DE69922479T2 - Improved continuous casting mold - Google Patents

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Abstract

An improved mold and process for continuous casting involves the use of a mold surface that is fabricated from a material, such as diamond, that is nonmetallic, an efficient conductor of heat and that is more degradation-resistant than the conventional materials and coatings that are used on mold surfaces. In one embodiment, the nonmetallic material is bonded to a conventional mold liner. In a second embodiment, the entire mold wall can be fabricated from the nonmetallic material. In another aspect of the invention, since materials such as diamond are transparent in the infrared range, the temperature of the outer shell of the casting can be monitored through the nonmetallic material without interfering with the casting process, and this information can be used to control one or more variables in the casting process.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft die Metallerzeugung und -verarbeitung nach dem Stranggussverfahren. Insbesondere betrifft sie eine verbesserte Kokillenfläche für eine Stranggussanlage sowie ein System und Verfahren zum Regeln des Gussvorgangs durch Überwachen der Ist-Temperatur des Gussstrangs an der Kokillenoberfläche bei arbeitender Anlage.The The present invention relates to metal production and processing after the continuous casting process. In particular, it relates to an improved Kokillenfläche for one Continuous casting plant and a system and method for controlling the casting process by monitoring the actual temperature of the cast strand on the mold surface at working plant.

2. Beschreibung des Standes der Technik und verwandter Technologie2. Description of the state technology and related technology

Seit der großmaßstäblichen Einführung vor etwa 30 Jahren werden Metalle zunehmend nach dem Stranggussverfahren erzeugt, das derzeit einen erheblichen Anteil des Stahlvolumens – unter anderen Metallen – ausmacht, das weltweit erzeugt wird. Wie bekannt ist, weisen Stranggussanlagen typischerweise eine Form bzw. Kokille mit zwei im wesentlichen parallelen und gegenüber liegenden breiten und zwei im wesentlichen parallelen und gegenüberliegenden schmalen Wänden auf, wobei letztere mit den breiten Wänden unter Bildung eines Gusskanals mit Rechteckquerschnitt zusammenwirken. Schmelze wird kontinuierlich in ein oberes Ende des Gusskanals eingefüllt; die Kokille ist konstruiert, das Metall abzukühlen, so dass sich eine äußere Haut bzw. Schale bildet, bevor der so gebildete Strang am unteren Ende des Gusskanals austritt.since the large-scale introduction About 30 years ago, metals are increasingly being used in the continuous casting process currently produces a significant share of steel volume - under other metals - that makes up, which is produced worldwide. As is known, have continuous casting plants typically a mold with two substantially parallel ones and opposite lying wide and two substantially parallel and opposite narrow walls on, the latter with the wide walls to form a sprue interact with a rectangular cross-section. Melt is continuous filled in an upper end of the casting channel; the mold is constructed, to cool the metal, leaving an outer skin or shell forms before the strand thus formed at the bottom the casting channel exits.

Um die von der Stahlschmelze ausgehende Wärme effizient abzuführen, sind die formgebenden Kokillenoberflächen typischerweise mit Kupfer oder einer Oberflächenschicht aus Kupferlegierung ausgekleidet, die zahlreiche Kanäle enthält, durch die beim Formen Wasser strömt, um einen raschen Wärmetausch zu gewährleisten. In einigen Fällen wird die Kokille gekühlt, indem man Wasser direkt auf die kältere Seite der Kokillenauskleidung sprüht. Der Strang wird beim Verlassen der Kokille durch Besprühen zusätzlich gekühlt, bis er sich vollständig verfestigt hat. Er lässt sich dann nach herkömmlichen Verfahren – bspw. Walzen – zu einem Metall-Zwischen- oder -Fertigprodukt wie bspw. Stahlplatten, -blech oder -coils weiter verarbeiten.Around the heat emanating from the molten steel to dissipate efficiently, are the shaping mold surfaces typically with copper or a surface layer of copper alloy lined, the numerous channels contains through which water flows when molding, for a rapid heat exchange to ensure. In some cases the mold is cooled, by placing water directly on the colder side of the mold lining sprayed. The strand is additionally cooled when leaving the mold by spraying until it completely has solidified. He let then according to conventional Procedure - eg. Rolls - too a metal intermediate or finished product, such as steel plates, continue to process sheet metal or coils.

Die formgebenden Innenflächen der Kokille – auch als deren "heiße Flächen" bekannt – sind für längere Zeitabschnitte den hohen Temperaturen der Stahlschmelze und korrodierendem Flussmittel ausgesetzt. Kupfer ist zwar ein sehr guter Wärmeleiter, aber verhältnismäßig weich; daher verschleißt es leicht und seine Eigenschaften verschlechtern sich auch auf andere Arten. Bei normalen Arbeitsbedingungen verschleißen die heißen Flächen der Kokille verhältnismäßig schnell; sie nutzen sich ab, reißen und werden durch Wasserdampf und chemische Einwirkung abgetragen. Dieser Effekt wird durch Hochgeschwindigkeitskokillen verschärft, die tendenziell bei höheren Temperaturen arbeiten und bei denen der Kupferwerkstoff noch weicher wird. Die Anmelderin, AG Industries, Inc., ist der größte Anbieter von Wartungs- und Reparaturdienstleistungen für Stranggussanlagen auf dem US-Markt und daher mit dem Abbau und Verschleiß von Kokilleninnenflächen beim Gießen bestens vertraut.The shaping inner surfaces the mold - too known as their "hot surfaces" - are for longer periods of time the high temperatures of molten steel and corrosive flux exposed. Although copper is a very good conductor of heat, it is relatively soft; therefore, it wears it's easy and its qualities also worsen on others Species. Under normal working conditions, the hot surfaces of the mold wear out relatively quickly; they wear off, tear and are removed by water vapor and chemical action. This effect is exacerbated by high speed kokillen that tends to be higher Temperatures work and where the copper material is even softer. Applicant, AG Industries, Inc., is the largest provider of maintenance and repair services for Continuous casting plants in the US market and therefore with the degradation and wear of Kokilleninnenflächen to water very familiar.

Um die Nutzungsdauer von Kokilleninnenflächen so weit wie möglich zu verlängern, wird typischerweise die Kupfer-Kokilleninnenfläche mit einem gegen Reibung und Korrosion beständigen Werkstoff wie Nickel oder Chrom beschichtet. Andere Techniken zum Schutz der Kokilleninnenflächen wurden vorgeschlagen und/oder gewerblich eingesetzt. Bspw. offenbart die US-PS 5 499 672 ein Ver fahren zum Schutz einer Kupfer-Kokillenfläche durch Aufbringen eines schützenden Metallkarbid-Materials. Nach einem anderen Schutzbeschichtungsverfahren wird eine Ni-Cr-Legierung auf die Kupfer-Kokillenflächen heiß aufgespritzt. Dieses Verfahren ist in der Schrift "Ni-Cr Alloy Thermal Spraying of the Narrow Face of Continuous Casting Mold", Mai 1989, Nippon Steel Corporation und Mishima Kosan Co., Ltd., beschrieben. Während die bisher entwickelten Beschichtungen die Schnelligkeit und das Ausmaß des Kokillenverschleißes zu einem gewissen Ausmaß verringern konnten, gehört es zur Stranggussindustrie, dass die Kokillenflächen in regelmäßigen Abständen entfernt und ausgetauscht oder ausgebessert werden müssen. Das Herausnehmen einer Kokille aus der Gussstraße stellt für den Stahlerzeuger einen signifikanten Kostenfaktor – von vielleicht bis zu 15.000 US-$ pro Stunde – dar.To extend the useful life of mold inner surfaces as much as possible, typically the copper mold inner surface is coated with a material resistant to friction and corrosion such as nickel or chromium. Other techniques for protecting the inner mold surfaces have been proposed and / or used commercially. For example. reveals that U.S. Patent No. 5,499,672 a method for protecting a copper mold surface by applying a protective metal carbide material. According to another protective coating method, a Ni-Cr alloy is hot-sprayed onto the copper mold surfaces. This process is described in the document "Ni-Cr Alloy Thermal Spraying of the Narrow Face of Continuous Casting Mold", May 1989, Nippon Steel Corporation and Mishima Kosan Co., Ltd. While the coatings developed so far have been able to reduce the speed and extent of mold wear to some extent, it is part of the continuous casting industry that the mold surfaces must be periodically removed and replaced or repaired. The removal of a mold from the casting line represents a significant cost factor for the steelmaker, perhaps up to $ 15,000 per hour.

Der Strang bzw. die Bramme hat bei der anfänglichen Bildung in der Kokille eine sehr dünne Haut bzw. Schale. Ein Riss der Schale muss mit allen Mitteln verhindert werden, da es sonst zu dem als "Durchbruch" bekannten Zustand kommt, bei dem Schmelze durch die Schale hindurch zur Kokille entweicht. Bei schweren Durchbrüchen können Anlagenteile, die sich in deren Weg befinden, in Schmelze eingehüllt werden; sie werden dann unbrauchbar und müssen ausgetauscht oder aufgearbeitet werden. Einer der Faktoren, der für das Erfassen eines evtl. bevorstehenden Durchbruchs wichtig ist, ist die Dicke der Schale beim Durchlauf des Gussstrangs durch die Kokille. Theoretisch könnte man die Schalendicke beim Gießen in situ durch Messen der Infrarotstrahlung der Bramme erfassen; dies hat sich als praktisch nicht machbar erwiesen, da die Kokille die Bramme vollständig umschließt und eine Messung unmöglich ist. Bei einigen Systemen wird versucht, die Gießdicke zu modellieren, indem man die Temperatur an ausgewählten Orten in der Kokillenauskleidung erfasst; diese Systeme können jedoch in Folge der variierenden Dicke der Kupferschicht zwischen den Sensoren und der Strangoberfläche schlechter als genau sein.The strand or slab has a very thin skin upon initial formation in the mold. A crack of the shell must be prevented by all means, otherwise it comes to the known as "breakthrough" state in which melt escapes through the shell to the mold. In the case of heavy breakthroughs, parts of the system that are in their path can be encased in melt; they then become unusable and must be replaced or worked up. One of the factors responsible for that Detecting a possibly imminent breakthrough is important, the thickness of the shell during the passage of the casting by the mold. Theoretically one could measure the shell thickness when casting in situ by measuring the infrared radiation of the slab; This has proved to be practically impossible, since the mold completely surrounds the slab and a measurement is impossible. In some systems, an attempt is made to model the casting thickness by sensing the temperature at selected locations in the mold liner; however, these systems may be worse than accurate due to the varying thickness of the copper layer between the sensors and the strand surface.

Die JP 62 130748 offenbart eine wassergekühlte Form mit einer Keramikauskleidung, die die Verschleißbeständigkeit und die Dauerhaftigkeit verbessern soll. Die Formauskleidung setzt sich aus Bornitrid mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 50 W/mK zusammen. Diese Form betrifft jedoch nicht das Stranggießen. Die WO 98/16335 zeigt eine Aluminium-Gussform mit Kokillenwandanordnungen mit einem Innenteil, der Wärme von der Kokillenauskleidung ableiten soll, und einem mit Bornitrid oder Diamant beschichteten Innenteil.The JP 62 130748 discloses a water-cooled mold with a ceramic lining intended to improve wear resistance and durability. The form lining is composed of boron nitride with a thermal conductivity of at least 50 W / mK. However, this form does not relate to continuous casting. WO 98/16335 shows an aluminum mold with mold wall arrangements with an inner part which is intended to dissipate heat from the mold lining and a boron nitride or diamond coated inner part.

