhang mit dem vorherigen Ausführungsbeispiel beschriebenen Elementen. Was jedoch die Induktionseinrichtung 11' anbelangt, so hat diese zwar die gleiche generelle Gestalt wie die Induktionseinrichtung 11 gemäß Fig. 1; sie hat jedoch einen deutlich unterschiedlichen Aufbau. Die Induktionseinrichtung 11' ist nämlich in zwei Abschnitte 37 und 38 geteilt. Der obere Abschnitt 37 enthält die dem zu gießenden Material zugewandte Oberfläche 34. Der untere Abschnitt 38 der Induktionseinrichtung 11' enthält die dem zu gießenden Material zugewandte Oberfläche 33. Ein isolierender Packungsring 39 ist zwischen den oberen Abschnitt 37 und den unteren Abschnitt 38 zwischengefügt. Der isolierende Packungsring 39 dient dazu, den oberen Abschnitt 37 vom unteren Abschnitt 38 elektrisch zu isolieren. Die beiden Abschnitte 37 und 38 sind durch nicht dargestellte, isolierende Schrauben wasserdicht fest miteinander verbunden. Der Zweck des Isolierens der Abschnitte 37 und 38 voneinander liegt darin, eine unabhängige Strom- bzw. Energiebeaufschlagung des oberen Abschnitts 37 relativ zum unteren Abschnitt 38 zu schaffen, wodurch die Stromniveaus in den entsprechenden Oberflächen 33 und 34 der Induktionseinrichtung 11' hingetrimmt werden. Dies ist hilfreich zur Erzielung der gewünschten Streifenbildungswxrkung im Bereich 26 der Induktionseinrichtung 11' und der gewünschten Tragwirkung für den Metallschmelzensumpf im Bereich 31.

Um den zu jedem Abschnitt 37 und 38 der Induktionseinrichtung 11' zugeführten Strom bzw. Leistung hinzutrimmen, sind zwei Stromversorgungseinheiten 40 und 41 und zwei Steuersysteme

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und 43 erforderlich. Auf diese Weise kann der dem oberen Abschnitt 37 der Induktionseinrichtung 11' zugeführte Strom vollständig unterschiedlich von dem dem unteren Abschnitt 38 zugeführten Strom sein, was zu entsprechenden Unterschieden der magnetischen Feldstärken in den entsprechenden Abschnitten 37 und 38 führt. Abhängig vom zu gießenden Material sollte es möglich sein, die von der Induktionseinrichtung 11' gelieferte, gewünschte magnetische Kraft und die vom zu gießenden Material ausgeübten hydrostatischen Drücke besser auszubalancieren.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist das System vorzugsweise zum Gießen von Halbleitermaterialien wie Silizium in Form von Einkristallen ausgelegt. In diesem Fall muß das Silizium eine sehr hohe Reinheit haben und diese hohe Reinheit im endgültigen Gußerzeugnis beibehalten. Zu diesem Zweck wird das Gießen in einer inerten Atmosphäre ausgeführt, wie oben beschrieben. Es ist ferner erwünscht, daß das zu gießende Material nicht irgendein anderes Material, wie eine Schmelzpfanne, berührt, um Verunreinigung zu vermeiden.

Bezugnehmend weiterhin auf Fig. 2 ist verständlich, daß die Induktionseinrichtung 11" in anderer Hinsicht im wesentlichen dieselbe Gestalt und im wesentlichen dieselbe Funktion wie die Induktionseinrichtung 11 gemäß Fig. 1 hat. Die Oberflächen 33 und 34, auf die als ähnlich Bezug genommen wird, funktionieren in der gleichen Art zur Schaffung einer Erstarrungszone 26 und eines Sumpfes 31 aus geschmolzenem Material wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Die Stromversorgungsexnheiten bzw. Leistungsversorgungseinheiten 40 und 41 und die Steuersysteme 42 und 43 arbeiten in derselben Art wie die vorher beschriebene Stromversorgung bzw. Leistungsversorgung 22 und das vorher beschriebene Steuersystem 23, außer, daß die jeweiligen Stromniveaus" im oberen Abschnitt 37 und im unteren Abschnitt 38 der Induktionseinrichtung 11' variiert sein können, wie oben beschrieben. Wie beim vorhergehenden Ausführungs-

