WO2013011099A1 - Bausatz für einen schmelztiegel, schmelztiegel und verfahren zur herstellung eines schmelztiegels - Google Patents

Bausatz für einen schmelztiegel, schmelztiegel und verfahren zur herstellung eines schmelztiegels Download PDF

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WO2013011099A1
WO2013011099A1 PCT/EP2012/064215 EP2012064215W WO2013011099A1 WO 2013011099 A1 WO2013011099 A1 WO 2013011099A1 EP 2012064215 W EP2012064215 W EP 2012064215W WO 2013011099 A1 WO2013011099 A1 WO 2013011099A1
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WO
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crucible
wall element
side wall
bottom wall
kit
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/064215
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Zuber
Bernhard Heidenreich
Martin Friess
Jens Schmidt
Matthias Scheiffele
Original Assignee
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B35/002—Crucibles or containers

Definitions

  • the present invention relates to a kit for a crucible for receiving molten material, such as molten
  • Melting crucibles can be made, for example, from quartz glass.
  • a Skulltiegel for melting and / or refining glass which has at least one coolable side wall and at least one bottom plate.
  • the side wall has a plate of solid material, which comprises a substantially flat melt contact surface, a bottom surface for setting up a basic limiting element on the bottom plate, an outer surface and a first and second connection surface.
  • a solid block of, for example, aluminum or aluminum alloy is provided. This block is then processed into the plate essentially by machining processes, in particular milling and drilling.
  • the present invention has for its object to provide a kit for a carbide ceramic crucible, which allows a secure recording of molten material.
  • the kit comprises at least one bottom wall element for forming a bottom wall of the crucible and at least one side wall element for forming a side wall of the crucible, wherein the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element
  • the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element is a carbide ceramic fiber ceramic body or a preform body for a carbide ceramic fiber ceramic body, a particularly stable carbide ceramic crucible can be produced by means of the kit.
  • Carbide-ceramic materials have a very low thermal
  • a carbide-ceramic crucible can be high
  • Temperature loads are subjected. It can be absorbed by melting, such as silicon melts whose
  • kits can be added in a simple manner and in particular cohesively, without thermal
  • the corresponding elements of the carbide-ceramic crucible can be produced with defined geometries.
  • a reusable carbide-ceramic crucible can be produced by means of the kit.
  • a fiber here is preferably an elongate, thin and flexible starting material which is present, for example, as filament, as filament yarn, as a fiber bundle, as a fiber strand, as a roving and / or as a roving ribbon.
  • the fibers comprise silicon carbide fibers.
  • a fibrous ceramic body can be understood as meaning a body which is produced from a preform, wherein the preform comprises fibers.
  • a fibrous ceramic body can therefore be, for example, a body which comprises a product made of fibers, for example siliconized carbon fibers or silicided carbon fiber pre-bodies.
  • fibers in the actual state are no longer present in the fiber ceramic body in the finished state. Rather, the fiber ceramic body then in the finished state comprises a material which has been formed by a reaction with the fibers.
  • a preform body for a fiber ceramic body is understood in particular to mean a body which consists of a starting material for producing the fiber ceramic body and at least approximately already has the shape of the fiber ceramic body to be produced.
  • a preform may also be an at least approximately finished body having the body at any stage until the completion of the Faserkeramik stresses.
  • a preform may be a green body, a porous carbon body, a brown body, etc.
  • the kit comprises at least one edge element for reinforcing at least one edge of the crucible.
  • at least one edge element for reinforcing at least one edge of the crucible.
  • two side wall elements adjacent to one another and / or a side wall element adjoining a bottom wall element can be reinforced and / or additionally sealed.
  • the kit comprises at least one corner element for reinforcing at least one corner of the crucible.
  • a corner element can also serve to reinforce and / or seal the crucible to be produced.
  • the at least one edge element has an at least approximately L-shaped cross section. In this way, a particularly simple arrangement of two adjacent, at an angle of approximately 90 ° to each other arranged elements take place.
  • the at least one edge element preferably comprises two planar sections, which enclose an angle which is for example approximately 90 °, but preferably more than 90 °, in particular for example approximately 100 °.
  • a plurality of mutually connected and / or interconnected edge elements are provided, which form a receiving device for receiving the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element.
  • the receiving device serves to receive all bottom wall elements and all side wall elements for producing the crucible.
  • the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element comprises fibers which extend at least approximately parallel to a surface of the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element facing an interior of the crucible in the assembled state of the crucible , In this way, a particularly stable embodiment of the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element is possible. In particular, in this way an undesired expansion and / or an undesirable
  • Shrinkage of the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element during heating or cooling thereof can be prevented if the fibers are chosen such that they counteract a temperature-dependent change in length.
  • the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element comprises fibers which extend at least approximately over an entire width of the at least one bottom wall element or the at least one side wall element. In this way, reinforcement can be achieved by means of the fibers over the entire width of the at least one bottom wall element or of the at least one side wall element.
  • the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element comprises fibers which are at least at least approximately extend over an entire length of the at least one bottom wall element or over an entire height of the at least one side wall element. In this way too, a stable and preferably temperature-invariant configuration of the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element can take place.
  • the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element comprises fibers which extend at least approximately over the entire thickness of the at least one bottom wall element or the at least one side wall element.
  • the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element comprises fibers which extend at least approximately over the entire thickness of the at least one bottom wall element or the at least one side wall element.
  • the fibers of the fiber-ceramic body or of the preform for the fiber-ceramic body are provided that the fibers of the fiber-ceramic body or of the preform for the fiber-ceramic body
  • Carbon fibers and / or carbide fibers are Carbon fibers and / or carbide fibers.
  • the carbide fibers are silicon carbide fibers, tungsten carbide fibers or titanium carbide fibers. In principle, however, any type of material can be chosen which forms a carbide structure in combination with carbon.
  • the fibers of the fiber ceramic body are preferably filament bundles.
  • the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element are graphitized for influencing the thermal conductivity.
  • the kit according to the invention can preferably be used for producing a carbide-ceramic crucible, in particular a carbide-ceramic crucible according to the invention.
  • the crucible according to the invention preferably has the features and / or advantages described above in connection with the kit according to the invention.
  • Side wall of the crucible is greater than 90 °, for example, at least about 95 °, in particular about 100 °. In this way, a crucible opening slightly upward toward an opening can be formed, so that a material which has been taken up in the molten state by means of the crucible and solidified therein can be removed from the crucible particularly easily.
  • an angle which is enclosed by two adjacent side walls of the crucible is greater than 90 °, in particular at least approximately 95 °, for example approximately 100 °. In this way, a crucible which opens upwards against the direction of gravity and which has a horizontal cross-section which increases in an upward direction in the direction of the gravitational force, is particularly easy to produce.
