Verfahren zur Herstellung eines Schmelztiegels

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bausatz für einen Schmelztiegel zur Aufnahme von geschmolzenem Material, beispielsweise geschmolzenem

Silizium.

Schmelztiegel können beispielsweise aus Quarzglas hergestellt werden.

Aus der DE 10 2005 054 319 AI ist ein Skulltiegel zum Einschmelzen und/oder Läutern von Glas bekannt, welcher zumindest eine kühlbare Seitenwand und zumindest eine Bodenplatte aufweist. Die Seitenwand weist eine Platte aus Vollmaterial auf, welche eine im Wesentlichen ebene Schmelzkontaktfläche, eine Bodenfläche zum Aufstellen eines Grundbegrenzungselement auf die Bodenplatte, eine Außenfläche sowie eine erste und zweite Anschlussfläche umfasst. Zur Fertigung der Platte wird ein massiver Block beispielsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierung bereitgestellt. Dieser Block wird dann im Wesentlichen durch spanabhebende Verfahren, insbesondere Fräsen und Bohren, zu der Platte verarbeitet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bausatz für einen carbidkeramischen Schmelztiegel bereitzustellen, welcher eine sichere Aufnahme von geschmolzenem Material ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Bausatz mindestens ein Bodenwandelement zur Ausbildung einer Bodenwand des Schmelztiegels und mindestens ein Seitenwandelement zur Ausbildung einer Seitenwand des Schmelztiegels umfasst, wobei das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement ein

carbidkeramischer Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für einen

carbidkeramischen Faserkeramikkörper ist. Dadurch, dass das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement ein carbidkeramischer Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für einen carbidkeramischen Faserkeramikkörper ist, kann mittels des Bausatzes ein besonders stabiler carbidkeramischer Schmelztiegel hergestellt werden.

Carbidkeramische Materialien weisen einen sehr geringen thermischen

Ausdehnungskoeffizienten auf. Dadurch lassen sich die einzelnen Elemente (Bodenwandelement, Seitenwandelement(e)) im Bausatz zu einem Schmelztiegel zusammensetzen, ohne dass die Gefahr eines "thermal mismatch" besteht. Dadurch können dann auch im hergestellten Schmelztiegel keine thermischen Verspannungen aufgrund Fügung der verschiedenen Elemente auftreten beziehungsweise diese thermischen Spannungen sind sehr gering im Vergleich zu metallischen Materialien.

Darüber hinaus kann ein carbidkeramischer Schmelztiegel hohen

Temperaturbelastungen unterworfen werden. Es können dadurch Schmelzen aufgenommen werden, wie beispielsweise Siliziumschmelzen, deren

Temperatur über 1.000°C liegt. Der Schmelzpunkt von Aluminium liegt bei circa 660°C, wohingegen der Schmelzpunkt von Silizium bei circa 1.410°C liegt; ein Aluminiumtiegel ist daher nicht für eine Siliziumschmelze geeignet.

Weiterhin lassen sich entsprechende Elemente des Bausatzes auf einfache Weise und insbesondere stoffschlüssig fügen, ohne dass thermische

Spannungen an den Fügestellen entstehen beziehungsweise diese thermischen Spannungen sind minimiert. Diese thermischen Spannungen sind auch nicht vorhanden beziehungsweise minimiert, wenn eine heiße Schmelze

aufgenommen ist.

Darüber hinaus lassen sich die entsprechenden Elemente des carbidkeramischen Schmelztiegels mit definierten Geometrien herstellen.

Insbesondere lassen sich am carbidkeramischen Schmelztiegel scharfe Übergänge zwischen der Bodenwand und Seitenwänden und zwischen

Seitenwänden erreichen. Scharfkantige Übergänge in dem carbidkeramischen Schmelztiegel führen zu einer Reduktion des Verschnitts bei der Weiterverarbeitung des erstarrten Schmelzmaterials wie Silizium. (Quarzglaswannen haben üblicherweise herstellungsbedingt keine scharfen Innenkanten, sondern weisen an den Übergängen Radien auf.)

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels des Bausatzes ein wiederverwendbarer carbidkeramischer Schmelztiegel herstellbar ist.