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beispiel stellt der Schirm 14 ein fakultatives Element dar, da er möglicherweise weggelassen werden kann, was vom magnetischen Feld abhängt, das von der Induktionseinrichtung 11* mit besonderer Gestalt ausgeübt wird. Obwohl die Vorrichtung gemäß Fig. 2 zur Erzeugung ultradünner Streifen mit einer einkristallinen Morphologie besonders geeignet ist, kann sie auch zum Gießen anderer Materialien und Dicken entsprechend dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendet werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird der Sumpf 24 aus geschmolzenem Material ergänzt bzw. laufend aufgefüllt dadurch, daß man das Ende einer Feststoffstange 37 aus dem zu gießenden Material schmilzt. Für dieses Schmelzen ist gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung vorgesehen, daß die Induktionseinrichtung 11' in einer Weise mit Strom bzw. Leistung versorgt wird, daß sie nicht nur den Sumpf 24 aus geschmolzenem Material einschließt und trägt, sondern auch das Material in dem Sumpf 24 auf eine Temperatur aufheizt, bei der es die feste Zuführungsstange 37 in dem Maße schmilzt, wie sie in den Sumpf 24 vorgeschoben wird. Dies geschieht durch Ausbalancieren des Drucks und der Wärmezufuhr, die vom oberen Abschnitt 37 der Induktionseinrichtung 11' zur Verfügung gestellt werden. Zum Zweck des Schmelzens wird die Frequenz des angelegten Stroms gesteigert. Dies dient der Steigerung des Aufheizeffekts des angelegten Feldes und des effektiven Widerstands der Schmelze. Das Vermögen der Induktionseinrichtung 11', sowohl aufzuheizen als auch einzuschließen, wird offenbar in hohem Maße vom spezifischen Widerstand des zu gießenden Materials beeinflußt. Im Fall von Materialien vom Halbleitertyp, beispielsweise Silizium oder Germanium, dient deren hoher spezifischer Widerstand zur Steigerung des Aufheizeffekts der Induktionseinrichtung 11'. Möglicherweise ist es nicht möglich, die Induktionseinrichtung 11' sowohl zum Einschluß als auch zum Aufheizen einzusetzen, wenn Mate-

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rialien mit vergleichsweise niedrigem spezifischen Widerstand verarbeitet werden. Es ist jedoch, generell gesprochen, normalerweise angestrebt, Gußstücke in Gestalt ultradünner Streifen aus solchen Materialien mit hohem spezifischem Widerstand zu erzeugen, die in Halbleitern und elektronischen Einrichtungen Verwendung finden.

Analog wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel wird die Bewegung der festen Zuführungsstange 37 aus Silizium in den Metallschmelzensumpf 24 durch das Steuersystem 42 der Induktionseinrichtung 11' derart gesteuert bzw. geregelt, daß die obere Oberfläche 27 des geschmolzenen Materials im wesentlichen in konstanter Lage gehalten wird, um Änderungen im hydrostatischen Druck, der vom geschmolzenen Material in der Erstarrungszone 26 ausgeübt wird, zu reduzieren. Dies kann durch Zuführwalzen 44 bewerkstelligt werden, die mit einem Motor 45 in Verbindung stehen, der seinerseits vom Steuersystem 42 beaufschlagt wird. Wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel steuert bzw. regelt auch beim diesem Ausführungsbeispiel das Steuersystem das Ergänzen des Sumpfes 24 aus geschmolzenem Material vorzugsweise dadurch, daß eine konstante Induktanz der Induktionseinrichtung 11' beibehalten wird. Wenn die Höhe des geschmolzenen Metalls 27 zunimmt oder abnimmt, gibt es eine Änderung im durch das geschmolzene Material ausgeübten hydrostatischen Druck. Dies führt seinerseits entsprechend zu einer Verringerung des Luftspalts 25 zwischen dem Metallschmelzensumpf und der Induktionseinrichtung oder zu einer Vergrößerung des Luftspalts 25. In beiden Fällen ändert sich die Induktanz der Induktionseinrichtung entsprechend. In Übereinstimmung mit der US-PS 41 61 206 kann die Induktanz mittels des der Induktionseinrichtung zugeführten Stroms bzw. zugeführten Leistung konstant gehalten werden, und die Induktanz der Induktionseinrichtung kann auch mittels Steuerung der Ergänzung des Sumpfes innerhalb einer gewünschten Grenze gehalten werden. Diese beiden Möglichkeiten finden vorzugsweise bei der Er-

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findung Anwendung-, um das Gießsystem derart zu steuern, daß sich ein Gußstück C oder C von gleichmäßigem Querschnitt in Gestalt eines dünnen Streifens ergibt.