  • At least one side wall element is trapezoidal in order to be able to produce at least one trapezoidal side wall of the crucible.
  • a trapezoidal side wall is preferably oriented in such a way that, in the assembled state of the crucible, it narrows downwards in the direction of gravity.
  • a plurality of such trapezoidal side wall elements are provided for the formation of trapezoidal side walls, can Particularly simple manner, a crucible can be made, which has an upwardly increasing horizontal cross-section. It may be favorable when the crucible is at least partially wrapped with a, for example resin impregnated, fiber.
  • At least one side wall element in particular all side wall elements, and / or at least one bottom wall element is wrapped with a fiber.
  • a fluid-tight shell is formed by means of the crucible.
  • the fluid-tight shell is wrapped with a, for example resin-impregnated, fiber. In this way, the fluid-tight shell can be made particularly stable.
  • the at least one bottom wall and the at least one side wall are connected to one another in a material-locking manner.
  • a fluid-tight connection can be achieved in a simple manner, which in particular also does not cause any thermal stress or at most minimized thermal stresses, even if a hot melt has been taken up.
  • the cohesive connection can be produced, for example, by siliconizing a silicon carbide material.
  • the present invention relates to a method for producing a crucible.
  • the invention is in this respect the task of providing a crucible, which allows a secure recording of molten material.
  • This object is achieved according to the invention in that a carbide-ceramic crucible is produced by:
  • At least one bottom wall element and at least four side wall elements wherein at least one bottom wall element and / or at least one side wall element is a carbide ceramic fiber ceramic body or a preform body for the carbide ceramic fiber ceramic body; - Connecting the at least one bottom wall element and the at least four side wall elements together.
  • At least one bottom wall element and / or at least one side wall element is a fiber ceramic body or a preform for the
  • Fiber ceramic body is, a crucible by the method according to the invention can be produced particularly easily.
  • a crucible produced in this way molten material can be taken up very securely.
  • the production steps for producing the carbide-ceramic crucible can in principle be carried out in any order. For example, it may be provided that at least one preform body is first connected to at least one further preform body and subsequently formed as a fiber ceramic body. Alternatively, however, it can also be provided that at least two fiber ceramic bodies are completely finished and subsequently joined together.
  • At least one edge element for reinforcing at least one edge of the crucible is arranged in an edge region on two adjoining side wall elements and / or in an edge region on a bottom wall element and an adjacent side wall element.
  • a simplified sealing of the crucible can be made to prevent unwanted outflow of molten material disposed therein.
  • a receiving device for receiving the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element is formed from a plurality of edge elements of the crucible.
  • the at least one bottom wall element and / or the at least one side wall element are preferably arranged in the receiving device, in particular inserted into the receiving device.
  • At least one bottom wall element and the at least four side wall elements are connected to one another to form a fluid-tight shell.
  • the at least one edge element is connected to the at least one bottom wall element and / or the side wall elements.
  • it can be provided for connecting the individual components to one another that the components are siliconized together. In this way, a particularly simple cohesive connection results.
  • at least one bottom wall element, at least one side wall element and / or at least one edge element for reinforcing at least one edge of the crucible in an edge region on two adjoining side wall elements and / or in an edge region on a bottom wall element and a side wall element adjoining thereto be wrapped with a fiber. In this way, a targeted reinforcement of the crucible to be produced can be achieved.
  • a shell which is fluid-tight in the direction of gravity and can be produced to the sides, which forms the carbide-ceramic crucible, can be produced.
  • a substance formed, for example, as a paste is applied to this area and the crucible is subsequently aftertreated, For example, siliconized and / or pyrolyzed to allow a, in particular fluid-tight, connection of the components together.
  • a fluid-tight shell formed by means of the crucible is wrapped with a fiber, for example a resin-impregnated fiber.
  • a wrapping with a fiber can take place at any time during the production process of the crucible.
  • the wrapping can be done with a fiber, if the side wall elements and the at least one bottom wall element in the receiving device of Crucible are arranged.
  • a treatment of the fiber can be carried out together with the treatment of the other components of the crucible.
  • a wrapping with at least one fiber after a silicization and / or pyrolysis of at least one side wall element and / or at least one bottom wall element and / or at least one edge element takes place and the
  • Post-treated crucible with the wrapped fiber for example re-silicided and / or re-pyrolyzed, is.
  • connection of the at least one bottom wall element and the at least four side wall elements is cohesively with one another, wherein in particular on a loosely assembled kit the cohesive connection is produced by silicating. This gives a simple way a fluid-tight connection with no or minimized thermal stresses.
  • the crucible when the crucible is formed from an at least approximately temperature-invariant material, a simple detachment of material solidified in the crucible can be effected particularly simply by contracting the material during solidification and automatically releasing it from the crucible which is invariable in its expansion.
  • the crucible preferably has an interior with sharp edges, so that in the crucible arranged, solidified material is particularly easy to remove and thus an increased waste can be avoided in the further processing of the material.
  • the crucible according to the invention is preferably constructed in a differential construction, with particular C / C-SiC-containing fiber-ceramic being used for the individual components.
  • the kit according to the invention and / or the crucible according to the invention preferably comprise five flat plates, eight edge elements and four corner elements.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a crucible
  • Figure 2 is a schematic plan view from above of a receiving device of the crucible of Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic side view of the receiving device
  • FIG. 4 shows a schematic perspective illustration of a side wall element of the crucible from FIG. 1;
  • Figure 5 is a schematic perspective view of a bottom wall element of the crucible of Figure 1;
  • FIG. 6 shows an illustration corresponding to FIG. 2 of the receiving device from FIG. 2, with four side wall elements arranged therein and a bottom wall element arranged therein; and
  • FIG. 7 shows a schematic side view corresponding to FIG.
  • Receiving device including side wall elements and bottom wall element according to FIG 6. Identical or functionally equivalent elements are provided in all figures with the same reference numerals.
  • a melting crucible denoted by 100 as a whole in FIGS. 1 to 7, can be produced from a kit 102.
  • the kit 102 comprises for this purpose a receiving device 104, four
  • the receiving device 104 forms a frame device 110 for the side wall elements 106 and the bottom wall element 108, so that the
  • the receiving device 104 comprises a plurality of edge elements 112, which form a substantially square receptacle 116 for receiving the bottom wall element 108 along a lower edge 114 of the crucible 100. Starting from four corners 118 of the square receptacle 116 of the receiving device 104, four edge elements 112 extend as lateral edges 120 approximately counter to the direction of gravity 122 upwards.
  • the edge elements 112 forming the lateral edges 120 of the crucible 100 are slightly inclined with respect to the direction of gravity 122 so that a horizontal cross section through the crucible 100 perpendicular to the direction of gravity 122 tapers downward in the direction of gravity 122 in the assembled state of the crucible 100 , Trapezoidal receivers 124 of the receiving device 104 are thereby formed by means of the edge elements 112 forming the lateral edges 120. In these trapezoidal receptacles 124, the four trapezoidal shaped side wall elements 106 can be arranged.
