DE3323896A1 - Verfahren und vorrichtung zum gerichteten erstarren von schmelzen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum gerichteten erstarren von schmelzenInfo
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Description
- " Verfahren und Vorrichtung zum gerichteten
- Erstarren von Schmelzen " Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gerichteten Erstarren von Schmelzen mit Schmelzpunkten von mindestens 600 "C in einem Tiegel durch Wärmeabfuhr in Richtung auf eine gekühlte Bodenplatte.
- Bei den zum Stande der Technik gehörenden Verfahren der vorstehend beschriebenen Art wird ein unten offener Tiegel bzw. eine unten offene Gießform aus einem keramischen Werkstoff auf eine gekühlte Bodenplatte aufgesetzt. Die gesamte Anordnung befindet sich in einer Heizeinrichtung, die von einer Wärmedämmung umgeben ist. Die Schmelze wird in einer hiervon getrennten Vorrichtung erzeugt und in die Gießform abgegossen, worauf der Erstarrungsvorgang, ausgehend von der gekühlten Bodenplatte beginnt. Von Anfangaest also in der Gießform ein Temperaturgradient vorhanden. Durch eine Relativbewegung zwischen Gießform und Heizeinrichtung tritt die Gießform kontinuierlich aus der Heizeinrichtung aus. Damit beginnt eine anfänglich geringe, zuletzt aber überwiegende Wärmeabgabe von der Gießform an die Umgebung in radialer bzw. horizontaler Richtuna.
- Die Folge ist eine bei Fortschreiten des Erstarrunosorgangs von unten nach oben zunehmend stärker werdende Krümmung der Phasengrenze fest/flùssig, die nicht mehr tolerierbar ist. Weitere Nachteile sind in einer aufwendigen mechanischen Einrichtung entweder für das Absenken der Gießform oder für das Anheben der Heizeinrichtung mit Wärmedämmeinrichtung zu sehen (DE-OS 22 30 317).
- Es ist auch bereits bekannt, bei einer unten geschlossenen Gießform durch gezielte änderung der Abkühlungseigenschaften, beispielsweise durch eingelegte Metallteile oder durch seitliches Anblasen mit einem Kühlmittel das Temperaturgefälle zu beeinflussen. Die dadurch erzwungene Wärmeabfuhr erfolgt jedoch praktisch ausschließlich in radialer bzw. horizontaler Richtung, so daß mit einem solchen Verfahren erst recht keine ebene Phasengrenze zu erzielen ist (DE-AS 24 27 098).
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der der Vorgang der gerichteten Erstarrung entlang einer praktisch völlig ebenen Phasengrenze erfolgt.
- Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß man a) im Tiegel eine isotherme Schmelze erzeugt, b) die Schmelze im Wanderungsbereich der Phasengrenze durch eine Wärmedämmeinrichtung gegen eine seitliche Wä.rmea-bfuhr schützt, c) die gekühlte Bodenplatte im Ruhezustand gegenüber der Wärmedämmeinrichtung hält, und d) die Erstarrungswärme ausschließlich über die Bodenplatte abführt.
- Das Merkmal a) steht im Gegensatz zum Stande der Technik.
- Die Schmelze wird nicht in einer getrennten Aufschmelzvorrichtung erzeugt, sondern in dem genannten Tiegel selbst, der infolgedessen eine Doppelfunktion als Aufschmelzbehalter einerseits und Gießform andererseits erfüllt. Bei einer isothermen Schmelze haben alle Schmelzenpartikel praktisch die gleiche Temperatur. Dies setzt voraus, daß d-ie Bodenplatte während des Aufschmelzvorganos nicht gekühlt ist und infolgedessen die gleiche Temperatur wie die Schmelze annehmen kann. Durch nachträgliches Einschalten der Kühlung läßt sich der Erstarrungsvorgang räumlich und zeitlich exakt einleiten, so daß es nicht erst zu einem unkontrollierten teilweisen Erstarrungsvorgang kommen kann, wie beim Aufgiessen einer Schmelze auf eine bereits gekühlte Bodenplatte.
- Durch das Merkmal b) wird jegliche Wärmeabfuhr in radialer bzw. horizontaler Richtung unterdrückt. Auch diese Maß nahme steht im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die SeitenflSchef der Gießform einem Abkühleffekt austesetzt werden. Es versteht sich, daß der Schutz gegen eine seitliche Wärmeabfuhr um so größer ist, je besser die Isolierwirkung der Wärmedämmeinrichtung ist. Es läßt sich aber bereits eine ausgezeichnete Wärmedämmung durch Anwendung einer Umhüllung des Tiegels mit Graphitfilz von wenigen Zentimetern Dicke erzielen. Die seitliche Wärmeabfuhr kann dadurch leicht merklich geringer gehalten werden als 0,1 W/cm2.