Die Wirkung des geschmolzenen Materials und die von der Induktionseinrichtung 11' zugeführte Leistung genügen, die Stange 37 aus Silizium langsam zu schmelzen zum Ersetzen des Silizium-Materials, das aus der Gießzone 36 als erstarrter, ultradünner Streifen C abgezogen wird. Obwohl es gemäß diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt ist, daß die Induktionseinrichtung 11' die Energie sowohl zum Tragen bzw. Abstützen des Sumpfes 24 aus geschmolzenem Material als auch zum Schmelzen des Ersetzungsmaterials 37 liefert, ist es im Rahmen der Erfindung möglich, das Ersetzungsmaterial an einer entfernten Stelle zu schmelzen, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben worden ist. In einem solchen Fall müßte die Induktionseinrichtung 11 oder 11' nicht den doppelten Zweck erfüllen, zum Schmelzen des Ersetzungsmaterials zu heizen und außerdem einzuschließen.

Wenn man Silizium oder anderes gewünschtes Material in Gestalt eines einkristallinen dünnen Streifens gießt, ist es erforderlich, die Gießgeschwindigkeit oder die Absenkgeschwindigkeit des Stempels 28 sehr niedrig zu machen entsprechend bekannten Einkristallwachstumstechniken. Infolgedessen ist die Absenkgeschwindigkeit des festen, aufzuschmelzenden Siliziummaterials 37 entsprechend langsam. Um Kontamination zu vermeiden und angesichts der geringen Abzugsgeschwxndigkeiten, kann man anstelle der Kühlung des Siliziumstreifens C mittels der Aufbringung von Wasser vorzugsweise ein inertes Gas von der Kühlungsringleitung 25' aufbringen. Die Einkristallmorphologxe wird durch Verwendung eines einkristallinen Kristallkeims 46, der vom Fußblock 29 der Gießvorrichtung getragen ist, erhalten.

Beim Gießen von ultradünnen Streifen C besteht ein wichtiger Aspekt darin, daß die Stromversorgung bzw. Leistungsversorgung

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an die Induktionseinrichtung 11' einen Strom mit einer Frequenz liefert, die derart gewählt ist, daß die Eindringtiefe des im geschmolzenen Material induzierten Stroms geringer als etwa 1/4 der Dicke t des zu gießenden Streifens, vorzugsweise kleiner als 1/6 der Dicke t des zu gießenden Streifens, ist. Die Eindringtiefe ergibt sich nach folgender Formel

■γ

μ-β

In dieser Formel bedeutet cT die Eindringtiefe, cf umfaßt die Tiefe des fraglichen Materials, bei der der Strom um etwa 67% im Vergleich zum Strom an der äußeren Umfangsfläche 13 reduziert ist. S bedeutet den spezifischen Widerstand des zu gießenden Materials. μ_ο bedeutet die Permeabilität des zu gießenden Materials, f bedeutet die Frequenz des angelegten Stroms. 7Γ = 3,14.