  • bottom wall element 108 By means of the bottom wall element 108 arranged in the square receptacle 116, a bottom wall 126 of the crucible 100 is formed.
  • adjacent sidewall members 106 between each other as well as the bottom wall member 108 and adjacent sidewall members 106 form an angle greater than 90 degrees is. For example, this angle is about 100 °.
  • this has a height H of for example 450 mm, a length L of, for example, about 600 mm and a width B of, for example, 600 mm, both the length and the width at the longest or widest point on against the
  • Gravity direction 122 top end 130 of the crucible 100 is indicated.
  • FIG. 4 shows a schematic perspective illustration of a trapezoidal side wall element 106 of the kit 102.
  • FIG. 5 shows a schematic perspective illustration of the cuboid bottom wall element 108 of the kit 102.
  • FIGS. 6 and 7 show a crucible 100 in which the components of the kit 102, namely the receiving device 104, the
  • Side wall elements 106 and the bottom wall element 108 are loosely arranged together.
  • the dimensioning of the side wall elements 106 and the bottom wall element 108 in FIG. 6 does not correspond to the actual dimensioning. Rather, the side wall elements 106 and the bottom wall element 108 have been shown reduced in size for clarity of construction. In effect, the side wall members 106 and the bottom wall member 108 abut each other to ensure a stable connection of the components with each other.
  • the components must still be connected to each other, which can be done for example by jointly siliciding the components.
  • the crucible 100 described above is produced as follows:
  • each component of the kit 102 that is to say each edge element 112 of the receiving device 104, each side wall element 106 and each bottom wall element 108, can be designed as a fiber ceramic body or a prefabricated body for a fiber ceramic body.
  • kit 102 For example, if all components of the kit 102 are formed as a finished fiber ceramic body, a simple production of the
  • Melting crucible 100 take place in that the components, as shown for example in Figure 6, are loosely arranged together.
  • a connecting paste can then on the joints between the individual components of the kit 102, for example, a silicon-containing material are applied so that a material connection of the components of the kit 102 can be achieved by a thermal treatment of the loosely assembled kit 102 together to produce the fluid-tight crucible 100.
  • kits 102 are preform for a fiber ceramic body before the crucible 100 is completed.
  • the side wall elements 106 and the bottom wall element 108 and / or the receiving device 104 are initially prefabricated bodies for fiber ceramic bodies. After the loose arrangement of the side wall elements 106 and the bottom wall element 108 in the receiving device 104 then, for example, in one step, both the completion of the components as Faserkeramik emotions and the connection of the components of the kit 102 together to produce the crucible 100 done. For example, this can be done in a silicating process, whereby in particular a cohesive connection of the components of
  • Kit 102 can be obtained with each other.
  • the preforms for the fiber ceramic bodies are formed from carbon, in particular from carbon fiber-containing carbon, a particularly stable crucible 100 made of a fiber-reinforced silicon carbide can be produced in this way.
  • a crucible 100 produced in this way enables, in particular, the uptake of liquid silicon for the production of silicon crystals for the semiconductor industry. Due to the downwardly tapering structure of the crucible 100 and the choice of material, in particular when using C / C-SiC for the design of the side wall elements 106, the bottom wall elements 108 and / or the receiving device 104, the crucible 100 allows easy removal of in the crucible 100 solidified material, such as solidified silicon, so that the crucible 100 preferably can be reused.
  • the solidified material may automatically detach from the crucible 100 upon cooling on account of the differential thermal expansion of the crucible 100 on the one hand and the solidified material on the other hand.
  • the crucible 100 is then preferably reusable.
  • the material of the crucible 100 preferably has in particular a smaller thermal expansion coefficient than the material to be solidified therein, for example as silicon.

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Abstract

Um einen Bausatz bereitzustellen, mittels welchem ein carbidkeramischer Schmelztiegel zur sicheren Aufnahme von geschmolzenem Material herstellbar ist, wird vorgeschlagen, dass der Bausatz mindestens ein Bodenwandelement zur Ausbildung einer Bodenwand des Schmelztiegels und mindestens ein Seitenwandelement zur Ausbildung einer Seitenwand des Schmelztiegels umfasst, wobei das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement ein carbidkeramischer Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für einen carbidkeramischen Faserkeramikkörper ist.

Description

Bausatz für einen Schmelztiegel, Schmelztiegel und
Verfahren zur Herstellung eines Schmelztiegels
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bausatz für einen Schmelztiegel zur Aufnahme von geschmolzenem Material, beispielsweise geschmolzenem
Silizium.
Schmelztiegel können beispielsweise aus Quarzglas hergestellt werden.
Aus der DE 10 2005 054 319 AI ist ein Skulltiegel zum Einschmelzen und/oder Läutern von Glas bekannt, welcher zumindest eine kühlbare Seitenwand und zumindest eine Bodenplatte aufweist. Die Seitenwand weist eine Platte aus Vollmaterial auf, welche eine im Wesentlichen ebene Schmelzkontaktfläche, eine Bodenfläche zum Aufstellen eines Grundbegrenzungselement auf die Bodenplatte, eine Außenfläche sowie eine erste und zweite Anschlussfläche umfasst. Zur Fertigung der Platte wird ein massiver Block beispielsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierung bereitgestellt. Dieser Block wird dann im Wesentlichen durch spanabhebende Verfahren, insbesondere Fräsen und Bohren, zu der Platte verarbeitet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bausatz für einen carbidkeramischen Schmelztiegel bereitzustellen, welcher eine sichere Aufnahme von geschmolzenem Material ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Bausatz mindestens ein Bodenwandelement zur Ausbildung einer Bodenwand des Schmelztiegels und mindestens ein Seitenwandelement zur Ausbildung einer Seitenwand des Schmelztiegels umfasst, wobei das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement ein
carbidkeramischer Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für einen
carbidkeramischen Faserkeramikkörper ist. Dadurch, dass das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement ein carbidkeramischer Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für einen carbidkeramischen Faserkeramikkörper ist, kann mittels des Bausatzes ein besonders stabiler carbidkeramischer Schmelztiegel hergestellt werden.
Carbidkeramische Materialien weisen einen sehr geringen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten auf. Dadurch lassen sich die einzelnen Elemente (Bodenwandelement, Seitenwandelement(e)) im Bausatz zu einem Schmelztiegel zusammensetzen, ohne dass die Gefahr eines "thermal mismatch" besteht. Dadurch können dann auch im hergestellten Schmelztiegel keine thermischen Verspannungen aufgrund Fügung der verschiedenen Elemente auftreten beziehungsweise diese thermischen Spannungen sind sehr gering im Vergleich zu metallischen Materialien.