Es besteht Bedarf an einer Stranggusskokille, mit der sich der Gussstrang beim Durchlaufen derselben besser überwachbar ist, so dass sich Durchbrüche und andere unerwünschte Zustände verhindern lassen.It There is a need for a continuous casting mold, with which the cast strand when passing through it is better monitored, so that breakthroughs and other undesirable ones conditions prevent it.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Stranggusskokille anzugeben, die eine verbessert Überwachung des Gussstrangs beim Durchlaufen derselben gestattet, so dass sich Durchbrüche und andere unerwünschte Zustände verhindern lassen.It is an object of the present invention, a continuous casting mold indicate that improves monitoring allows the cast strand while passing through it, so that breakthroughs and other undesirable ones conditions prevent it.

Um dieses und andere Ziele der Erfindung zu erreichen, wird eine Form- bzw. Kokillenwandanordnung zur Anwendung in einer Stranggussmaschine nach Anspruch 1 unten angegeben. Im Anspruch 7 ist eine Stranggussmaschine mit einer bevorzugten Ausführungsform angegeben. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung stellt diese ein Verfahren zum Erzeugen eines Stranges von kontinuierlich gegossenem Werkstoff nach Anspruch 8 unten bereit.Around to achieve this and other objects of the invention, a or mold wall arrangement for use in a continuous casting machine according to claim 1 below. In claim 7 is a continuous casting machine with a preferred embodiment specified. According to another aspect of the invention provides this a method for producing a strand of continuously cast Material according to claim 8 below ready.

Zum besseren Verständnis der Erfindung, deren Vorteilen und der durch ihren Einsatz erreichten Ziele sei auf die Zeichnungen, die einen weiteren Teil der Anmeldung darstellen, sowie auf die beigefügte Beschreibung verwiesen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschreibt und erläutert.To the better understanding the invention, their advantages and achieved by their use Goals should be to the drawings, which is another part of the application as well as the attached Description directed, which describes a preferred embodiment of the invention and explained.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist ein Horizontal-Teilschnitt durch eine Kokillenwandanordnung für eine Stranggussmaschine nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 1 is a horizontal partial section through a mold wall assembly for a continuous casting machine according to a preferred embodiment of the invention;

2 ist ein Vertikalschnitt durch einen Teil der in der 1 gezeigten Anordnung; 2 is a vertical section through a part of the in the 1 shown arrangement;

3 zeigt schaubildlich eine bevorzugte Besonderheit in der Anordnung nach 1 und 2; 3 shows diagrammatically a preferred feature in the arrangement 1 and 2 ;

4 zeigt schaubildlich eine bevorzugte Regelung für die in den 1 bis 3 gezeigte Anordnung; 4 shows diagrammatically a preferred rule for in the 1 to 3 arrangement shown;

5 ist ein Vertikal-Teilschnitt durch eine Kokillenwandanordnung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und 5 is a vertical partial section through a mold wall assembly according to a second embodiment of the invention; and

6 ist ein Vertikal-Teilschnitt durch eine Kokillenwandanordnung nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 6 is a vertical partial section through a mold wall assembly according to a third embodiment of the invention.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED MODE (S)

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Konstruktionsteile. Die 1 zeigt dabei eine verbesserte Form- bzw. Kokillenwandanordnung 12 für eine Stranggussmaschine 10; sie weist eine Vielzahl von Kokillenwänden einschließlich eines Paars gegenüberliegender schmaler Wände 14, 16 und eines Paares gegenüberliegender breiter Wände 18, 20 auf. Die Kokillenwände 14, 16, 18, 20 haben jeweils mindestens eine Innenfläche, die gemeinsam einen Gussraum 26 mit einer oberen und einer unteren Öffnung umschließen. Wie üblich, ist die Kokillenwandanordnung 12 so konstruiert, dass sich Schmelze kontinuierlich in das obere Ende des Gussraums 26 einspeisen lässt und sich eine äußere Haut bzw. Schale bildet, bevor die so gebildete Bramme bzw. der Strang am unteren Ende des Gusskanals austritt. Wie ebenfalls üblich, sind Kühlmittelspeiserohre 22, 24 vorgesehen, mit denen den schmalen und den breiten Wänden 14, 16 bzw. 18, 20 Kühlwasser zuführbar ist.In the various figures of the drawing, like reference numerals designate like structural parts. The 1 shows an improved mold or mold wall arrangement 12 for a continuous casting machine 10 ; it has a plurality of mold walls including a pair of opposing narrow walls 14 . 16 and a pair of opposite wide walls 18 . 20 on. The mold walls 14 . 16 . 18 . 20 each have at least one inner surface, which together form a casting space 26 enclose with an upper and a lower opening. As usual, the mold wall assembly 12 designed so that melt continuously into the upper end of the casting space 26 feed and form an outer skin or shell before the slab or strand thus formed emerges at the lower end of the casting channel. As is also common, are coolant feed tubes 22 . 24 provided, with which the narrow and the broad walls 14 . 16 respectively. 18 . 20 Cooling water can be supplied.

Die 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine (20) der breiten Wände der 1. Wie ersichtlich, weist die Wand 20 eine Auskleidung 27, die die Formfläche 28 trägt, und eine Stützanordnung 32 auf, an der die Auskleidung 27 festgelegt ist. Wie in 2 ersichtlich, hat die Auskleidung 27 einen Innenteil 29, der als Kupferauskleidungsschicht 30 ausgeführt ist, sowie eine Außenschicht 44 aus einem gegen Abbau widerstandsfähigen nichtmetallischen Material auf, das die Formfläche 28 bildet und unten ausführlicher diskutiert ist. Die Stützanordnung 32 weist einen Kühlmittelzulauf 24, einen Kühlmittelablauf 42, einen Zulaufverteiler 36 und einen Ablaufverteiler 38 auf. Der Zu- und der Ablaufverteiler 36, 38 stehen in Strömungsverbindung mit einem Kühlkanal 34, der in der Kupferauskleidungsschicht 30 der Auskleidung 27 ausgebildet ist. Im Betrieb wird, wie üblich, das Kühlmittel – typischerweise Wasser – vom Kühlmittelzulauf 24 her in den Zulaufverteiler 36 eingespeist, von wo es aufwärts durch den Kühlkanal 34 und in den Ablaufverteiler 38 ausströmt. Danach kehrt das Kühlmittel durch den Ablauf 42 zu einer Umlaufpumpe zurück.The 2 shows a vertical section through a ( 20 ) of the wide walls of the 1 , As can be seen, the wall points 20 a lining 27 that the molding surface 28 carries, and a support assembly 32 on, at the lining 27 is fixed. As in 2 seen, has the lining 27 an inner part 29 acting as copper lining layer 30 is executed, as well as an outer layer 44 from a non-degradable non-metallic material, which forms the surface 28 forms and is discussed in more detail below. The support arrangement 32 has a coolant inlet 24 , a coolant drain 42 , an inlet manifold 36 and a drain distributor 38 on. The inlet and outlet manifolds 36 . 38 are in flow communication with a cooling channel 34 that in the copper lining layer 30 the lining 27 is trained. In operation, as usual, the coolant - typically water - from the coolant inlet 24 into the feed distributor 36 fed from where it up through the cooling channel 34 and into the drain distributor 38 flows. Thereafter, the coolant returns through the drain 42 back to a circulation pump.

Die Schicht 44 aus gegen Abbau beständigem nichtmetallischem Material besteht aus Diamant oder kubischem Bornitrid. Diese Stoffe sind wirkungsvolle Wärmeleiter, sehr hart und gegen Abbau widerstandsfähig; sie tolerieren die in einer Stranggusskokille im Betrieb herrschenden hohen Temperaturen, widerstehen der sauren Umgebung, in der eine Stranggussmaschine typischerweise arbeitet, und sind aus unten ausführlicher diskutierten Gründen im Infrarot-Bereich des Spektrums transparent.The layer 44 Non-metallic material resistant to degradation consists of diamond or cubic boron nitride. These fabrics are effective heat conductors, very hard and resistant to degradation; they tolerate the high temperatures encountered in a continuous casting mold during operation, resist the acidic environment in which a continuous casting machine typically operates, and are transparent in the infrared region of the spectrum, for reasons discussed in more detail below.

Diamant ist ein Kohlenstoff-Allotrop, das bei gewöhnlichen Drücken metastabil ist und dessen hohe Aktivierungsenergie als Sperre wirkt, die eine Umwandlung zu Graphit, dem bei gewöhnlichen Temperaturen und Drücken stabileren Allo trop, verhindert. Er ist nicht nur wegen seiner Schönheit und seines Werts als Schmuckstein begehrt, sondern auch wegen seiner vielen einzigartigen und wertvollen mechanischen, elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften. Diamant ist das härteste natürlich vorkommende Material, hat einen niedrigen Reibungsbeiwert, ist extrem widerstandsfähig gegen chemischen Angriff, in einem großen Teil des elektromagnetischen Spektrums – einschl. des IR-Bereichs – transparent und hat die höchsten Wärmeleitfähigkeit aller Stoffe. Die Eigenschaften von kubischem Bornitrid (CBN) sind in vielerlei Hinsicht mit denen von Diamant vergleichbar.diamond is a carbon allotrope which is metastable at ordinary pressures and whose high activation energy acts as a barrier that allows for conversion Graphite, the usual Temperatures and pressures more stable allo trop, prevented. He is not only because of his beauty and desires its value as a gemstone, but also because of it many unique and valuable mechanical, electrical, optical and thermal properties. Diamond is the hardest naturally occurring Material, has a low coefficient of friction, is extremely resistant to chemical attack, in a large part of the electromagnetic Spectrum - incl. of the IR area - transparent and has the highest thermal conductivity all substances. The properties of cubic boron nitride (CBN) are in many ways comparable to those of diamond.