Die Eindringtiefe <f im Sinne der Erfindung ist durch die obige Formel definiert. Entsprechend dieser Formal ist klar, daß die Eindringtiefe sinkt, wenn die Frequenz des angelegten Stroms steigt. Bei gewöhnlichem Gießen unter Einsatz elektromagnetischer Praktiken war es üblich, mit einer Eindringtiefe von 5 mm zu arbeiten. In der US-PS 41 61 206 ist der Einfluß des spezifischen Widerstands auf die Eindringtiefe ausführlich dargelegt. Um gemäß der vorliegenden Erfindung eine angemessene Gestaltsteuerung bzw. Gestaltkontrolle zu haben, womit eine gleichmäßige bzw. gleichförmige Gestalt oder Querschnitt über die Länge des Gußstücks gemeint ist, muß die Eindringtiefe sehr sorgfältig durch Steuerung der Frequenz des angelegten Stroms gesteuert werden. Vorzugsweise soll die Eindringtiefe kleiner als etwa 1/4 der Dicke des zu gießenden Streifens, höchst vorzugsweise kleiner als etwa 1/6 der Dicke des zu gießenden Streifens, sein. Diese bevorzugten Grenzen sollen sicherstellen, daß es wenig oder keine Wechselwirkung zwischen dem auf einer Seite des Streifens C angelegten Feld im Vergleich zum an der anderen

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Seite des Streifens C angelegten Feld gibt. Es wird angenommen, daß durch Vermeidung solcher Wechselwirkungen die Schwierigkeiten beim Erhalt eines Streifens C mit gleichmäßiger Dicke und gleichmäßigem Querschnitt minimiert werden. Es wird ferner angenommen, daß bei Nichteinhaltung dieser Grenzen der sich ergebende Streifen C einen unerwünschten ovalen Querschnitt haben könnte.

Wenn man den Gießprozeß ohne die Bildung einer Einkristallstruktur ausführen will, läßt man den Kristallkeim 46 weg und wird der Fußblock 29 anfangs innerhalb des Einschlußfeldes positioniert, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Für das Gießen von Einkristallstrukturen wird jedoch der Kristallkeim 46 anfangs im Einschlußfeld positioniert und dann langsam nach unten zurückgezogen mit einer Geschwindigkeit, die mit der Erzeugung der gewünschten Einkristallmorphologie verträglich ist.Wenn eine Mehrkristallstruktur akzeptabel ist, kann man gewünschtenfalls mit Wasserkühlung anstelle von Gaskühlung arbeiten. Beim Gießen von Einkristallstruktur ist jedoch Gaskühlung bevorzugt.

In Fig. 3 ist ein abgewandelter Rückzugsmechanismus 30' gezeichnet. Die bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 2 eingesetzten Rückzugsmechanismen 30 sind zum kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Erzeugen des Gußstücks in Gestalt eines dünnen Streifens mit vernünftiger Länge in Abhängigkeit von der verfügbaren Bewegung des Stempels 28 und des Fußblocks 29 mehr als angemessen. Wenn längere Gußstücke in Gestalt eines dünnen Streifens gewünscht werden, kann der Rückzugsmechanismus 30' gemäß Fig. 3 eingesetzt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird anfangs ein Anfangsblock 51 in Gestalt eines dünnen Streifens zwischen Förderwalzen 50 derart positioniert, daß das Ende des Anfangsblockstreifens innerhalb der Einschlußzone 26 liegt wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen. Die Förderwalzen steuern die Geschwindigkeit, mit der der den Anfangsblock bildende Streifen 51

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und das Gußstück C von der Einschlußzone 26 abgezogen werden. Nachdem der Streifen die Förderrollen 50 verlassen hat, wird er auf eine Trommel 52 aufgespult. Auf diese Weise kann man extrem große Längen des Materials C vom Streifentyp gießen.

Obwohl die Erfindung generell unter Bezugnahme auf Metalle und Legierungen beschrieben worden ist, ist sie insbesondere für Kupfer und Kupferlegierungen, Stahl und Stahllegierungen, Aluminium und Aluminiumlegierungen, und Nickel und Nickellegierungen geeignet. Auch andere Metalle und Legierungen sollen nicht ausgeschlossen sein. Obwohl die Erfindung hinsichtlich des Gießens von Metalloiden, wie Silizium oder Germanium, beschrieben worden ist, ist sie auf einen weiteren Bereich von solchen Halbmetallen anwendbar, die in Halbleitereinrichtungen Verwendung finden. Dies schließt Saphire und zusammengesetzte Halbleitermaterialien, wie Galliumarsenid und dergleichen, ein. Diese Materialien werden lediglich beispielsweise erwähnt, und es ist nicht beabsichtigt, andere Metalloide oder Materialien vom Halbmetalltyp, die in elektronischen Einrichtungen Verwendung finden, auszuschließen.