- Durch das Merkmal c), das gleichfalls im Gegensatz zum Stande der Technik steht, wird die Bodenplatte mit dem Tiegel stets innerhalb der Wärmedämmeinrichtung gehalten, so daß eine merkliche seitliche Wärmeabfuhr, insbesondere eine zeitlich veränderliche seitliche Wärmeabfuhr soweit wie irgend möglich ausgeschaltet sind.
- Durch das Merkmal d) wird in Verbindung mit den Merkmalen a) bis c) erreicht, daß sich eine praktisch vollständig ebene und horizontale Phasengrenze einstellt, die all- mählich von der Bodenplatte bis zum ursprünglichen Schmelzenspiegel im Tiegel fortschreitet und auch hierbei ihre ebene Form beibehält.
- Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die gerichtete Erstarrung von Halbleitermaterialien, insbesondere -von Silizium geeignet. Anwendbar ist das Verfahren aber auch für Metalle und Legierungen mit Schmelzpunkten oberhalb 600 "C, also beispielsweise für Aluminium sowie für hochwarmfeste Superlegierungen wie Nickel- und Kobalt-Basis-Legierungen. Eine Grenze ist im Hinblick auf die Werkstoffauswahl nur dadurch gegeben, daß man die anfallenden Wärmemengen noch mit technisch realisierbaren Wärmetauschflächen abführen kann. Dies hängt wiederum von den Eigenschaften des jeweils verwendeten Kühlmediums ab, wobei allerdings gesagt werden kann, daß die auszutauschenden Wärmemengen bei Schmelzen mit Schmelzpunkten oberhalb 600 "C durchaus beherrschbar sind.
- Als Wärmetauschmedien kommen beispielsweise Gase, bevorzugt gerührte Gase, in Frage. Eine Gaskühlung ist insbesondere für hochschmelzende Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit und einer nicht zu hohen Kristallisationsgeschwindigkeit geeignet. Eine Gaskühlung ist verhältnismäßig problemlos zu handhaben und infolgedessen vorzuziehen.
- Bei einer Forderung nach geringen Kristallisationsgeschwindigkeiten kann mit Gas unter vermindertem Druck gekühlt werden. Dadurch wird der Wärmetransport reduziert, so daß die Vorgänge leichter steuer- bzw.
- regelbar sind.
- In Frage kommt auch eine Flüssigkeitskühlung, beispielsweise durch flüssige Metalle, die jedoch bei hohen Temperaturen problematisch ist. Eine Flüssigmetallkühlung macht bestimmte Voraussetzungen hinsichtlich der Werkstoffauswahl für die mit dem Flüssigmetall in Berührung kommenden Teile erforderlich. Denkbar ist auch eine Kühlung mit. so genannten Uheat pipe, bei denen eine Flüssigkeit an einem Ende einer langen Röhre verdampft und an deren anderem Ende kondensiert wird.
- Es ist dabei besonders vorteilhaft, die Schmelze während des Erstarrungsvorganges von oben zu beheizen. Auf diese Weise it der Temperaturgradient beiderseits der Phasengrenze im gesamten Wanderungsbereich beeinflußbar, so daß damit eine Möglichkeit gegeben ist, die KrTstallisationsgeschwindigkeit im Wanderungsbereich zu beeinflussen und insbesondere konstant zu halten. Eine Steuerung, die auf empirisch gefundenen Werten beruhen kann, wird in der Regel dazu führen, daß die Heizleistung während des Erstarrungsvorganges kontinuierlich zurückgenommen wird.
- Eine besonders bevorzugte Regelung des erfindungsgemäßen Verfahren ist gemäß der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelmenge und die Temperaturdifferenz des Kühlmittels zwischen Eintritt und Austritt erfaßt werden, daß daraus die pro Zeiteinheit abgeführte Wärmemenge bestimmt und mit einem Sollwert verglichen wird, und daß bei einem Abweichen der Wärmemenge vom Sollwert die Durchflußmenge des Kühimittels pro Zeiteinheit in der Weise verändert wird, daß die Abweichung vom Sollwert ein Minimum ist.
