DE3819153A1 - Verfahren zum herstellen eines kalt-schmelz-tiegels - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kalt-Schmelz-Tiegels zum Schmelzen kleiner Metallmengen in der Schwebe, der aus einem oberen, die Tiegelmulde durch entsprechend geformte Wandsegmente bildenden Tiegel und einem Basisteil mit den Verteilungsleitungen für das Kühlsystem besteht, wobei in den durch Schlitze voneinander getrennten Wandsegmenten Kühlkanäle laufen, in die von unten die Zuführungsleitungen für das Kühlmittel eingebracht sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Kalt- Schmelz-Tiegel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Kalt-Schmelz-Tiegel werden zur Herstellung sehr reiner Metallproben eingesetzt und insbesondere als Schmelzöfen zur Züchtung von Einkristallen verwendet. Die geringe Verunreinigung von in Kalt- Schmelz-Tiegeln erschmolzenen Metallen beruht darauf, daß infolge starker Kühlung der Tiegelwan­ dung und durch Erzeugen eines Magnetfeldes mittels Hochfrequenz-Induktionsspulen der zunächst fest und dann geschmolzene Metallkörper in einer stabi­ len 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 tranformatorische Wirkung der Hochfrequenzspule optimal auszunuten, wird eine Aufteilung der Tiegelwandung in möglichst viele Segmente ange­ strebt.

Ein Kalt-Schmelz-Tiegel dieser Art ist aus der DE- OS 21 00 378 bekannt. Das Herstellungsverfahren für diesen Tiegel ist sehr aufwendig, da der Tiegel aus einem Vollmaterial durch Ausbohren und Ein­ schneiden der Schlitze, in der Regel mittels Funken­ erosion, hergestellt wird.

Ein Kalt-Schmelz-Tiegel der eingangs bezeichneten Art ist ferner aus der DE-PS 27 17 459 bekannt. Die Herstellungsweise für diesen Tiegel besteht darin, daß er aus kreisringförmigen Metallscheiben mit radialen Schlitzen zusammengesetzt wird, wobei die Metallscheiben miteinander und mit einer Boden­ platte für den Kalt-Schmelz-Tiegel verlötet werden. Auch diese Herstellungsweise ist relativ aufwendig.

Bei den bekannten Schmelz-Tiegeln ist außerdem von Nachteil, daß ein Verstopfen der Schlitze, beispiels­ weise durch in die Schlitze gelangendes Metall, oder ein Verstopfen der Kühlkanäle mit einer aufwendigen Reparatur verbunden ist, in den meisten Fällen sogar dazu führt, daß ein neuer Tiegel angefertigt werden muß.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungs­ verfahren für einen Kalt-Schmelz-Tiegel der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das keiner aufwendigen Schneidetechnik, wie beispielsweise der Funkenerosion bedarf und das zu einem Schmelz-Tiegel führt, der im Falle der Verstopfung von Schlitzen oder Kühlkanälen relativ einfach zu reparieren ist. Aufgabe der Erfindung ist ferner ein reparaturfreundlicher und nutzungsfreund­ licher Kalt-Schmelz-Tiegel.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Verfahrensmaßnahme gemäß dem Kennzeich­ nungsteil des Anspruchs 1 gelöst.

Die Einzelwandsegmente werden erfindungsgemäß durch schnelle und einfache Arbeitsverfahren, wie beispielsweise Fräsen, aus einem Vollmaterial hergestellt. Zur Berücksichtigung des Metallver­ lustes durch den Trennvorgang (relativ breite Schlitze durch die Bearbeitung) wird von einem größeren Ausgangswerkstück, beispielsweise einem zylindrischen Vollmaterial mit größerem Durchmesser ausgegangen. Andere Herstellungsverfahren, wie beispielsweise Gießverfahren, sind jedoch ebenfalls einsetzbar.

Die Einzelwandsegmente werden durch Löten mit den aus dem Basisteil herausragenden Ableitungsrohren für das Kühlmittel verbunden. Eine eventuell not­ wendige Justage ist leicht durch Biegen der Kühl­ leitungen möglich.

Die Verbindung zwischen Einzelwandsegment und der Kühlleitung wird zweckmäßigerweise durch Weichlöten hergestellt. Das hat zur Folge, daß ein einzelnes Wandsegment zur Reparatur des Tiegels leicht heraus­ gelöst werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird außerdem durch einen Tiegel mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.

