EP0996516A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von werkstücken oder blöcken aus schmelzbaren materialien - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von werkstücken oder blöcken aus schmelzbaren materialien

Info

Publication number
EP0996516A1
EP0996516A1 EP98943727A EP98943727A EP0996516A1 EP 0996516 A1 EP0996516 A1 EP 0996516A1 EP 98943727 A EP98943727 A EP 98943727A EP 98943727 A EP98943727 A EP 98943727A EP 0996516 A1 EP0996516 A1 EP 0996516A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
cooling
conducting
mold
conducting body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP98943727A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0996516B1 (de
Inventor
Vacuum Technologies Gmbh Ald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ALD Vacuum Technologies GmbH
Original Assignee
ALD Vacuum Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ALD Vacuum Technologies GmbH filed Critical ALD Vacuum Technologies GmbH
Publication of EP0996516A1 publication Critical patent/EP0996516A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0996516B1 publication Critical patent/EP0996516B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045—Directionally solidified castings

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing workpieces or blocks from meltable materials, in which liquid starting material is solidified in a casting mold using a cooling device.
  • the invention relates to a device for producing workpieces or blocks of meltable materials with a casting mold, which can be heated by means of a heating device, and wherein a cooling device is assigned to the bottom of the casting mold.
  • tangible materials includes materials from ceramics, including sapphires, rubies, spinels, etc., metals, metal alloys, or from the group of semiconductors with an oriented, multicrystalline or monocrystalline structure .
  • the starting material is either fed to a casting mold in the liquid phase or melted in the casting mold and then solidified in a directed manner in the casting mold.
  • Such a type of solidification control is known in different embodiments. According to a method or a corresponding device, described in GB-A-2 279 585, the casting mold is melted out
  • CONFIRMATION COPY pulled out of a heater This ensures that the solidification front progresses from bottom to top. With long components and materials with low thermal conductivity, the influence of a cooling plate used becomes insignificant after just a few centimeters. Thereafter, the heat is dissipated essentially laterally over the mold surface, as a result of which the setting of a phase boundary that is as flat as possible between the already solidified and molten material is not achieved in practice. This process is unsuitable for the production of large-area, directionally solidified blocks, since with large cross-sections the heat conduction paths from the center of the block to the heat-dissipating lateral surface become too long and therefore no level phase boundaries in connection with sufficiently high temperature gradients can be achieved.
  • the present invention is based on the object of developing a method and a device with the features specified at the outset in such a way that the solidification of the melt is performed in a defined manner and, in order to initiate the cooling phase, continuously from the heating phase to the Cooling phase can be passed. Should continue the device and the method in relation to this defined solidification offer the possibility of a wide variation with structurally simple means.
  • the object is achieved in the method specified in the introduction in that for the defined guidance of the solidification front during the cooling of the molten material into a body assigned to the bottom of the casting mold, a cooling structure with at least one heat-conducting body is introduced into the body from at least one associated recess from the underside becomes.
  • the object is achieved in that the device specified at the outset is characterized in that the cooling device comprises a cooling structure with at least one heat-conducting body, which can be inserted into the body from at least one associated recess in a body assigned to the floor by means of a displacement mechanism from the underside is.
  • solidification of the liquid starting material filled into the casting mold can be performed in a defined manner starting from the bottom of the casting mold, by guiding the heat-conducting body in different positions in the recess of the body assigned to the bottom of the casting mold.
  • the heat transfer and thus the cooling capacity can be set and also changed in a defined manner.
  • crystallization speeds of 0.2 mm / min to 2 mm / min can be achieved with cooling capacities in the range from 10 to 150 k / W per m 2 .
  • the cooling structure can comprise a plurality of heat-conducting bodies which can be inserted into slots and / or blind holes in the body which is assigned to the bottom of the casting mold.
  • plates, bolts and / or rods are suitable as heat-conducting bodies, which can also be constructed with different cross-sectional geometries.
  • a heating device is arranged below the bottom of the casting mold in such a way that the heating element or bodies penetrate this heating device through the heating device into the body which is assigned to the underside of the floor in the inserted state.
  • the transition between heating and cooling of the casting mold can be determined not only by introducing the heat-conducting bodies into the recess (s), but also by additional regulation of the heating device, since it is also essential for maintaining the liquid phase of the starting material is to heat the bottom of the mold.
  • the heating device can be arranged in a support plate which is assigned to the bottom of the casting mold and from which the casting mold is carried. The support plate is then provided with bores or recesses, which serve to change the total external surface available for heat transfer in a wider area than would be possible solely via the base of the base of the casting mold.
  • Preferred dimensions of such heat-conducting bodies are from 5 mm to 20 mm, preferably from 10 mm to 14 mm, in diameter or thickness and / or width.
  • the web width remaining between adjacent recesses should also be between 5 and 20 mm in the body into which the heat-conducting bodies are inserted.
  • the depth of the heat-conducting body introduced into the body should be at least 20 mm in order to be able to adjust the cooling capacity in sufficient areas.
  • the individual heat conducting bodies can, however, have a much greater length than the depth of penetration corresponds to 50 mm, ie the height of the heat-conducting body can be between 100 and 150 mm, preferably about 130 mm.
  • the heat conducting bodies are designed as round pins.
  • the diameter of such a heat-conducting body in the design as a round bolt should not be less than 10 mm.
  • the ratio between the effective exchange area and the flat area is, however, with a remaining web width of 10 mm in the pin diameter range between 10 and 20 mm, almost independent of the selected pin diameter.
  • the individual heat-conducting bodies can have a cross-shaped or star-shaped shape when viewed in cross section. Such heat-conducting bodies then enter recesses in the body assigned to the bottom of the casting mold with a cross-sectional shape matched thereto, so that large areas are made available, both in the recesses and on the cooling bodies.
  • the ratio of the sum of the cross-sectional areas of the heat-conducting bodies to the sum of the cross-sectional areas of the recesses should be between 1.5: 1 and 5.5: 1. This results in possible cooling capacities of around 10 to 150 kW / m 2 .
  • the displacement of the heat-conducting bodies in the recesses of the body can be technically easily achieved by means of a lifting mechanism.
  • a stroke of 50 mm and a heat-conducting body made of copper with a diameter of 12 mm and an effective heat-conducting body height of 130 mm and a hole spacing of 26 mm and a hole diameter of 14 mm the heat transfer coefficient at 1000 mbar argon atmosphere between the base plate and the heat-conducting body can be at a base plate temperature from 1400 ° C from 10 W / (m 2 x K) to about 240 / (m 2 x K). These values correspond to approximately 1400 to 1500 thermal conductors per square meter.
  • the heat loss through the thermal insulation is negligible due to the small ratio of diameter to bore length, so that the heat losses due to the open penetration are justifiable when the cooling structure is withdrawn. Furthermore, by lowering the gas pressure to a few mbar, it is possible to regulate the dissipated power density even more sensitively.
  • the entire cooling structure can be arranged in a chamber that is variable in terms of pressure.
  • the body is an integral part of the bottom of the casting mold and, moreover, this bottom is also structured, for example with elevations and depressions, the respective heat-conducting bodies in corresponding bores in the elevations of the bottom of the casting mold can be driven in or pulled out.
  • the arrangement according to the invention enables the setting of a heat profile directly above the mold or mold bottom surface.
  • This particular configuration of the bottom of the mold or of the casting mold, in the region of the depressions, seen from the bottom surface, can influence the stem crystal size.
  • the deepest points of these individual depressions are aligned with the corresponding heat-conducting bodies in such a way that crystallization begins at the deepest (coldest) points on the mold bottom.
  • a slightly planar or slightly convexly curved phase boundary between solid and liquid material can be set. Studies have shown that a slightly curved phase interface is particularly advantageous with the aim of cleaning in directional solidification.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a melting device according to the invention, the cooling structure being shown with heat-conducting bodies moved out of the recesses,
  • FIG. 2 shows the arrangement of FIG. 1, but with heat-conducting bodies inserted into the recesses