Die 3 zeigt schaubildlich eine vorteilhafte Besonderheit der Erfindung. Wie aus den 2 und 3 ersichtlich, ist in der Kupferschicht 30 der Auskleidung 27 ein Kanal 46 ausgebildet. In den Kanal 46 ist ein Lichtwellenleiter 48 eingesetzt und mit der der Guss- bzw. Formfläche 28 gegenüberliegenden Seite der transparenten Schicht 44 aus gegen Abbau widerstandsfähigem nichtmetallischem Material optisch gekoppelt. Mit einem zweiten entgegengesetzten Ende des Lichtwellenleiters 48 ist dann ein Sensor 50 gekoppelt. Der Zweck des Sensors 50 ist, eine Eigenschaft des Stranggussprozesses zu überwachen, indem er die spektralen Eigenschaften des Lichts überwacht, das den Lichtwellenleiter 48 durchläuft. In seiner bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor 50 so aufgebaut und angeordnet, dass er das Infrarot-Profil des übertragenen Lichts und damit die Temperatur an der Außenfläche des Gussstrangs erfasst und überwacht, der in der Kokille die Gussfläche entlang abwärts läuft. Durch Überwachen dieser Temperatur lässt sich die Dicke des Gussschale ermitteln, die ein nützlicher Indikator für diverse Dinge ist – bspw. die Durchbruchneigung des Strangs nach dem Verlassen des unteren Kokillenendes, die optimale Austrittsgeschwindigkeit des Strangs aus der Maschine, den optimale Kühlmitteldurchsatz in den Kokillenwandungen und die Gleichmäßigkeit der Zunahme der Schalendicke. Wie die 4 zeigt, ist eine Anzahl solcher Sensoren 50 in der Kokillenanordnung vorgesehen, die jeweils Informationen an eine CPU 52 liefern, die als lokale Regelung für die Kokillenanordnung 12 dient. Die CPU 52 steht in Duplex-Übertragungsverbindung mit einer Hauptregelung 54 der Stranggussmaschine 10 und mit verschiedenen Subsystemen zum Nachregeln verschiedener Betriebsvariabler des Stranggussprozesses. Die 4 zeigt vier solche Subsysteme 56, 58, 60, 62; deren Anzahl kann größer oder kleiner sein, abhängig von der Anzahl der zu überwachenden Betriebsvariablen, die mittels der optischen Überwachung durch den Sensor 50 kontrolliert werden sollen. Bspw. kann eines der Subsysteme ein Nachstellen der Abzuggeschwindigkeit der Stranggussanlage ermöglichen, ein weiteres das der Form schräge. Ein drittes und ein viertes Subsystem zum Regeln der Kühlung können den Kühlmitteldurchsatz in einer oder mehr Kokillenwandungen oder die Zusammensetzung des Flussmittels und damit die Wärmeleitfähigkeiten der Kokille erfassen.The 3 shows diagrammatically an advantageous feature of the invention. Like from the 2 and 3 it is apparent in the copper layer 30 the lining 27 a channel 46 educated. In the channel 46 is an optical fiber 48 used and with the casting or molding surface 28 opposite side of the transparent layer 44 optically coupled against degradation resistant non-metallic material. With a second opposite end of the optical fiber 48 is then a sensor 50 coupled. The purpose of the sensor 50 is to monitor a property of the continuous casting process by monitoring the spectral characteristics of the light that makes up the optical fiber 48 passes. In its preferred embodiment, the sensor 50 is constructed and arranged to detect and monitor the infra-red profile of the transmitted light and thus the temperature on the outer surface of the casting which travels down the casting surface in the mold. By monitoring this temperature, the thickness of the casting shell can be determined, which is a useful indicator of various things - for example, the breakdown tendency of the strand after leaving the lower Kokillenendes, the optimal exit speed of the strand from the machine, the optimal coolant flow in the Kokillenwandungen and the uniformity of the increase in shell thickness. As the 4 shows is a number of such sensors 50 provided in the mold assembly, each providing information to a CPU 52 deliver that as a local scheme for the mold assembly 12 serves. The CPU 52 is in duplex transmission connection with a main control 54 the continuous casting machine 10 and with various subsystems to readjust various operating variables of the continuous casting process. The 4 shows four such subsystems 56 . 58 . 60 . 62 ; their number may be larger or smaller, depending on the number of operating variables to be monitored, by means of the optical monitoring by the sensor 50 to be controlled. For example. For example, one of the subsystems may allow readjustment of the withdrawal speed of the continuous casting plant, and another of the shape of the casting. A third and a fourth subsystem for controlling the cooling can detect the coolant throughput in one or more mold walls or the composition of the flux and thus the thermal conductivities of the mold.

Zur Analyse der von den Sensoren 50 aufgenommenen Daten lässt sich ein handelsübliches Wärme-Bildgebungssystem einsetzen. Ein geeignetes solches System ist von der Fa. Mikro Instruments, Oakland, New Jersey [USA] erhältlich und wird als " Imaging Pyrometer" vertrieben. Das System ist teilweise in der US-PS 4 687 344 offenbart, deren Lehre durch den Bezug als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten soll.For analysis of the sensors 50 recorded data can be a commercial heat imaging system. A suitable such system is available from the company Micro Instruments, Oakland, New Jersey [USA] and is sold as an "imaging pyrometer". The system is partially in the U.S. Patent 4,687,344 the teaching of which is to be incorporated by reference as part of the present application.

Die 5 zeigt eine Kokillenanordnung 64 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer Gussfläche 66 und einem Hauptteil 68, der vollständig aus dem nichtmetallischen, gegen Abbau beständigen Material der oben ausführlich dargestellten Art besteht. Im Hauptteil 68 ist ein Kühlkanal 70 aus gebildet und ein Sensor 72, der im Aufbau dem oben diskutierten Sensor 50 entspricht, ist mit einer Rückseite des Hauptteils 68 gekoppelt. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die gesamte Kokillenwand aus Diamant oder CBN hergestellt. Diese Ausführungsform scheint das größte Potenzial für die Zukunft zu bieten, dazu erwarten ist, dass sie die Leistungsfähigkeit jeder derzeit angewandten Kokillenwand erheblich übertrifft. Vollständig aus einem Werkstoff wie Diamant gefertigt, würde sie während des Gusses Wärme weit wirkungsvoller vom Strang ableiten als eine Kokillenwand aus Metall; sie würde eine geringere Reibung als irgendeine Metall-Kokillenwand zeigen und wäre hinsichtlich des Verschleißes praktisch unzerstörbar.The 5 shows a mold assembly 64 according to a second embodiment of the invention with a casting surface 66 and a main part 68 made entirely of the non-metallic, anti-degradation material of the kind detailed above. In the main part 68 is a cooling channel 70 formed out of and a sensor 72 In construction, the above discussed sensor 50 corresponds to, is with a back of the main part 68 coupled. In this embodiment of the invention, the entire mold wall is made of diamond or CBN. This embodiment appears to offer the greatest potential for the future, as it is expected to significantly exceed the performance of any currently used mold wall. Completely made of a material like diamond, it would dissipate heat from the strand much more efficiently during casting than a metal mold wall; it would show less friction than any metal mold wall and would be virtually indestructible in terms of wear.

Die 6 zeigt eine noch andere Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform – wie in der oben anhand der 5 beschriebenen – ist die gesamte Kokillenauskleidung 80 aus einem gegen Abbau beständigen nichtmetallischen Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt, so dass die Auskleidung beim Einsatz in einer Stranggussanlage überlegene Verschleiß- und Wärmeleiteigenschaften zeigt. Wie bei der Ausführungsform nach 5 ist der bevorzugte Werkstoff Diamant oder CBN; die Auskleidung lässt sich nach einem beliebigen der unten diskutierten oder jedem anderen effektiven Verfahren herstellen. Ein Sensor 72 im Aufbau dem oben diskutierten Sensor 50 entsprechender Sensor 72 ist mit einer Rückseite der Kokillenauskleidung 80 gekoppelt. In dieser Ausführungsform enthält die Auskleidung 80 keinen internen Kühlkanal, sondern ist spritzgekühlt aufgebaut, wobei die dem Gussstrang 82 entgegengesetzte Seite 86 der Auskleidung aus einer oder mehr Spritzdüsen mit Kühlmittel bespritzt wird. Die hohe Wärmeleitfähigkeit einer solchen Kokillenauskleidung trägt zu einer wirksamen Kühlung des Gussstrangs und der Ausbildung einer gleichmäßigen verfestigten Schale 84 desselben bei. Zusätzlich wird in Folge der Transparenz der Kokille im Infrarot-Bereich eine signifikante Wärmemenge durch Strahlung vom Gussstrang weg abgeleitet – dies in günstigem Gegensatz zu einer herkömmlichen Stranggusskokille, bei der keine Wärmeabfuhr durch Strahlung durch die Kokillenwand hindurch erfolgt.The 6 shows still another embodiment of the invention. In this embodiment - as in the above with reference to 5 described - is the entire mold lining 80 made of a non-degradation resistant high thermal conductivity non-metallic material so that when used in a continuous casting plant, the lining exhibits superior wear and heat conduction properties. As in the embodiment according to 5 the preferred material is diamond or CBN; the lining can be made by any of the methods discussed below or any other effective method. A sensor 72 in construction the sensor discussed above 50 corresponding sensor 72 is with a back of the mold lining 80 coupled. In this embodiment, the liner includes 80 no internal cooling channel, but is injection-cooled, with the cast strand 82 opposite side 86 the lining of one or more spray nozzles is sprayed with coolant. The high thermal conductivity of such a Kokillenauskleidung contributes to an effective cooling of the cast strand and the formation of a uniform solidified shell 84 at the same time. In addition, as a result of the transparency of the mold in the infrared range, a significant amount of heat is dissipated by radiation away from the cast strand - this in favorable contrast to a conventional continuous casting mold, in which no heat dissipation by radiation through the mold wall takes place.

Es gibt eine Anzahl bekannter Verfahren zum Aufbau von Beschichtungen und Massen aus Werkstoffen wie Diamant und CBN; die Erfinder erkennen an, dass ein beliebiges dieser Verfahren im Rahmen der Erfindung einsetzbar ist. Die Erfinder erkennen weiterhin an, dass diese Technologie sich sehr rasch weiter entwickelt, und nehmen an, dass zum Bereitstellen der erforderlichen Struktur andere, effizientere Techniken – sobald verfügbar – nutzbar werden. Die folgenden US-Patentschriften und PCT-Druckschriften offenbaren Verfahren zum künstlichen Aufbauen von Beschichtungen und Massen aus Materialien wie Diamant und CBN und sollen für die Zwecke de Offenbarung als beispielhaft gelten. Die aufgeführten Druckschriften sollen durch die Bezugnahme als Teil der vorliegenden Anmeldung gelten:It There are a number of known methods for building coatings and masses of materials such as diamond and CBN; recognize the inventors that any of these methods are within the scope of the invention can be used. The inventors further recognize that this technology developing very rapidly, and assume that to provide the required structure other, more efficient techniques - as soon as available - usable become. The following US patents and PCT publications reveal methods for artificial Build up coatings and masses of materials like diamond and CBN and are meant for the purposes of the disclosure are considered exemplary. The listed publications are intended to be incorporated by reference as part of the present application be valid:

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MEISTBEVORZUGTE VERFAHREN ZUM AUFBRINGEN DER ABBAUBESTÄNDIGEN NICHTMETALLISCHEN SCHICHTMOST PREFERRED METHOD TO APPLY THE ABBAUBSTÄNDIGEN NON-METAL LAYER

Nach einer Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 4 490 229 benutzt, lässt sich in die Oberfläche eines Substrats eine diamantartige dünne Kohlenstoffschicht einbringen, indem man die Oberfläche einem einen Kohlenwasserstoff enthaltenden Argonionenstrahl aussetzt. Während der anfänglichen Ablagerung der Dünnschicht ist die Stromdichte im Ionenstrahl gering. Auf diesen anfänglichen schwachen Strom folgend wird der Ionenstrom auf volle Leistung hochgefahren. Gleichzeitig wird ein zweiter Argonionenstrahl auf die Substratoberfläche gerichtet. Das Energieniveau des zweiten Ionenstrahls ist weitaus höher als das des kohlenwasserstoffhaltigen Ionenstrahls. Diese Energiezufuhr zum System verstärkt die Mobilität der kondensierenden Atome und dient der Beseitigung von schwächer gebundenen Atomen und einer Erhöhung des Anteils der Diamantbindungen.According to one embodiment, the method of the U.S. Patent 4,490,229 used, can be in the surface of a substrate to introduce a diamond-like thin carbon layer by exposing the surface of a hydrocarbon-containing argon ion beam. During the initial deposition of the thin film, the current density in the ion beam is low. Following this initial low current, the ion current is ramped up to full power. At the same time, a second argon ion beam is directed onto the substrate surface. The energy level of the second ion beam is much higher than that of the hydrocarbon ion beam. This energy input to the system enhances the mobility of the condensing atoms and serves to remove weaker bound atoms and increase the proportion of diamond bonds.