Wie bereits erwähnt, ist der Tiegel leicht und kostengünstig zu reparieren, da Einzelwandsegmente leicht herausgelöst und ggf. durch neue ersetzt werden können.

Darüber hinaus hat sich auch gezeigt, daß die kompakte Bauart des oberen, die Tiegelmulde um­ schließenden Teils eine effektivere Ankopplung an das HF-Magnetfeld ermöglicht als dies bei Tiegeln der eingangs bezeichneten, bekannten Bauart der Fall ist. Beim Tiegel gemäß der Erfindung kann das Magnetfeld auf den oberen Teil konzentriert werden, was zu einem bis zu 30%igen Energiegewinn führt.

Ein Ausführungsbeispiel des Kalt-Schmelz-Tiegels gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den Tiegel längs der in Fig. 2 angegebenen Linie A-B;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den oberen Teil des Tiegels (ohne HF-Wicklung).

Der Kalt-Schmelz-Tiegel weist - wie aus Fig. 1 hervorgeht - ein oberes Teil, das aus einer Vielzahl von Wandsegmenten 1 besteht, sowie ein Basisteil 2 auf, das nach unten mit einem Flansch 3 abfließt und die Zu- und Ableitungen für das Kühlmittel enthält. Das Basis­ teil weist ferner einen weiteren Flansch 4 zur Aufnahme des Druckbehälters - der in der Zeichnung nicht darge­ stellt ist - auf.

Die das obere Teil bildenden Wandsegmente - siehe auch Fig. 2 - verjüngen sich nach innen und umschließen die eine zentrale Öffnung 5 am Boden aufweisende Tiegelmulde. Im Außenraum werden die Wandsegmente von einer Hoch­ frequenzspule 6 umgeben.

Die Wandsegmente, die durch einen Spalt von maximal 0,5 mm voneinander getrennt sind, sind so geformt, daß der Schmelzraum den Schmelzbedingungen optimal angepaßt ist. In den Segmenten laufen Kühlkanäle 7, die entlang der inneren Oberfläche des Schmelz­ raumes so geführt sind, daß eine ausreichende Kühlung der am Boden kalottenförmigen Tiegelwandung erreicht wird. Die Zuleitungsrohre 8, die vom Basisteil 2 aus­ gehen und mit der Zuleitung 2′ für das Kühlmittel in Verbindung stehen, dienen der Zuführung des Kühlmittels.

Die mechanische Verbindung zwischen dem oberen, aus den Wandsegmenten 1 bestehenden Teil und dem Basisteil 2 bilden die Kühlmittelleitungen 9 bzw. 9 a. Diese sind mit dem Basisteil hartverlötet, mit dem jeweiligen Wandsegment dagegen weichverlötet, so daß im Reparatur­ fall die Verbindung leicht gelöst werden kann.

Die Kühlmittelleitungen 9 sind mit der Ableitung 9′ verbunden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kalt-Schmelz-Tiegels zum Schmelzen kleiner Metallmengen in der Schwebe, der aus einem oberen, die Tiegelmulde durch ent­ sprechend geformte Wandsegmente bildenden Tiegel und einem Basisteil mit den Verteilungsleitungen für das Kühlsystem besteht, wobei in den durch Schlitze voneinander getrennten Wandsegmenten Kühlkanäle laufen, in die von unten die Zuführungs­ leitungen für das Kühlmittel eingebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandsegmente in Einzelanfertigung herge­ stellt, mit den aus dem Basisteil herausragenden Ableitungsrohren für das Kühlmittel durch Löten oder dergleichen verbunden werden.

2. Kalt-Schmelz-Tiegel zum Schmelzen kleiner Metall­ mengen in der Schwebe, der in seinem oberen Teil die Tiegelmulde enthält und mit dem Basisteil an einer Unterdruckleitung oder eine entsprechende Apparatur anflanschbar ist, wobei die Tiegelmulde aus entsprechend geformten und durch Schlitze voneinander getrennten Wandsegmenten gebildet ist, in denen Kühlkanäle verlaufen, in die vom Basisteil ausgehend Zuführungsleitungen für das Kühlmittel eingebracht sind und wobei das Basiselement die Zu- und Ableitungen für das Kühlsystem enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Teil aus Einzelwandsegmenten (1) gebildet ist und als Verbindungsteil zwischen dem oberen Teil und dem Basisteil (2) die aus dem Basisteil herausragenden Ableitungsrohre (8) für das Kühlmittel dienen, die jeweils mit einem Einzelwandsegment verbunden sind.