  • Figures 3A to 3C three different possible cross-sectional shapes of the heat-conducting body, as they can be used in the arrangement of Figures 1 and 2, and
  • FIG. 4 shows a schematic structure of an arrangement in which the heat-conducting bodies can be displaced in recesses which are formed directly in the base of the casting mold, the base of the casting mold also being structured.
  • the melting device comprises a furnace with an upper furnace chamber 1a and a lower furnace chamber 1b, into which a casting mold or mold 15, provided on the outside with thermal insulation 2, is held with suitable supports 7.
  • the thermal insulation 2 is provided with a lateral thermal insulation 14, a lower thermal insulation 16 and an upper thermal insulation 20, so that the mold is surrounded on all sides by this thermal insulation 2.
  • the upper furnace chamber 1a is connected to the lower furnace chamber 1b with flange connections 12, in the area of which a seal 12a is inserted, so that the furnace chamber 1a, 1b can be opened and closed again by removing the upper furnace chamber 1a.
  • a lower heating device 3 is arranged below the bottom 19 of the mold 15. Furthermore, an upper heating device 4 is provided above the mold.
  • the two heating devices 3 and 4 are supplied with electricity via respective power supply lines 5 and 6 in order to be able to set the respective heating power 3, 4.
  • the space between the upper and lower furnace chambers 1a and 1b and the mold 15 or the heat insulation 2 surrounding them can be evacuated via an evacuation nozzle 11 in order to change the pressure within this chamber 1a, 1b.
  • a cooling structure 26 which comprises a cooling plate 9, from which individual heat-conducting bodies 10, which are spaced apart, protrude.
  • These individual heat-conducting bodies 10 are assigned recesses 17 which lead through both the lower thermal insulation 16 and through the support plate 13 on which the mold 15 stands with its bottom.
  • these recesses 17 are placed in relation to the lower heating device 3, which is arranged in the area of the mold support plate 13, in such a way that they pass between individual coils of the heating device 3 and extend into the mold support plate 13 in the form of blind holes 13a.
  • the cooling plate 9 is held with a lifting ram 8 so that it can be moved upwards in the direction of arrow 27 in FIG. 1, so that the individual heat-conducting bodies 10 can thereby be inserted into the associated recesses 17.
  • the lifting plunger 8 also has a cooling water supply and discharge 18 in order to be able to force-cool the cooling plate 9, which has a corresponding cavity 28 for the cooling medium.
  • the melted liquid material is poured into the casting mold or mold 15 preheated to the melting temperature or melted in the mold.
  • the pouring opening is then closed, for example in the form of a lid placed on the mold 15, and the melt is left for a predetermined time in order to float or sediment impurities.
  • the lower heating device 3 is switched off and the cooling structure 26 or the heat conducting elements 10 assigned to it are inserted into the receptacles 17 in the lower thermal insulation 16 and the mold support plate 13 at a predetermined speed.
  • the position of the respective position of the cooling structure 26 in the recesses 17 or the blind holes 13a in the mold support plate 13 can be controlled as a function of the cooling capacity to be dissipated.
  • coolant is continuously supplied to the cooling plate 9 via the coolant supply and discharge connections 18.
  • the furnace chamber can be evacuated via the evacuation nozzle 11, which is always necessary or advantageous if oxidation-sensitive materials are used.
  • FIG. 2 now shows the arrangement of FIG. 1 with heat-conducting bodies 10 of the cooling structure 26 completely retracted into the mold support plate 13.
  • the lower heating device 3 is switched off and the upper heating device 4 continues to be operated and set or regulated to a temperature which the Surface of the melt 21 continues to hold above the melting point.
  • the heat flow required for crystallization takes place via the already solidified part of the block 23 and the mold base and from there to the mold support plate 13. From the mold support plate 13, the heat flows through the gap between the bores / recesses 17, 13a and the heat conducting bodies 10 into the cooling plate 9 and is transferred from there to the coolant.
  • the amount of heat to be dissipated can be adjusted and regulated very finely via the immersion depth of the heat-conducting body 10 in the mold support plate 13. In this way, the solidification of the block and the formation of stem crystals can be set and guided very precisely, starting from the bottom of the mold.
  • the cooling structure 26 is moved downward in the direction of the arrow 24 in FIG. 2, so that it comes completely out of the engagement of the mold support plate 13 and the lower thermal insulation 16.
  • the heating temperature of the upper heating device 4 is then reduced to a value below the Solidus temperature.
  • the lower heating device 3 is switched on again and its temperature is set to the block base temperature. There is a controlled increase in the heating temperature to the value of the upper heating device 4.
  • the temperature in the furnace chamber is maintained for a predetermined holding time. This is followed by a programmed lowering of the heating temperature of the upper and lower heating devices 3, 4.
  • FIGS. 3A to 3C show three different cross-sectional shapes of heat-conducting bodies 10, as can be used in the arrangement described above with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 3A shows an example of a field with a total of 9 heat-conducting bodies 10 which have a cross-shaped cross section.
  • the recesses 13a in the mold support plate 13 are, as indicated at the top right in FIG. 3A, shaped in accordance with the cross section of the heat-conducting bodies 10, so that a narrow gap remains between the wall of the recesses 13a in the mold support plate 13 and the heat-conducting body 10 respectively inserted therein.
  • FIG. 3B shows an arrangement of nine heat-conducting bodies 10, each of which has a circular cross section. Such heat-conducting bodies 10 then penetrate into recesses 13a (not shown) with a corresponding cross-sectional shape, so that again a small gap, as shown in FIG. 3A, remains.
  • a third cross-sectional shape for the heat-conducting body 10 is shown in FIG. 3C, this cross-sectional shape being star-shaped. With this star shape, compared to the arrangement in FIG. 3A, an even larger surface area can be achieved, depending on the number of teeth or webs.
  • the specific surface area corresponding to the individual cross-sectional shapes of FIGS. 3A, 3B and 3C should be selected taking into account the temperature, the thermal conductivity, the length of the heat-conducting body 10 and the mechanical stability.
  • the heat-conducting bodies 10 should have a thickness and / or width, designated by the reference symbol 29 in FIG. 3B, of 5 to 20 mm, preferably 10 to 14 mm.
  • Adjacent heat-conducting bodies 10 should be spaced at least about 50 mm, or the thickness of the web that remains between adjacent heat-conducting bodies 10, designated by the reference symbol 30 in FIG. 3B, should be 50 mm.
  • the length or height of the heat conducting body i.e. in the direction perpendicular to the plane of the drawing in FIGS. 3A to 3C, should be in the range from 100 to 150 mm, preferably approximately 130 mm.
  • the furnace space can be filled with a gas, preferably argon, and the pressure in the furnace space can be regulated during the cooling or during the movement of the cooling structure 26 in the direction of the mold support plate 13.
  • the pressure is set so that the full lifting height of the heat-conducting body is used to achieve the most sensitive control behavior.
  • a mold 15 with thermal insulation 2 is shown schematically in FIG.
  • the Mold bottom 33 which is assigned to the melt, is structured in that individual depressions 25 and elevations 35, for example with a triangular cross section, are provided to increase the heat exchange surface.
  • the respective recesses 13a are arranged in such a way that they are each assigned to a corresponding elevation 35 of the structure of the mold base 33.
  • This structuring of the mold bottom with the depressions 25 is also advantageous for specifying starting points for crystal growth, in each case at the bottom of the individual depressions. It is understandable that the side walls 19 of the mold 15 are tightly connected to the mold base 33.
  • cooling capacities in the range from 10 to 150 kW / m 2 can be achieved , namely by different positioning of the heat-conducting bodies 10 in the respective recesses 13a can be reached, so that the respective solidification speed can be set in a defined manner.
  • the individual heat-conducting bodies can be displaced differently from one another in order to dissipate different amounts of heat through different positions in the respective recesses 13a at different locations on the mold base.
  • the external heat-conducting bodies 10 could be inserted into the respective recesses 13a earlier or later than the heat-conducting bodies 10 located further in the middle in order to adapt the solidification profile or the solidification front, for this purpose the lifting mechanism shown in the figures would then have to be inserted or lifting plunger 8 can be divided into several individual lifting plungers assigned to the respective heat-conducting bodies.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Werkstücken und Blöcken aus schmelzbaren Materialien, bei dem flüssiges Ausgangsmaterial in einer Gießform unter Einsatz einer Kühleinrichtung gerichtet erstarrt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zur definierten Führung der Erstarrungsfront während der Abkühlung des geschmolzenen Materials in einen dem Boden der Gießform zugeordneten Körper eine Kühlstruktur mit mindestens einem Wärmeleitkörper in mindestens eine zugeordnete Ausnehmung von der Unterseite her in den Körper eingeführt wird.

