DE2254615C3

DE2254615C3 - Production of multiphase eutectic bodies

Info

Publication number: DE2254615C3
Application number: DE2254615A
Authority: DE
Inventors: Abraham I. Lincoln Mass. Mlavsky (V.St.A.)
Original assignee: Tyco Laboratories Inc
Current assignee: Tyco International Ltd
Priority date: 1971-11-08
Filing date: 1972-11-08
Publication date: 1979-07-12
Also published as: FR2159338B1; CA976765A; FR2159338A1; US3801309A; GB1382528A; DE2254615A1; JPS4857830A; DE2254615B2; NL7215041A

Description

2020th

Die Erfindung oetrifft die Herstellung mehrphasiger Eutektikumskörper mit kohärenter Mikrosiniktur in Form einer Parallelanordnung diskreter Phasen unbegrenzter Länge in Ziehrichtung.The invention applies to the manufacture of multiphase Eutectic body with coherent microsincture in Form of a parallel arrangement of discrete phases of unlimited length in the direction of drawing.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, daß sich durch »gerichtete Erstarrung«, d. h. eine einachsig fortschreitende Erstarrung, bestimmter eutektischer Zusammensetzungen Eutektikumskörper mit besonderen kristallographischen und — hierdurch bedingt — mechanischen Eigenschaften erzielen lassen. Hierzu wird u. a. auf die folgenden Veröffentlichungen verwiesen: F.D. Lamk t y u. a, »The Microstructure, Crystallography, and Mechanical Behavior of Unidirectionally Solidified AI-AI3N1 Eutectic«, Transactions of the Metallurgical Society of AIME, Bd. 233, S. 334-341, Februar 1965 und R. W. Hertzberg u.a, »Mechanical Behavior of Lamella (Al-CuAIj) and Whisker Type (AI-AI3N1) Unidirectionally Solidified Eutectic Alloys«, Transactions of the Metallurgical Society of AIME, Bd. 233, S. 342—354, Februar 1965, sowie Sahm und H ο f e r »Gerichtete Erstarrung von ferromagnetischen eutektischen Sm2Coi7-Co-Legierungen«, Zeitschrift für angewandte Physik, Bd. 30,1970, Heft 1, S. 95 bis 99. In den genannten Veröffentlichungen ist gezeigt, daß sich eutektische Kristallkörper mit einer besonderen, für bestimmte Anwendungszwecke besonders vorteilhaften, MikroStruktur in Form einer Parallelanordnung diskreter Phasen erzielen lassen, wenn man (1) in einer binären eutektischen Legierung durch eine geeignete Regulierung des Wärmeflusses beim Erstarrungsvorgang für die Ausbildung einer ebenen Flüssig-Fest-Grenzfläche sorgt und (2) diese Grenzfläche in gesteuerter Weise einachsig vorrücken läßt. Die hierbei erhaltene besondere MikroStruktur besteht im wesentlichen aus einer parallelen Anordnung von Stäbchen der einen Phase, die alternierend in ein durchgehendes Grundgefüge der zweiten Phase eingebettet sind.It is known from the prior art that "directional solidification", ie a uniaxially progressive solidification, of certain eutectic compositions can achieve eutectic bodies with special crystallographic and - as a result - mechanical properties. Reference is made to the following publications, among others: FD Lamk t y et al, "The Microstructure, Crystallography, and Mechanical Behavior of Unidirectionally Solidified AI-AI3N1 Eutectic", Transactions of the Metallurgical Society of AIME, Vol. 233, p. 334 -341, February 1965 and RW Hertzberg et al., "Mechanical Behavior of Lamella (Al-CuAIj) and Whisker Type (AI-AI3N1) Unidirectionally Solidified Eutectic Alloys", Transactions of the Metallurgical Society of AIME, Vol. 233, p. 342- 354, February 1965, as well as Sahm and H ο fer "Directed solidification of ferromagnetic eutectic Sm2Coi7-Co alloys", Journal for Applied Physics, Vol. 30, 1970, Issue 1, pp. 95 to 99. In the publications mentioned is shown that eutectic crystal bodies with a special microstructure in the form of a parallel arrangement of discrete phases, which are particularly advantageous for certain applications, can be achieved if (1) in a binary eutectic alloy by a suitable regulation lation of the heat flow during the solidification process ensures the formation of a flat liquid-solid interface and (2) allows this interface to advance uniaxially in a controlled manner. The particular microstructure obtained in this way essentially consists of a parallel arrangement of rods of one phase, which are alternately embedded in a continuous basic structure of the second phase.

Zur praktischen Durchführung wurde zunächst zur Herstellung einer geeigneten Vorlegierung ein Gemisch der gereinigten Komponenten des gewünschten Eutek- «) tikums aufgeschmolzen und die Schmelze genügend lange abstehen gelassen, um eine vollständige Durchmischung zu gewährleisten, wonach die Schmelze beispielsweise in Barrenform abkühlen gelassen wird. Diese homogenisierte Vorlegierung wurde sodann der eigentlichen gerichteten Erstarrungsbehandlung unterworfen; hierzu wurde die Vorlegierung erneut aufgeschmolzen und diese Schmelze in einem Tiegel dadurchFor practical implementation, a mixture was first used to produce a suitable master alloy the purified components of the desired eutectic are melted and the melt is sufficient Let stand a long time to ensure complete mixing, after which the melt for example in the form of bars is allowed to cool. This homogenized master alloy was then the subjected to actual directional solidification treatment; for this purpose, the master alloy was melted again and this melt was thereby placed in a crucible zur einachsig fortschreitenden Erstarrung gebracht, daß man den Tiegel mit möglichst gleichbleibender Geschwindigkeit längs einer linearen Bewegungsbahn von einer vorzugsweise konzentriert wirkenden Wärmequelle entfernt bzw. diese von dem Tiegel entfernt, um auf diese Weise eine konstante Wachstumsgeschwindigkeit des erstarrten Materials zu erzielen und in der Schmelze vor der Flüssig-Fest-Grenzfläche ein gleichbleibendes Wärmegefälle aufrechtzuerhalten. Aus der erwähnten Literaturstelle aus »Zeitschrift für angewandte Physik«, Bd. 30,1970, Heft 1, S. 95 bis 99, ist es in diesem Zusammenhang auch bereits bekannt, das allgemein aus der Herstellung kristalliner Stoffe bekannte sogenannte »Zonenschmelzverfahren« für diesen Zweck der gerichteten Erstarrung von Eutektikumsmischungen anzuwenden, indem man ein Quarzrohr mit der erwähnten Vorlegierung (die ihrerseits in AI2O3-Röhrchen angeordnet sein können) beschickt und sodann zwischen dem Quarzrohr und einer äußeren konzentrierten Wärmequelle eine Relativbewegung in Richtung der Längserstreckung des Rohrs erzeugt, und auf diese Weise eine definierte Schmelzzone durch das entlang dem Rohr angeordnete Vorlegierungsmaterial ziehtbrought to a uniaxially progressive solidification that the crucible with as constant a speed as possible along a linear movement path of a preferably concentrated acting heat source removed or this removed from the crucible to in this way to achieve a constant growth rate of the solidified material and in the Melt in front of the liquid-solid interface to maintain a constant heat gradient. From the mentioned reference from "Zeitschrift für angewandte Physik", Vol. 30, 1970, Issue 1, pp. 95 to 99, it is in in this context also already known, generally from the production of crystalline substances use known so-called "zone melting process" for this purpose of directional solidification of eutectic mixtures by placing a quartz tube with the aforementioned master alloy (which in turn is described in Al2O3 tubes can be arranged) charged and then between the quartz tube and an external concentrated heat source a relative movement in Direction of the longitudinal extension of the tube is generated, and in this way a defined melting zone through the pulls master alloy material disposed along the tube

Nach diesen bekannten Verfahren lassen sich zwar in der erwähnten Weise eutektische Körper mit besonderen Eigenschaften erzielen, beispielsweise eine Legierung mit hochgradig anisotropen mechanischen Eigenschaften, bestehend aus Al₃Ni-EinkristallnadeIn in einem Metallgrundgefüge von Aluminium; jedoch unterliegen diese bekannten Verfahren, die im wesentlichen auf einer Art Zonenschmelzverfahren beruhen, bei welchen also eine Flüssig-Fest-Grenzfläche durch die in Schmelzenform (bei dem erwähnten Tiegelverfahren) oder in fester Form (bei dem Zonenschmelzverfahren im Rohr) vorliegende Vorlegierung gezogen wird, gewissen Einschränkungen. Zum einen ist es nach diesem bekannten Verfahren nicht in einfacher praktikabler Weise möglich, Eutektikumskörper von beliebiger, unbegrenzter Länge herzustelh-n. Des weiteren lassen sich mit dem bekannten Verfahren auch nicht ohne weiteres beliebige Querschniusformen, insbesondere etwa Hohlkörper wie Rohre, herstellen. Vor allem aber unterliegen diese bekannten Verfahren, bei welchen die Flüssig-Fest-Grenzfläche, wie gesagt, durch den gesamten Vorlegierungsvorrat hindurchgezogen wird, unvermeidlichen Schwankungen in der kristallographischen Struktur in Ebenen parallel zur Flüssig-Fest-Grenzfläche; hierzu ist zu berücksichtigen, daß bei diesem bekannten Verfahren die Abkühlung der Schmelze in den inneren Bereichen langsamer als in den Randbereichen erfolgt (dies gilt insbesondere bei dem erwähnten Tiegelverfahren mit verhältnismäßig großen Durchmessern, grundsätzlich jedoch auch bei dem Zonenschmelzverfahren in längsgestreckten Rohren). Hierdurch treten unvermeidlich Phasenunstetigkeiten auf, wodurch die Länge der in der einen Phase parallel angeordneten fadenförmigen diskreten Bereiche der anderen Phase auf verhältnismäßig kurze stäbchenförmige Körper beschränkt bleibtAccording to these known methods, eutectic bodies with special properties can be achieved in the manner mentioned, for example an alloy with highly anisotropic mechanical properties, consisting of Al ₃ Ni single crystal needle in a metal basic structure of aluminum; However, these known processes, which are essentially based on a type of zone melting process, are subject to a liquid-solid interface being drawn through the master alloy present in melt form (in the case of the crucible process mentioned) or in solid form (in the case of the zone melting process in the tube), certain restrictions. On the one hand, according to this known method, it is not possible in a simple, practicable manner to produce eutectic bodies of any unlimited length. Furthermore, with the known method, arbitrary cross-sectional shapes, in particular hollow bodies such as tubes, cannot be produced without further ado. Above all, however, these known processes, in which the liquid-solid interface, as said, is drawn through the entire master alloy supply, are subject to inevitable fluctuations in the crystallographic structure in planes parallel to the liquid-solid interface; It should be noted that with this known process the cooling of the melt in the inner areas takes place more slowly than in the edge areas (this applies in particular to the above-mentioned crucible process with relatively large diameters, but basically also to the zone melting process in elongated tubes). As a result, phase discontinuities inevitably occur, as a result of which the length of the thread-like discrete areas of the other phase, which are arranged in parallel in one phase, remains limited to relatively short rod-shaped bodies

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung mehrphasiger Eutektikumskörper im Wege der bekannten gerichteten Erstarrung zugrunde, das keinerlei Beschränkungen hinsichtlich der Länge der herstellbaren Eutektikumskörper unterliegt, die Erzielung beliebiger Querschnittsformen gestattet und insbesondere eine Verbesserung der durch die gerichtete Erstarrung angestrebtenThe object of the invention is therefore to create a method for producing multiphase eutectic bodies by way of the known directional ones Solidification, which is not subject to any restrictions with regard to the length of the eutectic bodies that can be produced, allows any cross-sectional shape to be achieved and, in particular, an improvement the one aimed at by the directed solidification

MikroStruktur in dem Sinn ermöglicht, daß eine Parallelanordnung aus möglichst langen, dünnen Fäden der einen diskreten Phase in einem durchgehenden Grundgefüge der anderen Phase erzielt wird.Micro structure in the sense that enables a parallel arrangement of the longest possible, thin threads the one discrete phase is achieved in a continuous basic structure of the other phase.