- Eine solche Regelung fUhrt zu weitgehend konstanten Erstarrungsbedingungen innerhalb des gesamten Wanderungsbereichs der Phasengrenze vom gekühlten Boden bis zum ursprünglichen Flüssigkeitsspiegel. Hierbei ist nämlich zu berücksichtigen, daß der bereits erstarrte Teil des Gußstücks einen im Verlaufe der Erstarrung zunehmenden Wärmewiderstand in vertikaler Richtung zum Boden hin darstellt, so daß die Wanderungsgeschwindigkeit der Phasengrenze bei einem ungeregelten Verfahren allmählich abnehmen würde. Durch das vorgeschlagene Regelverfahren findet jedoch ein Ausgleich dahingehend statt, daß der Kühleffekt im Bereich des Bodens mit fortschreitender Entfernung der Phasengrenze von diesem verstärkt wird, so daß der wachsende Wärmewiderstand kompensiert wird. Möglichkeiten für eine solche Lösung werden im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen noch angegeben.
- Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Diese Vorrichtung besteht aus einer Ofen kammer mit mindestens einem auswechselbaren Tiegel und aus einer dem Tiegel zugeordneten Heizeinrichtung sowie aus einer kühlbaren Bodenplatte und ist gemäß der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel auf seiner gesamten Höhe von einer Wärmedämmeinrichtung umgeben ist und daß die Bodenplatte stationär gegenüber der Wärmedämmeinrichtung angeordnet ist.
- Eine solche Vorrichtung zeichnet sich wegen des Wegfalls sämtlicher Antriebseinrichtungen für die Tiegelbewegung und/oder die Bewegung von Heizeinrichtung und Wärmedämmeinrichtung durch besondere Einfachheit und Zuverlässigkeit im Betrieb aus.
- Weitere Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich a.us den übrigen Unteransprüchen.
- Zwi Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 noch näher erläutert.
- Es zeigen: Figur 1 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung mit einem Tiegel in Verbindung mit einer Regelanordnung zur Regelung des Durchsatzes an Kühlgas, und Figur 2 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung analog Figur 1, jedoch mit dem Unterschied, daß auf dem gekühlten Boden eine Vielzahl von einzelnen Tiegeln angeordnet ist.
- In Figur 1 ist eine Vorrichtung zum gerichteten Erstarren dargestellt, die aus einer Ofenkammer 1 mit einem abnehmbaren Oberteil 2 besteht. In der Ofen kammer 1 befindet sich ein auswechselbarer Tiegel 3 mit einer zylindrischen Tiegelwand 4, in deren Mitte, d.h. etwa auf halber Hohe, ein kühlbarer Boden 5 angeordnet ist. Der Tiegel besitzt dadurch einen H-förmigen Längsschnitt mit einem oberen Hohlraum 6 und einem unteren Hohlraum 7.
- Wie bereits ausgeführt, dient der Tiegel 3 gleichzeitig als Aufschmelzbehälter und als Gießform. Hierfür ist der obere Hohlraum 6 vorgesehen, in dem sich anfänglich (nicht dargestellt) das feste Ausgangsmaterial befindet. Nach dem Aufschmelzvorgang ist der obere Hohlraum 6 zunächst mit Schmelze 8 angefüllt, d.h. der Boden 5 wird hierbei keiner Kühlung unterworfen. Sobald jedoch die Kühlung einsetzt, wandert vom Boden 5 allmählich eine Phasengrenze 9 (Erstarrungsfiunt) nach oben, unterhalb welcher sich der erstarrte Teil 10 des Gußstücks befindet. Es ist zu erkennen, daß die Phasengrenze 9 horizontal verläuft und eben ist.
- Zur Beheizung des Tiegels 3 dient eine erste Heizeinrichtung 11, die im Bereich des oberen Hohiraums 6 und.der Bodenplatte 5 angeordnet ist und aus einer Induktionsheizspule besteht. Oberhalb des Schmelzenspiegels 11 ist noch eine zweite Heizeinrichtung 13 angeordnet, die als Widerstandsheiz'leiter ausgebildet ist und die Beheizung von oben fortsetzt (Anspruch 2.).
- Der untere Hohlraum 7 wird dadurch gebildet, daß die Tiegelwand 4 nach unten über die Bodenplatte 5 hinausragt. In diesem unteren Hohlraum 7 ist ein Wärmetauscher 14 angeordnet, der mit der Bodenplatte 5 in wärmeleitender Verbindung steht. Dies geschieht dadurch, daß der Wärmetauscher aus einem Stapel von Graphitplatten gebildet wird, indem auf dem Außenumfang befindliche axiale Nuten 15, radiale Nuten 16 und eine Bohrung 17 sich zu einem System von Strömungskanälen ergänzen, die zusammen mit den Graphitplatten eine entsprechend große Wärmetauschfläche bilden. Der Wärmetauscher erhält seine Wärme überwiegend in axialer Richtung von der Bodenplatte 5, mit der er in wärmeleitender Verbindung steht.