Description

"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Werkstücken oder Blöcken aus schmelzbaren Materialien"
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken oder Blöcken aus schmelzbaren Materialien, bei dem flüssiges Ausgangsmaterial in einer Gießform unter Einsatz einer Kühleinrichtung gerichtet erstarrt wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Werkstücken oder Blöcken aus schmelzbaren Materialien mit einer Gießform, die mittels einer Heizeinrichtung beheizbar ist, und wobei dem Boden der Gießform eine Kühleinrichtung zugeordnet ist.
Unter den Begriff "schmelzbare Materialien", wie er hier verwendet wird, sind Materialien aus Keramik, einschließlich Saphire, Rubine, Spinelle, usw., Metalle, Metall- Legierungen, oder aus der Gruppe der Halbleiter mit orientierter, multikristalliner oder einkristalliner Struktur zu subsummieren.
Mit solchen Verfahren, die die Erfindung betreffen, sowie den entsprechenden Vorrichtungen wird das Ausgangsmaterial entweder in flüssiger Phase einer Gießform zugeführt oder in der Gießform aufgeschmolzen und danach in der Gießform gerichtet erstarrt.
Eine solche Art der Erstarrungsführung ist in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Gemäß einem Verfahren bzw. einer entsprechenden Vorrichtung, beschrieben in der GB-A-2 279 585, wird die Gießform mit der Schmelze nach unten aus
BESTÄTIGUNSKOPIE einem Heizofen herausgezogen. Damit wird erreicht, daß die Erstarrungsfront von unten nach oben fortschreitet. Bei langen Bauteilen und bei Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit wird der Einfluß einer eingesetzten Kühlplatte bereits nach wenigen Zentimetern unbedeutend. Danach erfolgt die Wärmeabfuhr im wesentlichen seitlich über die Kokillenoberfläche, wodurch die Einstellung einer möglichst ebenen Phasengrenze zwischen dem bereits erstarrten und schmelzflüssigen Material in der Praxis nicht erreicht wird. Zum Herstellen großflächiger, gerichtet erstarrter Blöcke ist dieses Verfahren ungeeignet, da bei großen Querschnitten die Wärmeleitwege aus dem Zentrum des Blockes an die wärmeabführende seitliche Oberfläche zu lang werden und damit keine ebenen Phasengrenzen in Verbindung mit ausreichend hohen Temepraturgradienten erreichbar sind.
Ritsua Kawamura et al zeigen im Technical Digest of the International PVSEC-9, Miyazaki, Japan, 1996 in "Recent Progress in Electromagnetic Casting for Polycry- stalline Silicon Ingots", daß die Phasengrenze zwischen festem und flüssigem Silizium stark konkav ausgeprägt ist. Man erreicht mit diesem Verfahren keine parallelen Stengelkristallstrukturen. Die maximale Blockgröße wird mit 22 cm x 22 cm beschrieben.
Größere, gerichtet erstarrte Siliziumblöcke werden nach dem Stand der Technik in Blöcken von 66 cm x 66 cm und einer Höhe von 2,5 cm im HEM-Verfahren (Heat- Exchanger-Method) hergestellt. Im HEM-Verfahren wird nach dem Stand der Technik die notwendige Energie zur Aufrechterhaltung der Erstarrunggeschwindigkeit und des Temperaturgradienten über einen zentralen Bereich des Kokillenbodens abgeführt. Bei konstanter Temperatur des oberhalb der Schmelzoberfläche angeordneten Heizers bestimmt hierbei im wesentichen der Wärmeübergangskoeffizient zwischen Kokillenboden und Kühlplatte den abfließenden Wärmestrom und damit die Wachstumsgeschwindigkeit des kristallinen Blockes.
Der vorliegenden Erfindung liegt, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung mit den eingangs angegebenen Merkmalen derart weiterzubilden, daß die Erstarrung der Schmelze definiert geführt und wobei zur Einleitung der Kühlphase kontinuierlich von der Heizphase zu der Kühlphase übergegangen werden kann. Weiterhin sollen die Vorrichtung und das Verfahren in Bezug auf diese definiert geführte Erstarrung die Möglichkeit einer breiten Variation mit konstruktiv einfachen Mitteln bieten.
Gelöst wird die Aufgabe bei dem eingangs angegebenen Verfahren dadurch, daß zur definierten Führung der Erstarrrungsfront während der Abkühlung des geschmolzenen Materials in einen dem Boden der Gießform zugeordneten Körper eine Kühlstruktur mit mindestens einem Wärmeleitkörper in mindestens eine zugeordnete Ausnehmung von der Unterseite her in den Körper eingeführt wird.
Vorrichtungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die eingangs angegebene Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kühleinrichtung eine Kühlstruktur mit mindestens einem Wärmeleitkörper umfaßt, der in mindestens eine zugeordnete Ausnehmung in einem dem Boden zugeordneten Körper mittels eines Verschiebemechanismus von der Unterseite her in den Körper einführbar ist.
Mit dem angegebenen Verfahren sowie der angegebenen Vorrichtung kann eine Erstarrung des flüssigen, in die Gießform eingefüllten Ausgangsmaterials definiert vom Boden der Gießform aus beginnend geführt werden, indem der Wärmeleitkörper in unterschiedlichen Stellungen in der Ausnehmung des dem Boden der Gießform zugeordneten Körpers geführt wird. Durch Nachstellung des mindestens einen Wärmeleitkörpers in der mindestens einen, diesem zugeordneten Ausnehmung kann die Wärmeübertragung und damit die Kühlleistung definiert eingestellt und auch verändert werden. Weiterhin ist es möglich, durch eine entsprechende Geometrie des Wärmeleitkörpers und der diesem zugeordneten Ausnehmung die Erstarrungsfront, die sich vom Boden nach oben hin bewegt, zu beeinflussen. Je nach Anzahl der Wärmeleitkörper und der zugeordneten Ausnehmung der eingesetzten Kühlstruktur können Kristailisationsgeschwindigkeiten von 0,2 mm/min bis 2 mm/min erreicht werden mit Kühlleistungen im Bereich von 10 bis 150 k/W pro m2.