Die in dieser Anmeldung erwähnten Druckschriften werden ausdrücklich durch Bezugnahme zum Teil der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung erklärt.

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Leerseite

Claims

ELISABETH JUNG dr. phil, dipl-chem. · * ·*- · «aooo MQNCHEN^ 1 1 λ C O JÜRGEN SCHiRDEWAHN dr. rer. nat. dipl -ph« * " * *" **'* PÄ>. bom·«» ** ' nv4y GCDUADn e^umiTT un enu CLEMENSSTRASSE30 ERHARD SCHMITT-NILSON DR.-ING. TELEFON: (089) 346067 GERHARD B. HAGEN dr.phil. telegramm/cable:inventmOnchen PETER HIRSCH DIPL-ING. TELEX: 5-29 688 PATENTANWÄLTE PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE Olin Corporation 1 10. April 1981 East Alton, Illinois, V.St.A. Q 663 M2 Verfahren und Vorrichtung zum elektromagnetischen Gießen Patentansprüche

1. Verfahren zum Gießen von Material in eine gewünschte Dünnstreifengestalt, bei dem das Material elektromagnetisch eingeschlossen und in geschmolzenem Zustand in die gewünschte Gestalt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des elektromagnetischen Formgebens und Einschließens folgendes aufweist:

ein erster Bereich des geschmolzenen Materials wird in die gewünschte Dünnstreifengestalt gebracht und ein zweiter Bereich des geschmolzenen Materials wird einer Gestaltgebung und einem Einschließen ausschließlich mittels eines elektromagnetischen Feldes unterworfen, um einen Sumpf geschmolzenen Materials stromaufwärts und in Verbindung mit dem ersten Bereich zu schaffen, wobei der Sumpf geschmolzenen Materials an seiner oberen Oberfläche eine wesentlich größere Querschnittsfläche im Vergleich zur Querschnittsfläche der Dünnstreifengestalt besitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Sumpfes an seiner oberen Oberfläche mindestens um den Faktor 5 größer als die Querschnittsfläche der Dünnstreifengestalt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte der Gestaltgebung des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches folgendes aufweisen:

POSTSCHECKKONTO: MONCHEN 50175-809

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BANKKONTO: DEUTSCHE BANK A.Q. MONCHEN, LEOPOLDSTRASSE 71, KONTO-NR. 60/35794

Einsatz einer Induktionseinrichtung, die mindestens zwei elektrisch voneinander isolierte Bereiche aufweist, von denen der erste Bereich der Bildung der Dünnstreifengestalt und der zweite Bereich dem Einschluß des Sumpfes von geschmolzenem Material dient, wobei jeder der beiden Bereiche der Induktionseinrichtung unabhängig mit Leistung versorgt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Gestaltgebung des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches folgendes aufweist: Bereitstellung einer Induktionseinrichtung zum Aufbringen eines magnetischen Feldes auf das geschmolzene Material und Bereitstellung einer Einrichtung zum Zuführen von Wechselstrom zu der Induktionseinrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes und Steuerung der Frequenz des der Induktionseinrichtung zugeführten Stroms derart, daß die Eindringtiefe des in dem geschmolzenen Material induzierten Stroms nicht größer als 1/4 der Dicke der gewünschten Dünnstreifengestalt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Dünnstreifengestalt eine Dicke von 6,35 mm oder kleiner besitzt und daß die Steuerung der Frequenz derart vorgenommen wird, daß sich eine Eindringtiefe des in dem geschmolzenen Material induzierten Stroms von nicht größer als 1/6 der Dicke der gewünschten Dünnstreifengestalt ergibt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Gestaltgebung des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches folgendes aufweist: Bereitstellung einer Induktionseinrichtung zum Aufbringen eines magnetischen Feldes auf das geschmolzene Material und Bereitstellung einer Einrichtung zum Zuführen von Wechselstrom zu der Induktionseinrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes, wobei das geschmolzene Material durch die Wirkung der Induktionseinrichtung und der Einrichtung zum Zuführen von Wechselstrom auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sumpf geschmolzenen Materials unter Hinzufügung von Material in fester Form zum Sumpf geschmolzenen Materials ergänzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Material ein Metall oder eine Legierung eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Material ein Metalloid eingesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloid Silizium ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießlauf mit einem Einkristallkeim des Materials begonnen wird, wodurch ein einkristallines Dünnstreifengußstück erhalten wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Dünnstreifengußstück zur Schaffung von Gußstücken sehr großer Länge aufgespult wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des elektromagnetischen Einschließens und der gewünschten Gestaltgebung des Materials in geschmolzenem Zustand folgendes aufweist: Bereitstellen einer Induktionseinrichtung und Zuführen von Wechselstrom zur Induktionseinrichtung, wobei der Strom in der Induktionseinrichtung derart gesteuert wird, daß die Induktanz der Induktionseinrichtung im wesentlichen konstant gehalten wird.