Gemäß der Erfindung läßt sich dies erreichen durch Anwendung des Verfahrens der Herstellung eines kristallinen Körpers vorbestimmten Querschnitts aus einer Schmelze eines kongruent schmelzenden Materials durch Ziehen aus einem Schmelzfilm, der an der oberen Endoberfläche eines Formgebungsteils gebildet und durch Kapillarzufuhr aufrechterhalten wird, zur Herstellung mehrphasiger Eutektikumskörper mit kohärenter Mikrostruktur in Form einer Parallelanordnung diskreter Phasen unbegrenzter Länge in Ziehrichtung.According to the invention, this can be achieved using the method of making a crystalline body of predetermined cross section from a melt of a congruent melting material by drawing from a melt film attached to the is formed and maintained by capillary supply, for the upper end surface of a molding member Production of multiphase eutectic bodies with a coherent microstructure in the form of a parallel arrangement of discrete phases of unlimited length in the direction of drawing.

Die Erfindung besteht somit in der Anwendung des in der Technik der Kristallzüchtung monokristalliner Körper aus homologen einphasigen Stoffen, wie beispielsweise Aluminiumoxid, bekannten sogenannten EFG-Verfahrens. Der Ausdruck »EFG« (edge-defined, film-fed growth) bedeutet dabei »Ziehen aus einem nachgefüllten Film mit Randbegrenzung« und bezeichnet ein Verfahren zur Züchtung von Kristallkönern aus einer Schmelze. Die wesentlichen Merkmale des EFG-Verfahrens sind in der DE-OS 19 35 3/2 bzw. US- PS 35 91 348 für »Method of Growing Crystalline Materials« beschrieben.The invention thus consists in the application of the in the technique of growing crystals from monocrystalline bodies from homologous single-phase substances, such as for example aluminum oxide, known so-called EFG process. The term »EFG« (edge-defined, film-fed growth) means "pulling out of a refilled film with border limitation" and describes a process for growing crystal grains a melt. The essential features of the EFG process are in DE-OS 19 35 3/2 or US-PS 35 91 348 for "Method of Growing Crystalline Materials" described.

Beim EFG-Verfahren wird die Gestalt des erzeugten Kristallkörpers durch die Außenrandkonfiguration einer horizontalen Endfläche eines Formgebungsteils bestimmt, das in Ermangelung eines besseren Ausdrucks als Ziehform oder Formgebungsteil bezeichnet wird, obwohl seine Wirkungsweise nicht die eines Formwerkzeugs ist Nach diesem Verfahren kann man Kristallkörper von unterschiedlicher, komplizierter Gestalt erzeugen, beginnend mit der einfachsten Zuchtkeimgeometrie, nämlich einem runden Kristallkeim kleinen Durchmessers. Bei dem Verfahren erfolgt das Wachstum oder die Züchtung auf einem Kristallkeim aus einem Flüssigkeitsfilm zwischen dem anwachsenden Körper und cHr Endfläche des Formgebungsteils, wobei die Flüssigkeit in dem Film ständig durch eine oder mehrere in dem Formgebungsteil vorgesehene Kapillaren aus einem geeigneten Schmelzvorrat ergänzt wird. Durch Einhaltung entsprechender Ziehgeschwindigkeiten für den anwachsenden Körper und durch eine geeignete Temperaturkontrolle des Flüssigkeitsfilms läßt sich erreichen, daß sich der Film infolge der Oberflächenspannung an seinem Umfang über die Gesamterstreckung der Formstirnfläche bis an deren Umfangslinie oder Umfa.,'3slinien ausbreitet, die durch die Oberschneidung dieser Stirnfläche mit den Seitenflächen) des Formgebungsteils gebildet werden. Der Schnittwinkel dieser Stirn- und Seitenflächen der Form ist unter Berücksichtigung des Kontaktwinkels des Flüssigfilms so gewählt, daß die Oberflächenspannung der Flüssigkeit ein Hinauslaufen über die Randkante(n) der Formgebungsstirnfläche verhindert. Als Schnittwinkel ist vorzugsweise ein rechter Winkel vorgesehen, da dies in fertigungstechnischer Hinsicht am einfachsten und günstigsten ist Der anwachsende Ziehkörper wächst entsprechend der Konfiguration des Films, die ihrerseits der Randkantenausbildun,j der Formgebungsstirnfläche entspricht In dieser Weise kann also die Kristallzüchtung eines im wesentlichen monokristallinen Körpers erfolgen, für dessen vorbestimmte Querschnittsausbildung eine Viehahl beliebiger Möglichkeiten besteht, beispielweise etwa die MöglichkeitIn the EFG process, the shape of the crystal body produced is determined by the outer edge configuration a horizontal end face of a molding part, which for lack of a better expression is referred to as a drawing mold or shaping part, although its mode of action is not that of a molding tool. This process can be used to produce crystal bodies of different, complex shapes, starting with the simplest seed geometry, namely a small round seed crystal Diameter. In the process, growth or cultivation takes place on a seed crystal a liquid film between the growing body and the end face of the molding part, wherein the liquid in the film is constantly replenished from a suitable melt supply by one or more capillaries provided in the shaping part. By maintaining appropriate pulling speeds for the growing body and by a Suitable temperature control of the liquid film can be achieved that the film as a result of the Surface tension on its circumference over the total extension of the mold end face to its Perimeter line or Umfa., '3slinien spreads out through the intersection of this end face with the side faces) of the shaping part can be formed. Of the The angle of intersection of these end and side surfaces of the form is taking into account the contact angle of the Liquid film chosen so that the surface tension of the liquid prevents it from running out over the edge (s) the shaping face prevented. A right angle is preferably provided as the cutting angle, there this is the simplest and cheapest in terms of manufacturing technology. The growing drawing body grows according to the configuration of the film, which in turn corresponds to the peripheral edge formation, j of the shaping end face Crystal growth of a substantially monocrystalline body carried out for its predetermined Cross-sectional training a cattle of any number of possibilities exists, for example the possibility der Ausbildung dieses Körpers mit einem kreisförmigen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt Da im übrigen das Verhalten des Flüssigkeitsfilms am Außenrand und am Innenrand der Formendfläch.e das gleiche ist, ist nach diesem Verfahren auch die Kristallzüchtung eines monokristallinen Hohlkörpers möglich, d. h. also eines Körpers mit einem in Längsrichtung durchgehenden Loch; zu diesem Zweck sieht man in der Stirnfläche des Formgebungsteils ein Blindloch vor, d. h. also einethe formation of this body with a circular, square or rectangular cross-section Da im the rest of the behavior of the liquid film on the outer edge and on the inner edge of the Formendfläche.e the same crystal growth of a monocrystalline hollow body is also possible according to this process, i. H. so a body having a longitudinally through hole; for this purpose one can see in the face a blind hole in front of the molding part, d. H. so one

ίο Ausnehmung mit der gleichen Formgebung, wie sie das Loch in dem anwachsenden Hohlkörper besitzen soll; dieses Blindloch muß allerdings groß genug sein, um ein Ausfüllen des Lochs durch den das Loch umgebenden Schmelzfilm infolge der Oberflächenspannung zuίο recess with the same shape as it Should have a hole in the growing hollow body; however, this blind hole must be large enough to accommodate a Filling of the hole by the melt film surrounding the hole as a result of the surface tension verhindern. Die vorstehenden Darlegungen lassen erkennen, daß die Bezeichnung »Ziehen aus einem nachgefüllten Film mit Randbegrenzung« das wesentliche Merkmal des EFG-Verfahrens zutreffend umschreibt daß nämlich die Randausbildung des Formge-impede. From the above, it can be seen that the term »pulling out of a refilled film with edge delimitation «the essential feature of the EFG process correctly describes that namely the edge formation of the shape bungsteils die Querschnittskonfiguration des anwachsenden Kristallkörpers bestimmt und das Wachstum aus einem laufend ergänzten FlüssigkeitsfkW.i erfolgtPractical part determines the cross-sectional configuration of the growing crystal body and the growth a continuously supplemented liquid vehicle

Es hat sich gezeigt daß folgende Faktoi --n wesentlich zur Erzielung der praktisch monokristallinen BeschafIt has been shown that the following factors are essential to achieve the practically monocrystalline procurement fenheit der bei der Kristallzüchtung nach dem EFG-Verfahren anwachsenden Körper beitragen: einerseits die geringe Dicke des Schmelzfilms und die Tatsache, daß die diesen dünnen Film tragende Formgebungsstimfläche als eine weitestgehend isother-fineness of the crystal growth according to the EFG processes contribute to the growing body: on the one hand the low thickness of the melt film and the The fact that the shaping end face carrying this thin film is a largely isothermal

JO me Wärmequelle fungiert (d. h. die filmtragende Fläche weist in ihrer Gesamtausdehnung ein im wesentlichen flaches Temperaturprofil auf), und zum anderen der Umstand, daß der Schmelzfilm von Störungen im Schmelzvorrat nicht beeinflußt wird und auf einerJO me heat source acts (i.e. the film-bearing surface has an essentially flat temperature profile in its overall extent), and on the other hand the The fact that the melt film is not influenced by disturbances in the melt supply and on one Durchschnittstemperatur gehalten werden kann, die unter der Durchschnittstemperatur der in dem Schmelzgefäß befindlichen Schmelze liegt In dem dünnen Schmelzfilm besteht ein hoher vertikaler Temperaturgradient während der horizontale TemperaturgradientAverage temperature can be maintained, which is below the average temperature of the melt in the melting vessel In the thin Melt film has a high vertical temperature gradient while the horizontal temperature gradient relativ gering istis relatively low

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß das EFG-Verfahren dank dieser Gegebenheiten in Verbindung mit der weiteren Tatsache, daß die Dicke des Schmelzfilms durch Einstellung einerThe invention is based on the surprising finding that the EFG process, thanks to these facts in conjunction with the further fact that the thickness of the melt film by setting a entsprechenden Erhitzung und einer entsprechenden Ziehgeschwindigkeit praktisch konstant gehalten werden kann, zur Herbeiführung einer einachsig fortschreitenden Erstarrung eutektischer Massen Anwendung finden kann, um so kohärente eutektische Körper voncorresponding heating and a corresponding Pulling speed can be kept practically constant, to bring about a uniaxially progressive solidification of eutectic masses application can find around such coherent eutectic bodies of unbegrenzter Länge und vorbestimmter Querschnittsausbildung herzustellen. Der in diesem Zusammenhang verwendete Begriff .'kohärentes Eutektikum« soll eine eutektische Masse mit hohem Regelmäßigkeitsgrad der Dispersion der einen Phabe in einer anderen bezeichnen.of unlimited length and predetermined cross-sectional formation. The one in this context The term used. 'coherent eutectic' is intended to mean a denote eutectic mass with a high degree of regularity of the dispersion of one phabe in another.