Um zusätzlich zu der Verstellung der Wärmeleitkörper in den zugeordneten Ausnehmungen die abzuführende Wärmemenge pro Zeiteinheit zu verändern, kann es von Vorteil sein, um die Kühlstruktur herum eine Gasatmosphäre aufrechtzuerhalten, deren Druck geändert werden kann. Durch Absenken des Gasdrucks auf einige mbar kann dann die Leistungsdichte feinfühliger geregelt werden. Darüberhinaus sollte in einem solchen Fall um die Wärmeleitköper herum eine Gasatmosphäre aus Argon aufrechterhalten werden, wobei ständig mit einem solchen Gas gespült wird, da gerade mit Argon zusätzliche Verunreinigungen aus dem Heizraum entfernt werden können.
Wie bereits erwähnt wurde, kann die Kühlstruktur mehrere Wärmeleitkörper umfassen, die in Schlitzen und/oder Sacklochbohrungen in dem Körper, der dem Boden der Gießform zugeordnet ist, einführbar sind. Als Wärmeleitkörper bieten sich hierbei Platten, Bolzen und/oder Stäbe an, die darüberhinaus mit unterschiedlichen Querschnittsgeometrien aufgebaut werden können. In einer besonders hervorzuhebenden Ausführungsform wird unterhalb des Bodens der Gießform eine Heizeinrichtung angeordnet derart, daß der oder die Wärmeleitkörper durch die Heizeinrichtung in den Körper, der der Unterseite des Bodens zugeordnet ist, im eingeführten Zustand diese Heizeinrichtung durchdringen. Mit einer solchen Anordnung kann der Übergang zwischen Aufheizung und Kühlung der Gießform nicht nur über die Einführung der Wärmeleitkörper in die Ausnehmung(en) hinein bestimmt werden, sondern auch durch zusätzliche Regelung der Heizeinrichtung, da es auch für die Aufrechterhaltung der flüssigen Phase des Ausgangsmaterials wesentlich ist, den Boden der Gießform zu beheizen. Die Heizeinrichtung kann hierbei in einer Trageplatte angeordnet werden, die dem Boden der Gießform zugeordnet ist und von der die Gießform getragen wird. Die Tragplatte wird dann mit Bohrungen oder Ausnehmungen versehen, die dazu dienen, die insgesamt zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Außenfläche in einem weiteren Bereich zu ändern, als dies allein über die Grundfläche des Bodens der Gießform möglich wäre.
Bevorzugte Abmessungen solcher Wärmeleitkörper liegen bei einem Durchmesser bzw. einer Dicke und/oder Breite von 5 mm bis 20 mm, vorzugsweise von 10 mm bis 14 mm. Die jeweils zwischen benachbarten Ausnehmungen verbleibende Stegbreite sollte darüberhinaus im Körper, in den die Wärmeleitkörper hineingefahren werden, zwischen 5 und 20 mm betragen. Weiterhin sollte die eingeführte Tiefe des Wärmeleitkörpers in den Körper mindestens 20 mm betragen, um die Kühlleistung in ausreichenden Bereichen einstellen zu können. Die einzelnen Wärmeleitkörper können hierbei allerdings eine wesentlich größere Länge aufweisen, als sie der Eindringtiefe von 50 mm entspricht, d.h. die Höhe der Wärmeleitkörper kann zwischen 100 und 150 mm, vorzugsweise etwa 130 mm, betragen.
Im einfachsten Fall werden die Wärmeleitkörper als runde Stifte ausgeführt. Aus Stabilitätsgründen sollte der Durchmesser eines solchen Wärmeleitkörpers in der Ausführung als runder Bolzen nicht kleiner 10 mm gewählt werden. Das Verhältnis zwischen der wirksamen Tauschfläche und der ebenen Fläche ist jedoch bei einer verbleibenden Stegbreite von 10 mm im Bolzendurchmesserbereich zwischen 10 und 20 mm nahezu unabhängig von dem gewählten Bolzendurchmesser. Um die Kühlleistung zusätzlich zu erhöhen, können die einzelnen Wärmeleitkörper im Querschnitt gesehen eine kreuz- oder sternförmige Form aufweisen. Solche Wärmeleitkörper treten dann in Ausnehmungen des dem Boden der Gießform zugeordneten Körpers mit einer daran angepaßten Querschnittsform ein, so daß jeweils große Flächen, sowohl in den Ausnehmungen als auch an den Kühlkörpern, zur Verfügung gestellt werden. Um einen möglichst großen Bereich von Kühlleistungen zu haben, innerhalb dessen die Kühlleistung variiert werden kann, sollte das Verhältnis der Summe der Querschnittsflächen der Wärmeleitkörper zu der Summe der Querschnittsflächen der Ausnehmungen zwischen 1 ,5 : 1 und 5,5 : 1 betragen. Hieraus ergeben sich mögliche Kühlleistungen von etwa 10 bis 150 kW/m2.
Die Verschiebung der Wärmeleitkörper in den Ausnehmungen des Körpers, der dem Boden der Gießform zugeordnet ist, kann technisch leicht durch einen Hubmechanismus realisiert werden. Mit einem Hub von 50 mm und einem Wärmeleitkörper aus Kupfer mit einem Durchmesser von 12 mm und einer wirksamen Wärmeleitkörperhöhe von 130 mm und einem Bohrungsabstand von 26 mm und einem Bohrungsdurchmesser von 14 mm kann der Wärmeübergangskoeffizient bei 1000 mbar Argonatmosphäre zwischen Tragplatte und Wärmeleitkörper bei einer Tragplattentemperatur von 1400°C von 10 W/(m2 x K) bis etwa 240 /(m2 x K) eingestellt werden. Diese Werte entsprechen etwa 1400 bis 1500 Wärmeleitkörper pro Quadratmeter.
Der Wärmeverlust durch die Wärmedämmung wird durch das kleine Verhältnis von Durchmesser zu Bohrungslänge vernachlässigbar, so daß bei zurückgezogener Kühlstruktur die Wärmeverluste durch die offene Durchdringung vertretbar sind. Weiterhin ist es möglich, durch Absenken des Gasdrucks auf einige mbar die abgeführte Leistungsdichte noch feinfühliger zu regeln. Hierzu kann die gesamte Kühlstruktur in einer hinsichtlich des Drucks veränderbaren Kammer angeordnet werden. Für eine effektive Wärmeabfuhr ist es besonders günstig, wenn der Körper ein integraler Teil des Bodens der Gießform ist und darüberhinaus dieser Boden noch strukturiert ist, beispielsweise mit Erhöhungen und Vertiefungen, wobei in die Erhöhungen des Bodens der Gießform von unten die jeweiligen Wärmeleitkörper in entsprechenden Bohrungen hineingefahren oder herausgezogen werden können.