Darüber hinaus kann ein carbidkeramischer Schmelztiegel hohen
Temperaturbelastungen unterworfen werden. Es können dadurch Schmelzen aufgenommen werden, wie beispielsweise Siliziumschmelzen, deren
Temperatur über 1.000°C liegt. Der Schmelzpunkt von Aluminium liegt bei circa 660°C, wohingegen der Schmelzpunkt von Silizium bei circa 1.410°C liegt; ein Aluminiumtiegel ist daher nicht für eine Siliziumschmelze geeignet.
Weiterhin lassen sich entsprechende Elemente des Bausatzes auf einfache Weise und insbesondere stoffschlüssig fügen, ohne dass thermische
Spannungen an den Fügestellen entstehen beziehungsweise diese thermischen Spannungen sind minimiert. Diese thermischen Spannungen sind auch nicht vorhanden beziehungsweise minimiert, wenn eine heiße Schmelze
aufgenommen ist.
Darüber hinaus lassen sich die entsprechenden Elemente des carbidkeramischen Schmelztiegels mit definierten Geometrien herstellen.
Insbesondere lassen sich am carbidkeramischen Schmelztiegel scharfe Übergänge zwischen der Bodenwand und Seitenwänden und zwischen
Seitenwänden erreichen. Scharfkantige Übergänge in dem carbidkeramischen Schmelztiegel führen zu einer Reduktion des Verschnitts bei der Weiterverarbeitung des erstarrten Schmelzmaterials wie Silizium. (Quarzglaswannen haben üblicherweise herstellungsbedingt keine scharfen Innenkanten, sondern weisen an den Übergängen Radien auf.)
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels des Bausatzes ein wiederverwendbarer carbidkeramischer Schmelztiegel herstellbar ist.
Unter einem Faserkeramikkörper ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ein Keramikkörper zu verstehen, welcher Fasern umfasst. Unter einer Faser ist dabei vorzugsweise ein längliches, dünnes und flexibles Ausgangsmaterial zu verstehen, welches beispielsweise als Filament, als Filamentgarn, als Faserbündel, als Faserstrang, als Roving und/oder als Rovingband vorliegt.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Fasern Siliziumcarbid- fasern umfassen.
Ferner kann unter einem Faserkeramikkörper ein Körper verstanden werden, welcher aus einem Vorkörper hergestellt ist, wobei der Vorkörper Fasern umfasst. Ein Faserkeramikkörper kann somit beispielsweise ein Körper sein, welcher ein aus Fasern entstandenes Produkt, beispielsweise silizierte Kohlen- stofffasern oder silizierte Kohlenstofffaservorkörper, umfasst. In einem solchen Fall liegen in dem Faserkeramikkörper im fertigen Zustand keine Fasern im eigentlichen Sinne mehr vor. Vielmehr umfasst der Faserkeramikkörper dann im fertigen Zustand ein Material, welches durch eine Reaktion mit den Fasern entstanden ist.
Unter einem Vorkörper für einen Faserkeramikkörper ist insbesondere ein Körper zu verstehen, welcher aus einem Ausgangsmaterial zur Herstellung des Faserkeramikkörpers besteht und zumindest näherungsweise bereits die Form des herzustellenden Faserkeramikkörpers aufweist. Ein Vorkörper kann ferner ein zumindest näherungsweise die fertige Form aufweisender Körper in einem beliebigen Stadium bis zur Fertigstellung des Faserkeramikkörpers sein.
Beispielsweise kann ein Vorkörper ein Grünkörper, ein poröser Kohlenstoff- körper, ein Braunkörper, etc. sein.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bausatz mindestens ein Kantenelement zur Verstärkung mindestens einer Kante des Schmelztiegels umfasst. Auf diese Weise können insbesondere zwei aneinan- der angrenzende Seitenwandelemente und/oder ein an ein Bodenwandelement angrenzendes Seitenwandelement verstärkt und/oder zusätzlich abgedichtet werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Bausatz mindestens ein Eckelement zur Verstärkung mindestens einer Ecke des Schmelztiegels umfasst. Auch ein solches Eckelement kann zur Verstärkung und/oder Abdichtung des herzustellenden Schmelztiegels dienen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das mindestens eine Kantenelement einen zumindest näherungsweise L-förmigen Querschnitt aufweist. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Anordnung an zwei aneinander angrenzende, in einem Winkel von ungefähr 90° zueinander angeordnete Elemente erfolgen.
Das mindestens eine Kantenelement umfasst vorzugsweise zwei ebene Ab- schnitte, welche einen Winkel einschließen, der beispielsweise näherungsweise 90°, vorzugsweise jedoch mehr als 90°, insbesondere beispielsweise ungefähr 100°, beträgt.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere miteinan- der verbundene und/oder miteinander verbindbare Kantenelemente vorgesehen sind, welche eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des mindestens einen Bodenwandelements und/oder des mindestens einen Seitenwand- elements bilden. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Herstellung des Schmelztiegels mittels des Bausatzes dadurch erfolgen, dass das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwand- element in die Aufnahmevorrichtung eingebracht, insbesondere in die Aufnahmevorrichtung eingelegt, werden.
Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die Aufnahmevorrichtung der Aufnahme sämtlicher Bodenwandelemente und sämtlicher Seitenwand- elemente zur Herstellung des Schmelztiegels dient. Vorteilhaft kann es sein, wenn das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement Fasern umfasst, welche sich zumindest näherungsweise parallel zu einer im montierten Zustand des Schmelztiegels einem Innenraum des Schmelztiegels zugewandten Oberfläche des mindestens einen Bodenwandelements und/oder des mindestens einen Seitenwandelements erstrecken. Auf diese Weise ist eine besonders stabile Ausgestaltung des mindestens einen Bodenwandelements und/oder des mindestens einen Seitenwandelements möglich. Insbesondere kann auf diese Weise eine unerwünschte Ausdehnung und/oder ein unerwünschtes
Schrumpfen des mindestens einen Bodenwandelements und/oder des min- destens einen Seitenwandelements beim Erhitzen bzw. Abkühlen desselben verhindert werden, wenn die Fasern so gewählt werden, dass diese einer temperaturabhängigen Längenänderung entgegenwirken .
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement Fasern umfasst, welche sich zumindest näherungsweise über eine gesamte Breite des mindestens einen Bodenwandelements bzw. des mindestens einen Seitenwandelements erstrecken. Auf diese Weise kann über die gesamte Breite des mindestens einen Bodenwandelements bzw. des mindestens einen Seitenwandelements eine Verstärkung mittels der Fasern erzielt werden.