D:s ei findungsgemäß erhaltenen eutektischen Massen zeichnen sich somit durch kristallographische Eigenschaften aus, die wesentlich einheitlicher und gleichförmiger sind als die von vergleichbaren Eutektikumskörpern gleicher chemischer Zusammensetzung, die nachD: eutectic masses obtained according to the invention are thus characterized by crystallographic properties that are significantly more uniform and uniform than those of comparable eutectic bodies of the same chemical composition, which according to einem der nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur einachsig fortschreitenden Erstarrung hergestellt sind. Die erfindungsgemäß erhaltenen eutektischen Massen können je nach den chemischen Bestandteilen ihrer Zusammensetzung beispielsweiseone of the methods known from the prior art for uniaxially advancing solidification are made. The eutectic masses obtained according to the invention can, depending on the chemical Components of their composition, for example

b5 als Werkstoffe für Strahltriebwerke oder für die Herstellung von Bauelementen elektrischer und elektronischer Vorrichtungen und Systeme eingesetzt werden.b5 as materials for jet engines or for the Manufacture of components of electrical and electronic devices and systems used will.

Die Erfindung eigne! sich zur Anwendung für einachsig fortschreitende Erstarrung einer Vielzahl eiitektischer Massen, u. a. beispielsweise bei den eutektischen Legierungen AI-AI₃Ni, AI-CuAb, Pb-Sn, Zn-Sn, Cd-Zn, Mg-Mgi/Ab, NiSb-InSb und Cu-Cr, bei handelsüblichen hochbeanspruchbaren Legierungen auf Nickelbasis, ferner bei LiF-NaCI und LiF-CaF2. In der nachfolgenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele sind zwar nur einige der oben erwähnten eutektischen Massen behandelt, jedoch ist die grundsätzliche Anwendbarkeit der Erfindung zur gerichteten Erstarrung sämtlicher oben genannter Massen und zahlreicher weiterer Massen, einschließlich der bei C. A. C h a d w i c k, »Eutectic Alloy Solidification Progress in Materials Science«, Bd. 12, Nr. 2, Oxford 1963 (Pergamon Press) aufgeführten Massen für den Fachmann ohne weiteres klar.Own the invention! can be used for uniaxially progressive solidification of a large number of eiitectic masses, including, for example, the eutectic alloys Al-Al ₃ Ni, Al-CuAb, Pb-Sn, Zn-Sn, Cd-Zn, Mg-Mgi / Ab, NiSb-InSb and Cu-Cr, with commercially available, heavy-duty nickel-based alloys, and also with LiF-NaCI and LiF-CaF2. Although only some of the above-mentioned eutectic masses are dealt with in the following description of specific exemplary embodiments, the basic applicability of the invention for the directional solidification of all of the above-mentioned masses and numerous other masses, including that of CA C Hadwick, “Eutectic Alloy Solidification Progress in Materials Science ”, Vol. 12, No. 2, Oxford 1963 (Pergamon Press), are readily apparent to those skilled in the art.

Allgemein eignet sich die Erfindung zur Anwendung bei der Herstellung von tutPktikumskörpern auf der Grundlage eines binären Gemisches oder einer Legierung, insbesondere einer Nickel-Aluminium-Legierung oder einer Nickel, Indium und Antimon enthaltenden Legierung. Durch die Erfindung werden dabei, wie bereits dargelegt, nicht nur der Eutektikumskörper als solcher mit seinen äußeren makroskopischen Abmessungen in prinzipiell beliebiger Länge sowie mit beliebigen Querschnittskonfigurationen herstellbar, sondern gleichzeitig wird eine erhebliche V^e^erung des Mikrogefüges gegenüber den nach bekannten Verfahren der einachsigen Erstarrung erhaltenen Eutektikumskörpern erzielt, indem die eine Parallelanordnung bildenden stäbchen- bzw. fadenförmigen Bereiche der einen Phase innerhalb der kontinuierlichen anderen Phase grundsätzlich ebenfalls mit unbegrenzter Länge und jedenfalls nicht nur als verhältnismäßig kurze Stäbchen oder Fäden wie bei den bekannten Verfahren erhalten werden. Dieser durch Anwendung des aus der Züchtung monokristalliner Kristallkörper an sich bekannten EFG-Verfahrens auf die »gerichtete Erstarrung« von Eutektikumsmassen zur Herstellung von Eutektikumskörpern besonderer Mikrostruktur erzielte Effekt war überraschend.In general, the invention is suitable for use in the manufacture of dental bodies on the Based on a binary mixture or an alloy, especially a nickel-aluminum alloy or an alloy containing nickel, indium and antimony. Through the invention as already explained, not only the eutectic body as such with its external macroscopic ones Dimensions can in principle be produced in any length and with any cross-sectional configuration, but at the same time there will be a considerable expansion of the microstructure compared to that obtained by known methods of uniaxial solidification Eutectic bodies achieved by the rod-shaped or thread-shaped Areas of the one phase within the continuous other phase basically also with unlimited Length and in any case not only as relatively short rods or threads as in the known methods can be obtained. This by applying the monocrystalline crystal body from the growth itself known EFG process on the "directional solidification" of eutectic masses for the production of The effect achieved by eutectic bodies with a special microstructure was surprising.

Gemäß einer für bestimmte Anwendungszwecke besonders interessanten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zur Erzielung einer Krümmung der Phasen um die Längsachse des Körpers beim Ziehen aus dem Schmelzfilm um die Ziehachse gedreht wird.According to an embodiment of the invention which is particularly interesting for certain purposes of application it can be provided that to achieve a curvature of the phases about the longitudinal axis of the body is rotated around the pulling axis when pulling from the melt film.

Die Herstellung von Eutektikumskörpern mit einer derartigen Krümmung der (untereinander parallelen) Phasen um die Langsachse des Körpers kann beispielsweise vorteilhaft bei der Herstellung von gewölbten Formkörpern sein, für die eine spätere maschinelle Bearbeitung erforderlich ist. Durch entsprechende Einstellung der Drehgeschwindigkeit und der dadurch bewirkten Phasenkrümmung beim Ziehvorgang kann hierbei erreicht werden, daß die Phasen eine solche Ausrichtung erhalten, daß bei der späteren maschinellen Formgebungsbehandlung eine Bearbeitung quer zur Phasenrichtung weitgehend vermieden werden kann, wodurch sich einerseits die Bearbeitung wesentlich vereinfachen und andererseits die Qualität, insbesondere die Festigkeit des Erzeugnisses, wesentlich verbessern kann.The production of eutectic bodies with such a curvature of the (mutually parallel) Phases around the longitudinal axis of the body can be advantageous, for example, in the manufacture of arched Be molded bodies for which later machining is required. Through appropriate Adjustment of the rotational speed and the resulting phase curvature during the drawing process can this ensures that the phases are aligned in such a way that the later machine Shaping treatment machining transverse to the phase direction can largely be avoided, which on the one hand significantly simplify the processing and on the other hand the quality, in particular the strength of the product, can significantly improve.

im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben; in dieser zeigtin the following are exemplary embodiments of Invention described with reference to the drawings; in this shows

F i g. 1 in Vertikalschnittansicht eine aus einem Tiegel und einem Formgebungsteil bestehende Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäQen Verfahrens;F i g. 1 in a vertical sectional view of an arrangement consisting of a crucible and a shaping part Implementation of the method according to the invention;

F i g. 2 eine Teilansicht der Vorrichtung au» Fig.) mit Darstellung eines Schmelzfilms und eines Zuchtkeims für den Erstarrungsvorgang und die Züchtung eines Eutektikumkörpers;F i g. FIG. 2 shows a partial view of the device from FIG. 1, showing a melt film and a cultivation nucleus for the solidification process and the cultivation of a eutectic body;

F i g. 3 in Vertikalschnittansicht eine zweite abgewandelte Ausführung einer aus einem Tiegel und einem Formgebungsteil bestehenden Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;F i g. 3 in a vertical sectional view a second modified embodiment of a crucible and a Shaping part existing arrangement for performing the method according to the invention;

Fig.4 in Fig. t entsprechender Ansichi eine Formgebungsanordnung für die Züchtung eines eutektiüchen Hohlkörpers;Fig. 4 in Fig. T a corresponding view Shaping arrangement for growing a eutectic hollow body;

Fig. 5 eine Mikrofotografie einer Quersrhriittsan- :;icht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahien gezogenen Eutektikumkörpers aus LiF und NaCI;5 is a photomicrograph of a cross-flow conveyor :; not one according to the method according to the invention drawn eutectic body made of LiF and NaCl;

Fig.6 eine Mikrofotografie einer Querschnittsansicht eines nach dem erfindunfsgemäßen Verfahr·'' gezogenen EüiekiiküiTikörpsrs aus LiP und CsF/.Fig. 6 is a photomicrograph of a cross-sectional view one according to the method according to the invention '' EüiekiiküiTikörpsrs drawn from LiP and CsF /.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Schmelztiegel 2 auf, der einen Schmelzvorrat 4 aus einer Masse mit einer eutektischen Zusammensetzung enthält, die in erfindungsgemäßer Weise einer gerichteten Erstarrung unterworfen werden soll. Der Tiegel besteht aus einem Material, das gegenüber der Arbeitstemperatur beständig ist und weder mit der nachstehend beschriebenen i urmgebungsanordnung noch mit der Schmeli.i 4 chemisch reagiert oder sich in dieser löst. Der Tiegel ist auf mehreren kurzen Stiften 8 in einem Wärmeüberträger 6 eingesetzt Dieser Wärmeüberträger besteht ebenfalls aus einem Wrrictoff, der keine Substanzen freisetzt, die mit dem Tiegelmaterial reagieren könnten; falls er aus einem Material bestehen sollte, das als solches bei der Arbeitstemperatur mit dem Material des Tiegels oder der Formgebungsanordnung reagiert, ist er vorzugsweise in einem Abstand von dem Tiegel angeordnet. Am oberen Ende ist der Wärmeüberträger offen, während er an seiner Unterseite mit einer Bodenwandung 10 abgeschlossen istThe in F i g. 1 shown device has a crucible 2, which has a melt supply 4 from a Contains mass with a eutectic composition, the directional in the inventive manner Should be subjected to solidification. The crucible is there made of a material that is resistant to the working temperature and neither with the one below environment arrangement described with the Schmeli.i 4 reacts chemically or dissolves in it. The crucible is inserted on several short pins 8 in a heat exchanger 6. This heat exchanger also consists of a Wrrictoff that does not have any Releases substances that could react with the crucible material; if made of any material should, as such, at the working temperature with the material of the crucible or the shaping arrangement responds, it is preferably arranged at a distance from the crucible. At the top is the heat exchanger open, while it is closed with a bottom wall 10 on its underside

