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Kontinuierliche Herstellung von Eiskristallen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017718D
Original Publication Date: 2001-Jul-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 3 page(s) / 153K

Publishing Venue

Siemens

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Dr. Thomas Berthold: AUTHOR

Abstract

Die zentrale Idee ist, einen einkristallinen Stab durch eine horizontale, hinreichend lange Einrichtung zu bewegen, so dass der Stab an einem Ende Raumtemperatur, am anderen nahezu Schmelztemperatur aufweist. An diesem heißen Ende wird laufend neues Material an dem vorgegebenen einkristallinen Stab auskristallisiert. Entsprechend der Wachstumsrate an diesem Ende wird der Kristall durch die Kühleinrichtung bewegt. Am kalten Ende können zur Weiterverarbeitung laufend geeignete Stücke abgeschnitten werden (Abb. 2). Auf diese Weise ermöglicht die im Folgenden beschriebene Technik einen wirklich kontinuierlichen Herstellungsvorgang von Einkristallen, wie er mit den bekannten Züchtungsverfahren nicht möglich ist. Am heißen Ende weist der Kristallstab eine dünne Schicht Schmelze einer geeigneten Zusammensetzung auf. Durch Kristallisation dieser Schmelze wächst der Stab. Die Schmelze wird verbraucht durch Kristallisation und durch Abfließen, daher wird sie aus einem Reservoir ständig nachgefüllt. Dieses Reservoir wird am besten oberhalb des heißen Endes angeordnet. Die Schmelze fließt durch eine Dosiereinrichtung und eventuell über Rinnen oder Ebenen, in denen ihre Temperatur noch genauer eingestellt werden kann (Abb. 2). Danach fließt die Schmelze auf die Wachstumsfläche des Kristallstabs. Diese Fläche sollte eine flache Neigung aufweisen, damit sich die Schmelze darauf verteilen kann und nur langsam abfließt. Die Temperatur des Kristallstabs an der Wachstumsfläche muss knapp unter dem Schmelzpunkt liegen, damit die Schmelze zum Teil auskristallisiert. Es ist sehr günstig, wenn ein gewisser Anteil der Schmelze abfließt, weil damit auch Verunreinigungen abgeführt werden.

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Industrie

Kontinuierliche Herstellung von Eiskristallen

Idee: Dr. Thomas Berthold, München

Die zentrale Idee ist, einen einkristallinen Stab durch eine horizontale, hinreichend langeEinrichtung zu bewegen, so dass der Stab an einem Ende Raumtemperatur, am anderen nahezuSchmelztemperatur aufweist. An diesem heißen Ende wird laufend neues Material an demvorgegebenen einkristallinen Stab auskristallisiert. Entsprechend der Wachstumsrate an diesemEnde wird der Kristall durch die Kühleinrichtung bewegt. Am kalten Ende können zurWeiterverarbeitung laufend geeignete Stücke abgeschnitten werden (Abb. 2). Auf diese Weiseermöglicht die im Folgenden beschriebene Technik einen wirklich kontinuierlichenHerstellungsvorgang von Einkristallen, wie er mit den bekannten Züchtungsverfahren nicht möglichist.

Am heißen Ende weist der Kristallstab eine dünne Schicht Schmelze einer geeignetenZusammensetzung auf. Durch Kristallisation dieser Schmelze wächst der Stab. Die Schmelze wirdverbraucht durch Kristallisation und durch Abfließen, daher wird sie aus einem Reservoir ständignachgefüllt. Dieses Reservoir wird am besten oberhalb des heißen Endes angeordnet. DieSchmelze fließt durch eine Dosiereinrichtung und eventuell über Rinnen oder Ebenen, in denenihre Temperatur noch genauer eingestellt werden kann (Abb. 2). Danach fließt die Schmelze aufdie Wachstumsfläche des Kristallstabs. Diese Fläche sollte eine flache Neigung aufweisen, damitsich die Schmelze darauf verteilen kann und nur langsam abfließt. Die Temperatur desKristallstabs an der Wachstumsfläche muss knapp unter dem Schmelzpunkt liegen, damit dieSchmelze zum Teil auskristallisiert. Es ist sehr günstig, wenn ein gewisser Anteil der Schmelzeabfließt, weil damit auch Verunreinigungen abgeführt werden.

Die Zusammensetzung der Schmelze wird in den meisten Fällen ähnlich der des gewünschtenKristalls sein, die Konzentration an Dotierstoffen hängt von deren Einbaukoeffizienten ab. DurchVerwendung mehrerer Reservoirs und wechselnder Dosierung lassen sich aber auchGradientenwerkstoffe herstellen, oder in gewissem Rahmen die Zusammensetzung ändern, ohneden Prozess zu unterbrechen. Es ist auch möglich, das beschriebene Verfahren nicht zur Züchtungaus der Schmelze, sondern auch aus der Lösung zu verwenden (Abb. 3). Dabei wird anstatt einerSchmelze eine übersättigte Lösung des zu kristallisierenden Stoffes eingesetzt....