DE3620722C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gießvorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 zur Herstellung schnell erstarrender dünnwandiger Gegenstände wie Folien, Bänder oder Bleche.

Die Technologie unterkühlter Schmelzen ist ein relativ junger Zweig der Werkstoffwissenschaften. Verfahren zur schnellen Erstarrung und starken Unterkühlung von Materialschmelzen mit beim Erstarrungsvorgang gezielt in weiten Bereichen über die Abschreckrate und den Unterkühlungsgrad einzustellen. Diese bekannten Verfahren erlauben neben der Herstellung amorpher Metalle durch keimbildungslose Erstarrung bspw. auch die Herstellung teilkristalliner Werkstoffe oder die Herstellung teilweise metastabiler Mikrokristallit-Gefüge. Dabei sind die Abkühlgeschwindigkeit und der Grad der Unterkühlung der Schmelze die wichtigsten Prozeßparameter, welche beim Erstarrungsvorgang die Struktur bzw. das Gefüge des in der Gießvorrichtung hergestellten dünnwandigen Gegenstandes entscheidend beeinflussen.

Ein derartiger schneller Erstarrungsvorgang ist bspw. bei dem bekannten Schmelzspinnverfahren, beim sog. Planar flow casting, oder beim sog. Melt Dragging gegeben, die zur Herstellung amorpher, teilkristalliner oder mikrokristalliner Bänder geeignet sind. Dabei wird aus der Schmelzeinrichtung bspw. in Gestalt eines Tiegels, der mit dem Gießorgan zum Ausgießen des geschmolzenen Materials versehen ist, das geschmolzene Material auf das Kühlsubstrat, das sich am Gießorgan vorbeibewegt, aufgespritzt. Die Schmelzeinrichtung, d.h. der Tiegel ist zu diesem Zweck bspw. mit einer Induktionsheizeinrichtung versehen, welche den Tiegel auf seiner Außenseite umgibt. Das schmelzflüßige Material kann mittels eines Gasdruckes, der den Innenraum des Tiegels der Schmelzeinrichtung, d.h. der das schmelzflüßige Material beaufschlagt, durch das Gießorgan auf das sich am Gießorgan vorbeibewegende Kühlsubstrat ausgespritzt werden. Es ist auch möglich, daß das geschmolzene Material durch das Gießorgan infolge seines eigenen hydrostatischen Druckes auf das Kühlsubstrat ausgespritzt wird. Bei dem Kühlsubstrat kann es sich bspw. um eine rotierende Walze aus Kupfer, Kupfer- Beryllium, Kupfer-Zirkon, Messing oder Stahl handeln. Von Wichtigkeit ist, daß das Kühlsubstrat aus einem gut wärme­ leitenden und verschleißfesten Werkstoff besteht. Auf dem Kühlsubstrat, bspw. in Gestalt einer rotierenden Walze, erstarrt die durch das Gießorgan aus der Schmelzeinrichtung austretende Schmelze kontinuierlich zu einem dünnwandigen Gegenstand, der im weiteren Verlauf vom rotierenden Kühlsubstrat entweder durch die auftretenden Fliehkräfte oder unterstützt durch eine am Kühlsubstrat anliegende Abstreifvorrichtung abgehoben wird. Auf diese Weise ist es möglich, daß das geschmolzene Material bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten im Bereich um 35 m/sek mit Abkühlraten bis 10⁶K/sek erstarrt. Die erzielbaren Abkühlraten sind insbesondere vom Wärmeübergangskoeffizienten, von der Wärmeleitfähigkeit, der Temperatur des Kühlsubstrates, der Temperatur und der Zusammensetzung der die Schmelzeinrichtung und insbesondere das Kühlsubstrat umgebenden Atmosphäre und nicht zuletzt von der Dicke des Materialstrahles nach dem Austritt aus dem Gießorgan und der Verweilzeit des erstarrten Materials auf dem Kühlsubstrat, d.h. von der Länge der Berührung zwischen dem erstarrten Material und dem Kühlsubstrat abhängig.

Die DE-OS 28 56 794 beschreibt eine Gießvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der die Stege zwischen benachbarten Durchlaßkanälen eine konstante Wanddicke aufweisen. Die Durchlaßkanäle selbst weisen einen eckigen Querschnitt auf und sind gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Herstellung eines solchen Gießorganes ist relativ aufwendig.

Aus der EP 0 99 599 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung dünnwandiger Gegenstände aus amorphem Metall bekannt, bei dem ein Gießorgan zur Anwendung gelangt, das mit einer Anzahl regelmäßig verteilter Durchlaßkanäle ausgebildet ist. Dort weisen die Durchlaßkanäle voneinander einen Abstand auf, der größer ist als die lichte Weite der Durchlaßkanäle. Ein derartiges Gießorgan ist gleich aufwendig herzustellen wie das aus der DE 28 56 794 A1 bekannte Gießorgan.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher das Gießorgan vergleichsweise einfach herstellbar ist, wobei der aus dem Gießorgan der Schmelzeinrichtung austretende Materialstrahl in gleichmäßigen Materialmengen pro Zeiteinheit austritt, so daß sich entlang der Breite des auf dem Kühlsubstrat erstarrenden dünnwandigen Gegenstandes eine gleichmäßige Erstarrung und Unterkühlung des gegossenen Materials ergibt und gleichzeitig mit dem Gießorgan während des Ausgießens des geschmolzenen Materials eine Filterwirkung zur Reinigung des Materiales erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Dabei kann die Porosität des Schaummaterials an das Material bzw. an die Oberflächenspannung des Materials angepaßt sein, das in der Schmelzeinrichtung geschmolzen und durch das Gießorgan auf das Kühlsubstrat aufgebracht wird, um auf dem Kühlsubstrat einen schnell und gleichmäßig erstarrenden dünnwandigen Gegenstand herzustellen. Bei diesem Schaummaterial kann es sich um einen beschichteten Kunststoffschaum, um eine Schaumkeramik o.dgl. handeln.