Wie bereits vorstehend erwähnt ist, ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung die Einstellung eines Wärmeprofils direkt über der Kokillen- bzw. Gießformbodenfläche. Über diese besondere Ausgestaltung des Bodens der Kokille bzw. der Gießform kann, im Bereich der Vertiefungen, von der Bodenfläche aus gesehen, die Stengelkristallgröße beeinflußt werden. Die tiefsten Punkte dieser einzelnen Vertiefungen werden so zu den entsprechenden Wärmeleitkörpern ausgerichtet, daß die Kristallisation an den tiefsten (kältesten) Punkten des Kokillenbodens beginnt. Damit kann bewußt zum Erreichen bestimmter Zielsetzungen, zum Beispiel zur Einleitung einer thermischen Konvektion, eine leicht planare oder leicht konvex gekrümmte Phasengrenze zwischen festem und flüssigem Material eingestellt werden. Untersuchungen haben gezeigt, daß speziell mit der Zielsetzung der Reinigung beim gerichteten Erstarren eine leicht gekrümmte Phasengrenzfläche von Vorteil ist.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Schmelzvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei die Kühlstruktur mit aus den Ausnehmungen herausgefahrenen Wärmeleitkörpern dargestellt ist,
Figur 2 die Anordnung der Figur 1 , allerdings mit in den Ausnehmungen eingeführten Wärmeleitkörpern, Figuren 3A bis 3C drei verschiedene mögliche Querschnittsformen der Wärmeleitkörper, wie sie in der Anordnung der Figuren 1 und 2 eingesetzt werden können, und
Figur 4 einen schematischen Aufbau einer Anordnung, bei der die Wärmeleitkörper in Ausnehmungen, die direkt im Boden der Gießform gebildet sind, verschiebbar sind, wobei zusätzlich der Boden der Gießform strukturiert ist.
Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, umfaßt die Schmelzvorrichtung einen Ofen mit einer oberen Ofenkammer 1a und einer unteren Ofenkammer 1b, in die eine Gießform bzw. Kokille 15, auf der Außenseite mit einer Wärmeisolation 2 versehen, mit geeigneten Stützen 7 gehalten ist. Die Wärmeisolation 2 ist mit einer seitlichen Wärmedämmung 14, einer unteren Wärmedämmung 16 und einer oberen Wärmedämmung 20 versehen, so daß die Kokille allseitig von dieser Wärmeisolation 2 umgeben ist. Die obere Ofenkammer 1a ist an der unteren Ofenkammer 1b mit Flanschverbindungen 12, im Bereich derer eine Dichtung 12a eingefügt ist, verbunden, so daß die Ofenkammer 1a, 1b durch Abnehmen der oberen Ofenkammer 1a geöffnet und wieder dicht verschlossen werden kann. Unterhalb des Bodens 19 der Kokille 15 ist eine untere Heizeinrichtung 3 angeordnet. Weiterhin ist oberhalb der Kokille eine obere Heizeinrichtung 4 vorgesehen. Die beiden Heizeinrichtungen 3 und 4 werden über jeweilige Stromzuführungen 5 und 6 elektrisch versorgt, um die jeweilige Heizleistung 3, 4 einstellen zu können. Der Raum zwischen der oberen und unteren Ofenkammer 1a und 1b und der Kokille 15 bzw. der diese umgebenden Wärmeisolation 2 kann über einen Evakuierungstutzen 11 evakuiert werden, um den Druck innerhalb dieser Kammer 1a, 1b zu verändern.
Wie vorstehend erwähnt ist, ist die Kokille 15 bzw. zusammen mit der Wärmeisolation 2 so auf Stützen 7 gehalten, daß zwischen dem Boden der unteren Ofenkammer 1b und dem Boden der Kokille 15 ein ausreichender Freiraum verbleibt. In diesem Bereich, d.h. unterhalb des Bodens der Kokille 15, ist eine Kühlstruktur 26 angeordnet, die eine Kühlplatte 9 umfaßt, von der einzelne, zueinander beabstandete Wärmeleitkörper 10 vorstehen. Diesen einzelnen Wärmeleitkörpern 10 sind Ausnehmungen 17 zugeordnet, die sowohl durch die untere Wärmedämmung 16 als auch durch die Tragplatte 13, auf der die Kokille 15 mit ihrem Boden aufsteht, hindurchführen. Weiterhin sind diese Ausnehmungen 17 in Bezug auf die untere Heizeinrichtung 3, die im Bereich der Kokillentragplatte 13 angeordnet ist, so gelegt, daß sie zwischen einzelnen Wendeln der Heizeinrichtung 3 hindurchführen und in die Kokillentragplatte 13 in Form von Sacklöchern 13a hineinreichen.
Die Kühlplatte 9 ist mit einem Hubstempel 8 so gehalten, daß sie damit in Richtung des Pfeils 27 in Figur 1 nach oben verschoben werden kann, so daß dadurch die einzelnen Wärmeleitkörper 10 in die zugeordneten Ausnehmungen 17 eingeführt werden können. Der Hubstempel 8 besitzt weiterhin eine Kühlwasserzu- und Abführung 18, um die Kühlplatte 9, die einen entsprechenden Hohlraum 28 für das Kühlmedium aufweist, zwangsgekühlt werden kann.
Um ein Werkstück oder einen Block aus einem schmelzbaren Material herzustellen, wird das aufgeschmolzene, flüssige Material in die auf Schmelztemperatur vorgeheizte Gießform bzw. Kokille 15 eingegossen bzw. in der Kokille aufgeschmolzen. Danach wird die Eingießöffnung verschlossen, beispielsweise in Form eines auf die Kokille 15 aufgesetzten Deckels, und die Schmelze wird für eine vorgegebene Zeit belassen, um Verunreinigungen zu flotieren oder zu sedimentieren. Danach wird die untere Heizeinrichtung 3 abgeschaltet und die Kühlstruktur 26 bzw. die dieser zugeordneten Wärmeleitkörper 10 mit fest vorgegebener Geschwindigkeit in die Aufnehmungen 17 in der unteren Wärmedämmung 16 und der Kokillentragplatte 13 eingeschoben. Alternativ zu einer vorgegebenen Geschwindigkeit kann eine Positionsre- geiung der jeweiligen Stellung der Kühlstruktur 26 in den Ausnehmungen 17 bzw. der Sacklöcher 13a in der Kokillentragplatte 13 in Abhängigkeit der abzuführenden Kühlleistung vorgenommen werden. Während dieser Kühlung mittels der Kühlstruktur 26 wird ständig über die Kühlmittel-Zufuhr- und Abführstutzen 18 Kühlmittel der Kühlplatte 9 zugeführt. Über den Evakuierungsstutzen 11 kann bei Bedarf die Ofenkammer evakuiert werden, was immer dann erforderlich oder von Vorteil ist, wenn oxidationsempfindliche Materialien eingesetzt werden.