Günstig kann es sein, wenn das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement Fasern umfasst, welche sich zumin- dest näherungsweise über eine gesamte Länge des mindestens einen Bodenwandelements bzw. über eine gesamte Höhe des mindestens einen Seiten- wandelements erstrecken. Auch auf diese Weise kann eine stabile und vorzugsweise temperaturinvariante Ausgestaltung des mindestens einen Boden- wandelements und/oder des mindestens einen Seitenwandelements erfolgen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement Fasern umfasst, welche sich zumindest näherungsweise über die gesamte Dicke des mindestens einen Bodenwandelements bzw. des mindestens einen Seitenwandelements erstrecken. Insbesondere dann, wenn es sich hierbei um in einer Faserrichtung stark wärmeleitende Fasern handelt, kann auf diese Weise ein besonders effizienter Wärmeübertrag von einem Innenraum des Schmelztiegels im montierten Zustand desselben zu einer Außenseite des Schmelztiegels erfolgen.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fasern des Faserkeramikkörpers oder des Vorkörpers für den Faserkeramikkörper
Kohlenstofffasern und/oder Carbidfasern umfassen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Carbidfasern Siliziumcarbid- fasern, Wolframcarbidfasern oder Titancarbidfasern sind . Grundsätzlich kann hierbei jedoch jede Art von Material gewählt werden, welche in Verbindung mit Kohlenstoff eine Carbidstruktur bildet.
Die Fasern des Faserkeramikkörpers sind vorzugsweise Filamentbündel .
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement zur Beeinflussung der Wärmeleitfähigkeit graphitiert sind. Der erfindungsgemäße Bausatz kann vorzugsweise zur Herstellung eines carbidkeramischen Schmelztiegels, insbesondere eines erfindungsgemäßen carbidkeramischen Schmelztiegels, verwendet werden. Der erfindungsgemäße Schmelztiegel weist vorzugsweise die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bausatz beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass im montierten Zustand des
Schmelztiegels ein Winkel, welcher von einer Bodenwand und einer
Seitenwand des Schmelztiegels eingeschlossen wird, größer als 90° ist, beispielsweise mindestens ungefähr 95°, insbesondere ungefähr 100°, beträgt. Auf diese Weise kann ein sich leicht nach oben zu einer Öffnung hin öffnender Schmelztiegel ausgebildet werden, so dass ein Material, welches in geschmolzenem Zustand mittels des Schmelztiegels aufgenommen wurde und darin erstarrt ist, besonders einfach aus dem Schmelztiegel entfernt werden kann.
Günstig kann es ferner sein, wenn ein Winkel, welcher von zwei benachbarten Seitenwänden des Schmelztiegels eingeschlossen wird, größer als 90° ist, insbesondere mindestens ungefähr 95°, beispielsweise ungefähr 100°, beträgt. Auf diese Weise ist ein sich entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben hin öffnender Schmelztiegel, welcher einen entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben größer werdenden horizontalen Querschnitt aufweist, besonders einfach herstellbar.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Seitenwandelement trapezförmig ausgebildet ist, um mindestens eine trapezförmige Seitenwand des Schmelztiegels herstellen zu können. Eine solche trapezförmige Seiten- wand ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie sich im montierten Zustand des Schmelztiegels in Schwerkraftrichtung nach unten hin verjüngt. Insbesondere dann, wenn mehrere solcher trapezförmigen Seitenwandelemente zur Ausbildung von trapezförmigen Seitenwänden vorgesehen sind, kann auf besonders einfache Art und Weise ein Schmelztiegel hergestellt werden, welcher einen nach oben hin größer werdenden horizontalen Querschnitt aufweist. Günstig kann es sein, wenn der Schmelztiegel zumindest abschnittsweise mit einer, beispielsweise harzgetränkten, Faser umwickelt ist.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Seitenwand- element, insbesondere sämtliche Seitenwandelemente, und/oder mindestens ein Bodenwandelement mit einer Faser umwickelt ist.
Vorteilhaft kann es sein, wenn mittels des Schmelztiegels eine fluiddichte Schale gebildet ist. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die fluiddichte Schale mit einer, beispielsweise harzgetränkten, Faser umwickelt wird. Auf diese Weise kann die fluiddichte Schale besonders stabil ausgebildet werden.
Bei einer Ausführungsform sind die mindestens eine Bodenwand und die mindestens eine Seitenwand stoffschlüssig miteinander verbunden. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine fluiddichte Verbindung erreichen, die insbesondere auch keine thermische Spannung beziehungsweise höchstens minimierte thermische Spannungen bewirken, auch wenn eine heiße Schmelze aufgenommen ist. Die stoffschlüssige Verbindung lässt sich beispielsweise durch Silizierung bei einem Siliziumcarbidmaterial herstellen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schmelztiegels.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, einen Schmelztiegel bereitzustellen, welcher eine sichere Aufnahme von geschmolzenem Material ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein carbidkera- mischer Schmelztiegel hergestellt wird durch :
Herstellen von mindestens einem Bodenwandelement und von min- destens vier Seitenwandelementen, wobei mindestens ein Bodenwandelement und/oder mindestens ein Seitenwandelement ein carbid- keramischer Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für den carbidkeramischen Faserkeramikkörper ist; - Verbinden des mindestens einen Bodenwandelements und der mindestens vier Seitenwandelemente miteinander.
Dadurch, dass mindestens ein Bodenwandelement und/oder mindestens ein Seitenwandelement ein Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für den
Faserkeramikkörper ist, kann ein Schmelztiegel mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders einfach hergestellt werden. Mittels eines auf diese Weise hergestellten Schmelztiegels kann geschmolzenes Material besonders sicher aufgenommen werden. Die Herstellungsschritte zur Herstellung des carbidkeramischen Schmelztiegels können grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zuerst mindestens ein Vorkörper mit mindestens einem weiteren Vorkörper verbunden und anschließend als Faserkeramikkörper ausgebildet wird. Alternativ hierzu kann jedoch auch vorge- sehen sein, dass mindestens zwei Faserkeramikkörper vollständig fertiggestellt und anschließend miteinander verbunden werden.
Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Schritte zur Herstellung des Schmelztiegels gleichzeitig durchgeführt werden, beispielsweise kann vor- gesehen sein, dass ein Infiltrationsvorgang eines Vorkörpers mit kohlenstoffhaltigem Material, die Aushärtung des Vorkörpers und/oder ein Pyrolysevorgang gleichzeitig durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise die vorstehend im
Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bausatz und/oder mit dem erfindungsgemäßen Schmelztiegel beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Kantenelement zur Verstärkung mindestens einer Kante des Schmelztiegels in einem Kantenbereich an zwei aneinander angrenzenden Seitenwandelementen und/oder in einem Kantenbereich an einem Bodenwandelement und einem daran angrenzenden Seitenwandelement angeordnet wird . Auf diese Weise kann insbesondere eine vereinfachte Abdichtung des Schmelztiegels vorgenommen werden, um ein unerwünschtes Herausfließen von darin angeordnetem geschmolzenen Material zu verhindern. Vorteilhaft kann es sein, wenn aus mehreren Kantenelementen des Schmelztiegels eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des mindestens einen Bodenwandelements und/oder des mindestens einen Seitenwandelements gebildet wird . Das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement werden vorzugsweise in der Aufnahmevorrichtung angeordnet, insbesondere in die Aufnahmevorrichtung eingelegt.