Das Gießorgan besteht vorzugsweise aus einem keramischen Material. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Gießorgan aus Metall herzustellen.

Ein Vorteil der Gießvorrichtung besteht darin, daß Verunreinigungen, die sich im geschmolzenen Material in der Schmelzeinrichtung befinden, im als Filter wirkenden Gießorgan zurückgehalten werden. Dadurch ist es möglich, auf dem Kühlsubstrat schnell erstarrende, dünnwandige Gegenstände hoher Reinheit herzustellen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung zur Herstellung schnell erstarrender dünnwandiger Gegenstände ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die Figur zeigt eine Gießvorrichtung zur Herstellung schnell erstarrender dünnwandiger Gegenstände, deren Breite ein Vielfaches ihrer Dicke beträgt. Die Dicke ist mit d bezeichnet. Die Gießvorrichtung 10 weist eine Schmelzeinrichtung 12 und ein Kühlsubstrat 14 auf. Das Kühlsubstrat 14 ist als zylindrische Walze ausgebildet, die sich in Richtung des Pfeiles 16 an einem Gießorgan 18 der Schmelzeinrichtung 12 vorbeibewegt. Die Schmelzeinrichtung 12 weist einen einseitig durch das Gießorgan 18 abgeschlossenen Schmelztiegel 20 auf. Der Schmelztiegel 20 ist auf der zum Gießorgan 18 entgegengesetzten Seite durch einen Verschlußdeckel 22 verschlossen, durch den sich eine abschnittweise dargestellte Rohrleitung 24 in den Innenraum des Schmelztiegels 20 erstreckt. Durch die Leitung 24 kann das im Inneren der Schmelzeinrichtung 12 befindliche geschmolzene Material 26 mit einem Druckgas beaufschlagt werden, so daß das geschmolzene Material 26 durch die wahllos angeordneten Durchlaßkanäle 28 des Gießorgans 18 auf das sich bewegende Kühlsubstrat 14 ausgespritzt wird und auf dem Kühlsubstrat 14 schnell erstarrt. Mit der Bezugsziffer 30 ist eine den Schmelztiegel 20 umgebende Induktionsheizeinrichtung bezeichnet, mit deren Hilfe das in der Schmelzeinrichtung 12 befindliche Material geschmolzen wird.

Durch die Ausbildung des Gießorgans 18 mit einer Vielzahl eng benachbarter, wahllos angeordneter Durchlaßkanäle 28 ergibt sich ein gleichmäßiges Strömungsprofil durch das Gießorgan 18 hindurch, so daß das geschmolzene Material auf dem Kühlsubstrat 14 gleichmäßig mit Abkühlraten 10⁶K/sek zu einem dünnwandigen Gegenstand erstarrt. Dieser Gegenstand in Form eines Bandes ist mit der Bezugsziffer 36 bezeichnet. Der erstarrte Gegenstand 36 wird vom Kühlsubstrat 14 entweder durch die auf ihn einwirkenden Fliehkräfte infolge der rotierenden Bewegung des Kühlsubstrates 14 oder mittels einer nicht dargestellten Abstreifeinrichtung entfernt. Damit ist die Herstellung amorpher, teilkristalliner oder mikrokristalliner Bänder aus schnell erstarrtem bzw. unterkühltem Material möglich.

Es ist auch möglich, die Schmelzeinrichtung 12 gemeinsam mit dem Kühlsubstrat 14 in einem Vakuumgehäuse anzuordnen.

Claims (2)

1. Gießvorrichtung (10) zur Herstellung schnell erstarrender dünnwandiger Gegenstände (36) wie Folien, Bänder oder Bleche, deren Breite ein Vielfaches ihrer Dicke (d) beträgt, mit einer Schmelzeinrichtung (12) zum Schmelzen des Materials des herzustellenden dünnwandigen Gegenstandes, die mit einem Gießorgan (18) zum Ausgießen des geschmolzenen Materials (26) versehen ist, und mit einem in der Nachbarschaft des Gießorgans (18) angeordneten, gegen das Gießorgan (18) beweglichen Kühlsubstrat (14), auf welches das geschmolzene Material (26) gegossen wird, und auf welchem das geschmolzene Material (26) mit Abkühlraten bis 10⁶K/sek erstarrt, wobei das Gießorgan (18) eine Vielzahl eng nebeneinander benachbarter Durchlaßkanäle (28) mit einem kleinen Querschnitt aufweist, die durch Stege (34) voneinander getrennt sind, wobei die Stege (34) zwischen benachbarten Durchlaßkanälen (28) schmäler sind als die lichte Weite der Durchlaßkanäle (28), dadurch gekennzeichnet, daß das Gießorgan (18) ein offenporiges Schaummaterial aufweist, in welchem die Durchlaßkanäle (28) wahllos angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießorgan (18) aus einem keramischen Material besteht.