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Die
Erfindung betrifft allgemein ein Gerät für den Hochtemperatur-Gradientenguss,
das einen Schmelze-Kristallisator verwendet, und insbesondere schwimmende
isolierende Wärmebarriere
zur Abschirmung des Kühlbades
gegen die von einem derartigen Gussofen abgestrahlte hohe Temperatur,
sowie ein Verfahren zum gerichteten Gießen von Gegenständen unter
Verwendung solcher keramischer Isolierwände.
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Das
Gießen
von Einkristall- und gerichtet erstarrten Superlegierungen erfordert
die Kühlung
der Superlegierung entsprechend einem Temperaturgradienten. Typischerweise
erhält
man den Temperaturgradienten durch Schmelzen der Superlegierung
in einem Hochtemperaturofen und langsames Zurückziehen der Superlegierung
und Absenken der Superlegierung in ein allgemein als Kristallisator-Bad
bezeichnetes Flüssigmetall-Kühlbad, das
eine entsprechende graduelle Erstarrung des Gussgegenstandes bewirkt.
Die besten mechanischen Eigenschaften der Superlegierung werden
durch Nutzung der höchsten Temperaturgradienten
erreicht. Zu den üblicherweise in
einem Kristallisationsbad verwendeten Metallen gehören Zinn
und Aluminium.
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Ein
typisches Gerät
zum Gießen
von gerichtet erstarrten Metallen wird in dem
U.S.-Patent Nr. 4,108,236 (Salkeld)
erläutert.
Salkeld zeigt ein Gerät mit
einem über
einem Schmelzebad hängenden Hochtemperaturofen.
Unterhalb der Heizkammer befindet sich eine schwimmende isolierende
Wärmebarriere.
Durch Öffnungen
in dem Boden des Ofens kann eine Gussform abgesenkt werden.
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Die
für die
schwimmenden Wärmebarrieren verwendeten
Materialien müssen
in Bezug auf den Flüssigkristallisator
chemisch stabil sein, eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine solche Dichte
und ein solches Fördervolumen
aufweisen, dass das Material auf dem Flüssigkristallisator schwimmt.
Die keramischen Materialien mit der höchsten Stabilität in Bezug
auf Aluminium-Flüssigkristallisatoren
sind Tonerde (Aluminiumoxid) und Zirkonerde (Zirkonoxid). Verschiedene
Verfahren wurden angewendet, um die Dichte von Aluminiumoxid, Zirkonoxid
und anderen chemisch verträglichen
Materialien zu verringern. Beispielsweise wurde das gewünschte Material
zu integralen hohlen Keramikblasen geformt. Unglücklichweise entsteht bei dem
Verfahren, im Wesentlichen kugelförmige Keramikblasen herzustellen,
eine sehr dünne
und leicht zerbrechliche Kugelwand. Dieses macht die im Wesentlichen
kugelförmigen
Blasen zu einem ungeeigneten Material für schwimmende Wärmebarrieren,
da beim Zerbrechen einer Keramikblase die Keramik auf den Boden
des Kristallisatorgefäßes sinkt.
Gegenwärtig
sind keine Blasen mit dickerer, stärkerer Wand erhältlich,
und es ist auch kein Verfahren zur Herstellung einer dickeren, stärkeren Blasenwand
bekannt.
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Das
oben erörterte
Salkeld-Dokument lehrt, dass eine scheibenförmige Wärmebarriere, hergestellt aus
einem Faser-Zirkonoxid-Kern,
der in einer sandwichartigen Anordnung zwischen hitzeresistente
Graphitbleche gebondet ist, für
Anwendungen in geschmolzenem Zinn bei 500°F (250°C) geeignet ist.
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Die
EP 0 631 832 A1 erläutert eine
schwimmende Wärmeisolierschicht
13,
die auf einem in einem Verfahren für gerichtetes Erstarrungsgießen verwendeten
Kühlbad
(siehe
4) schwimmt. Es wird offenbart, dass die Wärmeisolierschicht „aus einem
fließfähigen Material
besteht", und dass
die Gussform, wenn sie in das Kühlbad
abgesenkt wird, die Wärmeisolierschicht „durchdringt". Es wird offenbart,
dass das Material der Wärmeisolierschicht
aus Graphit-, Keramik- oder
Aluminiumoxidkörnchen
mit einer feuchtigkeitsabweisenden Beschichtung wie beispielsweise
Bornitrat erstellt ist. Es wird ebenfalls offenbart, dass alternativ
Bornitrat-Festkörper oder SiAlO
2N-Kügelchen
verwendet werden können.