In dem Tiegel ist eine Formgebungsanordnung 14 gehaltert, und zwar mittels einer Scheibe 16, die an dem Tiegel mittels einem abnehmbaren Bund 17 befestigt ist Die Scheibe 16 dient als Wärmeschild zur Verringerung von Strahlungswärmeverlusten der Schmelze, und sie trägt ferner das eigentliche Formgebungsteil in Form einer zylindrischen, vertikal angeordneten, nicht-porösen Stange 18 aus massivem Material, die in einei zentrischen Öffnung in der Scheibe befestigt ist Dei massive Stab 18 erstreckt sich ein kurzes Stück über die Scheibe hinaus und endet unten kurz oberhalb de; Tiegelbodens. Der Stab 18 weist eine flaciit, inwesentlichen horizontale obere Stirnfläche 20 unc mehrere durchgehende Bohrungen 22 auf, die in axialei Erstreckung in gleichen Abständen um die Stabachs« verteilt und in ihren Abmessungen so bemessen sind daß sie als Kapillaren für die Schmelze 4 dienen können Die Scheibe 16 und der Stab 18 bestehen aus einen Material, das mit dem Tiegelmaterial nicht reagiert un< das auch mit der Schmelze keine Reaktion eingeht um sich in dieser nicht löst Im übrigen ist das Material de Stabes 18 von der Schmelze benetzbar und di< Durchmesser der Kapillaren 22 sind so bemessen, dal die Schmelze in ihnen aufsteigt und sie vollständij ausfüllt solange das untere Ende des Stabes noch in dl· Schmelze eintauchtIn the crucible, a shaping assembly 14 is supported by means of a disk 16 which is attached to the Crucible is attached by means of a removable collar 17 The disk 16 serves as a heat shield to reduce radiant heat losses from the melt, and they also carries the actual shaping part in the form of a cylindrical, vertically arranged, non-porous Rod 18 made of solid material, which is fastened in a central opening in the disc Dei massive rod 18 extends a short distance beyond the disc and ends below just above de; Crucible bottom. The rod 18 has a flat, substantially horizontal upper end face 20 and unc several through bores 22, which in axial extent at equal intervals around the rod axis " are distributed and their dimensions are such that they can serve as capillaries for the melt 4 The disk 16 and the rod 18 are made of a material that does not react with the crucible material and < that does not react with the melt so that it does not dissolve in it. Otherwise, the material is de Rod 18 wettable by the melt and di <diameter of the capillaries 22 are dimensioned so that the melt rises in them and fills them completely as long as the lower end of the rod is still in dl Immersed in the melt

Die Vorrichtung gemäß F i g. 1 ist in einem (nich dargestellten) Induktionsheizofen angeordnet, in wel ehern der Tiegel und der anwachsende EutektikumskörThe device according to FIG. 1 is arranged in a (not shown) induction heating furnace, in wel the crucible and the growing eutectic body

per von einer indifferenten Atmosphäre umhüllt sind. In dem Ofen ist ferner eine Ziehvorrichtung vorgesehen, mittels welcher ein Zuchtkeim in der nachstehend beschriebenen Weise in eine bestimmte Stellung gebracht und sodann unter Einhaltung einer vorbestimmten Zichgeschwind'gkeit in dem Maße hochgezogen werden kann, als Schmelzanteile an dem Zuchtkeim erstarre. Ein für die Zwecke der Erfindung geeigneter Ofen ist in den US-Patentschriften 35 91348 und 34 71 266 der Anmelderin dargestellt und beschrieben. Der Wärmeüberträger 6 ist in dem Ofen tun oberen Ende eines in dem Ofen angeordneten Trägerstabes 24 befestigt. Dieser Stab 24 kann am Boden 2 des in der US-PS 34 71 266 beschriebenen Ofens befestigt sein.per are enveloped in an indifferent atmosphere. In the oven is also provided a pulling device, by means of which a seed in the following described manner brought into a certain position and then in compliance with a predetermined Zichgeschwind'gkeit can be increased to the extent that the molten part of the germ freeze. One oven suitable for the purposes of the invention is disclosed in U.S. Patents 3,591,348 and 34 71 266 of the applicant shown and described. The heat exchanger 6 is in the furnace do upper Attached to the end of a support rod 24 arranged in the furnace. This rod 24 can be at the bottom 2 of the in the US-PS 34 71 266 oven described be attached.

7'ir Einleitung der Herstellung eines festen Eutektikumskörpei s bedient man sich eines Zuchtkeims 26 mit einer gewünschten Querschnittskonfiguration. Dieser Zuchtkeim kann als runder Faden, als flaches Band oder als Kristallkörper mit einer anderweitigen geeigneten Konfiguration ausgebildet sein. Der Kristallkeim wirkt a!j Keimbildner für die Schmelze und kann außerdem auch zur aiilaι glichen Erzeugung eines Schmelzfilms an der oberen Fläche 20 der Formgebungsanordnung dienen. Bei dem Zuchtkeim kann es sich entweder um einen Einkristall einer der Komponenten der eutektischen Masse oder auch um einen schon vorher zur Erstarrung gebrachten Eutektikumskörper handeln, dessen Zusammensetzung im wesentlichen die gleiche ist wie die des Schmelzmaterials. Als wesentliches Erfordernis ist festzuhalten, daß der Zuchtkeim von der Schme'-'.e benetzbar sein muß.7'ir initiation of the production of a solid eutectic body A seed 26 having a desired cross-sectional configuration is used. This The seed can be grown as a round thread, as a flat ribbon or as a crystal body with another suitable Configuration be formed. The crystal nucleus acts a! J nucleating agent for the melt and can also also to the common generation of a melt film serve the upper surface 20 of the forming assembly. The breeding germ can be either a single crystal of one of the components of the eutectic mass or around one before Solidified eutectic bodies act, the composition of which is essentially the same is like that of the enamel material. As an essential requirement it should be noted that the breeding germ from the Schme '-'. E must be wettable.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun anhand der Vorrichtung der F i g. 1 erläutert werden. Der Einfachheit halber sei angenommen, daß der Tiegel 2 und der Wärmeüberträger 6 in einen Induktionsofen der in der US-Patentschrift 34 71266 beschriebenen Art eingebracht sind, wobei der Tiegel und die Kapillaren der Formgebungsanordnung mit einer Schmelze von einer gewünschten binär-eutektischen Zusammensetzung gefüllt sind und in dem Ofen eine ständige Zirkulation einer Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten wird. Es sei weiterhin davon ausgegangen, daß an der dem Ofen zugeordneten Kristallziehapparatur ein Monokristall einer der Komponenten des Eutektikums oder ein Einkristall der eutektischen Masse eingebracht und in bezug auf den Stab 18 in eine koaxiale Ausrichtung gebracht ist. Sobald die obere Stirnfläche 20 des Stabs 18 eine Temperatur angenommen hat, die etwa 10 bis 40° C über der Temperatur des eutektischen Punktes der in dem Tiegel befindlichen Schmelzmasse liegt, wird der Zuchtkeim bis zum Anliegen gegen die Stirnfläche 20 nach unten geführt und mit dieser ausreichend lange in Berührung gehalten, daß er endseitig schmilzt; hierdurch bildet sich ein Flüssigfilm 32, der mit der Schmelze in den Kapillaren 22 in Verbindung tritt (vgl. F i g. 2). Es sei darauf hingewiesen, daß in Fig. 1 und 2 die Kapillaren der Deutlichkeit halber im Leerzustand gezeigt sind, und daß die Schmelzmasse in den einzelnen Kapillaren vor dem endseitigen Aufschmelzen des Zuchtkeims zur Ausbildung des Films 32 einen konkaven Meniskus aufweist, wobei der Meniskusrand im wesentlichen in gleicher Höhe mit der Fläche 20 abschließt Es sei ferner betont, daß der Temperaturgradient in der Längsrichtung des Zuchtkeims einen Einfluß darauf hat, wie weit der Zuchtkeim zur Bildung desThe method according to the invention will now be based on the device of FIG. 1 will be explained. Of simplicity sake it is assumed that the crucible 2 and the heat exchanger 6 in an induction furnace in the US Patent 34 71266 introduced the type described are, wherein the crucible and the capillaries of the shaping arrangement with a melt of a desired binary eutectic composition are filled and a constant circulation in the furnace a protective gas atmosphere is maintained. It is also assumed that the furnace associated crystal pulling apparatus a monocrystal of one of the components of the eutectic or a Single crystal of the eutectic mass introduced and with respect to the rod 18 in a coaxial alignment is brought. As soon as the upper end face 20 of the rod 18 has assumed a temperature that is about 10 to 40 ° C above the temperature of the eutectic point of the melt in the crucible, the Cultivated germ guided down until it rests against the end face 20 and with this for a sufficiently long time in Held contact so that it melts at the end; as a result, a liquid film 32 is formed, which with the melt occurs in the capillaries 22 in connection (see FIG. F i g. 2). It should be noted that in Figs. 1 and 2, the Capillaries are shown empty for the sake of clarity, and that the melt in the individual Capillaries before the end-side melting of the cultivated germ to form the film 32 a has a concave meniscus, the meniscus edge being substantially at the same height as the surface 20 concludes It should also be emphasized that the temperature gradient in the longitudinal direction of the cultivation germ has an influence depends on how far the breeding germ has to form the

Films 32 aufschmilzt Der Zuchtkeim 26 wirkt ais Sätze einFilms 32 melts The seed 26 acts as sets

dem Zuchtkeim und in Vertikalrichtung über dem Film 32 von der Leistungsaufnahme der Induktionsheizung des Ofens sowie von der Höheneinstellung und vom Abstand der Heizvorrichtung und des Wärmeüberträ^r. gers 6 von dem Zuchtkeim und von der Formgebungsanordnung beeinflußt. In der Praxis werden diese Parameter so gewählt, daß während des Wachstums eines gewünschten Eutektikums-Festkörpers die Dicke des Films 32 auf einem Wert von etwa 0,2 mmthe breeding germ and ^r in the vertical direction on the film 32 from the power consumption of the induction heating of the oven as well as the height adjustment and the distance between the heater and the Wärmeüberträ. gers 6 influenced by the cultivation germ and the shaping arrangement. In practice, these parameters are chosen so that during the growth of a desired eutectic solid, the thickness of the film 32 to a value of about 0.2 mm

in aufrechterhalten bleibt. Sobald die Verbindung zwischen dem Film 32 und den Schmelzanteilen in den Kapillaren hergestellt ist, wird die Ziehv; rrichtung im Sinn eines vertikalen Abhebens des Zuchtkeims von der Stirnfläche 20 betätigt. Die anfängliche Ziehgeschwin-in is maintained. Once the connection between the film 32 and the melt fractions in the capillaries is made, the drawing is; direction in Sense of a vertical lifting of the cultivated germ from the end face 20 actuated. The initial pulling speed