In einer zweiten Ausführungsform, die mit dem Verfahren nach der US-PS 4 504 519 arbeitet, wird eine amorphe C-haltige diamantartige Dünnschicht nach einem Hybridverfahren in einer Behandlungskammer unter HF-Plasmazersetzung eines Alkans wie n-Butan mittels eines Paares beabstandeter, allgemein paralleler Kohlenstoffelektroden vorzugsweis aus ultrareinem Kohlenstoff aufgetragen. Während die meisten erfindungsgemäßen Dünnschichten aus normalem Butan aufgetragen wurden, lassen sich erfindungsgemäß auch andere Alkane wie Methan, Ethan, Propan, Pentan und Hexan einsetzen, um die verbesserte C-haltige diamantartige Dünnschicht zu erzeugen. Die Ablagerungskammer – bspw. aus nicht rostendem Stahl – weist ein Paar allgemein par alleler horizontaler, vertikal beabstandeter Elektroden aus reinem Kohlenstoff auf; das zu beschichtende Substrat wird auf die untere C-Elektrode gelegt. Die Elektroden sind typischerweise etwa 20 bis etwa 80 mm, bevorzugt etwa 25 mm beabstandet angeordnet. Die Kammer wird auf ihren Enddruck – allgemein im Bereich von etwa 10–7 Torr – evakuiert und dann mit einem Alkan wie bspw. n-Butan auf etwa 8 × 10–4 Torr zurück gefüllt. Danach drosselt man das Unterdrucksystem auf einen Druck im Bereich von etwa 25 bis 100 mTorr. Nach der Stabilisierung des Drucks wird die HF-Leistung an die beiden Rein-C-Elektroden gelegt und werden die untere Elektrode (Substrattarget) im Bereich von etwa 0 V bis etwa –100 V und die obere Elektrode im Bereich von etwa –200 V bis etwa –3500 V vorgespannt. Die HF-Plasmazersetzung wird eingeleitet und auf das Substrat eine amorphe C-haltige diamantartige Dünnschicht mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 8 Å/min bis 35 Å/min bis zu etwa 5 μm Dicke aufgetragen.In a second embodiment, with the method according to the U.S. Patent 4,504,519 For example, an amorphous C-containing diamond-like thin film is hybrid-deposited in a treatment chamber with RF plasma decomposition of an alkane such as n-butane by means of a pair of spaced, generally parallel carbon electrodes, preferably of ultra-pure carbon. While most thin films according to the invention were applied from normal butane, according to the invention it is also possible to use other alkanes, such as methane, ethane, propane, pentane and hexane, to prepare the improved C-containing diamond to produce a thin film. The deposition chamber, for example of stainless steel, has a pair of generally parallel horizontal, vertically spaced, pure carbon electrodes; The substrate to be coated is placed on the lower C electrode. The electrodes are typically spaced about 20 to about 80 mm, preferably about 25 mm apart. The chamber is evacuated to its final pressure, generally in the range of about 10 -7 torr, and then backfilled with an alkane such as n-butane to about 8x10 -4 torr. Thereafter, the vacuum system is throttled to a pressure in the range of about 25 to 100 mTorr. After the pressure is stabilized, the RF power is applied to the two bare-C electrodes, and the lower electrode (substrate target) is in the range of about 0 V to about -100 V and the upper electrode in the range of about -200 V to biased about -3500V. RF plasma decomposition is initiated and an amorphous C-containing diamond-like thin film is deposited on the substrate at a rate of between about 8 Å / min to 35 Å / min to about 5 μm thickness.

In einer dritten Ausführungsform, die mit dem Verfahren der US-PS 4 770 940 arbeitet, wird eine harte C-haltige Dünnschicht ausgebildet, indem man einen Kohlenwasserstoff in Gasform zersetzt, dessen C-Atome mit den nächstliegenden Nachbarn über C-C-Einzelbindungen tetraederförmig koordiniert sind. Der gasförmige Kohlenwasserstoff wird in einem im HF-Feld aufrecht erhaltenen Plasma zersetzt und die Plasma-Zersetzungsprodukte auf einem kathodischen Substrat abgelagert. Fakultativ können in einem Zersetzungsgas auch Fluorkohlenwasserstoffe ("fluorocarbons") anwesend sein.In a third embodiment, with the method of U.S. Patent 4,770,940 is working, a hard C-containing thin film is formed by decomposing a hydrocarbon in gaseous form whose carbon atoms are tetrahedrally coordinated with the nearest neighbors via CC single bonds. The gaseous hydrocarbon is decomposed in a plasma maintained in the RF field and the plasma decomposition products are deposited on a cathodic substrate. Optionally, hydrofluorocarbons ("fluorocarbons") may also be present in a decomposition gas.

In einer vierten Ausführungsform, die mit dem Verfahren der US-PS 4 830 702 arbeitet, wird ein Kohlenwasserstoff-/Wasserstoff-Gasgemisch durch eine feuerfeste Metall-Hohlkathode geleitet, die auf eine hohe Temperatur hoch erhitzt wird. Das Gasgemisch zersetzt sich durch eine Kombination von thermischen und Plasmaeffekten. Die aus der Hohlkathode austretende Plasmawolke erhitzt das Substrat, das auf eine Oberfläche der Anode aufgesetzt ist. Die Dickenzunahme der Diamant-Dünnschicht wird durch Elektronenbeschuss verbessert.In a fourth embodiment, with the method of U.S. Patent 4,830,702 operates, a hydrocarbon / hydrogen gas mixture is passed through a refractory metal hollow cathode, which is heated to a high temperature. The gas mixture decomposes by a combination of thermal and plasma effects. The plasma cloud emerging from the hollow cathode heats the substrate, which is placed on a surface of the anode. The thickness increase of the diamond thin film is improved by electron bombardment.

In einer fünften Ausführungsform, die mit dem Verfahren der US-PS 4 910 041 arbeitet, wird auf einem Strubstrat eine Dünnschicht ausgebildet, indem man das Substrat mit einer Plasmazone kontaktiert, die man erzeugt, indem man mit einer oder mehr Entladungselektroden ein Hochtemperatur- oder Quasi-Hochtemperaturplasma eines Gases bildet, das mindestens eine C-haltige Verbindung enthält. Eine der Elektroden kann eine an eine Mikrowellenquelle angeschlossene flächige Elektrode mit einem Schlitz sein, der einen gradlinigen Abschnitt aufweist. Alternativ bildet man die Plasmazone aus, indem man ein in einem Lichtbogen zwischen den Elektroden erzeugtes Hochtemperatur- oder Quasihochtemperaturplasma durch Anlegen eines Magnetfeldes in Bewegung versetzt. Nach diesem Verfahren lassen sich Dünnschichten auf Substraten auf energieeffiziente Weise auftragen.In a fifth embodiment, using the method of U.S. Patent 4,910,041 operates, a thin film is formed on a substrate substrate by contacting the substrate with a plasma zone which is formed by forming with one or more discharge electrodes a high-temperature or quasi-high-temperature plasma of a gas containing at least one C-containing compound. One of the electrodes may be a flat electrode connected to a microwave source with a slit having a straight section. Alternatively, the plasma zone is formed by causing a high-temperature or quasi-high-temperature plasma generated in an arc between the electrodes to move by applying a magnetic field. This process allows thin films to be deposited on substrates in an energy-efficient manner.

In einer sechsten Ausführungsform, die mit dem Verfahren nach US-PS 4 939 763 arbeitet, lässt sich eine synthetische Diamantschicht durch mit einem Gleichstromplasma gestützte Ablagerung ausbilden, wobei der Plasmastrom 0,5 A bis 1 A und die Temperatur von 600°C bis 800°C betragen und man mit Methan/Wasserstoff (Volumenverhältnis 0,8–1 zu 99,5–1) bei einem Gesamtdruck von 20 Torr bis 30 Torr arbeitet.In a sixth embodiment, with the method according to U.S. Patent 4,939,763 a synthetic diamond layer can be formed by deposition supported by a direct current plasma, the plasma current being 0.5 A to 1 A and the temperature of 600 ° C. to 800 ° C., and methane / hydrogen (volume ratio 0.8-1 to 99.5-1) at a total pressure of 20 Torr to 30 Torr.

In einer siebten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 4 948 629 anwendet, bringt man Diamantschichten auf Substrate bei Temperaturen unter 400°C durch chemisches Aufdampfen unter Verwendung eines Hochleistungs-Impulslasers und eines Dampfes auf, bei dem es sich um eine aliphatische Carbonsäure oder ein aromatisches Carbonsäureanhydrid handelt.In a seventh embodiment, the method of the U.S. Patent 4,948,629 applies diamond layers on substrates at temperatures below 400 ° C by chemical vapor deposition using a high-power impulse laser and a vapor, which is an aliphatic carboxylic acid or an aromatic carboxylic anhydride.

In einer achten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 4 954 365 anwendet, wird eine Diamant-Dünnschicht erzeugt, indem man ein Substrat in eine Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltende Flüssigkeit taucht und es dann mindestens einem Laserimpuls unterwirft.In an eighth embodiment, the method of the U.S. Patent 4,954,365 For example, a diamond thin film is formed by dipping a substrate in a liquid containing carbon and hydrogen and then subjecting it to at least one laser pulse.

In einer neunten Ausführungsform, die mit dem Verfahren der US-PS 4 981 717 arbeitet, ergibt ein Verfahren zur Ablagerung diamantartiger Dünnschichten die Ablagerung von Spezies aus einem Plasma eines Kohlenwasserstoffgas-Vorläufers. Das Plasma wird mit einem Laserimpuls erzeugt, den man in das Gas abfeuert und der in einem mit dem Gas gemischten Initiator absorbiert wird. Die resultierende Detonation erzeugt ein Plasma aus Ionen, Radikalen, Molekülfragmenten und Elektronen, das von der Druckwelle der Detonation auf ein Substrat getrieben und dort abgelagert wird.In a ninth embodiment, using the method of U.S. Patent 4,981,717 For example, one method of depositing diamond-like films results in the deposition of species from a plasma of a hydrocarbon gas precursor. The plasma is generated by a laser pulse, which is fired into the gas and absorbed in an initiator mixed with the gas. The resulting detonation generates a plasma of ions, radicals, molecular fragments, and electrons that is propelled and deposited by the blast wave of the detonation onto a substrate.