Wird Aluminium als Schmelze-Kühlbad
verwendet, werden dichte Festkörper
(darunter Bornitrat) typischerweise eine zu hohe Dichte aufweisen,
um auf einem derartigen Kühlbad
zu schwimmen. Außerdem
sind integrale hohle SiAlO
2N-Kügelchen
allgemein ungeeignet, da aus dem Herstellungsverfahren, wie oben erwähnt, eine
dünne,
leicht zerbrechende oder reißende
Wand hervorgeht, was zu einem Verlust an Isolierfähigkeit
führt.
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Aus
jeder der obigen Bezugsstellen geht hervor, dass in diesen Quellen
offenbarte isolierende Wärmebarriere
eine Öffnung
zum Absenken der Gussform in das Kühlbad aufweist. Diese Konfiguration
birgt den Nachteil, dass ein nicht isolierter Teil des Kühlbades
existiert, durch den eine Wärmeleitung
erfolgen kann.
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Gleichermaßen lehrt
das
russische Patent Nr. 1401715 die
Verwendung einer schwimmenden isolierenden Wärmebarriere
5 für ein in
einem Schmelzofen für
gerichtetes gerichtetes Erstarrungsgießen verwendetes Kühlbad. Eine
derartige Wärmebarriere
5 ist
aus alternierenden Schichten hitzeresistenten Materials
6 (Graphit)
aufgebaut. Aufgrund der Voraussetzung einer Öffnung in einer derartigen Wärmebarriere
5,
um das Absenken des gegossenen Metalls und der Gussform in das Kühlbad zu
ermöglichen,
gelten für
eine solche Wärmeisolierschicht
und für
ein solches Gießverfahren
dieselben Nachteile wie für
Salkeld und
EP 0 631
832 A1 , nämlich
eine Öffnung
in der schwimmenden Wärmebarriere,
die eine unerwünschte
Wärmekonvektion
zur Folge hat, und so unerwünschterweise
den Wärmegradienten
zwischen dem Kühlbad
und der in ein solches Kühlbad
abgesenkten Gussform reduziert.
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Um
die zuvor erwähnten
Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, stellt die vorliegende Erfindung
gemäß einem
allgemeinen Aspekt ein Verfahren zur Bereitstellung einer schwimmenden
Wärmeisolierschicht über einem
in einem Ofen für
gerichtetes Gießen
verwendeten Flüssigmetall-Kühlbad zur Verfügung, in
welchem keine Öffnung
in der Wärmeisolierschicht
bereitgestellt wird. Es wird eine Vielzahl hohler keramischer Ablenkelemente
zur Verfügung gestellt,
die auf der Oberfläche
des Kristallisator-Kühlbades
schwimmen. Eine solche Vielzahl von Ablenkelementen bildet eine
Isolierschicht, wobei vorteilhafterweise diese Elemente nur in dem
Ausmaß verlagert
werden, welches durch das Absenken der Gussform in den Kristallisator
während
des gerichteten Erstarrungsprozesses bedingt ist. Aufgrund ihrer
Schwimm- und Verlagerungseigenschaften
umgeben die einzelnen Ablenkelemente die äußere Peripherie der Gussform
und passen sich dieser an, wenn die Gussform in das Kristallisatorbad
abgesenkt wird, wobei vorteilhafterweise die Wärmeisolierschicht so nahe wie
möglich
an der Gussform bleibt.
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Beim
Entfernen der Gussform und des Gussgegenstandes aus dem Kühlbad treiben
darüber
hinaus die schwimmenden Ablenkelemente aufgrund ihrer Verlagerbarkeit
zurück
an ihre ursprünglichen
Positionen und bedecken im Wesentlichen wieder die gesamte Oberfläche des
Kühlbades.