14. Verfahren zum Gießen eines Materials in eine gewünschte Gestalt, bei dem das Material elektromagnetisch eingeschlossen und in geschmolzenem Zustand in die gewünschte Gestalt gebracht wird, das elektromagnetische Einschließen und das Formgeben

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einen Sumpf aus geschmolzenem Material halten, und der Sumpf aus geschmolzenem Material während der Bildung des Gußstücks ergänzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ergänzung des Sumpfes das Material in festem Zustand dem Sumpf zugefügt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zufügen des Materials in festem Zustand ein festes Stück des Materials mit einer gewünschten Geschwindigkeit in den Sumpf des geschmolzenen Materials vorgeschoben wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit, mit der das Stück in den Sumpf geschmolzenen Materials vorgeschoben wird, gesteuert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Geschwindigkeit, mit der das Stück in den Sumpf geschmolzenen Materials vorgeschoben wird, auf die Induktanz der Induktionseinrichtung reagiert.

18. Vorrichtung zum Gießen eines Materials in eine gewünschte Dünnstreifengestalt, mit einer Einrichtung zum elektromagnetischen Einschließen und gewünschten Gestaltgeben des Materials in geschmolzenem Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung zur Formgebung und zum Einschließen folgendes aufweist:

einen ersten Bereich (26) zur Gestaltgebung des geschmolzenen Materials in die gewünschte Dünnstreifengestalt und einen zweiten Bereich (31) stromaufwärts des ersten Bereiches (26) und in Verbindung mit diesem zum Einschließen eines Sumpfes (24) aus geschmolzenem Material ausschließlich mittels eines elektromagnetischen Feldes, wobei der Sumpf (24) aus geschmolzenem Material an seiner oberen Oberfläche (27) eine wesentlich grössere Querschnittsfläche im Vergleich zur Querschnittsfläche der Dünnstreifengestalt besitzt.

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19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Formgebung und zum Einschließen eine Induktionseinrichtung (11 ;Π') mit einem ersten Bereich, der eine zur Bildung der Dünnstreifengestalt geeignete Gestalt hat, und einem zweiten Bereich, der eine zum Einschließen des Sumpfes (24) aus geschmolzenem Material geeignete Gestalt hat.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung zur Formgebung und zum Einschließen eine Induktionseinrichtung (11'), die mindestens zwei elektrisch voneinander isolierte Bereiche (37,38) beinhaltet, von denen der erste Bereich (38) zur Bildung der Dünnstreifengestalt dient und der zweite Bereich (37) dem Einschließen des Sumpfes (24) aus geschmolzenem Material dient, sowie eine Einrichtung aufweist, mit der jeder der beiden Bereiche (37,38) der Induktionseinrichtung (11') unabhängig mit Leistung versorgt wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (38) eine Gestalt zur Erzeugung der Dünnstreifengestalt hat und daß der zweite Bereich (37) eine Gestalt zum Einschließen des Sumpfes (24) aus geschmolzenem Material hat.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Sumpfes (24) an seiner oberen Oberfläche (27) mindestens um den Faktor 5 größer als die Querschnittsfläche der Dünnstreifengestalt ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung zum Einschließen und zur Formgebung eine Induktionseinrichtung (11;11') zum Aufbringen eines magnetischen Feldes auf das geschmolzene Material, eine Einrichtung (22;40,41) zum Zuführen von Wechselstrom zu der Induktionseinrichtung (11;11') zur Erzeugung des magnetischen Feldes und eine Einrichtung zum Steuern der Frequenz der Stromzuführungseinrichtung aufweist derart, daß die Eindringtiefe des in dem geschmolzenen Material