In einer zehnten Ausführungsform, die mit der Lehre der US-PS 4 987 007 arbeitet, werden ein Verfahren und eine Vorrichtung angewandt, die eine Materialschicht auf einem Substrat ausbilden, indem aus einer Laser-Ablationswolke in einem Vakuum Ionen extrahiert werden. In einer Basis-Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Vakuumkammer auf, die ein Targetmaterial enthält; auf das Target wird ein Laser fokussiert, der das Material abträgt und einen Teil der Ablationswolke ionisiert. Ein Beschleunigungsgitter in der Vakuumkammer ist so geladen, dass die Ionen aus der Wolke extrahiert und auf ein Substrat gerichtet werden, um die Schicht wachsen zu lassen. Die Basis-Ausführungsform ergab auf einem ungeimpften sauberen Siliziumsubstrat diamantartige Kohlenstoffschichten mit einer Ablagerungsrate von fast 20 μm/h. Die so erzeugten diamantartigen C-Dünnschichten hatten eine ausgezeichnete Qualität: konstante Dicke bei einer Oberflächenrauigkeit von etwa 1 Å, einen gleichmäßigen Brechungsindex im Bereich von 1,5–2,5, einen spezifischen Widerstand größer als 40 MΩ/cm und eine gegen mechanische Belastung wi derstandsfähige harte Oberfläche. Bei einer verbesserten Ausführungsform werden in der Vakuumkammer mehrere Targets sowie Mechanismen angeordnet, um aus jedem Target Ionen zu erzeugen. So lassen sich auf dem Substrat Schichten unterschiedlicher oder dotierter Stoffe ausbilden. Weiterhin ist in dieser Ausführungsform eine Mechanik vorgesehen, um in jeder Schicht Muster bzw. Stromkreise auszubilden. Bei einer Version sind eine Maske in der Ionenfluenz und eine Ionenoptik vorgesehen, um das Maskenmuster auf dem Substrat zu vergrößern. Eine andere Version verwendet eine Ionenoptik zum Ausbilden eines Ionenstrahls sowie diesen steuernde Ablenkplatten, mittels deren das Soll-Muster auf dem Substrat schreibbar ist.In a tenth embodiment, with the teaching of U.S. Patent 4,987,007 is working, a method and apparatus are used which form a layer of material on a substrate by extracting ions from a laser ablation cloud in a vacuum. In a basic embodiment, the Device on a vacuum chamber containing a target material; Focusing on the target, a laser ablates the material and ionizes a portion of the ablation cloud. An acceleration grid in the vacuum chamber is charged so that the ions are extracted from the cloud and directed to a substrate to grow the layer. The base embodiment yielded diamond-like carbon layers on a non-seeded clean silicon substrate at a deposition rate of nearly 20 μm / hr. The diamond-like C films thus produced had excellent quality: constant thickness with a surface roughness of about 1 Å, a uniform refractive index in the range of 1.5-2.5, a resistivity greater than 40 MΩ / cm, and an against mechanical stress Resistant hard surface. In an improved embodiment, multiple targets and mechanisms are arranged in the vacuum chamber to generate ions from each target. Thus, layers of different or doped substances can be formed on the substrate. Furthermore, in this embodiment, a mechanism is provided to form patterns or circuits in each layer. In one version, a mask in the ion fluence and ion optics are provided to increase the mask pattern on the substrate. Another version uses an ion optics to form an ion beam and these controlling baffles, by means of which the target pattern on the substrate can be written.

Eine elfte Ausführungsform, die mit dem Verfahren der US-PS 5 015 528 arbeitet, wendet eine Methode zum Erzeugen von synthetischem Diamant an, bei dem eine Kohlenstoffgasquelle in Anwesenheit von atomarem Wasserstoff auf ein Substrat in einem Fließbett aufgedampft wird. Die Diamantschicht kann ihrerseits durch Aufdampfen einer diamantfremden Stoffs beschichtet werden.An eleventh embodiment using the method of U.S. Patent No. 5,015,528 employs a method of producing synthetic diamond in which a source of carbon gas is evaporated in the presence of atomic hydrogen onto a substrate in a fluidized bed. The diamond layer can in turn be coated by vapor deposition of a non-diamond substance.

Eine zwölfte Ausführungsform wendet das Verfahren der US-PS 5 071 677 an. dabei werden Diamant-Dünnschichten und -Teilchen auf verschiedene Substrate ausgebildet, indem man ein Gas oder ein Gasgemisch, das (1) Kohlenstoff, (2) Wasserstoff und (3) ein Halogen liefern kann, in einem Reaktor über das Substratmaterial strömen lässt. Die Reaktionsgase lassen sich mit einem Inertgas vorvermischen, um in der Gesamt-Gasmischung einen geringen Volumenanteil Kohlenstoff und einen hohen Volumenanteil Wasserstoff einzustellen. Im Gegensatz zu den meisten bekannten Verfahren zum chemischen Aufdampfen von Diamant ist eine Vorbehandlung der Reaktionsgase zu einem hochenergetischen Zustand nicht erforderlich. Da keine Vorbehandlung nötig ist, ist ein Aufbringen auf Substrate praktisch jeder gewünschten Größe, Gestalt oder Konfiguration möglich. Die Reaktionsgasmischung wird vorzugsweise durch einen Reaktor geschickt, dessen ersten Teil man auf eine Temperatur von etwa 400°C bis etwa 920°C, vorzugsweise etwa 800°C bis etwa 920°C erwärmt. Das Substrat, auf dem die Diamantschicht wachsen soll, wird in eine Zone des Reaktors eingebracht, die auf einer niedrigeren Temperatur von etwa 250°C bis etwa 750°C, d. h. im für das Diamantwachstum bevorzugten Temperaturbereich gehalten wird. Die Behandlung erfolgt vorzugsweise bei Umgebungsdrücken; höhere oder niedrigere Drücke sind möglich. Reindiamantschichten und -teilchen wurden in signifikanter Menge mit so kurzen Behandlungszeiten wie acht Stunden erhalten. Die Reinheit der Diamantschichten und -teilchen wurde durch Raman-Spektroskopie und Pulver-Röntgendiffraktionstechniken verifiziert.A twelfth embodiment uses the method of U.S. Patent No. 5,071,677 at. In this process, diamond thin films and particles are formed on various substrates by flowing a gas or gas mixture capable of supplying (1) carbon, (2) hydrogen and (3) a halogen in a reactor over the substrate material. The reaction gases can be premixed with an inert gas in order to set a small volume fraction of carbon and a high volume fraction of hydrogen in the total gas mixture. In contrast to most known methods of chemical vapor deposition of diamond, a pretreatment of the reaction gases to a high energy state is not required. Since no pretreatment is necessary, application to substrates of virtually any desired size, shape or configuration is possible. The reaction gas mixture is preferably passed through a reactor the first portion of which is heated to a temperature of from about 400 ° C to about 920 ° C, preferably from about 800 ° C to about 920 ° C. The substrate on which the diamond layer is to grow is placed in a zone of the reactor which is maintained at a lower temperature of from about 250 ° C to about 750 ° C, ie, the temperature range preferred for diamond growth. The treatment is preferably carried out at ambient pressures; higher or lower pressures are possible. Reindiamant layers and particles were obtained in significant quantities with treatment times as short as eight hours. The purity of diamond films and particles was verified by Raman spectroscopy and powder X-ray diffraction techniques.

Eine dreizehnte Ausführungsform der Erfindung arbeitet mit dem Verfahren der US-PS 5 080 753 . Dabei werden mit Laser-Ablationstechniken auf einem Siliziumsubstrat epitaxial orientierte Dünnschichten aus kubischen Bornitrid-Einkristall ausgebildet.A thirteenth embodiment of the invention operates with the method of U.S. Patent No. 5,080,753 , In this case, epitaxially oriented cubic boron nitride single crystal thin films are formed on a silicon substrate using laser ablation techniques.

Eine vierzehnte Ausführungsform der Erfindung arbeitet mit dem Verfahren der US-PS 5 082 359 . Dabei wird zur Ausbildung einer polykristallinen Dünnschicht bspw. aus Diamant auf einem Fremdsubstrat dieses vor dem Auftragen der Schicht vorbehandelt, um diskrete Keimungsorte anzulegen. Das Substrat wird zur Beschichtung vorbehandelt, indem in seiner Oberfläche ein Muster aus Unregelmäßigkeiten ausgebildet wird. Die Unregelmäßigkeiten – typischerweise Krater – sind in einem vorbestimmten Muster angeordnet, das dem Sollmuster der Schichtkristalle entspricht. Die Krater haben vorzugsweise konstante vorbestimmte Abmessungen (im Submikrometer- und Mikrometerbereich) und Abstände. Sie lassen sich nach verschiedenen Techniken ausbilden – u. a. Ionenstrahlfräsen, Laserverdampfen und chemisches oder Plasmaätzen mit einem gemusterten Photoresist. Nach dem Vorbereiten des Substrats lässt die Dünnschicht sich nach einem beliebigen einer Anzahl bekannter Verfahren auftragen. So hergestellte Dünnschichten sind gekennzeichnet durch ein regelmäßi ges Oberflächenmuster aus Kristallen, die sich in praktisch beliebiger Form anordnen lassen.A fourteenth embodiment of the invention operates with the method of U.S. Patent 5,082,359 , For the formation of a polycrystalline thin layer, for example, from diamond on a foreign substrate, this is pretreated prior to the application of the layer in order to apply discrete germination sites. The substrate is pretreated for coating by forming a pattern of irregularities in its surface. The irregularities - typically craters - are arranged in a predetermined pattern that corresponds to the desired pattern of the layer crystals. The craters preferably have constant predetermined dimensions (in the submicron and micrometer range) and distances. They can be formed using a variety of techniques including ion beam milling, laser evaporation, and chemical or plasma etching with a patterned photoresist. After preparing the substrate, the thin film is applied by any one of a number of known methods. Thin films produced in this way are characterized by a regular surface pattern of crystals which can be arranged in practically any desired shape.

In einer fünfzehnten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 5 096 740 anwendet, wird auf einem Substrat eine hochreine CBN-Schicht ausgebildet, indem mit einem Excimer-Laser ein Target aus Bor- und fakultativ auch Stickstoffatomen bestrahlt und das CBN auf ein dem Target zugewandt angeordnetes Substrat aufgetragen wird.In a fifteenth embodiment, the method of the U.S. Patent 5,096,740 is applied, a high purity CBN layer is formed on a substrate by using an excimer laser, a target of boron and optionally also nitrogen atoms irradiated and the CBN is applied to a substrate arranged facing the target.

Eine sechzehnte Ausführungsform der Erfindung arbeitet mit dem Verfahren der US-PS 5 154 945 . Dabei werden mit Infrarot-Lasern Diamant-Dünnschichten auf ein Substrat aufgetragen. In einer Ausführungsform erfolgt das Auftragen der Dünnschicht aus einer Gasmischung von CH4 und H2, die man in eine Aufdampfkammer einspeist und über das zu beschichtende Substrat strömen lässt, während man dessen Oberfläche mit dem Laser bestrahlt. In einer anderen Ausführungsform wird reiner Kohlenstoff in Form von Ruß auf die zu beschichtende Oberfläche gegeben und der Laserstrahl auf diese in einer Atmosphäre gerichtet, die verhindert, dass der Kohlenstoff zu CO2 verbrennt.A sixteenth embodiment of the invention operates with the method of U.S. Patent 5,154,945 , There With infrared lasers diamond thin films are applied to a substrate. In one embodiment, the application of the thin film is carried out from a gas mixture of CH 4 and H 2, which is fed into a deposition chamber and allowed to flow over the substrate to be coated, while irradiating the surface thereof with the laser. In another embodiment, pure carbon in the form of carbon black is placed on the surface to be coated and the laser beam is directed onto it in an atmosphere that prevents the carbon from burning to CO 2 .

Eine siebzehnten Ausführungsform arbeitet mit dem Verfahren der US-PS 5 221 411 . Hier werden in einem Verfahren zum Entwickeln von Diamant-Dünnschichten auf einem diamantfremden Substrat Kohlenstoff-Ionen in ein Substrat passender Gitterebene bzw. passenden Gitters implantiert. Der Implantationsbereich wird dann geglüht, um eine Diamant-Dünnschicht auf einem diamantfremden Substrat zu erzeugen. Offenbart sind auch die nach diesem Verfahren hergestellten Diamant-Dünnschichten auf nicht gitterangepassten Substraten. Bevorzugte Substrate sind dem Diamant gitter- und ebenenangepasst wie Kupfer, ein bevorzugtes Implantationsverfahren ist die Ionenimplantation und ein bevorzugtes Glühverfahren das Impulslaserglühen.A seventeenth embodiment operates with the method of U.S. Patent 5,221,411 , Here, in a process for developing diamond thin films on a non-diamond substrate, carbon ions are implanted into a substrate of matching lattice plane or lattice. The implantation region is then annealed to produce a diamond thin film on a non-diamond substrate. The diamond thin films produced by this process are also disclosed on non-lattice-matched substrates. Preferred substrates are diamond-lattice matched to diamond, such as copper, a preferred implantation method is ion implantation, and a preferred annealing method is pulsed laser annealing.