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Um
das Schwimmen derartiger Ablenkwände
in Kühlmedien
wie beispielsweise geschmolzenem Aluminium zu gewährleisten,
sind alle Keramikelemente der vorliegenden Erfindung auf eine besondere
Weise konstruiert, um in ihnen eine hohle, hermetisch abgedichtete
Kammer zu schaffen. Folglich wird in einem der allgemeinsten Aspekte
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Bereitstellung einer
isolierenden Wärmebarriereüber der
Oberfläche
eines Kühlbades
während
des gerichteten Gießens
von Superlegierungen zur Verfügung
gestellt, das die Schritte umfasst, die genannte Oberfläche im Wesentlichen
mit einer Vielzahl keramischer Ablenkelemente zu bedecken, wobei
jedes keramische Ablenkelement ein hohles Keramikelement sowie keramische
Abdichtmittel umfasst, die an das hohle Element gesintert sind,
um innerhalb des hohlen Elements eine luftdicht abgeschlossene Kammer
zu bilden, wobei diese Ablenkelemente auf der Oberfläche des
Kühlbades
schwimmen können
und im Wesentlichen nicht mit dem Kühlbad reagieren.
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Die
keramischen Ablenkelemente sind alle aus dem hohlen Keramikelement
und den Abdichtmitteln zusammengesetzt, die sich im Grünzustand (ungesintert)
befinden, und folglich wird beides aneinandergesintert, um die abgedichtete
Kammer zu bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich die
keramischen Abdichtmittel innerhalb des hohlen Elements und sind
dafür angepasst,
während des
Sinterprozesses in geringerem Ausmaß zu schrumpfen als das hohle
Element, sodass das hohle Element um das Abdichtmittel herum „schrumpfangepasst" ist, um zu der luftdichten Abdichtung
der Kammer des Ablenkelements durch die Abdichtmittel beizutragen.
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Vorzugsweise
ist das keramische Ablenkelement als eine extrudierte Keramikröhre (mit
beliebiger Form wie beispielsweise zylinderförmig, rechteckig, quadratisch
oder dreieckig) ausgebildet und mit einem Paar aus jeweils entgegengesetzten
distalen Enden versehen und die Abdichtmittel umfassen ein Paar
gesenkgepresste, dünne
Flachendelemente, die für
die jeweilige Einführung
in die distalen Enden des keramischen Röhrenelements angepasst sind. Werden
die Endelemente im Grünzustand
in die entgegengesetzten distalen Enden des hohlen Keramikelements
(ebenfalls im Grünzustand)
eingeführt
und die Anordnung gebrannt, werden die Endelemente an das hohle
Element gesintert und schaffen eine luftdicht abgeschlossene, an
beiden Enden durch die jeweiligen Endelemente abgedichtete Kammer.
Bestehen die Endelemente aus einem Keramikmaterial, das weniger
schrumpft als das Keramikmaterial, aus dem die hohlen Elemente bestehen,
dann wird diese Eigenschaft dazu beitragen, dass die hohlen Elemente
um die Peripherie der Endelemente herum „schrumpfangepasst" werden, und dass
die Endelemente eine luftdichte Abdichtung an den jeweiligen Enden
des hohlen Röhrenelements
schaffen. In der bevorzugten Ausführungsform ist das keramische Element
im Wesentlichen zylindrisch und die Endelemente aus dünnen, im
Wesentlichen flachen, kreisförmige
Platten bestehen.
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Die
bevorzugte zylinderförmige
Gestaltung der Ablenkelemente bietet eine Anzahl von Vorteilen. Erstens
ist die Ausbildung eines extrudierten keramischen Röhrenelements
als Hohlzylinderkonfiguration, die zwecks Bildung hohler Elemente
für eine
Anzahl von keramischen Ablenkelementen in Abschnitte geschnitten
werden kann, relativ einfach. Zweitens wird die anschließende oder
unbeabsichtigte Erstarrung des Kühlbades
kein Zusammenpressen der keramischen Ablenkelemente in dem Metallbad
und kein mögliches
Zerbrechen der Wärmebarriere
aufgrund von Druckkräften,
die während
der Abkühlung oder
Erwärmung
des nun erstarrten Metalls darauf ausgeübt werden, zur Folge haben,
wenn die Dichte und das Einschlussvolumen eines zylinderförmigen Ablenkelements
derart sind, dass eine Längsachse des
zylinderförmigen
Röhrenelements
parallel zu, aber über,
der Oberfläche
des Schmelzekühlbads liegt.