Die Figur 2 zeigt nun die Anordnung der Figur 1 mit in die Kokillentragplatte 13 vollständig eingefahrenen Wärmeleitkörpern 10 der Kühlstruktur 26. In dieser Stellung ist die untere Heizeinrichtung 3 ausgeschaltet und die obere Heizeinrichtung 4 wird weiterhin betrieben und auf eine Temperatur eingestellt bzw. geregelt, die die Oberfläche der Schmelze 21 weiterhin oberhalb des Schmelzpunkts hält. Der zum Kristallisieren notwendige Wärmeabfluß erfolgt über den bereits erstarrten Teil des Blocks 23 und den Kokillenboden und von dort auf die Kokillentragplatte 13. Von der Kokillentragplatte 13 fließt die Wärme über den Spalt zwischen den Bohrungen/Ausnehmungen 17, 13a und den Wärmeleitkörpern 10 in die Kühlplatte 9 ab und wird von dort an das Kühlmittel übertragen. Es ist ersichtlich, daß über die Eintauchtiefe der Wärmeleitkörper 10 in die Kokillentragplatte 13 die abzuführende Wärmemenge sehr fein eingestellt und geregelt werden kann. Auf diese Art und Weise kann die Erstarrung des Blocks sowie die Bildung von Stengelkristallen sehr genau, beginnend von dem Kokiilenboden aus, eingestellt und geführt werden.
Nachdem der Block 23 erstarrt ist, wird die Kühlstruktur 26 in Richtung des Pfeils 24 in Figur 2 nach unten verfahren, so daß sie vollständig aus dem Eingriff der Kokillentragplatte 13 sowie der unteren Wärmedämmung 16 gelangt. Danach wird die Heiztemperatur der oberen Heizeinrichtung 4 auf einen Wert unterhalb der Solidus-Tem- peratur reduziert. Nun wird wieder die untere Heizeinrichtung 3 eingeschaltet und deren Temperatur auf die blockfußtemperatur eingestellt. Es erfolgt eine geregelte Erhöhung der Heiztemperatur auf den Wert der oberen Heizeinrichtung 4. Nach einem Temperaturausgleich in dem Ofenraum wird die Temperatur im Ofenraum über eine vorgegebene Haltezeit beibehalten. Danach erfolgt ein programmiertes Absenken der Heiztemperatur der oberen und der unteren Heizeinrichtung 3, 4.
Die Figuren 3A bis 3C zeigen drei verschiedene Querschnittsformen von Wärmeleitkörpern 10, wie sie in der Anordnung, die vorstehend anhand der Figuren 1 und 2 beschrieben ist, eingesetzt werden können. In Figur 3A ist beispielhaft ein Feld mit insgesamt 9 Wärmeleitkörpern 10 gezeigt, die einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisen. Die Ausnehmungen 13a in der Kokillentragplatte 13 sind, wie oben rechts in Figur 3A angedeutet ist, entsprechend dem Querschnitt der Wärmeleitkörper 10 geformt, so daß ein schmaler Spalt zwischen der Wandung der Ausnehmungen 13a in der Kokillentragplatte 13 und dem jeweils darin eingeführten Wärmeleitkörper 10 verbleibt. Durch diese Kreuzform können die Wärmeleitkörper 10 mit großen Oberflächen ausgestattet werden, um eine hohe Wärmeübertragung über diese Wärmeleitkörper 10 zu erzielen. ln Figur 3B ist eine Anordnung aus neun Wärmeleitkörpern 10 gezeigt, die jeweils einen kreisförmigen Querschnitt besitzen. Solche Wärmeleitkörper 10 dringen dann in Ausnehmungen 13a (nicht dargestellt) mit einer entsprechenden Querschnittsform ein, so daß wiederum ein geringer Spalt, wie dies in Figur 3A gezeigt ist, verbleibt. Eine dritte Querschnittsform für die Wärmeleitkörper 10 ist in Figur 3C dargestellt, wobei diese Querschnittsform sternförmig ist. Mit dieser Sternform kann, gegenüber der Anordnung der Figur 3A, ein noch größerer Oberflächenbereich, je nach Anzahl der Zacken oder Stege, erzielt werden.
Die spezifische Oberfläche entsprechend den einzelnen Querschnittsformen der Figuren 3A, 3B und 3C sollte unter Beachtung der Temperatur, der Wärmeleitfähigkeit, der Länge der Wärmeleitkörper 10 und der mechanischen Stabilität gewählt werden. So sollten die Wärmeleitkörper 10 eine Dicke und/oder Breite, in Figur 3B mit dem Bezugszeichen 29 bezeichnet, von 5 bis 20 mm, vorzugsweise 10 bis 14 mm, aufweisen. Benachbarte Wärmeleitkörper 10 sollten mindestens etwa 50 mm beabstandet sein bzw. die Dicke des Stegs, der zwischen benachbarten Wärmeleitkörpern 10 verbleibt, in Figur 3B mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet, sollte 50 mm betragen. Die Länge bzw. Höhe der Wärmeleitkörper, d.h. in Richtung senkrecht zu der Zeichenebene der Figuren 3A bis 3C, sollte im Bereich von 100 bis 150 mm liegen, vorzugsweise etwa 130 mm betragen.
Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, kann der Ofenraum mit einem Gas, vorzugsweise Argon, gefüllt werden, und der Druck im Ofenraum während der Kühlung bzw. während des Verfahrens der Kühlstruktur 26 in Richtung der Kokillentragplatte 13, geregelt werden. Der Druck wird hierbei so eingestellt, daß die volle Hubhöhe der Wärmeleitkörper genutzt wird, um ein möglichst feinfühliges Regelverhalten zu erzielen.
In Figur 4 ist schematisch eine Kokille 15 mit Wärmeisolation 2 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist keine gesonderte Kokillentragplatte 13a vorhanden, wie bei der Anordnung der Figuren 1 und 2, auf denen der Boden der Kokille aufgesetzt wird, sondern der Kokillenboden selbst, in Figur 4 mit dem Bezugszeichen 33 bezeichnet ist, mit Bohrungen bzw. Ausnehmungen 13a versehen, in die wiederum die jeweiligen Wärmeleitkörper 10 der Kühlstruktur 26 eindringen. Darüberhinaus ist der Kokillenboden 33, der der Schmelze zugeordnet ist, strukturiert, indem einzelne Vertiefungen 25 und Erhöhungen 35, beispielsweise mit einem dreieckförmigen Querschnitt, zur Erhöhung der Wärmeaustauschfläche vorgesehen sind. Wie in Figur 4 zu erkennen ist, sind hierbei die jeweiligen Ausnehmungen 13a so angeordnet, daß sie jeweils einer entsprechenden Erhöhung 35 der Strukturierung des Kokillenbodens 33 zugeordnet sind. Diese Strukturierung des Kokillenbodens mit den Vertiefungen 25 ist darüberhinaus zur Vorgabe von Startpunkten für das Kristallwachstum, jeweils am Boden der einzelnen Vertiefungen, von Vorteil. Es ist verständlich, daß die Seitenwände 19 der Kokille 15 dicht mit dem Kokillenboden 33 verbunden sind.
