DE3819153C2

DE3819153C2 -

Info

Publication number: DE3819153C2
Application number: DE19883819153
Authority: DE
Inventors: Heinrich 5162 Niederzier De Gier; Manfred Dipl.-Ing. 5130 Geilenkirchen De Beyss
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1988-06-04
Filing date: 1988-06-04
Publication date: 1991-11-14
Also published as: EP0345541A3; EP0345541A2; DE3819153A1; EP0345541B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kalt-Schmelz- Tiegel zum Schmelzen kleiner Metallmengen in der Schwebe, der in seinem oberen Teil die Tiegelmulde enthält und mit dem Basisteil an eine Unterdruck leitung oder eine entsprechende Apparatur anflansch bar ist, wobei die Tiegelmulde aus entsprechend ge formten und durch Schlitze voneinander getrennten Wandsegmenten gebildet ist, in denen Kühlkanäle ver laufen, in die vom Basisteil ausgehend Zuführungs leitungen für das Kühlmittel eingebracht sind und wobei das Basiselement die Zu- und Ableitungen für das Kühlsystem enthält. Oie Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines sol chen Tiegels.

Kalt-Schmelz-Tiegel werden zur Herstellung sehr rei ner Metallproben eingesetzt und insbesondere als Schmelzöfen zur Züchtung von Einkristallen verwen det. Die geringe Verunreinigung von in Kalt-Schmelz- Tiegeln erschmolzenen Metallen beruht darauf, daß infolge starker Kühlung der Tiegelwandung und durch Erzeugen eines Magnetfeldes mittels Hochfreqzenz- Induktionsspulen der zunächst fest und dann geschmol zene Metallkörper in einer stabilen Lage frei schwe bend im Schmelzraum gehalten wird (vergleiche DE-PS 51 8 499; laboratory Methods 1963, Seiten 301ff., Metals Research-Advance Information, H.C.C. 50 Cold Crucible). Um die transformatorische Wir kung der Hochfrequenzspule optimal auszunutzen, wird eine Aufteilung der Tiegelwandung in möglichst viele Segmente angestrebt.

Ein Kalt-Schmelz-Tiegel dieser Art ist aus der DE-OS 21 00 378 bekannt. Der obere Teil dieses Tie gels besteht aus Wandsegmenten, denen vom Basisteil aus über Kanäle ein Kühlmittel zugeführt wird. Das Herstellungsverfahren für diesen Tiegel ist sehr aufwendig, da der Tiegel aus einem Vollmaterial durch Ausbohren und Einschneiden der Schlitze, in der Regel mittels Funkenerosion, 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 ra dialen Schlitzen zusammengesetzt wird, wobei die Metallscheiben miteinander und mit einer Bodenplatte 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, einen reparatur freundlichen und benutzerfreundlichen Kalt-Schmelz- Tiegel der eingangs bezeichneten Art zu schaffen. Aufgabe der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung des Kalt-Schmelz-Tiegels, das keiner auf wendigen 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.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen Tiegel mit den kennzeichnenden Merk malen des Anspruchs 1 gelöst.

Da der obere Teil des Tiegels aus in Einzelanferti gung hergestellten, zusammengefügten Wandsegmenten gebildet ist, die jeweils über die Ableitungsrohre lösbar mit dem Basisteil verbunden sind, ist der Tiegel leicht und kostengünstig zu reparieren wobei die Einzelwandsegmente ggf. leicht durch neue zu ersetzen sind. Dies insbesondere, wenn die Ablei tungsrohre mit den Einzelwandsegmenten durch Weich lot verbunden sind.

Darüber hinaus hat sich auch gezeigt, daß die kom pakte Bauart des oberen, die Tiegelmulde umschließen den Teils eine effektivere Ankopplung an das HF-Mag netfeld 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.

Die erfindungsgemäße Herstellung des Tiegels erfolgt nach den Verfahrensmaßnahmen gemäß Anspruch 3.

Die Einzelwandsegmente werden erfindungsgemäß durch schnelle und einfache Arbeitsverfahren, wie bei spielsweise Fräsen, aus einem Vollmaterial herge stellt. Zur Berücksichtigung des Metallverlustes durch den Trennvorgang (relativ breite Schlitze durch die Bearbeitung) wird von einem größeren Aus gangswerkstück, 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 notwen dige Justage ist leicht durch Biegen der Kühllei tungen möglich.

Die Verbindung zwischen den Ableitungsrohren und den Einzelwandsegmenten wird zweckmäßigerweise durch Weichlöten hergestellt. Das hat zur Folge, daß ein einzelnes Wandsegment zur Reparatur des Tiegels leicht herausgelöst werden kann.

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

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

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

Der Kalt-Schmelz-Tiegel weist - wie aus Fig. 1 her vorgeht - ein oberes Teil, das aus einer Vielzahl von Wandsegmenten 1 besteht, sowie ein Basisteil 2 auf, das nach unten mit einem Flansch 3 abschließt und die Zu- und Ableitungen für das Kühlmittel ent hält. Das Basisteil weist ferner einen weiteren Flansch 4 zur Aufnahme des Druckbehälters - der in der Zeichnung nicht dargestellt ist - auf.

Die das obere Teil bildenden Wandsegmente - siehe auch Fig. 2 - verjüngen sich nach innen.

Im Außenraum werden die Wand segmente von einer Hochfrequenzspule 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 Küh lung der am Boden kalottenförmigen Tiegelwandung erreicht wird. Die Zuleitungsrohre 8, die vom Basis teil 2 ausgehen und mit der Zuleitung 8′ für das Kühlmittel in Verbindung stehen, dienen der Zufüh rung des Kühlmittels.

Die mechanische Verbindung zwischen dem oberen, aus den Wandsegmenten 1 bestehenden Teil und dem Basis teil 2 bilden die Ableitungsrohre 9 bzw. 9a. Diese sind mit dem Basisteil hartverlötet, mit dem jewei ligen Wandsegment dagegen weichverlötet, so daß im Reparaturfall die Verbindung leicht gelöst werden kann.

Die Ableitungsrohre 9 sind mit der Ableitung 9′ ver bunden.

Claims

1. Kalt-Schmelz-Tiegel zum Schmelzen kleiner Metall mengen in der Schwebe, der in seinem oberen Teil die Tiegelmulde enthält und mit dem Basisteil an eine Unterdruckleitung oder eine entsprechende Ap paratur anflanschbar ist, wobei die Tiegelmulde aus entsprechend geformten und durch Schlitze voneinan der 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 Ablei tungen für das Kühlsystem enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

1. das obere Teil aus in Einzelanfertigung her gestellten, zusammengefügten Wandsegmenten (1) gebildet ist und
2. aus dem Basisteil (2) herausragende Ableitungs rohre (9) für das Kühlmittel, die jeweils mit einem Einzelwandsegment herauslösbar dicht ver bunden sind, als Verbindungsteil zwischen dem oberen Teil und dem Basisteil dienen, aus dem die Zuführungsleitungen (8) durch die Ableitungs rohre nach oben in die Wandsegmente ragen.

2. Kalt-Schmelz-Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungsrohre (9) mit den Einzelwandseg menten (1) durch Weichlot verbunden sind.

3. Verfahren zur Herstellung eines Kalt-Schmelz- Tiegels zum Schmelzen kleiner Metallmengen in der Schwebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandsegmente (1) in Einzelanfertigung herge stellt, mit den aus dem Basisteil (2) herausragenden Ableitungsrohren (9) für das Kühlmittel herauslösbar dicht verbunden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungsrohre (9) mit den Einzelwandseg menten (1) durch Weichlöten verbunden werden.