In einer achtzehnten Ausführungsform, die mit dem Verfahren der US-PS 5 221 501 arbeitet, wird ein Verfahren zum Erzeugen transparenter Diamant-Laminate verwendet, bei dem man mit einem Substrat arbeitet, das nach dem Auftragen einer zweiten Schicht auf der Diamantschicht entfernt wird, so dass eine glatte Diamant-Oberfläche freigelegt wird. Die zweite Beschichtung sollte einen Brechungsindex im wesentlichen gleich dem von Diamant aufweisen; Zinkselenid und Titandioxid sind besonders bevorzugt. Diamant-Schichten mit zwei glatten Oberflächen lassen sich durch gleichzeitiges Beschichten paralleler gegenüberliegender Substrate erzeugen, bis die beiden Diamantschichten zu einer einzigen Dünnschicht bzw. einem solchen Plättchen verschmelzen, gefolgt vom Entfernen mindestens eines Teils der beiden Substrate.In an eighteenth embodiment, using the method of U.S. Patent 5,221,501 is working, a method of producing transparent diamond laminates is used, wherein one works with a substrate, which is removed after the application of a second layer on the diamond layer, so that a smooth diamond surface is exposed. The second coating should have a refractive index substantially equal to that of diamond; Zinc selenide and titanium dioxide are particularly preferred. Two smooth surface diamond layers can be formed by simultaneously coating parallel opposed substrates until the two diamond layers merge into a single thin film, followed by removal of at least a portion of the two substrates.

In einer neunzehnten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 5 230 931 anwendet, wird eine Diamant-Dünnschicht oder eine I-Kohlenstoff-Schicht ("I Carbon layer") auf einer Oberfläche eines Gegenstandes durch plasmagestütztes chemisches Aufdampfen ausgebildet. Die Härte der Schichten lässt sich durch Anlegen einer Vorspannung an den Gegenstand während das Beschichtens verbessern.In a nineteenth embodiment, the method of the U.S. Patent 5,230,931 For example, a diamond thin film or "I carbon layer" is formed on a surface of an article by plasma enhanced chemical vapor deposition. The hardness of the layers can be improved by applying a bias to the article during coating.

In einer zwanzigsten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 5 236 740 verwendet, wird ein zementiertes Wolframcarbid-Substrat zum Auftrag einer Diamant-Dünnschicht vorbereitet, indem man die zu beschichtende Substratoberfläche einem Verfahren unterzieht, nach dem zunächst eine kleine Menge des Wolframcarbids an der Substratoberfläche abgetragen wird, während das Cobalt-Bindemittel im wesentlichen intakt bleibt. Derzeit wird Murakami-Lösung bevorzugt. Dann wird das Substrat einer Behandlung unterzogen, mit der aus der Wolframcarbid-Entfernung auf der Oberfläche verbleibendes Material entfernt wird. Derzeit wird eine Lösung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid bevorzugt. Es wird ein diamantbeschichtetes zementiertes Wolframcarbid-Werkzeug ausgebildet unter Benutzung eines nicht polierten Substrats, das durch Ätzen gem. obiger Beschreibung oder Ätzen in Salpetersäure vor dem Auftragen der Diamantschicht erzeugt wird. Das Auftragen einer im wesentlichen durchgehenden Diamantschicht lässt sich erreichen durch reaktives Aufdampfen mit thermischer gestützter (Heißdraht-) CVD ("chemical vapor deposition"), plasmagestützter CVD oder durch andere Verfahren.In a twentieth embodiment, the method of the U.S. Patent 5,236,740 is used, a cemented tungsten carbide substrate is prepared for depositing a diamond thin film by subjecting the substrate surface to be coated to a process of first removing a small amount of the tungsten carbide on the substrate surface while leaving the cobalt binder substantially intact. Currently, Murakami solution is preferred. Then, the substrate is subjected to a treatment with which material remaining from the tungsten carbide removal on the surface is removed. At present, a solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide is preferred. A diamond-coated cemented tungsten carbide tool is formed using an unpolished substrate, which is etched by etching. above description or etching in nitric acid before applying the diamond layer. The application of a substantially continuous diamond layer can be achieved by reactive vapor deposition with thermal assisted (hot wire) CVD ("chemical vapor deposition"), plasma assisted CVD, or other methods.

In einer einundzwanzigsten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 5 243 170 verwendet, wird zum Erzeugen einer Diamant-Dünnschicht auf einem Substrat mit einem Plasmastrahl-Beschichtungsverfahren gearbeitet, bei dem die aufgetragene Diamant-Dünnschicht im Gegensatz zu dem unter herkömmlichen Bedingungen gebildeten kubischen Kristallgefüge ein überwiegend hexagonales Kristallgefüge aufweist, so das die Vorteile einer Diamantbeschichtung des Werkzeugs hinsichtlich der Härte und Glätte der beschichteten Oberfläche noch erheblich betont werden. Die Verbesserung besteht aus der Verwendung von nur Wasserstoff als plasmaerzeugendes Gas, einem Druck der Plasmaatmosphäre von nicht über 300 Torr, einer Substrattemperatur von nur 800°C bis 1200°C und einem Temperaturgefälle von mindestens 13000°C/cm innerhalb der Grenzschicht auf der Substratoberfläche.In a twenty-first embodiment, the method of the U.S. Patent 5,243,170 For example, if a diamond thin film is applied to a substrate by a plasma jet coating method in which the deposited diamond thin film has a predominantly hexagonal crystal structure unlike the cubic crystal structure formed under conventional conditions, the advantages of diamond coating the tool be further emphasized in terms of hardness and smoothness of the coated surface. The improvement consists of using only hydrogen as the plasma generating gas, a plasma atmosphere pressure of not more than 300 Torr, a substrate temperature of only 800 ° C to 1200 ° C, and a temperature gradient of at least 13000 ° C / cm within the boundary layer on the substrate surface ,

In einer zweiundzwangzigsten Ausführungsform, die mit dem Verfahren der US-PS 5 260 106 arbeitet, wird eine Diamantschicht fest auf das Substrat aufgebracht, indem man auf der Oberfläche eine erste Schicht aus einer Mischung einer Hauptkomponente des Substrats und einer Sinterverstärkung für Diamant, dann auf der ersten eine zweite Schicht aus einer Mischung der Sinterverstärkung und dem Diamant und schließlich auf der zweiten Schicht die Diamant-Dünnschicht ausbildet.In a twenty-second embodiment, the with the method of the US-PS 5 260 106 works, a diamond layer is stuck to the substrate applied by putting a first layer on the surface a mixture of a main component of the substrate and a sintering reinforcement for diamond, then on the first a second layer of a mixture of sintered reinforcement and the diamond and finally on the second layer the diamond thin film formed.

In einer dreiundzwangzigsten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 5 264 071 verwendet, wird die Bindefestigkeit zwischen Diamant und dem Substrat, auf das er chemisch aufgedampft wird, so weit verringert, dass sich der Diamant vom Substrat als frei stehendes monolithisches Blatt entfernen lässt. Die Bindefestigkeit lässt sich durch Polieren des Substrats, Entfernen von Substratecken, langsames Abkühlen des Substrats nach dem Beschichten und eine zwischengeschaltete Temperaturverzögerung beim Kühlen oder durch Bilden einer Zwischenschicht zwischen dem Diamant und dem Substrat verringern. Das frei stehende Diamant-Blatt gilt als besonders geeignet für die Ausführungsform nach 5.In a thirty-third embodiment, the method of the U.S. Patent 5,264,071 used For example, the bond strength between diamond and the substrate to which it is chemically evaporated is reduced so much that the diamond can be removed from the substrate as a free standing monolithic sheet. The bond strength can be reduced by polishing the substrate, removing substrate corners, slow cooling of the substrate after coating, and an intermediate temperature delay on cooling or by forming an intermediate layer between the diamond and the substrate. The freestanding diamond blade is considered to be particularly suitable for the embodiment according to 5 ,

In einer vierundzwanzigsten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 5 271 890 verwendet, wird auf einem Substrat eine Schicht aus einem Kohlenstoff-Allotrop ausgebildet, indem man feinteiliges Kohlenstoffpulver auf das Substrat gibt, das Pulver mit einem Hochleistungslaser bestrahlt und dadurch die Sublimation des feinteiligen Kohlenstoffpulvers einleitet und das sublimierte feinteilige Kohlenstoffpulver ablöscht, um es auf dem Substrat abzulagern.In a twenty-fourth embodiment, the method of the U.S. Patent 5,271,890 is used, a layer of a carbon allotrope is formed on a substrate by adding finely divided carbon powder to the substrate, irradiating the powder with a high-power laser, thereby initiating sublimation of the finely divided carbon powder and quenching the sublimated fine carbon powder to deposit it on the substrate deposit.

In einer fünfundzwanzigsten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 5 273 731 anwendet, wird eine im wesentlichen transparente polykristalline Diamant-Schicht mit mehr als 50 μm Dicke erzeugt. Eine Wasserstoff-Methan-Mischung wird in eine Glühfaden-Reaktionszone eingeleitet, die an ein geeignetes Substrat – bspw. ein Molybdän-Substrat – angrenzt, um eine nicht haftende polykristalline, im wesentlichen transparente Diamant-Schicht zu erzeugen.In a twenty-fifth embodiment, the method of the U.S. Patent 5,273,731 applies, a substantially transparent polycrystalline diamond layer is produced with more than 50 microns thick. A hydrogen-methane mixture is introduced into a filament reaction zone adjacent to a suitable substrate, such as a molybdenum substrate, to form a non-adherent polycrystalline, substantially transparent diamond layer.

In einer sechsundzwanzigsten Ausführungsform, die das Verfahren nach US-PS 5 273 788 anwendet, wird nach der Langmuir-Blodgett-Methode eine Schicht eines Kohlenwasserstoffmoleküls auf ein Substrat aufgetragen und die Oberfläche mit einem Laser bestrahlt, um die Molekülschicht an der Oberfläche zu zersetzen, ohne das Substrat zu beeinflussen. Nach dem Zersetzen ordnen die Kohlenstoffatome sich auf der Substratoberfläche zu einer diamantartigen Schicht ("DLC layer") um.In a twenty-sixth embodiment, which the method according to US-PS 5 273 788, according to the Langmuir-Blodgett method a Layer of a hydrocarbon molecule applied to a substrate and the surface irradiated with a laser to decompose the molecular layer on the surface, without to influence the substrate. After decomposition, the carbon atoms arrange on the substrate surface to a diamond-like layer ("DLC layer").