Günstig kann es sein, wenn das mindestens eine Bodenwandelement und die mindestens vier Seitenwandelemente zur Ausbildung einer fluiddichten Schale miteinander verbunden werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Kantenelement mit dem mindestens einen Bodenwandelement und/oder den Seitenwandele- menten verbunden wird. Insbesondere kann zur Verbindung der einzelnen Bauteile miteinander vorgesehen sein, dass die Bauteile gemeinsam siliziert werden. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache stoffschlüssige Verbindung . Vorteilhaft kann es sein, wenn mindestens ein Bodenwandelement, mindestens ein Seitenwandelement und/oder mindestens ein Kantenelement zur Verstärkung mindestens einer Kante des Schmelztiegels in einem Kantenbereich an zwei aneinander angrenzenden Seitenwandelementen und/oder in einem Kantenbereich an einem Bodenwandelement und einem daran an- grenzenden Seitenwandelement mit einer Faser umwickelt werden. Auf diese Weise kann eine gezielte Verstärkung des herzustellenden Schmelztiegels erzielt werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere eine in Schwer- kraftrichtung nach unten und zu den Seiten hin fluiddichte Schale herstellbar, welche den carbidkeramischen Schmelztiegel bildet.
Insbesondere zur Abdichtung von Bereichen des Schmelztiegels, in welchen verschiedene Bauteile, beispielsweise ein Bodenwandelement und ein Seiten- wandelement oder zwei Seitenwandelemente, aneinander angrenzen, kann vorgesehen sein, dass eine beispielsweise als Paste ausgebildete Substanz auf diesen Bereich aufgebracht wird und der Schmelztiegel anschließend nachbehandelt, beispielsweise siliziert und/oder pyrolysiert wird, um eine, insbesondere fluiddichte, Verbindung der Bauteile miteinander zu ermöglichen.
Günstig kann es sein, wenn eine mittels des Schmelztiegels gebildete fluiddichte Schale mit einer Faser, beispielsweise einer harzgetränkten Faser, umwickelt wird . Grundsätzlich kann eine Umwicklung mit einer Faser zu jedem Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens des Schmelztiegels erfolgen. Beispielsweise kann die Umwicklung mit einer Faser erfolgen, wenn die Seitenwandelemente und das mindestens eine Bodenwandelement in der Aufnahmevorrichtung des Schmelztiegels angeordnet sind. Hierdurch kann eine Behandlung der Faser zusammen mit der Behandlung der übrigen Bauteile des Schmelztiegels durchgeführt werden. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass eine Umwicklung mit mindestens einer Faser nach einer Silizierung und/oder Pyrolyse mindestens eines Seitenwandelements und/oder mindestens eines Bodenwandelements und/oder mindestens eines Kantenelements erfolgt und der
Schmelztiegel mit der umwickelten Faser nachbehandelt, beispielsweise erneut siliziert und/oder erneut pyrolysiert, wird.
Günstig ist es, wenn die Verbindung des mindestens einen Bodenwandelements und der mindestens vier Seitenwandelemente miteinander stoffschlüssig ist, wobei insbesondere an einem lose zusammengesteckten Bausatz die stoffschlüssige Verbindung durch Silizierung hergestellt wird . Man erhält dadurch auf einfache Weise eine fluiddichte Verbindung mit keinen oder minimierten thermischen Spannungen.
Ferner können der erfindungsgemäße Bausatz, der erfindungsgemäße
Schmelztiegel und/oder das erfindungsgemäße Verfahren die nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen :
Insbesondere dann, wenn der Schmelztiegel aus einem zumindest näherungsweise temperaturinvarianten Material gebildet ist, kann ein einfaches Ablösen von in dem Schmelztiegel erstarrtem Material besonders einfach dadurch erfolgen, dass sich das Material beim Erstarren zusammenzieht und hiervon automatisch von dem in seiner Ausdehnung invarianten Schmelztiegel löst.
Der Schmelztiegel weist vorzugsweise einen Innenraum mit scharfen Kanten auf, so dass in dem Schmelztiegel angeordnetes, erstarrtes Material besonders einfach entnehmbar ist und somit ein erhöhter Verschnitt bei der weiteren Verarbeitung des Materials vermieden werden kann. Der erfindungsgemäße Schmelztiegel ist vorzugsweise in Differentialbauweise aufgebaut, wobei für die Einzelkomponenten insbesondere C/C-SiC-haltige Faserkeramik Anwendung findet. Der erfindungsgemäße Bausatz und/oder der erfindungsgemäße Schmelztiegel umfassen vorzugsweise fünf ebene Platten, acht Kantenelemente und vier Eckelemente.
Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nach- folgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In den Zeichnungen zeigen : Figur 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Schmelztiegels;
Figur 2 eine schematische Draufsicht von oben auf eine Aufnahmevorrichtung des Schmelztiegels aus Figur 1; Figur 3 eine schematische Seitenansicht der Aufnahmevorrichtung aus
Figur 2;
Figur 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines Seitenwand- elements des Schmelztiegels aus Figur 1;
Figur 5 eine schematische perspektivische Darstellung eines Bodenwandelements des Schmelztiegels aus Figur 1;
Figur 6 eine der Figur 2 entsprechende Darstellung der Aufnahmevorrichtung aus Figur 2, mit darin angeordneten vier Seitenwandele- menten und einem darin angeordneten Bodenwandelement; und Figur 7 eine der Figur 3 entsprechende schematische Seitenansicht der
Aufnahmevorrichtung samt Seitenwandelementen und Bodenwandelement gemäß Figur 6. Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein in den Figuren 1 bis 7 dargestellter, als Ganzes mit 100 bezeichneter Schmelztiegel ist aus einem Bausatz 102 herstellbar.
Der Bausatz 102 umfasst hierzu eine Aufnahmevorrichtung 104, vier
Seitenwandelemente 106 und ein Bodenwandelement 108.
Die Aufnahmevorrichtung 104 bildet eine Rahmenvorrichtung 110 für die Seitenwandelemente 106 und das Bodenwandelement 108, so dass die
Seitenwandelemente 106 und das Bodenwandelement 108 besonders einfach relativ zueinander angeordnet werden können, um den Schmelztiegel 100 herzustellen. Die Aufnahmevorrichtung 104 umfasst hierzu mehrere Kantenelemente 112, welche entlang einer unteren Kante 114 des Schmelztiegels 100 eine im Wesentlichen quadratische Aufnahme 116 zur Aufnahme des Bodenwandelements 108 bilden. Ausgehend von vier Ecken 118 der quadratischen Aufnahme 116 der Aufnahmevorrichtung 104 erstrecken sich vier Kanten- elemente 112 als seitliche Kanten 120 näherungsweise entgegen der Schwerkraftrichtung 122 nach oben.