i·> digkeit wird so eingestellt, daß der Film 32 aufgrund der Oberflächenspannung genügend lange an dem Zucb·- keim haften bleibt, daß er infolge eines an der Grenzfläche Zuchtkeim/Flüssigfilm auftretenden Temperaturabfalls erstarrt. Dieser Temperaturabfall kommt infolge der Fortbewegung des Zuchtkeims von der Fläche 20 zustande, d. h. weil die Fest-Flüssig-Grenzfläche im Zuge der vertikalen Fortbewegung in einen relativ kälteren Bereich gelangt. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß der Strahlungswärme- und der Wärmeableitungsverlust des Zuchtkeims dazu führen, daß dieser mit zunehmendem Abstand von der Fläche 20 eine Temperaturverringerung zeigt. Falls der Eutektikums-Festkörper einen gleichbleibenden, in der Konfiguration und im Flächeninhalt der Stirnfläche 20 entsprechenden Querschnitt besitzen soll, muß der Film 32 die Fläche 20 vollständig bedecken. Sollte der durch Aufschmelzen des Zuchtkeims zunächst gebildete Film die Fläche 20 noch nicht ganz bedecken, so muß daher die Ziehgeschwindigkeit anfänglich so gewählt werden, daß sich der Film infolge der Oberflächenspannung radial bis zum Rand der Fläche 20 ausbreiten kann, während die Erstarrung fortschreitet. Vorzugsweise wird man jedoch von dem Zuchtkeim von vornherein soviel aufschmelzen, daß der Film 32 die Stirnfläche der Formgebungsanordnung vollständig bedeckt, wobei die anfängliche Ziehgeschwindigkeit in diesem Fall auf einen solchen Wert eingestellt wird, daß der Film an dem Zuchtkeim in seiner Gesamtausdehnung erstarrt. Bedeckt der anfänglich gebildete Film noch nicht die gesamte Fläche 20, so wird die Ziehgeschwindigkeit zu Beginn des Erstarrungsvorgangs so gewählt, daß sich der Film radial ausbreitet, und sobald die Fläche 20 dann vollständig bedeckt ist, wird die Ziehgeschwindigkeit auf einen Wert erhöht bei dem eine geeignete Stärke des Films aufrechterhalten bleibt und die Erstarrung an dem Zuchtkeim in der Gesamtausdehnung des Films erfclgt Es ist zu beachten, daß die Ziehgeschwindigkeit und die Temperatur des Films die Filmstärke bestimmen, die ihrerseits wiederum für die Schnelligkeit der Ausbreitung des Films bestimmend ist Eine Erhöhung der Temperatur der Stirnfläche 20 (und damit auch der mittleren Temperatur des Films 32) und eine Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit (die jedoch nicht soweit gehen darf, daß der Zuchtkeim und das an diesem angewachsene Gebilde sich von dem Film ablösen) wirken sich jeweils in einer Erhöhung der Filmstärke aus.i *> speed being adjusted so that the film 32 sufficiently long to the Zucb · due to surface tension - germinal remains that it solidifies temperature drop occurring as a result of at the interface breeding germ / liquid film. This temperature drop occurs as a result of the movement of the cultivated germ from the surface 20, that is to say because the solid-liquid interface reaches a relatively colder area in the course of the vertical movement. In this connection it should be noted that the radiant heat loss and the loss of heat dissipation from the cultivated germ result in the latter showing a temperature reduction with increasing distance from the surface 20. If the eutectic solid body is to have a constant cross-section corresponding in configuration and area of the end face 20, the film 32 must completely cover the surface 20. If the film initially formed by melting the cultivated germ does not yet completely cover the surface 20, the drawing speed must therefore initially be selected so that the film can spread radially to the edge of the surface 20 as a result of the surface tension as the solidification proceeds. Preferably, however, so much of the seed is melted from the outset that the film 32 completely covers the end face of the shaping arrangement, the initial pulling rate in this case being set to such a value that the total extent of the film solidifies on the seed. If the initially formed film does not yet cover the entire surface 20, the pulling speed at the beginning of the solidification process is selected so that the film spreads out radially, and as soon as the surface 20 is then completely covered, the pulling speed is increased to a value at one suitable thickness of the film is maintained and the solidification at the seed in the overall extent of the film occurs The temperature of the end face 20 (and thus also the mean temperature of the film 32) and an increase in the drawing speed (which, however, must not go so far that the cultivation germ and the structure attached to it detach from the film) each have an increase in the Film thickness off.

Beim Abziehen des Zuchtkeims von der Fläche 20 erstarren an dem Zuchtkeim Flüssigkeitsanteile aus dem Film 32 an allen Stellen in der horizontalen Gesamtausdehnung des Films, so daß also durch diese Feststoffanl dd kihWhen the cultivation germ is withdrawn from the surface 20, liquid components from the solidify on the cultivation germ Film 32 at all points in the horizontal total extent of the film, so that so that through this Solid Anl dd kih

er länger werdender eutektischerhe becomes longer and more eutectic

Wärmesenke, d. h. daß also seine Temperatur nach oben hin abnimmt Jedoch werden die Wärmegradienten über Festkörper gebildet wird. Die bei dem Erstarrungsvorgang an der Grenzfläche zwischen dem anwachsendenHeat sink, d. H. so that its temperature is up However, the thermal gradients are formed over solids. The one in the solidification process at the interface between the growing

Festkörper und dem Film 32 verbrauchte Flüssigkeit wird durch neue Schmelzanteile ersetzt, die der Stirnfläche 20 infolge der Oberflächenspannung durch die Kapillaren 22 zugeführt werden. Das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Zufuhr neuer Schmelzanteile zur Fläche 20 hängt von der Zahl und Größe der Kapillaren ab und ist innerhalb gewisser Grenzen stets hinreichend zu- Aufrechterhaltung des Films 32. Der Prozeß kann in dieser Weise fortgeführt werden, entweder bis der feste Fortsatz an dem Zuchtkeim eine gewünschte Länge erreicht hat, oder aber bis der Schmelzvorrat in dem Tiegel soweit erschöpft ist, daß die unteren Enden der Kapillaren freigegeben werden, je nachdem, was zuerst eintritt. Der Wachstums- bzw. Ziehvorgang kann jedoch auch zu einem beliebigen Zeitpunkt beendet werden, indem man die Ziehgeschwindigkeit soweit erhöht, daß sich der anwachsende Körper von dem Schmelzfilm ablöst. Sobald das Wachstum beendet ist, wird der Ofen abgeschaltet und der Zuchtkeim mit dem neugebildeten eutektischen Fortsatz kann zur Untersuchung und zum Gebrauch entnommen werden.Solids and the film 32 consumed liquid is replaced by new melt portions that the End face 20 are fed through the capillaries 22 as a result of the surface tension. The extent and the speed of the supply of new melt fractions to the surface 20 depends on the number and size of the Capillaries and is always sufficient within certain limits to maintain the film 32. The The process can be continued in this way, either until the firm appendix on the seedling has reached the desired length, or until the melt supply in the crucible is exhausted to such an extent that the lower ends of the capillaries are released, whichever comes first. The growth resp. However, the pulling process can also be stopped at any point in time by adjusting the pulling speed increased so far that the growing body is detached from the melt film. As soon as that When growth has ended, the furnace is switched off and the cultivation germ with the newly formed eutectic Extension can be removed for examination and use.

Da über dem Schmelzfilm ein scharfer Temperaturgradient erzielt werden kann und da die mittlere Temperatur des Schmelzfilms auf einem Wert konstant gehalten werden kann, der nahe, jedoch unterhalb, der Temperatur der in dem Tiegel befindlichen Schmelze liegt, läßt sich in dem Film unterhalb der Fest-Flüssig-Grenzfläche ein gleichbleibender Wärmegradient einstellen und eine flach-ebene Fest-Flüssig-Grenzfläche gewährleisten, so daß vorzugsweise durch eine entsprechende Einstellung der Ziehgeschwindigkeit und damit folglich auch der Erstarrungsgeschwindigkeit ein vorbestimmtes und einheitliches Mikrogefüge erzielt werden kann. Von besonderer Wichtigkeit ist dies für solche Eutektika, von denen man weiß, daß sie bei einer erhöhten Wachstumsgeschwindigkeit zu Gefügeänderungen neigen, beispielsweise also zu einem Übergang von einer stäbchenartigen Struktur zu einer Lamellenstruktur oder zu Abstandsänderungen zwischen den einzelnen Stäbchen oder Lamellen. Da im übrigen die Filmstärke verhältnismäßig gering ist und der Film einen gewissen Abstand von dem Schmelztiegel hat, bleibt der Erstarrungsvorgang von solchen Störungen weitgehend frei, die zu örtlichen Verarmungen der einen Phase in der anderen führen. Solche Zonen einer örtlichen Phasenverarmung sind als Herde vorzeitigen Bruchs bei Belastungen bekannt.There is a sharp temperature gradient over the melt film can be achieved and since the mean temperature of the melt film at a constant value can be kept close to, but below, the temperature of the melt in the crucible can be found in the film below the solid-liquid interface Set a constant thermal gradient and a flat-level solid-liquid interface ensure, so that preferably by a corresponding setting of the pulling speed and thus consequently also the solidification rate a predetermined and uniform microstructure is achieved can be. This is of particular importance for those eutectics that are known to be in a tend to structural changes at increased growth rates, for example to a transition from a rod-like structure to a lamellar structure or to changes in the distance between the individual rods or lamellae. Since, moreover, the film thickness is relatively small and the film has a certain distance from the crucible, the solidification process remains from such disturbances largely free, which lead to local impoverishment of one phase in the other. Such zones one Local phase depletion is known as herd of premature rupture under stress.

In Fig.3 ist eine bevorzugte abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt Die Formgebungsanordnung 14/t besteht hier aus einer Scheibe 16 und einem Stab 18Λ, der fest in der Mittelöffnung der Scheibe angeordnet ist Ähnlich wie der Stab 18 erstreckt sich auch dieser Stab 18/4 ein kurzes Stück nach oben über die Scheibe hinaus. An seinem unteren Ende erstreckt sich der Stab 18Λ bis nahe an den Tiegelboden heran und kann diesen sogar berühren. Der Stab 18/1 weist eine im wesentlichen horizontale flach-ebene obere Stirnfläche 20 auf, die einen SchmelzFilm 32 tragen kann. Der Stab 18/4 unterscheidet sich dadurch von dem Stab 18 (F i g. 1 und 2\ daß er als ein poröses Teil mit unzähligen kleinen, ineinander überleitenden, offenen Zellen oder Poren ausgebildet ist, deren Größe so bemessen ist, daß sie als Kapillaren zu wirken vermögen, so daS die Schmelze in dem Stab infolge dieser Kapillarwirkung emporsteigt Die Zellen haben vorzugsweise solche Abmessungen, daß die Schmelze aufgrund der Kapillarwirkung jederzeit bis zur oberen Stirnfläche 20 aufsteigen kann, solange das Schmelzniveau in dem Tiegel noch bis an das untere Stabende heranreicht. Wie der Stab 18 (Fig. 1) so besteht auch der Stab 18/4 (F i g. 3) aus einem Material, das von der Schmelze benetzbar ist, das jedoch bei der Arbeitstemperatur weder mit der Schmelze noch mit dem Tiegel-Material reagiert.3 shows a preferred modified embodiment of the device for carrying out the method according to the invention. The shaping arrangement 14 / t here consists of a disk 16 and a rod 18Λ, which is fixedly arranged in the central opening of the disk. Similar to the rod 18 , it also extends this rod 18/4 a short distance up over the disc. At its lower end, the rod 18Λ extends close to the crucible bottom and can even touch it. The rod 18/1 has an essentially horizontal, flat-plane upper end face 20 which can carry a melt film 32. The rod 18/4 differs from the rod 18 (Figs. 1 and 2 \ in that it is designed as a porous part with innumerable small, interconnected, open cells or pores, the size of which is dimensioned so that they are Capillaries are able to act so that the melt rises in the rod as a result of this capillary action.The cells preferably have such dimensions that the melt can rise up to the upper end face 20 at any time due to the capillary action, as long as the melt level in the crucible still reaches the lower end of the rod Like the rod 18 (FIG. 1), the rod 18/4 (FIG. 3) also consists of a material which can be wetted by the melt, but which is neither with the melt nor with the crucible at the working temperature -Material reacts.