Stattdessen wird während
jeder Ausdehnung der Schmelze aufgrund von Erstarrung oder Erwärmung durch
die gerundete Form des zylinderförmigen
Röhrenelements
das Ablenkelement aus dem Bad nach oben gezwungen, sodass das Bad
nicht in der Lage ist, eine Druckkraft auf das Ablenkelement auszuüben.
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Vorteilhafterweise
erhöht
die Herstellung einer luftdicht abgedichteten Kammer des in dem
erfindungsgemäßen Verfahren
verwendeten Ablenkelements dessen isolierende Eigenschaften. Wird
darüber
hinaus der während
der Bildung der keramischen Ablenkelemente durchgeführte Verfahrensschritt
des Sinterns in einem Vakuum oder Teilvakuum ausgeführt, erhöht das in
der abgedichteten Kammer des Ablenkelements so hergestellte Vakuum
die isolierenden Eigenschaften des keramischen Ablenkelements noch
mehr. Die erfindungsgemäße Konstruktionsweise
der keramischen Ablenkelemente ist für die Herstellung eines Vakuums
in der abgedichteten Kammer besonders geeignet.
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Vorteilhafterweise
bietet die vorliegende Erfindung ferner keramische Ablenkelemente,
die mit relativ dicken Wänden
und mit einer hohlen, abgedichteten Vakuum-Kammer erstellt sind,
wobei die Letztere viel zu den isolierenden Eigenschaften der Ablenkelemente
beiträgt.
Dem für
die Hohlelemente und die Abdichtmittel verwendeten Keramikmaterial kann
ferner ein Trübungsmittel
zugesetzt werden, um den Strahlungswärmeverlust durch derartige
Ablenkelemente zu verringern.
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Das
hohle Röhrenelement
und die Abdichtmittel können
aus demselben Keramikmaterial oder aus unterschiedlichen Keramikmaterialien
bestehen, vorausgesetzt, die Keramikmaterialien können aneinandergesintert
werden. In der bevorzugten Ausführungsform
bestehen das hohle Röhrenelement
und die Abdichtmittel aus Keramikmaterialien mit identischer Zusammensetzung,
aber unterschiedlichen Gründichten,
sodass die Anordnung bei der Einwirkung von Wärme während des Sinterprozesses aufgrund
der unterschiedlichen Gründichten
und unterschiedlichen Expansions-/Konzentrationsraten ein Zusammenfügen des
Röhrenelements
und der Abdichtmittel im Presssitz bewirkt, um so zur Herstellung
einer luftdichten Abdichtung zwischen zwei solchen Komponenten beizutragen.
Eine derartige luftdichte Abdichtung ermöglicht die Schaffung einer
abgedichteten Innenkammer innerhalb des Ablenkelements, um so die
isolierenden Eigenschaften des Ablenkelements zu ermöglichen
und ferner die Schwimmfähigkeit
des Keramikelements in den meisten Flüssigmetallbädern zu gewährleisten. Um dazu beizutragen,
dass die Abdichtmittel – typischerweise
flache Platten – die
distalen Enden des hohlen Röhrenelements
verschließen,
ist es – wie
bereits erwähnt – wünschenswert,
dass die Endscheiben dafür angepasst
werden, aufgrund unterschiedlicher Gründichten oder unterschiedlicher
Wärmeausdehnungskoeffizienten
in einem geringerem Ausmaß zu schrumpfen
als das Hohlelement, in das sie eingeführt werden. Dies erlaubt folglich
die „Schrumpfpas sung" des Hohlelements
um den Außenrand
der Abdichtscheiben, wodurch besser gewährleistet ist, dass durch die
Endelemente eine luftdichte Abdichtung geschaffen wird, und dass
innerhalb des Ablenkelements eine luftdichte Kammer erstellt wird. Dies
stellt sicher, dass keine Schmelze in die abgedichtete Kammer eindringen
kann, wodurch auf vorteilhafte Weise die Isoliereigenschaften des
Ablenkelements erhalten bleiben. Typische zufriedenstellende Keramikmaterialien
für das
Hohlelement und die Abdichtmittel sind unter anderem Aluminiumoxid,
Siliziumkarbid, Siliziumdioxid, Mullit und Zirkonoxid, obwohl andere
Keramikwerkstoffe/Zusammensetzungen gewählt werden können und
die Erfindung nicht auf die zuvor genannten Keramikwerkstoffe/Zusammensetzungen
beschränkt
ist.