- Es ist -erkennbar, daß die Tiegelwand 4 und die Bodenplatte 5 eine Baueinheit darstellen. Zwischen dem Tiegel 3 und der Ofenkammer 1 ist allseitig eine Wärmedämmeinrichtung 1« an geordnet, die einen solchen Isolationswert und eine solche W-andstärke aufweist, daß der Wärmedurchgang merklich kleiner ist als 0,1 W/cm2. Die Wärmedämmeinrichtung 18 besteht bevorzugt aus Graphitfilz. Auch das Oberteil 2 ist mit einer entsprechenden Wärmedämmeinrichtung 19 ausgekleidet. Auf diese Weise wird verhindert, daß merkliche Wärmemengen in seitlicher Richtung abgeführt werden. Vielmehr ist eine Abfuhr der Erstarrungswärme praktisch ausschließlich über die Bodenplatte 5 möglich. Es ist weiterhin ersichtlich, daß die gekühlte Bodenplatte 5 gegenüber der Wärmedämmeinrichtung 18 und der Heizeinrichtung 11 stationär angeordnet ist.
- Aus Figur 1 ist weiterhin zu entnehmen, daß der untere Hohlraum 7 bzw. der Wärmetauscher 14 mit einer Eintrittsleitung 20 und einer Austrittsleitung 21 fUr ein gasförmiges Kühimittel verbunden sind. In der Austrittsleitung 21 befindet sich eine Blende 22 für die Messung des Kühlmitteldurchsatzes pro Zeiteinheit. Dieser Kühlmitteldurchsatz wird mittels eines Mengenmessers 23 in an sich bekannter Weise bestimmt.
- In der Austrittsleitung 21 befindet sich weiterhin ein Temperaturfühler 24, dessen Meßwert einer Temperaturmeßeinrichtung 25 zugeführt wird. Die Ausgänge von Mengenmesser 23 und Temperaturmeßeinrichtung 25 werden einem Multiplikator 26 zugeführt, in dem die pro Zeiteinheit abgeführte Wärmemenge bestimmt wird. Der entsprechende Meßwert wird in einem Regler 27 mit einem von einem Sollwertsteller 28 kommenden Sollwert vergli¢hen, und etwaige Abweichungen werden einem Stellglied 29 zugeführt, das durch ein in der Eintrittsleitung 20 angeordnetes Regelventil gebildet wird.
- Ohne eine solche Regelanordnung würde die pro Zeiteinheit abgeführte Wärmemenge kontinuierlich abnehmen, da sich die Phasengrenze 9, an der die Erstarrungswärme freigesetzt wird, zunehmend von der Bodenplatte 5 entfernt und der zwischen der Phasengrenze 9 und der Bodenplatte 5 liegende erstarrte Teil 10 des Gußstücks einen zunehmend größer werdenden Wärmewiderstand bildet. Dies äußert sich anfänglich - bei gleichem Kühlmitteldurchsatz - in einer Temperaturabsenkung am Tempera.Eurf ühl e r 24 und damit in einer verringerten pro Zeiteinheit abgeführten Wärmemenge, d.h. in einem Abfall gegenüber dem vorgegebenen Sollwert. Dieser Vorgang wird nun durch ein entsprechendes Regel signal am Ausgang des Reglers 27 kompensiert, indem das Stellglied 29 weiter geöffnet wird, so daß die Kühimittelmenge entsprechend erhöht wird, bis das Produkt aus Kühimittelmenge pro Zeiteinheit und Temperaturdifferenz wieder den alten Wert erreicnt hat.
- In Figur 2 sind gleiche oder analoge Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Fall ist die Bodenplatte 5 als Graphitpiatteausgebildet und mit Kühlmittelkanälen 30 versehen, die an die Eintrittsleitung 20 und die Austrittsleitung 21 angeschlossen sind.