Die Züchtung eutektischer Körper mit Hilfe derThe cultivation of eutectic bodies with the help of the

ίο Apparatur gemäß Fig.3 erfolgt in der gleichen Weise wie mit der Apparatur der Fig. 1 und 2, lediglich mit dem Unterschied, daß hierbei (1) die Schmelze in dem Stab 18/4 durch die offenen, ineinander überleitenden Zellen aufsteigt und nicht durch gesonderte Bohrungen, wie sie bei 22 in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, und daß (2) bei der Zuführung der Schmelze zu dem Film 32 auf der Fläche 20 fast oder überhaupt keine Horizontaiströmung der Schmelze zu verzeichnen ist, wie sie bei dem Stab 18 (in Fig. 1 und 2) auftritt, da sich die Kapillarwirkung auf den Gesamtquerschnitt des Stabes 18/4 erstreckt. Durch diese weitestgehende Ausschaltung aller seitlich gerichteten Strömungsbewegungen der neuzugeführten Schmelze auf der Stirnfläche 20 werden Unstetigkeiten und Störungen auf ein Mindestmaß reduziert. Da außerdem die Auffüllung des Films durch neuzugeführte Schmelzanteile an zahllosen Einzelstellen erfolgt statt an einer begrenzten Anzahl von Stellen, wie im Fall der Kapillarbohrungen 22, ist auch die Schichtstärke der Schmelze leichter auf einem gleichmäßigen Wert zu halten.3 takes place in the same way as with the apparatus of FIGS. 1 and 2, with the only difference that in this case (1) the melt in the rod 18/4 rises through the open cells that merge into one another and not by separate bores, as shown at 22 in FIGS. 1 and 2, and that (2) when the melt is fed to the film 32 on the surface 20 there is almost or no horizontal flow of the melt, as it is at the rod 18 (in Figs. 1 and 2) occurs because the capillary action extends over the entire cross-section of the rod 18/4. This elimination of all laterally directed flow movements of the newly supplied melt on the end face 20, as far as possible, reduces discontinuities and disruptions to a minimum. In addition, since the film is filled with newly added melt portions at innumerable individual points instead of at a limited number of points, as in the case of the capillary bores 22, the layer thickness of the melt is easier to keep at a uniform value.

Der Zuchtkeim und die Materialien für den Tiegel, den Wärmeüberträger und die Formgebungsanordnung sowie die Festlegung geeigneter Arbeitstemperaturen und Ziehgeschwindigkeiten müssen selbstverständlich von Fall zu Fall je nach dem Eutektikum, das zur Erstarrung gebracht werden soll, unterschiedlich gewählt werden, im Rahmen des üblichen Fachwissens. Den folgenden speziellen Ausführungsbeispielen kommt keinerlei einschränkende Bedeutung in diesem Sinne zu.The seed and the materials for the crucible, the heat exchanger and the shaping arrangement as well as the definition of suitable working temperatures and drawing speeds must of course chosen differently from case to case depending on the eutectic to be solidified within the framework of the usual specialist knowledge. The following specific embodiments has no restrictive meaning in this sense.

example 1

Ein Tiegel, der äußerlich allgemein dem Tiegel 2 der F i g. 1 gleicht und aus Nickel besteht, ist auf Stiften 8 in einem Wärmeüberträger 6 angeordnet, der in der in F i g. 1 der US-PS 34 71 266 gezeigten Weise in einen Ofen eingesetzt ist. Die Stifte 8 bestehen aus Aluminiumoxid, der Wärmeüberträger 6 aus Molybdän. In den Tiegel ist eine Formgebungsanordnung mit dem in F i g. 1 gezeigten allgemeinen Aufbau eingebracht. Der Stab 18 besteht aus Nickel und weist vier Kapillaren 22 mit einem Durchmesser von etwa 1,0 mm auf, die in gleichmäßigen Abständen um seine Mittelachse verteilt sind. Der Tiegel hat einen Innendurchmesser von etwa 25 mm und eine Innentiefe von etwa 38 mm. Der Außendurchmesser des Stabes 18 beträgt etwa 3,2 mm, die Stablänge ist so bemessen, daß der Stab ungefähr 1,6 mm über den Tiegel nach oben hinausragt Der Tiegel ist mit einer festen Masse gefüllt, die zuA crucible, which externally generally corresponds to the crucible 2 of FIG. 1 and consists of nickel, is arranged on pins 8 in a heat exchanger 6, which is shown in FIG. 1 of US-PS 34 71 266 shown manner is inserted into an oven. The pins 8 are made of aluminum oxide, the heat exchanger 6 of molybdenum. A shaping arrangement with the one shown in FIG. 1 introduced the general structure shown. The rod 18 is made of nickel and has four capillaries 22 with a diameter of approximately 1.0 mm, which are evenly spaced around its central axis. The crucible has an inside diameter of about 25 mm and an inside depth of about 38 mm. The outside diameter of the rod 18 is approximately 3.2 mm, the rod length is such that the rod protrudes approximately 1.6 mm above the crucible upwards

ω 23 Gew.-% aus LiF und zu 77 Gew.-% aus NaCl besteht Ein länglicher Kristallkeim 26 aus LiF ist so in den Kristallkeimhalter der dem Ofen zugeordneten Kristallziehapparatur eingespannt, daß er sich in Richtung des Stabes erstreckt, d h. der Kristallkeim ist also in axialer Ausrichtung an dem Stab 18 gehaltertω consists of 23% by weight of LiF and 77% by weight of NaCl. the crystal nucleus is therefore held in axial alignment on the rod 18

Nachdem der Tiegel in dem Ofen in die vorgesehene Stellung gebracht ist, wird die Induktionsheizspule des Ofens so eingestellt daß sie mit ihrem obe-en EndeAfter the crucible in the oven in the intended Is brought position, the induction heating coil of the furnace is set so that it is with its top end

ungefähr auf gleicher Höhe mit der Mitte des Wärmeträgers liegt, während sich ihr unteres Ende wenigstens bis auf das Niveau dies unteren Endes des Wärmeübertragers erstrecken und vorzugsweise noch etwas weiter nach unten reichen soll. Hierauf wire/ die Luft aus dem Ofengehäuse abgesaugt und durch Argongas bei einem Druck von ungefähr einer Atmosphäre ersetzt, der während des gesamten Ziehbzw. Wachsvorgangs aufrechterhalten bleibt. Die Induktionsheizspule wird eingeschaltet und so betrieben, daß die Tiegelcharge vollständig in den Schmelzzustand überführt und die Fläche 20 auf eine Temperatur von etwa 700° C gebracht wird. Sobald das Schmelzgut in dem Tiegel in die Schmelze 4 überführt ist, steigen Säulen der Schmelze in den Kapillaren 22 auf und füllen H diese aus. Die Schmelze-Säulen steigen jeweils soweit empor, daß ihr Meniskus im wesentlichen in gleicher Höhe mit der oberen Stirnfläche 20 des Stabes 18 abschließt. Nach einer zur Einstellung eines Temperaturgleichgewichts ausreichenden Wartezeit wird die Ziehvorrichtung in Betrieb genommen und so betätigt, daß der Zuchtkeim 26 bis zur Anlage gegen die obere Fläche 20 nach unten geführt wird; in dieser Stellung wird er so lange belassen (beispielsweise etwa eine Minute), daß das untere Ende des Zuchtkeims aufschmelzen und einen Film 31! bilden kann, der die Fiäche 20 vollständig bedeckt und mit der in den Kapillaren befindlichen Schmel2.e in Verbindung tritt. Sodann wird der Zuchtkeim mit einer Geschwindigkeit von etwa 2,5 mm pro Minute in vertikaler Richtung jo angehoben. Bei diesem Ausziehen des Zuchtkeims bewirkt die Oberflächenspannung, daß das Schmelzematerial an dem Zuchtkeim anhaftet und daß weitere Schmelzeanteile aus den Kapillaren ausströmen und so das Gesamtvolumen des Films vermehren. In dem an dem Zuchtkeim anhaftenden schmelzflüssigen Filmmaterial kommt es infolge der Fortbewegung von der relativ wärmeren Stirnfläche 20 und der Wärmesenkewirkung des Zuchtkeims zu einem Temperaturabfall. Aufgrund dieses Temperaturabfalls setzt nun in den schmelzflüssigen Anteilen an dem Zuchtkeim ein Vorgang einer gerichteten Erstarrung ein und an dem Zuchtkeim wachsen Feststoffanteile an. Gleichlaufend mit dem durch das Anwachsen eines Festkörpers an dem Zuchtkeim bedingten Verbrauch von Filmmaterial strömt weitere zusätzliche Schmelze infolge der Oberflächenspannung aus den Kapillaren nach oben auf die Fläche 20 aus, wodurch der Film ergänzt, d. h. nachgefüllt, wird. Die Ziehgeschwindigkeit und die Temperatur werden jetzt konstant gehalten und das so Anwachsen des Festkörpers in vertikaler Richtung an dem Zuchtkeim hält in der horizontalen Gesamtausdehnung des Films 32 an, so daß durch den fortschreitenden Feststoffansatz an dem Zuchtkeim ein langgestreckter Fortsatz gebildet wird, dessen Querschnittskonfiguration und Flächeninhalt im wesentlichen der Fläche 20 entsprechen (die Öffnungen der Kapillaren 22 können in diesem Zusammenhang außer Betracht bleiben, da sie ja mit Schmelzmasse gefüllt sind). Der Ziehvorgapg wird fortgesetzt, bis das Ziehprodukt an dem Zuchtkeim eine Länge von ungefähr 15 cm erreicht hat Danach wird die Ziehgeschwindigkeit abrupt auf etwa 25 cm pro Minute erhöht, was ein Ablösen des angewachsenen Körpers von dem Film 32 zur Folge hat Hierauf läßt man den Ofen abkühlen und entnimmt den Zuchtkeim zum Zerschneiden und rar Untersuchung des angewachsenen Körpers.
Fig.5 ist eine Mikrofotografie mit 940facher Vergrößerung, die einen Dünnschliff in der Querrichtung eines nach diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugten Eutektikumskörpers zeigt. Der Eutektikumskörper wies in seinem Gesamtvolumen ein einheitliches Gefüge auf. Wie aus F i g. 5 hervorgeht, besteht dieser eutektische Körper aus Stäbchen von einer im wesentlichen einheitlicheil Größe, die in praktisch gleichmäßigen Abständen in einer kohärenten Phase verteilt sind. Die Stäbchendurchmesser liegen um etwa 0,0025 mm und die Abstände zwischen den Stäbchen betragen ungefähr 0,0038 mm. Die Stäbchen erstrecken sich parallel zur Erstarrungsrichtung. Sie unterliegen in ihrer Länge keiner Begrenzung, so daß sich der erhaltene Körper somit durch einen hohen Wert des Längen-Durchmesser-Verhältnisses der Stäbchen auszeichnet.lies approximately at the same height as the center of the heat transfer medium, while its lower end should extend at least to the level of this lower end of the heat transfer medium and should preferably extend a little further downwards. Then wire / the air is sucked out of the furnace housing and replaced by argon gas at a pressure of approximately one atmosphere, which during the entire drawing or. The waxing process is maintained. The induction heating coil is switched on and operated in such a way that the crucible charge is completely melted and the surface 20 is brought to a temperature of approximately 700.degree. As soon as the melt material in the crucible has been transferred into the melt 4, columns of the melt rise up in the capillaries 22 and fill them out. The columns of melt rise so far that their meniscus ends with the upper end face 20 of the rod 18 at essentially the same height. After a waiting time sufficient to establish a temperature equilibrium, the pulling device is put into operation and operated in such a way that the cultivated germ 26 is guided downwards until it rests against the upper surface 20; in this position it is left so long (for example, about a minute) that the lower end of the cultivation germ melts and a film 31! can form, which completely covers the surface 20 and comes into contact with the Schmel2.e located in the capillaries. The cultivated germ is then raised in the vertical direction jo at a rate of about 2.5 mm per minute. During this extraction of the cultivation germ, the surface tension causes the melt material to adhere to the cultivation germ and that further portions of the melt flow out of the capillaries and thus increase the total volume of the film. In the molten film material adhering to the cultivation germ there is a temperature drop as a result of the movement from the relatively warmer end face 20 and the heat sink effect of the cultivation germ. As a result of this temperature drop, a process of directional solidification now begins in the molten parts of the cultivated germ, and solid fractions grow on the cultivated germ. Simultaneously with the consumption of film material caused by the growth of a solid on the cultivated germ, further additional melt flows out of the capillaries upwards onto the surface 20 due to the surface tension, whereby the film is supplemented, ie refilled. The pulling speed and the temperature are now kept constant and the growth of the solid in the vertical direction on the cultivation germ continues in the overall horizontal extent of the film 32, so that the progressive solid build-up on the cultivation germ forms an elongated extension, its cross-sectional configuration and surface area substantially correspond to the surface 20 (the openings of the capillaries 22 can be disregarded in this context, since they are filled with molten mass). The pulling process is continued until the pull product on the cultivated germ has reached a length of about 15 cm. Thereafter, the pulling speed is increased abruptly to about 25 cm per minute, which results in the detachment of the grown body from the film 32. The oven is then left on cool down and remove the germ for cutting and rarely examine the grown body.
Fig. 5 is a photomicrograph, magnified 940 times, showing a thin section in the transverse direction of a eutectic body produced in accordance with this embodiment of the invention. The eutectic body had a uniform structure in its total volume. As shown in FIG. 5, this eutectic body consists of rods of a substantially uniform size, which are distributed at practically evenly spaced intervals in a coherent phase. The rod diameters are approximately 0.0025 mm and the spacing between the rods is approximately 0.0038 mm. The rods extend parallel to the direction of solidification. They are not subject to any limitation in length, so that the body obtained is characterized by a high value for the length-diameter ratio of the rods.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Mit der gleichen Apparatur wie im Ausführungsbeispiel 1 und der gleichen Methode wird ein Eutektikumskörper aus 56 Prozent LiF und 44 Prozent CaF2 erzeugt; der einzige Unterschied gegenüber der Verfahrensweise in Beispiel ) besteht darin, daß der Tiegel zu Beginn mit LiF und CaF2 in den angegebenen Mengenverhältnissen beschickt wird, und der Ofen so betrieben wird, daß die obere Stirnfläche 20 der Formgebungsanordnung auf einer Temperatur vor etwa 775°C gehalten wird, wobei die Ziehgeschwindigkeit des Kristalls auf etwa 2,5 mm pro Minute eingestellt ist.With the same apparatus as in embodiment 1 and the same method, a eutectic body made from 56 percent LiF and 44 percent CaF2; the only difference compared to the procedure in example) is that the crucible is at the beginning with LiF and CaF2 in the specified proportions is charged, and the furnace is operated so that the upper end surface 20 of the forming assembly is maintained at a temperature above about 775 ° C, the pull rate of the crystal increasing about 2.5 mm per minute is set.