In einer siebenundzwanzigsten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 5 302 231 verwendet, wird in einem Verfahren zum Aufwachsen von Diamant auf ein Diamant-Substrat durch chemisches Aufdampfen das Diamant-Substrat abwechselnd mit einem Gas der Formel CnXm und dann mit einem Gas der Formel C_Zp bei erhöhter Temperatur kontaktiert. X und Z gehen dabei jeweils Einfachbindungen mit Kohlenstoff ein. X und Z reagieren auch unter Bildung von ZX oder eines Derivats desselben. Die Z-X-Bindung ist stärker als die C-X- und auch stärker als die C-Z-Bindung. In den Formeln sind n, m, _ und p jeweils eine ganze Zahl.In a twenty-seventh embodiment, the method of the U.S. Patent 5,302,231 In a method of growing diamond on a diamond substrate by chemical vapor deposition, the diamond substrate is alternately contacted with a gas of the formula C n X m and then with a gas of the formula C_Z p at elevated temperature. X and Z are each a single bond with carbon. X and Z also react to form ZX or a derivative thereof. The ZX bond is stronger than the CX and stronger than the CZ bond. In the formulas, n, m, _ and p are each an integer.

In einer achtundzwanzigsten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 5 516 500 anwendet, werden Diamant-Materialien hergestellt, indem man ein kohlenstoffhaltiges Material in einen Spalt zwischen zwei Elektroden einbringt und zwischen den beiden Elektrodenplatten einen starken elektrischen Strom fließen lässt, um das kohlenstoffhaltige Material schnell zu erhitzen. Der Strom reicht aus, um das kohlenstoffhaltige Material mit mindestens 5000°C/s zu erhitzen, und braucht nur für die Dauer von Sekundenbruchteilen angelegt zu werden, um die Temperatur des kohlenstoffhaltigen Materials mindestens etwa 1000°C anzuheben. Beim Abnehmen des Stroms wird das kohlenstoffhaltige Material abgeschreckt (gekühlt). Hierzu kann man eine oder mehr der Elektroden in die Berührung mit einer Wärmesenke wie einem großen Stahltisch bringen. Das kohlenstoffhaltige Material kann wiederholt (bspw. in Zyklen) rasch erhitzt und abgeschreckt werden (RHRQ-Methode), bis aus dem kohlenstoffhaltigen ein Diamant-Material entsteht. Das Verfahren wird bevorzugt in einer Umgebung eines "Abschirm"-Gases (Inert- oder nicht oxidierendes Gas) wie Argon (Ar), Helium (He) oder Stickstoff (N2) durchgeführt. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das kohlenstoffhaltige Material Polystyrol (bspw. eine dünne Schicht) oder glasiger Kohlenstoff (bspw. Dünnschicht oder Pulver). In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das kohlenstoffhaltige Ma terial ein Polymerisat, ein Fulleren, amorpher Kohlenstoff, Graphit od. dergl. Eine der Elektroden ist bevorzugt ein Substrat, auf dem eine Diamant-Beschichtung ausgebildet werden soll, wobei das Substrat selbst als eine der beiden Elektroden dient.In a twenty-eighth embodiment, the method of the U.S. Patent 5,516,500 For example, diamond materials are made by placing a carbonaceous material in a gap between two electrodes and flowing a strong electric current between the two electrode plates to rapidly heat the carbonaceous material. The current is sufficient to heat the carbonaceous material at at least 5000 ° C / sec and only needs to be applied for a fraction of a second to raise the temperature of the carbonaceous material to at least about 1000 ° C. When the current is removed, the carbonaceous material is quenched (cooled). For this one can bring one or more of the electrodes into contact with a heat sink, such as a large steel table. The carbonaceous material may be repeatedly heated (eg, in cycles) rapidly and quenched (RHRQ method) until a diamond material is formed from the carbonaceous material. The process is preferably carried out in an environment of "shielding" gas (inert or non-oxidizing gas) such as argon (Ar), helium (He) or nitrogen (N 2 ). According to one embodiment of the invention, the carbonaceous material is polystyrene (for example a thin layer) or glassy carbon (for example thin layer or powder). In another embodiment of the invention, the carbonaceous Ma material is a polymer, a fullerene, amorphous carbon, graphite or the like. One of the electrodes is preferably a substrate on which a diamond coating is to be formed, wherein the substrate itself as one of serves both electrodes.

In einer neunundzwanzigsten Ausführungsform, die das Verfahren der US-PS 5 525 815 verwendet, wird ein durch chemisches Aufdampfen erzeugtes durchgehendes Diamant-Gefüge offenbart, das mindestens zwei Diamant-Schichten unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit aufweist, die mit den Wachstumsrate des Diamants eingestellt worden sind, wobei die Diamant-Schicht der einen Wärmeleitfähigkeit mit einer hohen Wuchsrate von mindestens 1 μm/h bei Glühfaden-CVD und mindestens 2 μm/h bei mikrowellenplasmagestützter CVD auf einem Substrat wie Molybdän in einer CVD-Kammer und mit die hohe Wuchsrate fördernder Substrattemperatur aufgetragen wird; die Diamant-Schicht der anderen Wärmeleitfähigkeit wird mit niedrigerer Wuchsrate und Substrattemperatur aufgebracht als die Schicht hoher Wärmeleitfähigkeit. Die Diamant-Schichten hoher und niedriger Wuchsrate lassen sich in beliebiger Reihenfolge aufbringen, um ein durchgehendes Diamant-Gefüge zu erreichen, das keine unterscheidbaren separaten kristallinen Säulenschichten und eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit zeigt.In a twenty-ninth embodiment, the method of the U.S. Patent 5,525,815 is disclosed, a continuous diamond structure produced by chemical vapor deposition, which has at least two diamond layers of different thermal conductivity, which have been set with the growth rate of the diamond, wherein the diamond layer of a high thermal conductivity of at least 1 micron / h at filament CVD and at least 2 μm / h in microwave plasma assisted CVD on a substrate such as molybdenum in a CVD chamber and at the high growth rate promoting substrate temperature; the diamond layer of the other thermal conductivity is applied at a lower growth rate and substrate temperature than the high thermal conductivity layer. The high and low growth rate diamond layers can be applied in any order to achieve a continuous diamond structure that does not exhibit distinguishable separate crystalline column layers and improved thermal conductivity.

In einer dreißigsten Ausführungsform, die das Verfahren der PCT-Druckschrift WO 95/31584 (entsprechend der Intern. Anmeldung PCT/US95/05941) verwendet, wird die Energie bspw. aus einem UV-Excimer-, Infrarot-Nd:YAG- und Infrarot-CO2-Laser durch eine Düse auf die Oberfläche eines Substrats gerichtet, um einen Kohlenstoff-Komponente (bspw. Carbid) im Substrat (bspw. Stahl) zu mobilisieren und zu verdampfen. Durch die Düse werden auch eine zusätzliche sekundäre Quelle (bspw. ein kohlenstoffhaltiges Gas wie CO2) und ein Inert-Abschirmgas (bspw. N2) ausgegeben. Unter der aufgebrachten Energie ändert das verdampfte Element seine physikalische Struktur (bspw. von Kohlenstoff zu Diamant) zu der eines Verbundmaterials, das als solches zur Rückseite des Substrats zurück diffundiert.In a thirtieth embodiment using the method of PCT Publication WO 95/31584 (corresponding to International Application PCT / US95 / 05941), the energy becomes, for example, a UV excimer, infrared Nd: YAG and infrared CO 2 laser is directed through a nozzle onto the surface of a substrate to mobilize and vaporize a carbon component (eg carbide) in the substrate (eg steel). The nozzle also dispenses an additional secondary source (eg, a carbonaceous gas such as CO 2 ) and an inert shielding gas (eg, N 2 ). Under the applied energy, the vaporized element changes its physical structure (e.g., from carbon to diamond) to that of a composite material, which as such diffuses back to the backside of the substrate.

In einer einunddreißigsten Ausführungsform, die das Verfahren der PCT-Druckschrift WO 95/20253 (entsprechend der Intern. Anm. Nr. PCT/US95/00782) verwendet, wird Laserenergie auf ein Substrat gerichtet, um ein konstituierendes (primäres) Element (bspw. Kohlenstoff) im Substrat zu mobilisieren, zu verdampfen und umzusetzen und so die Zusammensetzung (bspw. das Kristallgefüge) des konstituierenden Elements zu ändern und das Element modifiziert in das Substrat zurück diffundieren zu lassen als Zusatz zur Erzeugung eines Belags (bspw. aus Diamant oder diamantartigem Kohlenstoff) auf der Substratoberfläche. Dabei entsteht unmittelbar unter dem Substrat eine Umwandlungszone, die von der Zusammensetzung des darunter liegenden Substrats metallurgisch zu der des auf der Substratoberfläche erzeugten Belags übergeht; im Resultat entsteht eine Diffusionsbindung des Belags mit dem Substrat. Weitere (sekundäre) gleiche (bspw. Kohlenstoff) oder ungleiche Elemente lassen sich in einer Reaktionszone auf und über der Substratoberfläche hinzufügen, um das Entstehen des Belags zu unterstützen und seine Zusammensetzung zu bestimmen. Die Laserenergie wird von einer Kombination eines Excimer- mit einem Nd:YAG- und einem CO2-Laser geliefert, deren Strahlen vorzugsweise durch eine Düse gerichtet werden, die auch das sekundäre Element zur Reaktionszone leitet. Die Reaktionszone wird mit einem (nicht reagierenden) Inert-Abschirmgas (bspw. N2) abgeschirmt, die durch die Düse zugeführt wird. Die Laser, das konstituierende und das sekundäre Element erzeugen auf der Substratoberfläche eine Plasmaschicht, die optional um die Substratkanten herum verläuft, um einen Belag auf dem Substrat auszubilden. Die Vorbehandlung und die Belagerzeugung können gemeinsam (in situ) erfolgen. Alternativ lässt ein Substrat sich vorbehandeln, um seine Oberfläche für das nachfolgende Beschichten zu charakterisieren. In beiden Fällen erfährt das Substrat in Folge der Vorbehandlung bestimmte vorteilhafte metallurgische Veränderungen. Die Behandlungen (Vorbehandlung und Beschichten) erfolgen zweckmäßigerweise in einer Umgebung ohne Vorwärmen des Substrats und ohne Vakuum. Die Laser werden unter einem beliebigen geeigneten Winkel (auch koaxial) relativ zum Substrat und/oder Plasma gerichtet aufgebracht.In a thirty-first embodiment using the method of PCT Publication WO 95/20253 (corresponding to International Publication No. PCT / US95 / 00782), laser energy is directed to a substrate to form a constituent (primary) element (e.g. To mobilize, vaporize, and react in the substrate to alter the composition (eg, the crystal structure) of the constituent element and modify the element to diffuse back into the substrate as an additive to produce a coating (eg, diamond or diamond-like) Carbon) on the substrate surface. In this case, immediately below the substrate, a conversion zone is formed, which metallurgically transitions from the composition of the underlying substrate to that of the coating produced on the substrate surface; The result is a diffusion bonding of the coating to the substrate. Additional (secondary) like (eg, carbon) or dissimilar elements may be added in a reaction zone on and above the substrate surface to aid in the formation of the coating and to determine its composition. The laser energy is provided by a combination of excimer and Nd: YAG and CO 2 lasers whose jets are preferably directed through a nozzle which also directs the secondary element to the reaction zone. The reaction zone is screened with an inert inert shield gas (e.g., N 2 ) which is fed through the nozzle. The laser, constituent and secondary elements create on the substrate surface a plasma layer that optionally extends around the substrate edges to form a coating on the substrate. Pretreatment and deposit generation can be done together (in situ). Alternatively, a substrate pretreates to characterize its surface for subsequent coating. In both cases, the substrate undergoes certain advantageous metallurgical changes as a result of the pretreatment. The treatments (pretreatment and coating) are expediently carried out in an environment without preheating the substrate and without vacuum. The lasers are applied at any suitable angle (also coaxial) relative to the substrate and / or plasma.