- Auf der Bodenplatte 5 ruhen mehrere Tiegel 3, die einen prismatischen, beispielsweise quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben, so daß sich ihre Seitenwände flächig berühren können. Der anfänglich feste Tiegel in halt wird durch zwei Heizeinrichtungen 11 und 11a zusammen mit der Bodenplatte 5 aufgeheizt, die zu diesem Zeitpunkt nicht vom Kühlmittel durchströmt ist. Dadurch schmilzt der Inhalt der Tiegel 3 auf, und eine Wärmeabfuhr in seitlicher Richtung wird durch die Wärmedämmeinrichtung 18 wirksam verhindert, die sowohl seitlich als auch oberhalb und unterhalb der Bodenplatte 5 angeordnet ist.und auch die Heizeinrichtungen 11 und 11a umgibt. Ein seitlicher Wärmeabfluß wird aber nicht nur durch die Wärmedämmeinrichtung 18 verhindert, sondern die in einer Vielzahl vorhandenen Tiegel 3 schirmen sich nach den Seiten hin auch gegenseitig ab, so daß das Temperaturprofil über alle Tiegel 3 als außerordentlich gleichförmig anzusehen ist.
- Sobald nun der Erstarrungsvorgang eingeleitet werden soll, wird die untere Heizeinrichtung lla abgeschaltet und die Bodenplatte 5 mit dem Kühlmedium beaufschlagt.
- Auch in diesem Falle ist ein Wärmefluß nur in axialer Richtung, d.h. in Richtung zur Bodenplatte 5 hin möglich, so daß ein absolut einachsiges Kristallwachstum erreicht wird.
- Die Anordnung zur Regelung der Kühlleistung ist gegenüber Figur 1 modifiziert. Zur Messung der Temperaturdifferenz befinden sich in der Eintrittsleitung 20 und in der Austrittsleitung 21 Temperaturfühler 31 und 32, deren Ausgangssignale dem Regler 27 zugeführt werden. Eintrittsleitung 20 und Austrittsleitung 21 sind zum Zwecke der Gasersparnis zu einem Kreislauf geschaltet, in dem ein Wärmetauscher 33 und eine Umwälzpumpe 34 angeordnet sind. Hinter d.er Umwälzpumpe 34 liegt ein Mengenmesser 23, dessen Ausgangssignal gleichfalls dem Regler 27 zugeführt wird. Ober einen weiteren Eingang ist der Regler 27 mit einem Sollwertsteller 28 verbunden.
- In dem Regler 27 wird die pro Zeiteinheit abgeführte Wärmemenge bestimmt und mit dem Ausgangswert des Sollwertstellers 28 verglichen. Etwaige Abweichungen werden einem Stellglied 29 zugeführt, das im vorliegenden Falle ein Drosselventil 35 betätigt, das gleichfalls in der Kreislaufleitung angeordnet ist. Das Drosselventil wird mit zunehmenden Abstand der Phasengrenze von der Bodenplatte weiter geöffnet, so daß die Kühlleistung und damit die Kristallisationsgeschwindigkeit bzw. Wanderungsgeschwindigkeit der Phasengrenze konstant bleiben.
- Ober den Sollwertsteller kann für die Regelung ein konstanter Sollwert vorgegeben werden, der dann während des gesamten Erstarrungsvorganges konstant bleibt. Es ist aber ohne weiteres möglich, einen sogenannten gleitenden Sollwert vorzugeben, in-dem der Sollwertsteller als Programmgeber oder als programmierbarer Rechner ausgebildet ist. In diesem Fall können in den Regelprozeß weitere Korrekturfaktoren eingegeben werden. Mit nach oben wandernder Phasengrenze 9 wird nämlich'die Masse des erstarrten Teils 10 des Gußstücks zunehmend größer, und auch aus diesem Teil ist eine wachsende Entalpie abzuführen, während die freigesetzte Erstarrungswärme konstant bleibt. Zwar ist die änderung der Entalpie im erstarrten Teil 10 verhältnismäßig gering gegenüber der freigesetzten Erstarrungswärme, jedoch kann auch ein solches Verhalten durch die Vorgabe eines gleitenden Sollwerts kompensiert werden.
- - Leerseite -
Claims (5)
- A N 5 P R 0 C H E: r Verfahren zum gerichteten Erstarren von Schmelzen mit Schmelzpunkten von mindestens 600 "C in einem Tiegel durch-Wärmeabfuhr in Richtung auf eine gekühlte Bodenplatte, dadurch gekennzeichnet, daß man a) rbm Tiegel eine isotherme Schmelze erzeugt, b) die Schmelze im Wanderungsbereich der Phasengrenze durch eine Wärmedämmeinrichtung gegen eine seitliche Wärmeabfuhr schützt, c) die gekühlte Bodenplatte im Ruhezustand gegenüber der Wärmedämmung hält und d) die'Erstarrungswärme ausschließlich über die Bodenplatte abführt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelze während des Erstarrungsvorganges von oben her beheizt und das Verhältnis von Heizleistung zu Kühleistung in der Weise steuert, daß die Wanderungsgeschwindigkeit der Phasengrenze im gesamten Wanderungsbereich der Phasengrenze konstant gehalten wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühimittelmenge pro Zeiteinheit und die Temperaturdifferenz des Kühimittels zwischen Eintritt und Austritt erfaßt werden, daß daraus die pro Zeiteinheit abgeführte Wärmemenge bestimmt und mit einem Sollwert verglichen wird und daß bei einem Abweichen der Wärmemenge vom Sollwert die Durchflußmenge des Kühlmittels pro Zeiteinheit in der Weise verändert wird, daß die Abweichung vom Sollwert ein Minimum ist.