F i g. 6 ist eine Mikrofotografie ähnlicher Art wie F i g. 5 mit 940facher Vergrößerung, die einen Dünnschliff eines nach der Verfahrensweise des Ausführungsbeispiels 2 erzeugten Eutektikumskörpers aus LiF-CaF2 zeigt. Wie aus dem Mikrobild zu entnehmen ist, ist das Produkt ein lamellares oder blätteriges Eutektikum, wobei die LiF-Phase in Form von Blättchen unbegrenzter Länge vorliegt, die in einem CaF2-Grundgefüge fein verteilt sind. Wie das Eutektikum LiF-NaCl, so weist auch dieses eine kohärente MikroStruktur auf, wobei die beiden Phasen einen außei ordentlich hohen Regelmäßigkeitsgrad besitzen und sich die parallelen Lamellen oder Blättchen in alternierender Folge in der Erstarrungsrichtung erstrecken.F i g. Fig. 6 is a microphotograph similar to Fig. 6. 5 with 940x magnification, which is a thin section a eutectic body made of LiF-CaF2 produced according to the procedure of embodiment 2 shows. As can be seen from the micrograph, the product is a lamellar or foliar eutectic, The LiF phase is in the form of leaflets of unlimited length, which are fine in a CaF2 basic structure are distributed. Like the eutectic LiF-NaCl, this also has a coherent microstructure, whereby the both phases have an extremely high degree of regularity and the parallel lamellas or leaflets extend in an alternating sequence in the direction of solidification.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Ein Tiegel, der äußerlich allgemein dem Tiegel 2 der F i g. 1 entspricht und aus Aluminiumoxid besteht, ist auf Stiften 8 in einem Wärmeüberträger 6 gelagert, der in einen Ofen der in F i g. 1 der US-PS 34 71 266 gezeigten Art eingesetzt ist, wobei die Ziehvorrichtung jedoch einen Aufbau entsprechend der US-PS 35 52 931 besitzt, derart, daß der Kristallkeim (und mit diesem auch das daran erzeugte Wachstumsprodukt) bei der Abziehbewegung gleichzeitig eine Drehbewegung ausführt. Die Stifte 8 bestehen aus Aluminiumoxid und der Wärmeüberträger 6 besteht aus Molybdän. In den Tiegel ist eine Formgebungsanordnung mit dem in F i g. 3 gezeigten Aufbau eingeführt, bestehend aus einem Schaum oder Schwamm aus Aluminiumoxid mit unzähligen kleinen, ineinander übergehenden Zellen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,005 mm. Der Durchmesser und die Länge des Stabes 18Λ sowie die Tiefe und der Innendurchmesser des Tiegels entsprechen den Angaben im Ausführungsbeispiel 1. In den Tiegel ist ein Aluminium-Nickel-Barren mit 63Gew.-% Nickel eingebracht Der Barren ist durch Induktions-Schmelzen von praktisch reinem Aluminium und Nickel in einer Argonatmosphäre beiA crucible, which externally generally corresponds to the crucible 2 of FIG. 1 corresponds to and consists of aluminum oxide is on Pins 8 stored in a heat exchanger 6, which is placed in an oven of the type shown in FIG. 1 of US-PS 34 71 266 shown Kind is used, but the pulling device has a structure according to US-PS 35 52 931, in such a way that the crystal nucleus (and with it also the growth product generated thereon) during the peeling movement executes a rotary movement at the same time. The pins 8 are made of aluminum oxide and the heat exchanger 6 is made of molybdenum. A shaping arrangement with the one shown in FIG. 3 The construction shown, consisting of a foam or sponge made of aluminum oxide with countless small, merging cells with an average diameter of about 0.005 mm. The diameter and length of the rod 18Λ and the depth and inner diameter of the Crucibles correspond to the information in exemplary embodiment 1. An aluminum-nickel bar is in the crucible Introduced with 63% by weight nickel The ingot is by induction melting of practically pure aluminum and nickel in an argon atmosphere

900° C hergestellt, wobei das Material zur vollständigen Durchmischung eine Stunde bei dieser Temperatur belassen wurde, bevor die Schmelze abkühlte. In den Kristallkeimhalter der für den Ofen vorgesehenen Kristallziehapparatur ist ein länglicher Aluminium-Kristallkeim eingespart/1 Nachdem die Induktionsheizspule in die im Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Stellung gebracht wurde, wird die Luft aus dem Ofengehäuse abgesaugt und dieses mit einer Argonatmosphäre von etwa einer Atmosphäre gefüllt; sodann wird die Heizspule eingeschaltet Die Ofentemperatur wird soweit erhöht, daß der Barren schmilzt, und wird dann so eingestellt, daß die Temperatur an der oberen Stirnfläche des Stabes iSA etwa 675° C beträgt Die schmelzflussige Masse in dem Tiegel dringt in die Poren des Stabes 18Λ ein und strömt infolge der Kapillarwirkung der oberen Stabfläche zu. Nachdem sich die Poren des Stabes 18/4 mit der Schmelze gefüllt haben, wird die Kristallziehvorrichtung zum Herablassen des Aluminiumkeims bis zur Anlage gegen die obere Stirnfläche des Stabes 18/4 betätigt der Keim wird so lange in dieser Stellung belassen, daß er an seinem unteren Ende aufschmelzen und einen dünnen Film bilden kann, der sich entlang der Fläche 20 erstreckt Sodann wird die Ziehvorrichtung im Sinn einer vertikalen Aufwärtsbewegung des Zuchtkeims mit einer Geschwindigkeit von etwa 2 cm pro Stunde betätigt während die Temperatur der Fläche 20 unverändert bei etwa 675° C gehalten wird Beim Hochziehen des Zuchtkeims erstarrt das schmelzflüssige Filmmaterial an diesem und die Oberflächenspannung bewirkt, daß weitere Schmelze durch den Stab 18Λ zu dem Film emporströmt um das im Zuge des Erstarrungsvorgangs aufgebrauchte Material zu ersetzen. Etwa zehn Minuten nach dem Einsetzen des Erstarrungsvorgangs an dem Zuchtkeim wird die Ziehvorrichtung zum Drehen des Zuchtkeims mit einer Winkelgeschwindigkeit von etwa 10 Grad pro Stunde betätigt während gleichzeitig die vertikale Ziehbewegung fortgesetzt wird. Die Zieh- und die Drehgeschwindigkeit werden jetzt konstant gehalten und der Feststoffanwuchs an dem Zuchtkeim setzt sich in vertikaler Richtung in einer Querschnittskonfiguration entsprechend der Firmgestalt der Räche 20 fort. Das Wachstum endet, wenn der Schmelzvorrat in dem Tiegel im wesentlichen erschöpft ist Danach läßt man den Ofen abkühlen und der Zuchtkeim wird zum Zerschneiden und zur Untersuchung des anwachsenden Körpers aus der Ziehvorrichtung entnommen. Ein nach der Verfahrensweise dieses Ausführungsbeispiels durch Kristallzüchtung gebildeter Körper aus Al-Al₃Ni weist in seiner eutektischen MikroStruktur ein lamellares Feingefüge auf. Der Körper besteht im wesentlichen aus parallelen, alternierenden Lamellen oder Blättchen der beiden Phasen, wobei sich diese Lamellen sämtlich spiralförmig um die Längsachse des Körpers erstrecken. Die Lamellen erstrecken sich in gleicher Länge und sind im wesentlichen frei von Unstetigkeiten. Es läßt sich auch eine stäbchenartige eutektische MikroStruktur hervorbringen, d. h. ein Mikrogefüge, bestehend aus dünnen, parallelen Stäbchen von AIsNi, die in ein so durchgehendes Grundgefüge von Al eingebettet sind, indem man zu diesem Zweck die Ziehgeschwindigkeit (und damit folglich auch die Erstarrungsgeschwindigkeit) auf etwa 8 bis 10 cm pro Stunde erhöht. Wird der Zuchtkeim hierbei mit einer geeigneten Geschwindigkeit gedreht so sind auch die parallel angeordneten Stäbchen von Al₃Ni spiralförmig um die Wachstumsachse herumgeführt. Wird der Zuchtkeim nicht gedreht, so erstrecken sich die Lamellen und Stäbchen parallel zu ι Wachstumsachse.900 ° C, the material was left at this temperature for one hour for complete mixing before the melt cooled. In the crystal seed holder of the crystal pulling apparatus provided for the furnace, an elongated aluminum crystal seed is saved / 1 After the induction heating coil has been brought into the position described in embodiment 1, the air is sucked out of the furnace housing and this is filled with an argon atmosphere of about one atmosphere; The heating coil is then switched on. The furnace temperature is increased so that the ingot melts, and is then adjusted so that the temperature at the upper end of the rod is approximately 675 ° C. The molten mass in the crucible penetrates the pores of the rod 18 and flows towards the upper rod surface due to the capillary action. After the pores of the rod 18/4 have been filled with the melt, the crystal pulling device is operated to lower the aluminum nucleus until it rests against the upper end face of the rod 18/4. The nucleus is left in this position for so long that it is at its lower end The end can melt and form a thin film that extends along the surface 20. Then the pulling device is operated in the sense of a vertical upward movement of the seedling at a speed of about 2 cm per hour while the temperature of the surface 20 is kept unchanged at about 675 ° C When pulling up the cultivation germ, the molten film material solidifies on this and the surface tension causes further melt to flow up through the rod 18Λ to the film in order to replace the material used up in the course of the solidification process. About ten minutes after the start of the solidification process on the cultivated germ, the pulling device is actuated to rotate the cultivated germ at an angular speed of about 10 degrees per hour while the vertical pulling movement is continued at the same time. The pulling and rotating speeds are now kept constant and the solid growth on the cultivated germ continues in the vertical direction in a cross-sectional configuration corresponding to the firm shape of the area 20. The growth stops when the melt supply in the crucible is essentially exhausted. The furnace is then allowed to cool and the seed is removed from the pulling device for cutting and examination of the growing body. _{A body of Al-Al 3} Ni formed by crystal growth according to the procedure of this exemplary embodiment has a lamellar fine structure in its eutectic microstructure. The body consists essentially of parallel, alternating lamellae or leaflets of the two phases, these lamellae all extending in a spiral shape around the longitudinal axis of the body. The lamellae extend in the same length and are essentially free of discontinuities. A rod-like eutectic microstructure can also be produced, i.e. a microstructure consisting of thin, parallel rods of AlsNi, which are embedded in such a continuous basic structure of Al, by measuring the pulling speed (and consequently also the solidification speed) for this purpose increased about 8 to 10 cm per hour. If the cultivation germ is rotated at a suitable speed, the Al ₃ Ni rods arranged in parallel are also guided in a spiral around the growth axis. If the cultivation germ is not rotated, the lamellae and rods extend parallel to the growth axis.