Die die seitlichen Kanten 120 des Schmelztiegels 100 bildenden Kantenelemente 112 sind dabei jedoch leicht gegenüber der Schwerkraftrichtung 122 geneigt angeordnet, so dass ein senkrecht zur Schwerkraftrichtung 122 genommener horizontaler Querschnitt durch den Schmelztiegel 100 im montierten Zustand des Schmelztiegels 100 sich in der Schwerkraftrichtung 122 nach unten verjüngt. Mittels der die seitlichen Kanten 120 bildenden Kantenelemente 112 sind dadurch trapezförmige Aufnahmen 124 der Aufnahmevorrichtung 104 gebildet. In diesen trapezförmigen Aufnahmen 124 können die vier hierzu trapezförmig ausgebildeten Seitenwandelemente 106 angeordnet werden.
Mittels des in der quadratischen Aufnahme 116 angeordneten Bodenwandelements 108 wird eine Bodenwand 126 des Schmelztiegels 100 gebildet. Die in den trapezförmigen Aufnahmen 124 der Aufnahmevorrichtung 104 angeordneten Seitenwandelemente 106 bilden Seitenwände 128 des
Schmelztiegels 100.
Aufgrund der trapezförmigen Ausgestaltung der Seitenwandelemente 106 und der geneigten Anordnung der die seitlichen Kanten 120 des Schmelztiegels 100 bildenden Kantenelemente 112 schließen sowohl benachbarte Seitenwandelemente 106 zwischen einander als auch das Bodenwandelement 108 und die daran angrenzenden Seitenwandelemente 106 einen Winkel miteinander ein, welcher größer als 90° ist. Beispielsweise beträgt dieser Winkel ungefähr 100°.
Im montierten Zustand des Schmelztiegels 100 weist dieser eine Höhe H von beispielsweise 450 mm, eine Länge L von beispielsweise ungefähr 600 mm und eine Breite B von beispielsweise 600 mm auf, wobei sowohl die Länge als auch die Breite an der längsten bzw. breitesten Stelle am entgegen der
Schwerkraftrichtung 122 oberen Ende 130 des Schmelztiegels 100 angegeben ist.
Insbesondere aus den Figuren 2 und 3 wird der Neigungswinkel α ersichtlich, welcher dazu führt, dass sich der Schmelztiegel 100 im montierten Zustand desselben in der Schwerkraftrichtung 122 nach unten hin verjüngt. Figur 4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines trapezförmigen Seitenwandelements 106 des Bausatzes 102.
Figur 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des quader- förmigen Bodenwandelements 108 des Bausatzes 102.
Die Figuren 6 und 7 schließlich zeigen einen Schmelztiegel 100, in welchem die Bauteile des Bausatzes 102, nämlich die Aufnahmevorrichtung 104, die
Seitenwandelemente 106 und das Bodenwandelement 108 lose aneinander angeordnet sind . Die Dimensionierung der Seitenwandelemente 106 und des Bodenwandelements 108 entspricht in Figur 6 dabei nicht der tatsächlichen Dimensionierung. Vielmehr wurden die Seitenwandelemente 106 und das Bodenwandelement 108 zur Verdeutlichung des Aufbaus verkleinert dargestellt. In Wirklichkeit stoßen die Seitenwandelemente 106 und das Boden- wandelement 108 aneinander an, um eine stabile Verbindung der Bauteile miteinander zu gewährleisten.
Zur Ausbildung des fluiddichten Schmelztiegels 100 müssen die Bauteile noch miteinander verbunden werden, was beispielsweise durch gemeinsames Silizieren der Bauteile erfolgen kann.
Der vorstehend beschriebene Schmelztiegel 100 wird wie folgt hergestellt:
Grundsätzlich kann jedes Bauteil des Bausatzes 102, das heißt jedes Kanten- element 112 der Aufnahmevorrichtung 104, jedes Seitenwandelement 106 und jedes Bodenwandelement 108 als ein Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für einen Faserkeramikkörper ausgebildet sein.
Beispielsweise dann, wenn sämtliche Bauteile des Bausatzes 102 als fertige Faserkeramikkörper ausgebildet sind, kann eine einfache Herstellung des
Schmelztiegels 100 dadurch erfolgen, dass die Bauteile, wie beispielsweise in Figur 6 dargestellt, lose aneinander angeordnet werden. Beispielsweise mittels einer Verbindungspaste kann dann auf die Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Bauteilen des Bausatzes 102 ein beispielsweise siliziumhaltiges Material aufgebracht werden, so dass durch eine thermische Behandlung des lose zusammengesteckten Bausatzes 102 eine stoffschlüssige Verbindung der Bauteile des Bausatzes 102 miteinander erreicht werden kann, um den fluid- dichten Schmelztiegel 100 herzustellen.
Alternativ hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mindestens eines der Bauteile des Bausatzes 102 ein Vorkörper für einen Faserkeramikkörper ist, bevor der Schmelztiegel 100 fertiggestellt wird.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Seitenwandelemente 106 und das Bodenwandelement 108 und/oder die Aufnahmevorrichtung 104 zunächst Vorkörper für Faserkeramikkörper sind . Nach der losen Anordnung der Seitenwandelemente 106 und des Bodenwandelements 108 in der Auf- nahmevorrichtung 104 kann dann, beispielsweise in einem Schritt, sowohl die Fertigstellung der Bauteile als Faserkeramikkörper als auch die Verbindung der Bauteile des Bausatzes 102 miteinander zur Herstellung des Schmelztiegels 100 erfolgen. Beispielsweise kann dies in einem Siliziervorgang geschehen, wodurch insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung der Bauteile des
Bausatzes 102 miteinander erhalten werden kann.
Wenn die Vorkörper für die Faserkeramikkörper aus Kohlenstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserhaltigem Kohlenstoff, gebildet sind, ist auf diese Weise ein besonders stabiler Schmelztiegel 100 aus einem faserverstärkten Silizium- carbid herstellbar.
Anstelle von Silizium kann jedoch auch grundsätzlich jedes Material gewählt werden, welches in Verbindung mit Kohlenstoff die Herstellung einer Carbid- struktur ermöglicht.