- 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Ofenkammer mit mindestens einem auswechselbaren Tiegel und einer dem Tiegel zugeordneten Heizeinrichtung sowie mit einer kühlbaren Bodenplatte, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (.3) auf seiner gesamten Höhe von einer Wärmedämmeinrichtung (18) umgeben ist, und daß die Bodenplatte (5) stationär gegenüber der Wärmedämmeinrichtung (18) angeordnet ist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Tiegel (3) und kühlbare Bodenplatte (5) eine Baueinheit darstellen, daß die Tiegelwand (4) nach unten über der Bodenplatte hinausragt und daß in dem dadurch gebildeten unteren Hohlraum (7) ein Wärmetauscher (14) angeordnet ist, der mit der Bodenplatte (5) in wärmeleitender Verbindung steht.6'. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der kühlbaren Bodenplatte (5) mehrere Tiegel (3) ruhen, deren Seitenwände einander im wesentlichen flächig berühren.
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---|---|
DE (1) | DE3323896A1 (de) |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3644746A1 (de) * | 1986-12-30 | 1988-07-14 | Hagen Hans Dr Ing | Verfahren und vorrichtung zum zuechten von kristallen |
EP0463229A1 (de) * | 1990-06-13 | 1992-01-02 | Leybold Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung von gerichtet erstarrten Giessteilen |
EP0889148A1 (de) * | 1997-07-02 | 1999-01-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung polykristalliner Halbleiter |
WO1999003621A1 (de) * | 1997-07-16 | 1999-01-28 | Ald Vacuum Technologies Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von werkstücken oder blöcken aus schmelzbaren materialien |
EP0939146A1 (de) * | 1998-02-25 | 1999-09-01 | Mitsubishi Materials Corporation | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Siliciumstabes mit einer Struktur hergestellt durch gerichtete Erstarrung |
US5989365A (en) * | 1994-12-06 | 1999-11-23 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Metallic ingot for plastic working |
WO2000056954A1 (de) * | 1999-03-19 | 2000-09-28 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Vorrichtung zur herstellung von einkristallen |
WO2001064975A2 (de) * | 2000-03-03 | 2001-09-07 | Schott Glas | Verfahren und vorrichtung zur züchtung von grossvolumigen orientierten einkristallen |
US6640876B2 (en) | 2000-06-07 | 2003-11-04 | Mitsubishi Materials Corporation | Method and apparatus for manufacturing copper and/or copper alloy ingot having no shrinkage cavity and having smooth surface without wrinkles |
DE102005013410A1 (de) * | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Deutsche Solar Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Kristallisieren von Nichteisenmetallen |
EP2014803A1 (de) * | 2007-07-10 | 2009-01-14 | Commissariat à l'Energie Atomique | Vorrichtung zur Herstellung eines Blocks aus kristallinem Material mit Modulation der Wärmeleitfähigkeit |
US7727502B2 (en) | 2007-09-13 | 2010-06-01 | Silicum Becancour Inc. | Process for the production of medium and high purity silicon from metallurgical grade silicon |
CN102071454A (zh) * | 2011-02-17 | 2011-05-25 | 浙江晶盛机电股份有限公司 | 用于多晶铸锭炉的气体冷却装置及方法 |
CN102234837A (zh) * | 2011-08-01 | 2011-11-09 | 浙江晶盛机电股份有限公司 | 气致冷多晶硅铸锭炉的闭式冷却系统 |
CN102268728A (zh) * | 2011-08-01 | 2011-12-07 | 上虞晶信机电科技有限公司 | 用于多晶硅铸锭炉的改进结构的热交换台 |
FR2968127A1 (fr) * | 2010-11-29 | 2012-06-01 | Commissariat Energie Atomique | Échangeur thermique d'un système de solidification et/ou de cristallisation d'un matériau semi-conducteur |
CN103205807A (zh) * | 2011-12-28 | 2013-07-17 | 江苏有能光电科技有限公司 | 一种制备准单晶硅的铸锭炉及制备准单晶硅的方法 |
CN114686962A (zh) * | 2020-12-29 | 2022-07-01 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 水冷结构和具有其的类单晶铸锭设备 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE29715846U1 (de) * | 1997-09-04 | 1997-12-11 | ALD Vacuum Technologies GmbH, 63526 Erlensee | Vorrichtung zum gerichteten Erstarren von Schmelzen |