Auch andere eutektische Legierungen können mil einer Verwindungsstruktur nach der Ziehmethode gemäß dem Ausführungsbeispiel gezogen werden Durch Erstarrung an der filmtragenden Fläche dei Formgebungsanordnung, die in diesem Fall beispielsweise ein oder mehrere Blindlöcher oder Ausnehmungen 38 gemäß F i g. 4 aufweist deren Durchmesser se groß ist daß sie nicht als Kapillare wirken können lassen sich auch Eutektikumskörper ziehen, die ir Erstreckung parallel zur Zieh- und Wachstumsachse eir oder mehrere durchgehende Löcher aufweisen. Ir diesem Fall wird vorzugsweise ein Kristallkeim in Form eines röhrchenartigen Hohlkörpers 40 oder in Form eines massiven Körpers mit einer wesentlich kleinerer Querschnittsfläche als die obere Stirnfläche 20 de: Stabes der Formgebungsanordnung 14S verwendet Im letztgenannten Fall braucht der anfänglich gebildete Film nicht die gesamte Fläche 20 zu bedecken, muß sich aber dann um die Höhlung 38 herum ausbreiten, bis die Fläche 20 vollständig bedeckt ist-, in der anfänglicher Wachstumsphase entspricht der Festkörper daher nocji nicht der gewünschten Form, wächst sich jedoch zi dieser Form aus, sobald sich der Film ganz über die Fläche 20 ausgebreitet hatOther eutectic alloys can also be drawn with a twist structure using the drawing method according to the exemplary embodiment. 4, the diameter of which is large so that they cannot act as a capillary, eutectic bodies can also be drawn which extend parallel to the drawing and growth axis eir or have several through holes. In this case, a crystal seed in the form of a tubular hollow body 40 or in the form of a solid body with a significantly smaller cross-sectional area than the upper end face 20 of the rod of the shaping arrangement 14S is used cover, but then has to spread around the cavity 38 until the surface 20 is completely covered - in the initial growth phase the solid therefore does not correspond to the desired shape, but grows out of this shape as soon as the film is completely covered the area 20 has spread

Weiterhin ist hervorzuheben, daß die eutektischer Massen im Rahmen der Erfindung auch Spurenmenger von Fremdstoffen cJer kleinen Anteilen ausgewählte) Elemente enthalten können, die aus Gründen eingebracht werden, die dem Fachmann geläufig sind. Durch die Formulierung »im wesentlichen bestehend aus« im Zusammenhang einer Erwähnung der eutektischer Massen soll daher der Möglichkeit des Vorhandensein; solcher Fremdstoffe oder ausgewählten Elementer Rechnung getragen werden.It should also be emphasized that the eutectic masses also trace amounts within the scope of the invention of foreign substances selected in small proportions) may contain elements that are introduced for reasons which are familiar to the person skilled in the art. The phrase "consisting essentially of" im The context of a mention of the eutectic masses should therefore be the possibility of their existence; such foreign substances or selected elements are taken into account.

Die in erfindungsgemäßer Weise hergestellter Eutektikumskörper weisen eine Reihe von Vorteiler auf. Der wichtigste dieser Vorzüge besteht in einem hohen Grad der Regelmäßigkeit in der Anordnung dei Phasen, derart, daß die Phasen von Unstetigkeiten im wesentlichen frei sind. So erstrecken sich beispielsweise bei einem Eutektikumskörper mit einem stäbchenarti gen Gefüge die einzelnen Stäbchen im wesentlicher über die volle Länge des Körpers. Die Möglichkeit einen Hohlkörper mit einem oder mit mehrerer Löchern herzustellen löst das Problem eines unregelmäßigen Phasenabschlusses und in Verbindung damit eine; Herausbrechens von Partikeln, wie es ansonsten beim nachträglichen Aufbohren eines solchen Legierungskörpers auftreten kann. Eine Züchtung eines Körpers in dei Weise, daß die Phasen in einer Krümmung um die Längsachse des Körpers verlaufen, ist vorteilhaft ir Fällen, wo eine maschinelle Bearbeitung an einem gewölbten oder gebogenen Teil vorgenommen werder soll. Durch geeignete Einstellung der Drehgeschwindig keit des Körpers bei der Kristallzüchtung läßt sich ir einem derartigen Fall eine solche Ausrichtung dei Phasen erzielen, daß eine maschinelle Bearbeitung quei zur Phasenrichlung vermieden werden kann, wenn aus dem Körper ein Fertigteil von einer vorbestimmter Größe und Form hergestellt wird. Da ferner die Ziehgeschwindigkeit der Wachstumsgeschwindigkeil entlang der Ziehachse entspricht (die ihrerseits wieder um vom Temperaturgradienten über dem Film abhängt aus dem gezogen wird), läßt sich die Wachstumsgeschwindigkeit durch Einstellung eines entsprechender Verhältnisses von Wärmezufuhr zu WärmeverlusiThe eutectic bodies produced in the manner according to the invention have a number of advantages. The most important of these advantages is a high degree of regularity in the arrangement of the phases such that the phases are essentially free of discontinuities. For example, in the case of a eutectic body with a rod-like structure, the individual rods extend essentially over the full length of the body. The possibility of producing a hollow body with one or more holes solves the problem of an irregular phase termination and, in connection therewith, a; Breaking out of particles, as can otherwise occur with subsequent drilling of such an alloy body. Growing a body so that the phases are curved about the longitudinal axis of the body is advantageous in cases where machining is to be performed on a curved or curved part. In such a case, by appropriately setting the rotational speed of the body in the crystal growth, the phase alignment can be achieved so that machining for phase alignment can be avoided when the body is made into a finished part of a predetermined size and shape. Furthermore, since the pulling speed corresponds to the growth rate along the pulling axis (which in turn depends on the temperature gradient across the film from which it is pulled), the growth speed can be adjusted by setting an appropriate ratio of heat input to heat loss

durch Abstrahlung und Ableitung innerhalb sehr enger Toleranzgrenzen beeinflussen und die Filmstärke praktisch konstant halten. Da der Film auf der Stirnfläche der Form angeordnet ist und seine Lage in bezug auf die Höheneinstellung der Heizspule unverändert beibehalten wird, bleibt die Fest-Flüssig-Grenzfläche während der Kristallzüchtung eines eutektischen Körpers stets im wesentlichen flach-eben. Ein weitererinfluence the film thickness through radiation and dissipation within very narrow tolerance limits keep practically constant. Since the film is arranged on the face of the mold and its location in is maintained unchanged with respect to the height adjustment of the heating coil, the solid-liquid interface remains a eutectic during the crystal growth Body always essentially flat. Another

wesentlicher Vorteil liegt in der Möglichkeit der Züchtung von Eutektikumskörpern mit einer Vielzahl beliebig wählbarer Querschnittskonfigurationen, beispielsweise also auch von Körpern mit der allgemeinen Querschnittsform eines aerodynamischen Flügels, wobei in Erstreckung in der Längsrichtung eines solchen Körpers ein oder mehrere Löcher vorgesehen sein können.The main advantage lies in the possibility of Cultivation of eutectic bodies with a large number of freely selectable cross-sectional configurations, for example also bodies with the general one Cross-sectional shape of an aerodynamic wing, being in extension in the longitudinal direction of such Body one or more holes can be provided.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

1 claims:

1. Anwendung des Verfahrens zur Herstellung eines kristallinen Körpers vorbestimmten Querschnitts aus einer Schmelze eines kongruent s schmelzenden Materials durch Ziehen aus einem Schmelzfilm, der an der oberen Endoberfläche eines Formgebungsteils gebildet und durch Kapillarzufuhr aufrechterhalten wird, zur Herstellung mehrphasiger Eutektikumskörper mit kohärenter Mikrostruk- tür in Form einer Parallelanordnung diskreter Phasen unbegrenzter Länge in Ziehrichtung.1. Application of the method for the production of a crystalline body of predetermined cross section from a melt of a congruent s melting material by drawing from a melt film attached to the upper end surface of a Shaping part is formed and maintained by capillary supply, for the production of multiphase eutectic bodies with coherent microstructure door in the form of a parallel arrangement of discrete phases of unlimited length in the direction of drawing.

2. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Krümmung der Phasen um die Längsachse des Körpers beim Ziehen aus dem Schmelzfilm um die Ziehachse gedreht wird.2. Application according to claim 1, characterized in that to achieve a curvature of the Phases around the longitudinal axis of the body when pulling from the melt film is rotated around the pulling axis.