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induzierten Stroms nicht größer als 1/4 der Dicke der gewünschten Dünnstreifengestalt ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Dünnstreifengestalt eine Dicke von 6,35 mm oder weniger besitzt und daß die Einrichtung zum Steuern der Frequenz eine Eindringtiefe des im geschmolzenen Material induzierten Stroms liefert, die nicht größer als 1/6 der Dicke der gewünschten Dünnstreifengestalt ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung zum Einschließen und zur Formgebung eine Induktionseinrichtung (11*) zum Aufbringen eines magnetischen Feldes auf das geschmolzene Material und eine Einrichtung (40,41) zum Zuführen von Wechselstrom zu der Induktionseinrichtung (11') zur Erzeugung des magnetischen Feldes aufweist, und daß eine Einrichtung zum Aufheizen des geschmolzenen Materials auf eine gewünschte Temperatur vorgesehen ist, wobei diese Einrichtung die Induktionseinrichtung (11') und die Einrichtung zum Zuführen von Wechselstrom enthält.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Ergänzen des Sumpfes (24) aus geschmolzenem Material .vorgesehen ist,die ihrerseits eine Einrichtung (44,45) zum Zufügen des Materials (37) in festem Zustand zum Sumpf (24) aus geschmolzenem Material enthält.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionseinrichtung (11;11') in ihrem ersten Bereich (26) eine dem gerade beim Gießen befindlichen Material zugewandte, erste Oberfläche (33) mit einer dem gewünschten Dünnstreifengußstück entsprechenden Gestalt sowie in ihrem zweiten Bereich (31) eine sich nach außen von der ersten Oberfläche (33) ausbreitende, dem Sumpf (24) aus geschmolzenem Material zugewandte, zweite Oberfläche (34) aufweist.

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28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein einkristalliner Kristallkeim (46) zur Bildung eines einkristallinen Dünnstreifengußstücks vorgesehen ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 28, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (52) zum Aufspulen des Dünnstreifenmaterials, wodurch sehr große Längen des Dünnstreifengußstücks erhalten werden können.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum elektromagnetischen Einschließen und Formgeben des Materials in geschmolzenem Zustand in die gewünschte Gestalt eine Induktionseinrichtung (11; 11') sowie eine Einrichtung (22;40,41) zum Zuführen von Wechselstrom zur Induktionseinrichtung (11;11') aufweist, und daß eine Einrichtung zum Steuern des Stroms in der Induktionseinrichtung (11;11') vorgesehen ist derart, daß die Induktanz der Induktionseinrichtung (11,-1I¹) im wesentlichen konstant gehalten ist.

31. Vorrichtung zum Gießen von Material in eine gewünschte Gestalt, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zum elektromagnetischen Einschließen und Formgeben des Materials in geschmolzenem Zustand in die gewünschte Gestalt, mit welcher Einrichtung ein Sumpf aus geschmolzenem Material gehalten werden kann, sowie eine Einrichtung zum Ergänzen des Sumpfes aus geschmolzenem Material während der Bildung des Gußstücks aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergänzungseinrichtung eine Einrichtung (44,45) zum Zufügen des Materials in festem Zustand zu dem Sumpf (24) aufweist.

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32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zufügen von Material in festem Zustand eine Einrichtung (44,45) aufweist, mit der ein festes Stück (37) des Materials in den Sumpf (24) aus geschmolzenem Material mit einer gewünschten Geschwindigkeit vorschiebbar ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vorschieben des Stücks (37) eine Walzeneinrichtung (44) und eine Einrichtung (45) zum Antreiben der Walzeneinrichtung (44) zum Vorschieben des Stücks (37) mit der gewünschten Geschwindigkeit aufweist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (42) zum Steuern der Geschwindigkeit, mit der das Stück (37) in den Sumpf (24) aus geschmolzenem Material vorgeschoben wird.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (42) auf die Induktanz der Induktionseinrichtung (11') reagiert.

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