Mit der Anordnung, wie sie in den Figuren 1 und 2 sowie der Figur 4 dargestellt sind, unter Berücksichtigung der jeweiligen Querschnittsformen der Wärmeleitkörper 10, können Kühlleistungen im Bereich von 10 bis 150 kW/m2, und zwar durch unterschiedliche Positionierungen der Wärmeleitkörper 10 in den jeweiligen Ausnehmungen 13a, erreicht werden, so daß die jeweilige Erstarrungsgeschwindigkeit definiert eingestellt werden kann. Darüberhinaus können in einer Weiterbildung der Anordnung, wie sie dargestellt ist, die einzelnen Wärmeleitkörper unterschiedlich zueinander verschoben werden, um durch eine unterschiedliche Stellung in den jeweiligen Ausnehmungen 13a an unterschiedlichen Stellen des Kokillenbodens unterschiedliche Wärmemengen abzuführen. Beispielsweise könnten in einer speziellen Ausführungsform die außenliegenden Wärmeleitkörper 10 früher oder später als die weiter in der Mitte liegenden Wärmeleitkörper 10 in die jeweiligen Ausnehmungen 13a zur Anpassung des Erstarrungsprofils bzw. der Erstarrungsfront in die Ausnehmungen eingeführt werden, hierzu müßte dann der in den Figuren dargestellte Hubmechanismus bzw. Hubstempel 8 in mehrere einzelne, den jeweiligen Wärmeleitkörpern zugeordnete Hubstempel unterteilt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Werkstücken und Blöcken aus schmelzbaren Materialien, bei dem flüssiges Ausgangsmaterial in einer Gießform unter Einsatz einer Kühleinrichtung gerichtet erstarrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur definierten Führung der Erstarrrungsfront während der Abkühlung des geschmolzenen Materials in einen dem Boden der Gießform zugeordneten Körper eine Kühlstruktur mit mindestens einem Wärmeleitkörper in mindestens eine zugeordnete Ausnehmung von der Unterseite her in den Körper eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung der Erstarrungsfront eine Kühlleistung im Breich von 10 bis 150 kW/m2 durch unterschiedliche Positionierungen des Wärmeleitkörpers eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Druck um die Kühlstruktur herum während der Abkühlung in definierter Weise zur Änderung der abzuführenden Wärmemenge pro Zeiteinheit verändert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmeleitkörper während der Abkühlung von einem Edelgas, insbesondere Argon, umgeben ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmeleitkörper entsprechend einer gewünschten Führung der Erstarrungsfront während der Abkühlung zu unterschiedlichen Stellungen in den zugeordneten Ausnehmungen verschoben werden.
6. Vorrichtung zur Herstellung von Werkstücken oder Blöcken aus schmelzbarem Material mit einer Gießform, die mittels einer Heizeinrichtung beheizbar ist, und wobei dem Boden der Gießform eine Kühleinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung eine Kühlstruktur (25) mit mindestens einem Wärmeleitkörper (10) umfaßt, der in mindestens eine zugeordnete Ausnehmung (17, 13a) in einem dem Boden (19) zugeordneten Körper (13; 33)mittels eines Verschiebemechanismus (18) von der Unterseite her in den Körper (13; 33) einführbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstruktur (25) mehrere Wärmeleitkörper (10) umfaßt, die in zugeordnete Schlitze und/oder Sacklochbohrungen (13a) im Körper (13; 33) einführbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Boden der Gießform eine Heizeinrichtung (3) zugeordnet ist und der Wärmeleitkörper (10) durch die Heizeinrichtung (3) im eingeführten Zustand hindurchragt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitkörper (10) durch Platten, Bolzen und/oder Stäbe gebildet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitkörper (10) eine Dicke und/oder Breite (29) von 5 mm bis 20 mm, vorzugsweise von 10 bis 14 mm, aufweisen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibende Stegbreite (30) zwischen benachbarten Ausnehmungen (13a) im Körper zwischen 5 und 20 mm beträgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführtiefe des Wärmeleitkörpers (10) in den Körper mindestens etwa 20 mm beträgt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Wärmeleitkörpers zwischen 100 und 150 mm, vorzugsweise etwa 130 mm, beträgt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Wärmeleitkörper (10) und der Ausnehmung (17) mit Argon gefüllt (gespült) ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitkörper (10) senkrecht zu seiner Höhe einen kreuz- oder sternförmigen Querschnitt aufweist, wobei die Ausnehmung (17) diesem Querschnitt jeweils angepaßt ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitkörper (10) zumindest an seinem dem Körper abgewandten Ende mit einem Kühlmedium (18) zwangsgekühlt ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Summe der Querschnittsflächen der Wärmeleitkörper (10) zu der Summe der Querschnittsflächen der Ausnehmungen (13a) zwischen 1 ,5 : 1 und 5,5 : 1 beträgt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (33) ein integraler Teil des Bodens der Gießform (15) ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurach gekennzeichnet, daß der Körper (13) eine Tragestruktur (13) bildet, auf die die Gießform (15) aufgesetzt ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (33) der Gießform (15) auf seiner der Schmelze zugewandten Seite Erhöhungen und Vertiefungen (25) aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmung (13a) in eine Erhöhung (35) hinein erstreckt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlstruktur (26) in einer hinsichtlich des Drucks veränderbaren Kammer (1a, 1b) angeordnet ist.
EP98943727A 1997-07-16 1998-07-14 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von werkstücken oder blöcken aus schmelzbaren materialien Expired - Lifetime EP0996516B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19730378 1997-07-16
DE19730378 1997-07-16
PCT/EP1998/004351 WO1999003621A1 (de) 1997-07-16 1998-07-14 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von werkstücken oder blöcken aus schmelzbaren materialien