Es sei darauf hingewiesen, dass, obgleich in der vorgehenden Beschreibung zahlreiche Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung – zusammen mit Einzelheiten des ihres Aufbaus und ihrer Arbeitsweise – dargelegt sind, diese Offenbarung nur als beispielhaft zu gelten hat und sich innerhalb der Prinzipien der Erfindung an Einzelheiten – insbesondere hinsichtlich der Gestalt, Größe und Anordnung von Teilen – Änderungen durchführen lassen, die voll im Umfang der allgemeinen Bedeutung der Ausdrücke liegen, mit denen die beigefügten Ansprüche ausgedrückt sind.It It should be noted that, although in the foregoing description numerous features and advantages of the present invention - together with details of their structure and operation - set out are, this revelation has to be considered exemplary only and itself within the principles of the invention in detail - in particular in terms of shape, size and arrangement of parts - changes carry out which are fully within the scope of the general meaning of the expressions, with those attached claims expressed are.

Claims (15)

Formwandanordnung (20) für eine Stranggußmaschine mit: einem Innenteil (29), der so aufgebaut und angeordnet ist, dass er im Einsatz Wärme von einer Formauskleidung (30) ableiten kann, und einer Außenfläche (44), die eine Gußfläche (28) der Form bildet und aus einem Material besteht, das aus der aus Diamant und kubischem Bornitrid bestehenden Gruppe gewählt ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Formwandanordnung (20) weiterhin optische Überwachungseinrichtungen (48, 50) zur optischen Überwachung einer Eigenschaft des Stranggußprozesses durch das Material (44) hindurch enthält und einen Lichtwellenleiter (48) aufweist, der mit dem Material (44) auf einer Seite desselben, die der Gußfläche (28) der Form gegenüber liegt, optisch gekoppelt ist.Mold wall arrangement ( 20 ) for a continuous casting machine comprising: an inner part ( 29 ) which is constructed and arranged such that, in use, it transfers heat from a mold lining ( 30 ) and an outer surface ( 44 ), which has a casting surface ( 28 ) of the mold and made of a material selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride; characterized in that the mold wall arrangement ( 20 ), optical monitoring equipment ( 48 . 50 ) for optically monitoring a property of the continuous casting process by the material ( 44 ) and an optical waveguide ( 48 ), which is in contact with the material ( 44 ) on one side thereof, the casting surface ( 28 ) lies opposite the mold, is optically coupled. Formwandanordnung (20) nach Anspruch 1, bei der die optische Überwachungseinrichtung (48, 50) Spektralmesseinrichtungen zum Messen der spektralen Eigenschaften von durch das Material (44) hindurch übertragenem Licht sowie Einrichtungen zur Analyse der spektralen Eigenschaften von von der Spektralmesseinrichtung gemessenem Licht aufweist.Mold wall arrangement ( 20 ) according to claim 1, in which the optical monitoring device ( 48 . 50 Spectral measuring devices for measuring the spectral properties of the material ( 44 ) and means for analyzing the spectral characteristics of light measured by the spectral measuring device. Formwandanordnung (20) nach Anspruch 2, deren optische Überwachungseinrichtung (48, 50) weiterhin Einrichtungen aufweist, mit denen mindestens eine Ausführungsvariable des Stranggußprozesses in Reaktion auf die Analyse modifizierbar ist, die die Einrichtung zur Analyse der spektralen Eigenschaften von von der Spektralmesseinrichtung gemessenem Licht ausführt.Mold wall arrangement ( 20 ) according to claim 2, the optical monitoring device ( 48 . 50 ) further comprises means for modifying at least one execution variable of the continuous casting process in response to the analysis performed by the means for analyzing the spectral characteristics of light measured by the spectral measuring device. Formwandanordnung (20) nach Anspruch 2, bei der die Einrichtung zur Analyse der spektralen Eigenschaften von von der Spektralmesseinrichtung gemessenem Licht Einrichtungen aufweist, mittels deren die Temperatur einer Außenfläche des Gussstrangs erfassbar ist, die angrenzend an die Formwandanordnung angeordnet ist.Mold wall arrangement ( 20 ) according to claim 2, wherein the device for analyzing the spectral properties of light measured by the spectral measuring device comprises means by which the temperature of an outer surface of the cast strand is detected, which is arranged adjacent to the mold wall assembly. Formwandanordnung (20) nach Anspruch 3, bei der die Einrichtung zum Modifizieren mindestens einer Ausführungsvariablen des Stranggussprozesses in Reaktion auf die Analyse, die die Einrichtung zum Analysieren der spektralen Eigenschaften von von der Spektralmesseinrichtung gemessenem Licht ausführt, Einrichtungen aufweist, mit denen die Abzuggeschwindigkeit einer Stranggussmaschine nachstellbar ist.Mold wall arrangement ( 20 ) according to claim 3, wherein the means for modifying at least one execution variable of the continuous casting process in response to the analysis carried out by the means for analyzing the spectral characteristics of light measured by the spectral measuring means comprise means for adjusting the drawing speed of a continuous casting machine. Formwandanordnung (20) nach Anspruch 3, bei der die Einrichtung zum Modifizieren mindestens einer Ausführungsvariablen des Stranggussprozesses in Reaktion auf die Analyse, die die Einrichtung zur Analyse der Spektraleigenschaft von von der Spektralmesseinrichtung gemessenem Licht durchführt, Einrichtungen zum Nachstellen der Geschwindigkeit aufweist, mit der Wärme vom Innenteil abgeführt wird.Mold wall arrangement ( 20 ) according to claim 3, wherein the means for modifying at least one embodiment variable of the continuous casting process in response to the analysis performed by the means for analyzing the spectral property of light measured by the spectral measuring means comprises means for adjusting the speed with which heat is dissipated from the inner part becomes. Stranggussmaschine (10) mit einer Formwandanordnung (20) nach Anspruch 1, welche Maschine eine Vielzahl von Sensoren (50) aufweist, die die genannte Eigenschaft des Stranggussprozesses optisch überwacht und Informationen an eine CPU (52) liefert, die in zweiseitiger Übertragungsverbindung mit einer Hauptsteuerung (54) der Stranggussmaschine (10) steht, wobei ein oder mehr Subsysteme jeweils eine Ausführungsvariable des Stranggussprozesses in Reaktion auf von den Sensoren gesammelten Daten steuern und die Ausführungsvariablen gewählt sind aus der Gruppe, die besteht aus: (a) Einstellen der Abzuggeschwindigkeit der Stranggussmaschine; (b) Einstellen der Formschräge; (c) Einstellen der Kühlgeschwindigkeit durch Einstellen der Volumenströmung eines Kühlmittels durch eine oder mehr der Formwandungen; und (d) Einstellen der Kühlgeschwindigkeit durch Ändern der Zusammensetzung des Flussmittels und daraus resultierendes Ändern der Wärmeleiteigenschaften der Form.Continuous casting machine ( 10 ) with a mold wall arrangement ( 20 ) according to claim 1, which machine has a plurality of sensors ( 50 ) which visually monitors said characteristic of the continuous casting process and sends information to a CPU ( 52 ) in two-way communication with a main controller ( 54 ) of the continuous casting machine ( 10 ), wherein one or more subsystems each control an execution variable of the continuous casting process in response to data collected by the sensors, and the execution variables are selected from the group consisting of: (a) adjusting the withdrawal speed of the continuous casting machine; (b) adjusting the draft; (c) adjusting the cooling rate by adjusting the volume flow of a coolant through one or more of the mold walls; and (d) adjusting the cooling rate by changing the composition of the flux and thereby changing the thermal conductivity of the mold. Verfahren zum Herstellen eines Stranges aus stranggegossenem Material durch: (a) Einführen von Metallschmelze in eine Form mit einer Vielzahl von Formflächen (27), von denen mindestens eine eine Außenfläche (44) aus einem Material hat, das aus der aus Diamant und kubischem Bornitrid bestehenden Gruppe gewählt ist; (b) Kühlen der Schmelze durch Abführen von Wärme von derselben durch die Außenfläche hindurch; und (c) Herausführen des Gussstrangs aus der Form; dadurch gekennzeichnet, dass man eine Eigenschaft des Stranggussprozesses durch das Außenflächenmaterial (44) hindurch unter Verwendung eines Lichtwellenleiters (48) überwacht, der mit dem Material (44) auf der der Gussfläche der Form (27) entgegengesetzten Seite desselben optisch gekoppelt ist.A method of making a strand of continuously cast material by: (a) introducing molten metal into a mold having a plurality of molding surfaces ( 27 ), of which at least one is an outer surface ( 44 ) of a material selected from the group consisting of diamond and cubic boron nitride; (b) cooling the melt by removing heat therefrom through the outer surface; and (c) removing the casting from the mold; characterized in that a property of the continuous casting process by the outer surface material ( 44 ) using an optical waveguide ( 48 ), which is in contact with the material ( 44 ) on the casting surface of the mold ( 27 ) opposite side thereof optically coupled. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem man zur optischen Überwachung einer Eigenschaft des Stranggussprozesses durch das Außenflächenmaterial (44) hindurch die spektralen Eigenschaften von durch das Material hindurch übertragenem Licht misst und bei dem man die spektralen Eigenschaften von mittels der Spektralmesseinrichtung gemessenem Licht analysiert.Method according to Claim 8, in which the optical surface of a material of the continuous casting process is visually monitored by the outer surface material ( 44 ) measures the spectral properties of light transmitted through the material and analyzes the spectral characteristics of light measured by the spectral measuring device. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem man weiterhin mindestens eine Ausführungsvariable des Stranggussprozesses in Reaktion auf die Analyse der spektralen Eigenschaften von von der Spektralmesseinrichtung gemessenem Licht modifiziert.The method of claim 9, further comprising at least one execution variable of the continuous casting process in response to the spectral analysis Properties of light measured by the spectral measuring device modified. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem bei der Analyse der spektralen Eigenschaften von von der Spektralmesseinrichtung gemessenem Licht auch die Temperatur einer Außenfläche eines Gussstrangs erfasst, der angrenzend an die Form angeordnet ist.The method of claim 9, wherein in the analysis the spectral properties of the spectral measuring device measured temperature, the temperature of an outer surface of a cast strand, which is arranged adjacent to the mold. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem zum Modifizieren mindestens einer Ausführungsvariablen des Stranggussprozesses die Abzuggeschwindigkeit einer Stranggussmaschine nachgestellt wird.The method of claim 10, wherein for modifying at least one execution variable the continuous casting process the withdrawal speed of a continuous casting machine is readjusted. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem man zum Modifizieren mindestens einer Ausführungsvariablen des Stranggussprozesses die Geschwindigkeit nachstellt, mit der Wärme von dem Innenteil abgeführt wird.A method according to claim 10, wherein the method is to modify at least one execution variable of the Continuous casting process that adjusts the speed with the heat of removed from the inner part becomes. Anordnung nach einem der Ansprüche 1–6, bei der die Außenfläche eine glatte Oberfläche einer dünnen Schicht des auf ein Metallsubstrat aufgetragenen Materials ist.Arrangement according to one of claims 1-6, wherein the outer surface of a smooth surface a thin one Layer of applied to a metal substrate material. Anordnung nach Anspruch 14, bei dem die dünne Schicht eine Umwandlungszone aufweist, in der die Zusammensetzung des darunter liegenden Substrats metallurgisch in die Zusammensetzung des genannten Materials übergeht.Arrangement according to claim 14, wherein the thin layer has a conversion zone in which the composition of the below lying substrate metallurgically merges into the composition of said material.
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