DE10021585C1 (de) * | 2000-05-04 | 2002-02-28 | Ald Vacuum Techn Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Einschmelzen und Erstarren von Metallen und Halbmetallen in einer Kokille |
DE102007026298A1 (de) * | 2007-06-06 | 2008-12-11 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Anordnung und Verfahren zur Herstellung eines Kristalls aus der Schmelze eines Rohmaterials sowie Einkristall |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1293744A (fr) * | 1961-05-24 | 1962-05-18 | Western Electric Co | Procédé de croissance de monocristaux de corindon et d'oxyde de gallium |
DE2230317A1 (de) * | 1971-06-22 | 1973-01-11 | Secr Defence Brit | Verfahren zum giessen von metallgegenstaenden |
GB1303027A (de) * | 1970-08-12 | 1973-01-17 | ||
DE2252548B2 (de) * | 1971-11-05 | 1974-12-19 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales Chatillon-Sousbagneux, Hauts-De-Seine (Frankreich) | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Legierungen mit einer durch orientiertes Erstarren erzeugten Struktur |
US3898051A (en) * | 1973-12-28 | 1975-08-05 | Crystal Syst | Crystal growing |
DE3026661C2 (de) * | 1980-07-14 | 1983-11-24 | Aleksandr Ivanovič Vladimir Gridnev | Vorrichtung zur Einkristallzüchtung aus Mehrkomponentenlegierungen |
-
1983
- 1983-07-02 DE DE19833323896 patent/DE3323896A1/de active Granted
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1293744A (fr) * | 1961-05-24 | 1962-05-18 | Western Electric Co | Procédé de croissance de monocristaux de corindon et d'oxyde de gallium |
GB1303027A (de) * | 1970-08-12 | 1973-01-17 | ||
DE2230317A1 (de) * | 1971-06-22 | 1973-01-11 | Secr Defence Brit | Verfahren zum giessen von metallgegenstaenden |
DE2252548B2 (de) * | 1971-11-05 | 1974-12-19 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales Chatillon-Sousbagneux, Hauts-De-Seine (Frankreich) | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Legierungen mit einer durch orientiertes Erstarren erzeugten Struktur |
US3898051A (en) * | 1973-12-28 | 1975-08-05 | Crystal Syst | Crystal growing |
DE3026661C2 (de) * | 1980-07-14 | 1983-11-24 | Aleksandr Ivanovič Vladimir Gridnev | Vorrichtung zur Einkristallzüchtung aus Mehrkomponentenlegierungen |
Cited By (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3644746A1 (de) * | 1986-12-30 | 1988-07-14 | Hagen Hans Dr Ing | Verfahren und vorrichtung zum zuechten von kristallen |
EP0463229A1 (de) * | 1990-06-13 | 1992-01-02 | Leybold Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung von gerichtet erstarrten Giessteilen |
US5989365A (en) * | 1994-12-06 | 1999-11-23 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Metallic ingot for plastic working |
EP0889148A1 (de) * | 1997-07-02 | 1999-01-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung polykristalliner Halbleiter |
US6110274A (en) * | 1997-07-02 | 2000-08-29 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process and apparatus for producing polycrystalline semiconductor |
US6464198B1 (en) | 1997-07-16 | 2002-10-15 | Ald Vacuum Technologies Gmbh | Apparatus for manufacturing workpieces or blocks from meltable materials |
WO1999003621A1 (de) * | 1997-07-16 | 1999-01-28 | Ald Vacuum Technologies Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von werkstücken oder blöcken aus schmelzbaren materialien |
EP0939146A1 (de) * | 1998-02-25 | 1999-09-01 | Mitsubishi Materials Corporation | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Siliciumstabes mit einer Struktur hergestellt durch gerichtete Erstarrung |
US6299682B1 (en) | 1998-02-25 | 2001-10-09 | Mitsubishi Materials Corporation | Method for producing silicon ingot having directional solidification structure and apparatus for producing the same |