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0996516A1 true EP0996516A1 (de) 2000-05-03
EP0996516B1 EP0996516B1 (de) 2001-08-29

Family

ID=7835817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP98943727A Expired - Lifetime EP0996516B1 (de) 1997-07-16 1998-07-14 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von werkstücken oder blöcken aus schmelzbaren materialien

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6464198B1 (de)
EP (1) EP0996516B1 (de)
JP (1) JP2001510095A (de)
DE (2) DE19831388A1 (de)
WO (1) WO1999003621A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007038851A1 (de) 2007-08-16 2009-02-19 Schott Ag Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern
US7597756B2 (en) 2006-04-12 2009-10-06 Schott Ag Device and method for the production of monocrystalline or multicrystalline materials, in particular multicrystalline silicon

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19855061B4 (de) * 1998-11-28 2012-05-16 Ald Vacuum Technologies Ag Schmelzofen zum Schmelzen von Silizium
DE19934940C2 (de) * 1999-07-26 2001-12-13 Ald Vacuum Techn Ag Vorrichtung zum Herstellen von gerichtet erstarrten Blöcken und Betriebsverfahren hierfür
DE10021585C1 (de) * 2000-05-04 2002-02-28 Ald Vacuum Techn Ag Verfahren und Vorrichtung zum Einschmelzen und Erstarren von Metallen und Halbmetallen in einer Kokille
DE10047397B4 (de) * 2000-09-26 2004-02-05 Ald Vacuum Technologies Ag Vorrichtung zum Schmelzen und gerichteten Erstarren eines Metalls
US7000675B2 (en) * 2003-04-09 2006-02-21 Tooling And Equipment International Chill assembly
DE102008029951B4 (de) 2008-06-26 2011-06-09 Schott Ag Wärmeisolationsanordnung für Schmelztiegel und deren Verwendung sowie Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von ein- oder multikristallinen Materialien
DE102008039457A1 (de) 2008-08-25 2009-09-17 Schott Ag Vorrichtung und Verfahren zum gerichteten Erstarren einer Schmelze
DE102009022412A1 (de) 2009-05-22 2010-11-25 Ald Vacuum Technologies Gmbh Vorrichtung zum gerichteten Erstarren geschmolzener Metalle
ITVI20120246A1 (it) * 2012-10-01 2014-04-02 Graphite Hi Tech S R L Unipersonal E Contenitore in grafite con coperchio.

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1976386A (en) * 1931-01-08 1934-10-09 Katherine Parsons Casting of ingots
US2420003A (en) * 1942-09-14 1947-05-06 Miller Engineering Corp Temperature control mold
GB1126538A (en) * 1965-07-16 1968-09-05 United Aircraft Corp Improvements in and relating to chill plate construction
US3321932A (en) * 1965-10-21 1967-05-30 Raymond C Stewart Ice cube tray for producing substantially clear ice cubes
US3538981A (en) * 1968-08-05 1970-11-10 United Aircraft Corp Apparatus for casting directionally solidified articles
FR2158138B1 (de) * 1971-11-05 1974-11-15 Onera (Off Nat Aerospatiale)
US3939895A (en) * 1974-11-18 1976-02-24 General Electric Company Method for casting directionally solidified articles
DE2646060A1 (de) * 1976-10-13 1978-04-20 Friedhelm Prof Dr Ing Kahn Verfahren und vorrichtungen zur steuerung des waermehaushalts von giessformen
GB2041236A (en) * 1979-01-18 1980-09-10 Crystal Syst Method and apparatus for growing crystals
DE3323896A1 (de) 1983-07-02 1985-01-17 Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln Verfahren und vorrichtung zum gerichteten erstarren von schmelzen
GB2279585B (en) 1993-07-08 1996-11-20 Crystalox Ltd Crystallising molten materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9903621A1 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7597756B2 (en) 2006-04-12 2009-10-06 Schott Ag Device and method for the production of monocrystalline or multicrystalline materials, in particular multicrystalline silicon
DE102007038851A1 (de) 2007-08-16 2009-02-19 Schott Ag Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern
EP2028292A2 (de) 2007-08-16 2009-02-25 Schott AG Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern

Also Published As

Publication number Publication date
DE19831388A1 (de) 1999-01-21
JP2001510095A (ja) 2001-07-31
US6464198B1 (en) 2002-10-15
DE59801335D1 (de) 2001-10-04
EP0996516B1 (de) 2001-08-29
WO1999003621A1 (de) 1999-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE68919737T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Züchtung von grossen Einkristallen in Platten-/Scheibenform.
DE102006017621B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von multikristallinem Silizium
DE2461553C2 (de) Verfahren zum Züchten eines Einkristalls im Tiegel
EP2028292B1 (de) Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Metall- oder Halbmetallkörpern
DE69932760T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Siliciumstabes mit einer Struktur hergestellt durch gerichtete Erstarrung
DE102005013410B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Kristallisieren von Nichteisenmetallen
DE68913237T2 (de) Siliciumgiessvorrichtung.
DE3323896C2 (de)
EP0996516B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von werkstücken oder blöcken aus schmelzbaren materialien
DE2242111A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum giessen von gegenstaenden mit gerichtet erstarrtem gefuege
DE2730161C2 (de)
EP2242874B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur herstellung von kristallinen körpern durch gerichtete erstarrung
DE2657551A1 (de) Vorrichtung zur herstellung von guss mit gerichtetem gefuege
DE102008029951B4 (de) Wärmeisolationsanordnung für Schmelztiegel und deren Verwendung sowie Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von ein- oder multikristallinen Materialien
DE19934940C2 (de) Vorrichtung zum Herstellen von gerichtet erstarrten Blöcken und Betriebsverfahren hierfür
DE10021585C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Einschmelzen und Erstarren von Metallen und Halbmetallen in einer Kokille
EP0218088B1 (de) Verfahren zur gerichteten Erstarrung von Metallschmelzen
WO2010043350A1 (de) Vorrichtung zum kristallisieren von nicht-eisen-metallen
DE1100887B (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohren aus durchsichtigem, reinem Quarz
EP3785822A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines gussstückes bevorzugt als vormaterial
EP0218087A2 (de) Verfahren zum Aufschmelzen und gerichteten Erstarren von Metallen
DE102008039457A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum gerichteten Erstarren einer Schmelze
DE1801659A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gussteilen aus Metallen
DE2137330C3 (de) Gießvorrichtung zur Herstellung von Gußstücken mit definierter Erstarru ngsrichtung
DE19621912A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur berührungsfreien Erzeugung von plattenförmigen Strukturen aus einer leitfähigen Schmelze eines Materials unter Verwendung einer induktiv erzeugten abstoßenden Wechselwirkung zwischen der Schmelze und einem formgebenden Bauteil

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19991021

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB NL SE

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

17Q First examination report despatched

Effective date: 20010110

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB NL SE

REF Corresponds to:

Ref document number: 59801335

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20011004

RAP2 Party data changed (patent owner data changed or rights of a patent transferred)

Owner name: ALD VACUUM TECHNOLOGIES AG

RIN2 Information on inventor provided after grant (corrected)

Free format text: ALD VACUUM TECHNOLOGIES AG

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: IF02

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20011210

EN Fr: translation not filed
NLT2 Nl: modifications (of names), taken from the european patent patent bulletin

Owner name: ALD VACUUM TECHNOLOGIES AG

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
NLS Nl: assignments of ep-patents

Owner name: ALD VACUUM TECHNOLOGIES AG

ET Fr: translation filed
REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ERR

Free format text: BOPI DE PUBLICATION N: 02/04 PAGES: 246 PARTIE DU BULLETIN CONCERNEE: BREVETS EUROPEENS DONT LA TRADUCTION N'A PAS ETE REMISE A I'INPI IL Y A LIEU DE SUPPRIMER: LA MENTION DE LA NON REMISE. LA REMISE DE LA TRADUCTION EST PUBLIEE DANS LE PRESENT BOPI.

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20090722

Year of fee payment: 12

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 20100714

Year of fee payment: 13

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF THE APPLICANT RENOUNCES

Effective date: 20100729

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Payment date: 20100715

Year of fee payment: 13

Ref country code: FR

Payment date: 20100805

Year of fee payment: 13

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20100722

Year of fee payment: 13

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: V1

Effective date: 20120201

REG Reference to a national code

Ref country code: SE

Ref legal event code: EUG

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20110714

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20120330

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110801

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20120201

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110714

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110715