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Gemäß einem
weiteren allgemeinen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zur Herstellung von Einkristall- und gerichtet erstarrten Superlegierungen
zur Verfügung
gestellt, in dem
- a) die genannte Superlegierung
in einem Hochtemperaturofen geschmolzen wird;
- b) die geschmolzene Superlegierung in eine keramische Gussform übertragen
wird und
- c) die keramische Gussform und die darin enthaltene geschmolzene
Superlegierung in ein Kühlbad
aus Schmelze abgesenkt werden, was die folgenden Schritte umfasst:
- i) Schwimmen lassen einer Vielzahl keramischer Ablenkelemente
auf einer Oberfläche
des Kühlbades,
um diese Fläche
im Wesentlichen abzudecken, um eine Isolierschicht zur Reduzierung
der Wärmeübertragung
von dem Ofen über
die Oberfläche
in das Kühlbad
zu bilden, wobei die keramischen Ablenkelemente mit dem Schmelze-Kühlbad im
Wesentlichen nicht reagieren, und
- ii) Absenken der Gussform durch die Isolierschicht aus keramischen
Ablenkelementen in das Kühlbad.
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In
einem anderen besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
ein keramisches Ablenkelement zur Verfügung gestellt, das für das Schwimmen
auf der Oberfläche
eines Kühlbades
angepasst ist, wie es in einem Ofen für gerichtetes Gießen verwendet
wird, wobei eine Vielzahl der Ablenkelemente dafür angepasst ist, eine schwimmende
isolierende Wärmebarriere über der
Oberfläche
des Kühlbades zu
bilden, umfassend:
ein hohles Keramikelement,
keramische
Abdichtmittel, die an das hohle Element gesintert sind, um eine
luftdicht abgedichtete Kammer innerhalb des hohlen Elementes zu
bilden.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben:
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1 ist
ein Querschnitt durch einen Gussofen für gerichtetes Gießen;
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2 ist
eine Perspektive einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen schwimmenden Ablenkelemente
auf einem Schmelzebad gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
ein Schnitt auf der Ebene 3-3 aus 2;
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4 ist
eine Perspektive einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen schwimmenden
Ablenkelemente, die gemäß dem Verfahren der
vorliegenden Erfindung auf einem Schmelzebad platziert sind;
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5 ist
ein Schnitt entlang der Ebene 4-4 aus 4;
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6 ist
eine Perspektive einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen keramischen
Ablenkelemente;
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7 ist
ein Schnitt entlang der Ebene 5-5 aus 6;
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8 ist
ein Querschnitt durch einen Hochtemperaturofen und ein Schmelze-Kristallisatorbad, das
eine erfindungsgemäße Schicht
aus schwimmenden Ablenkelementen auf der Oberfläche des Kühlbades vor der Absenkung einer
keramischen Gussform durch diese zeigt und
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9 ist
ein Querschnitt, der 4 entspricht, aber die Anordnung
aus schwimmenden Ablenkelementen wird während der Absenkung der keramischen
Gussform in das Schmelze-Kristallisatorbad gezeigt.
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Durch
das Bezugszeichen 10 in 1 wird allgemein
ein Gerät
für die
gerichtete Erstarrung eines Schmelzgusses zur Herstellung einer
Einkristall- oder gerichtet erstarrten Superlegierung bezeichnet. Das
Gerät umfasst
einen Hochtemperaturofen 10, umfassend eine Heizkammer 12,
die über
einem Kühlbad 14 hängt ist,
das eine Schmelze 16, typischerweise aus geschmolzenem
Zinn oder Aluminium, enthält.
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Eine
Keramikgussform 18 wird innerhalb der Heizkammer 12 gezeigt,
in der eine verflüssigte Schmelze 20 in
die vorgewärmte
Gussform 18 gegossen wurde. Die Keramikgussform 18 mit
der Schmelze 16 darin wird danach typischerweise aus dem
Inneren der Heizkammer 12 in die in dem Kühlbad 14 enthaltene
Schmelze 16 mit einer Geschwindigkeit abgesenkt, die für die Herstellung
eines gerichtet erstarrten Gussgegenstands ausgewählt ist.
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Um
das größtmögliche Temperaturdifferenzial
zwischen dem Inneren 22 der Heizkammer 12 und dem
Kühlbad 14 und
der darin enthaltenen Schmelze 16 beizubehalten, sollte
die Oberfläche 26 des
Kühlbades 14 gegen
aus dem Inneren der Heizkammer 12 abgestrahlte Wärme abgeschirmt
sein.