Ein auf diese Weise hergestellter Schmelztiegel 100 ermöglicht insbesondere die Aufnahme von flüssigem Silizium zur Herstellung von Siliziumkristallen für die Halbleiterindustrie. Durch die sich nach unten hin verjüngende Struktur des Schmelztiegels 100 und durch die Materialwahl, insbesondere bei der Verwendung von C/C-SiC zur Ausgestaltung der Seitenwandelemente 106, der Bodenwandelemente 108 und/oder der Aufnahmevorrichtung 104, ermöglicht der Schmelztiegel 100 eine leichte Entnahme von in dem Schmelztiegel 100 erstarrtem Material, beispielsweise erstarrtem Silizium, so dass der Schmelztiegel 100 vorzugsweise erneut verwendet werden kann. Insbesondere dann, wenn faserkeramisches Material, beispielsweise C/C-SiC, als Werkstoff für den Schmelztiegel 100 verwendet wird, kann sich das erstarrte Material durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Schmelztiegels 100 einerseits und des erstarrten Materials andererseits beim Abkühlen automatisch von dem Schmelztiegel 100 lösen. Der Schmelztiegel 100 ist dann vorzugsweise wiederverwendbar.
Das Material des Schmelztiegels 100 weist vorzugsweise insbesondere einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als das darin zu erstarrende Material, beispielsweise als Silizium.
Bezugszeichenliste
100 Schmelztiegel
102 Bausatz
104 Aufnahmevorrichtung
106 Seitenwandelement
108 Bodenwandelement
110 Rahmen Vorrichtung
112 Kantenelement
114 untere Kante
116 quadratische Aufnahme
118 Ecke
120 seitliche Kante
122 Schwerkraftrichtung
124 trapezförmige Aufnahme
126 Bodenwand
128 Seitenwand
130 oberes Ende
B Breite
H Höhe
L Länge
α Neigungswinkel

Claims

Patentansprüche
Bausatz (102) für einen carbidkeramischen Schmelztiegel (100), umfassend mindestens ein Bodenwandelement (108) zur Ausbildung einer Bodenwand (126) des Schmelztiegels (100) und mindestens ein Seitenwandelement (106) zur Ausbildung einer Seitenwand (128) des Schmelztiegels (100), wobei das mindestens eine Bodenwandelement (108) und/oder das mindestens eine Seitenwandelement (106) ein carbidkeramischer Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für einen carbidkeramischen Faserkeramikkörper ist.
Bausatz (102) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bausatz (102) mindestens ein Kantenelement (112) zur Verstärkung mindestens einer Kante (114, 120) des Schmelztiegels (100) umfasst.
Bausatz (102) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kantenelement (112) einen zumindest näherungsweise L-förmigen Querschnitt aufweist.
Bausatz (102) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere miteinander verbundene und/oder miteinander verbindbare Kantenelemente (112) vorgesehen sind, welche eine Aufnahmevorrichtung (104) zur Aufnahme des mindestens einen Bodenwandelements (108) und/oder des mindestens einen Seitenwand- elements (106) bilden.
5. Bausatz (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bodenwandelement (108) und/oder das mindestens eine Seitenwandelement (106) Fasern umfasst, welche sich zumindest näherungsweise parallel zu einer im montierten Zustand des Schmelztiegels (100) einem Innenraum des Schmelztiegels (100) zugewandten Oberfläche des mindestens einen Bodenwandelements (108) und/oder des mindestens einen Seitenwandelements (106) erstrecken.
6. Bausatz (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bodenwandelement (108) und/oder das mindestens eine Seitenwandelement (106) Fasern umfasst, welche sich zumindest näherungsweise über eine gesamte Breite (B) des mindestens einen Bodenwandelements (108) bzw. des mindestens einen Seitenwandelements (106) erstrecken.
7. Bausatz (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bodenwandelement (108) und/oder das mindestens eine Seitenwandelement (106) Fasern umfasst, welche sich zumindest näherungsweise über eine gesamte Länge (L) des mindestens einen Bodenwandelements (108) bzw. über eine gesamte Höhe (H) des mindestens einen Seitenwandelements (106) erstrecken.
8. Bausatz (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Faserkeramikkörpers oder des Vorkörpers für den Faserkeramikkörper Kohlenstofffasern und/oder Carbidfasern umfassen.
9. Carbidkeramischer Schmelztiegel (100), welcher aus einem Bausatz (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gebildet ist.
10. Schmelztiegel (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel, welcher von einer Bodenwand (126) und einer Seitenwand (128) des Schmelztiegels (100) eingeschlossen wird, größer als 90° ist.
11. Schmelztiegel (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Winkel, welcher von zwei benachbarten
Seitenwänden (128) des Schmelztiegels (100) eingeschlossen wird, größer als 90° ist.
12. Schmelztiegel (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schmelztiegel (100) zumindest abschnittsweise mit einer Faser umwickelt ist.
13. Schmelztiegel (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bodenwand (126) und die mindestens eine Seitenwand (128) stoffschlüssig miteinander verbunden sind .
14. Verwendung eines Bausatzes (102) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung eines carbidkeramischen Schmelztiegels (100).
15. Verfahren zur Herstellung eines carbidkeramischen Schmelztiegels (100), umfassend :
Herstellen von mindestens einem Bodenwandelement (108) und von mindestens vier Seitenwandelementen (106), wobei mindestens ein Bodenwandelement (108) und/oder mindestens ein Seitenwandelement (106) ein carbidkeramischer Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für den carbidkeramischen Faserkeramikkörper ist;
Verbinden des mindestens einen Bodenwandelements (108) und der mindestens vier Seitenwandelemente (106) miteinander.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kantenelement (112) zur Verstärkung mindestens einer Kante (114, 120) des Schmelztiegels (100) in einem Kantenbereich an zwei aneinander angrenzenden Seitenwandelementen (106) und/oder in einem
Kantenbereich an einem Bodenwandelement (108) und einem daran angrenzenden Seitenwandelement (106) angeordnet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass aus mehreren Kantenelementen (112) des Schmelztiegels (100) eine Aufnahmevorrichtung (104) zur Aufnahme des mindestens einen Bodenwandelements (108) und/oder des mindestens einen Seiten- wandelements (106) gebildet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das
mindestens eine Bodenwandelement (108) und/oder das mindestens eine Seitenwandelement (106) in der Aufnahmevorrichtung (104) angeordnet werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bodenwandelement (108), mindestens ein Seitenwandelement (106) und/oder mindestens ein Kantenelement (112) mit einer Faser umwickelt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bodenwandelement (108) und die mindestens vier Seitenwandelemente (106) zur Ausbildung einer fluiddichten Schale miteinander verbunden werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die fluid- dichte Schale mit einer Faser umwickelt wird . Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des mindestens einen Bodenwandelements (108) und der mindestens vier Seitenwandelemente (106) miteinander stoffschlüssig ist, wobei insbesondere an einem lose zusammengesteckten Bausatz (102) die stoffschlüssige Verbindung durch Silizierung hergestellt wird.
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