US6378835B1 (en) | 1998-02-25 | 2002-04-30 | Mitsubishi Materials Corporation | Method for producing silicon ingot having directional solidification structure and apparatus for producing the same |
WO2000056954A1 (de) * | 1999-03-19 | 2000-09-28 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Vorrichtung zur herstellung von einkristallen |
US6712904B1 (en) | 1999-03-19 | 2004-03-30 | Forschungszentrum Julich Gmbh | Device for producing single crystals |
WO2001064975A2 (de) * | 2000-03-03 | 2001-09-07 | Schott Glas | Verfahren und vorrichtung zur züchtung von grossvolumigen orientierten einkristallen |
WO2001064975A3 (de) * | 2000-03-03 | 2001-12-06 | Schott Glas | Verfahren und vorrichtung zur züchtung von grossvolumigen orientierten einkristallen |
US6969502B2 (en) | 2000-03-03 | 2005-11-29 | Schott Glas | Method and device for growing large-volume oriented monocrystals |
US6640876B2 (en) | 2000-06-07 | 2003-11-04 | Mitsubishi Materials Corporation | Method and apparatus for manufacturing copper and/or copper alloy ingot having no shrinkage cavity and having smooth surface without wrinkles |
DE102005013410A1 (de) * | 2005-03-23 | 2006-09-28 | Deutsche Solar Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Kristallisieren von Nichteisenmetallen |
JP2008534414A (ja) * | 2005-03-23 | 2008-08-28 | ドイチェ ソーラー アクチェンゲゼルシャフト | 非鉄金属材料の結晶化の為の装置及び方法 |
DE102005013410B4 (de) * | 2005-03-23 | 2008-01-31 | Deutsche Solar Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Kristallisieren von Nichteisenmetallen |
US7981214B2 (en) | 2005-03-23 | 2011-07-19 | Deutsche Solar Gmbh | Device and process for the crystallizing of non-ferrous metals |
US8172944B2 (en) | 2007-07-10 | 2012-05-08 | Commissariat A L'energie Atomique | Device for producing a block of crystalline material with modulation of the thermal conductivity |
EP2014803A1 (de) * | 2007-07-10 | 2009-01-14 | Commissariat à l'Energie Atomique | Vorrichtung zur Herstellung eines Blocks aus kristallinem Material mit Modulation der Wärmeleitfähigkeit |
FR2918675A1 (fr) * | 2007-07-10 | 2009-01-16 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de fabrication d'un bloc de materiau cristallin avec modulation de la conductivite thermique. |
JP2009018987A (ja) * | 2007-07-10 | 2009-01-29 | Commissariat A L'energie Atomique | 熱伝導率を調整することによって結晶質材料のブロックを製造するための装置 |
US7727502B2 (en) | 2007-09-13 | 2010-06-01 | Silicum Becancour Inc. | Process for the production of medium and high purity silicon from metallurgical grade silicon |
WO2012072633A1 (fr) * | 2010-11-29 | 2012-06-07 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Echangeur thermique d'un systeme de solidification et/ou de cristallisation d'un materiau semi-conducteur |
FR2968127A1 (fr) * | 2010-11-29 | 2012-06-01 | Commissariat Energie Atomique | Échangeur thermique d'un système de solidification et/ou de cristallisation d'un matériau semi-conducteur |
US9303929B2 (en) | 2010-11-29 | 2016-04-05 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Heat exchanger for a system for solidification and/or crystallization of a semiconductor material |
CN102071454A (zh) * | 2011-02-17 | 2011-05-25 | 浙江晶盛机电股份有限公司 | 用于多晶铸锭炉的气体冷却装置及方法 |
CN102268728A (zh) * | 2011-08-01 | 2011-12-07 | 上虞晶信机电科技有限公司 | 用于多晶硅铸锭炉的改进结构的热交换台 |
CN102234837A (zh) * | 2011-08-01 | 2011-11-09 | 浙江晶盛机电股份有限公司 | 气致冷多晶硅铸锭炉的闭式冷却系统 |
CN102234837B (zh) * | 2011-08-01 | 2013-07-24 | 浙江晶盛机电股份有限公司 | 气致冷多晶硅铸锭炉的闭式冷却系统 |
CN103205807A (zh) * | 2011-12-28 | 2013-07-17 | 江苏有能光电科技有限公司 | 一种制备准单晶硅的铸锭炉及制备准单晶硅的方法 |
CN114686962A (zh) * | 2020-12-29 | 2022-07-01 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 水冷结构和具有其的类单晶铸锭设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3323896C2 (de) | 1991-08-22 |
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