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Eine
Vielzahl von keramischen Ablenkelementen 24 (in den 2 bis 9)
schwimmt auf einer Oberfläche 26 des
Kühlbades 14,
um eine Abschirmung sowohl gegen Wärmeleitung als auch gegen Strahlungswärme zu bilden.
Die keramischen Ablenkelemente 24 sollten selbstverständlich im
Wesentlichen nicht mit der Schmelze 16 in dem Kühlbad 14 reagieren.
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In
den 2 und 3 ist ein typisches erfindungsgemäßes keramisches
Ablenkelement 24 detaillierter dargestellt. Das keramische
Element 24 in dieser besonderen bevorzugten Ausführungsform besteht
aus einem hohlen Keramikelement in Form einer zylinderförmigen Röhre 28 mit
einem im Wesentlichen plattenförmigen
keramischen Endelement 30, das in jedes der entgegengesetzten
distalen Enden 40 dieses Elements eingeführt wird.
Die Röhre 28 kann
extrudiert sein, und die Endelemente 30 können gesenkgepresst
sein. Das keramische Ablenkelement 24 ist typischerweise
aus einer Röhre 28 und zwei
Endelementen 30 zusammengesetzt, die in einem grünen (ungebrannten)
Zustand in die Röhre eingeführt wird.
Beim Brennen der Röhre 28 werden die
Endelemente 30 sintern und etwas schrumpfen. Vorzugsweise
sollte die Röhre 28 im
Durchmesser mehr schrumpfen als die Endelemente 30, da
dieses in Verbindung mit dem Sintern eine luftdicht abgedichtete
Fuge zwischen der Röhre 28 und
den Endelementen 30 und ebenfalls eine abgedichtete Kammer 31 in
der Röhre 28 bildet.
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Die
Ablenkelemente 24 sollten vorzugsweise in einer Niederdruckatmosphäre gesintert
werden, damit zumindest ein Teil-Vakuum in der Kammer 31 zurückbleibt.
Dieses hergestellte Vakuum reduziert die Wärmeleitfähigkeit des Ablenkelements 24 und vermeidet
eine ungewollte Druckbeaufschlagung der durch die Schmelze 16 erhitzten
keramischen Ablenkelemente 24. Übermäßiger Druck in dem Keramikelement 24 könnte dessen
Auseinanderbrechen verursachen.
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Jedes
Keramikelement 24 – wenn
es zylinderförmig
und aus einer Röhre 28 gebildet
ist – hat eine
Längsachse 32,
die allgemein koaxial mit der Röhre 28 verläuft. Vorzugsweise
sollten die Abmessungen des Keramikelements 24 so gewählt werden, dass
es mit seiner Längsachse 32 über, aber
parallel zu der Oberfläche 26 der
in dem Kühlbad 14 enthaltenen
Schmelze 16 schwimmt, wie es in 3 dargestellt
ist. Diese Form bewirkt, dass jede Druckbeanspruchung, die aus dem
Erstarren oder dem Schmelzen des Metalls 16 entsteht, die
zylinderförmigen
keramischen Ablenkelemente 24 nach oben drückt anstatt
sie zu zerquetschen. Es ist jedoch kein Erfordernis dieser Erfindung,
dass das keramische Element 24 dafür angepasst sein muss, dass
seine Längsachse über der
Oberfläche
des Kühlbades 14 liegt,
und in einer anderen, jedoch weniger bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße keramische Ablenkelement 24 dafür angepasst,
dass seine Längsachse 32 lediglich
in der Nähe
der, aber nicht notwendigerweise über der Oberfläche des
Schmelzebades verläuft,
wobei das keramische Ablenkelement 24 lediglich in dem
Kühlbad 14 schwimmt.
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Ein
typisches zylinderförmiges
Ablenkelement 24, das für
die Verwendung mit einem in dem Kühlbad 14 enthaltenen
geschmolzenen Aluminiummetall 16 geeignet ist, kann aus
Aluminiumoxid mit einem Außendurchmesser
von Zoll (1,27 cm), einer Länge
von 2 Zoll (5,08 cm) und einer Wanddicke von 0,030 Zoll (0,0076
cm) hergestellt werden.
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Um
den Strahlungswärmeübergang
weiter zu verringern, können
die keramischen Elemente 24 durch die Verwendung eines
geeigneten Trübungsmittels – entweder
in dem Aluminiumoxid oder als Beschichtung über den Innen- oder Außenoberflächen – lichtundurchlässig gemacht
werden. Alternativ können
die Ablenkelemente auch mit erhöhter
Porosität hergestellt
werden, was tendenziell die Durchsichtigkeit verringert.
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Die 4 und 5 zeigen
eine alternative Ausführungsform
des erfindungsgemäßen keramischen
Ablenkelements 24. In dieser Ausführungsform hat das hohle keramische
Element die Form einer halbkugelförmigen Schale 29,
die an ihrem offenen Ende ein Abdichtmittel in der Form einer einzelnen
dünnen,
flachen, kreisförmigen
Platte 30a aufweist, deren Durchmesser etwas kleiner als
der der Schale 29 ist, um die Platzierung der Platte in
der Schale und das Sintern der Platte an die Schale zu ermöglichen,
um innerhalb eines solchen Ablenkelements 24 eine luftdicht
abgeschlossene Innenkammer 31 zu bilden.
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Vorzugsweise
ist die halbkugelförmige
Schale 29, die in der Schmelze 16 ruht, gerundet,
wie die in den 2 und 3 gezeigten
zylinderförmigen Ablenkelemente 24.
Diese Gestaltung vermeidet, dass eine Druckbeanspruchung in der
Schmelze 16 das Ablenkelement 24 zerquetscht;
statt dessen wird eine solche gerundete Oberfläche der halbkugelförmigen Schale 29 durch
derartige Beanspruchungen aufwärts
gedrückt,
wodurch ein Zerquetschen durch derartige Beanspruchungen vermieden
wird.
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Die 6 und 7 zeigen
eine noch andere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen keramischen
Ablenkelements 24. In dieser Ausführungsform hat das hohle keramische
Element die Form eines extrudierten rechteckigen hohlen Röhrenelements 43,
das an seinen zwei entgegengesetzten distalen Enden 40 dünne, flache
Endelemente 30 aufweist, die in den Enden angeordnet und
an diese gesintert sind, um innerhalb eines solchen Ablenkelements 24 eine
luftdicht abgeschlossene Innenkammer 31 zu bilden.
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Vorzugsweise
weist das in 6 und 7 gezeigte
Ablenkelement 24 eine solche Dichte und ein solches Ein – schlussvolumen
auf, dass die Längsachse 32 des
Röhrenelements 43 parallel
zu, aber über
der Oberfläche 26 der
Schmelze 16 verläuft,
wenn das Ablenkelement 24 auf dieser schwimmt. Genauer
gesagt, übersteigt
die Länge des
Ablenkelements 24 seine Breite um einen Betrag, der dafür aus reicht,
ein Schwimmen des Ablenkelements in Längsrichtung auf der Oberfläche 26 der
Schmelze 16 zu bewirken, wobei die Längsachse 32 über der
Oberfläche 26 der
Schmelze 16 liegt. Dieses stellt sicher, dass nur eine
nach oben abgewinkelte Fläche
des Röhrenelements 43 mit
der Schmelze 16 in Kontakt kommt, und in dem Fall, dass Druck
auf ein Röhrenelement 43 ausgeübt wird,
ist ein solches Röhrenelement 43 in
der Lage, sich in der Schmelze 16 aufwärts zu bewegen, um derartige Druckbeanspruchungen
automatisch abzubauen und zu verhindern, dass das Ablenkelement 24 aufgrund derartiger
Druckbeanspruchungen zerquetscht wird.
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In
allen in den 2–7 gezeigten
Ausführungsformen
können
die einzelnen Ablenkelemente 24 in der Schmelze 16 frei
verlagerbar und tauchbar, und können
in dem Bad 14 durch das Absenken der Gussform 18 (siehe 8 und 9)
in diesem verlagert oder untergetaucht werden.
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Die 8 und 9 zeigen,
wie eine keramische Gussform 18 durch eine Schicht von
Keramikzylindern 24 hindurch abgesenkt werden kann. Wie
in 9 gezeigt, werden die keramischen Ablenkelemente 24 durch
die keramische Gussform 18 verlagert, wenn diese in das
Bad 14 abgesenkt wird.