Unter einem Faserkeramikkörper ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ein Keramikkörper zu verstehen, welcher Fasern umfasst. Unter einer Faser ist dabei vorzugsweise ein längliches, dünnes und flexibles Ausgangsmaterial zu verstehen, welches beispielsweise als Filament, als Filamentgarn, als Faserbündel, als Faserstrang, als Roving und/oder als Rovingband vorliegt.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Fasern Siliziumcarbid- fasern umfassen.

Ferner kann unter einem Faserkeramikkörper ein Körper verstanden werden, welcher aus einem Vorkörper hergestellt ist, wobei der Vorkörper Fasern umfasst. Ein Faserkeramikkörper kann somit beispielsweise ein Körper sein, welcher ein aus Fasern entstandenes Produkt, beispielsweise silizierte Kohlen- stofffasern oder silizierte Kohlenstofffaservorkörper, umfasst. In einem solchen Fall liegen in dem Faserkeramikkörper im fertigen Zustand keine Fasern im eigentlichen Sinne mehr vor. Vielmehr umfasst der Faserkeramikkörper dann im fertigen Zustand ein Material, welches durch eine Reaktion mit den Fasern entstanden ist.

Unter einem Vorkörper für einen Faserkeramikkörper ist insbesondere ein Körper zu verstehen, welcher aus einem Ausgangsmaterial zur Herstellung des Faserkeramikkörpers besteht und zumindest näherungsweise bereits die Form des herzustellenden Faserkeramikkörpers aufweist. Ein Vorkörper kann ferner ein zumindest näherungsweise die fertige Form aufweisender Körper in einem beliebigen Stadium bis zur Fertigstellung des Faserkeramikkörpers sein.

Beispielsweise kann ein Vorkörper ein Grünkörper, ein poröser Kohlenstoff- körper, ein Braunkörper, etc. sein.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bausatz mindestens ein Kantenelement zur Verstärkung mindestens einer Kante des Schmelztiegels umfasst. Auf diese Weise können insbesondere zwei aneinan- der angrenzende Seitenwandelemente und/oder ein an ein Bodenwandelement angrenzendes Seitenwandelement verstärkt und/oder zusätzlich abgedichtet werden.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Bausatz mindestens ein Eckelement zur Verstärkung mindestens einer Ecke des Schmelztiegels umfasst. Auch ein solches Eckelement kann zur Verstärkung und/oder Abdichtung des herzustellenden Schmelztiegels dienen.

Vorteilhaft kann es sein, wenn das mindestens eine Kantenelement einen zumindest näherungsweise L-förmigen Querschnitt aufweist. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Anordnung an zwei aneinander angrenzende, in einem Winkel von ungefähr 90° zueinander angeordnete Elemente erfolgen.

Das mindestens eine Kantenelement umfasst vorzugsweise zwei ebene Ab- schnitte, welche einen Winkel einschließen, der beispielsweise näherungsweise 90°, vorzugsweise jedoch mehr als 90°, insbesondere beispielsweise ungefähr 100°, beträgt.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere miteinan- der verbundene und/oder miteinander verbindbare Kantenelemente vorgesehen sind, welche eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des mindestens einen Bodenwandelements und/oder des mindestens einen Seitenwand- elements bilden. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Herstellung des Schmelztiegels mittels des Bausatzes dadurch erfolgen, dass das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwand- element in die Aufnahmevorrichtung eingebracht, insbesondere in die Aufnahmevorrichtung eingelegt, werden.

Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die Aufnahmevorrichtung der Aufnahme sämtlicher Bodenwandelemente und sämtlicher Seitenwand- elemente zur Herstellung des Schmelztiegels dient. Vorteilhaft kann es sein, wenn das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement Fasern umfasst, welche sich zumindest näherungsweise parallel zu einer im montierten Zustand des Schmelztiegels einem Innenraum des Schmelztiegels zugewandten Oberfläche des mindestens einen Bodenwandelements und/oder des mindestens einen Seitenwandelements erstrecken. Auf diese Weise ist eine besonders stabile Ausgestaltung des mindestens einen Bodenwandelements und/oder des mindestens einen Seitenwandelements möglich. Insbesondere kann auf diese Weise eine unerwünschte Ausdehnung und/oder ein unerwünschtes

Schrumpfen des mindestens einen Bodenwandelements und/oder des min- destens einen Seitenwandelements beim Erhitzen bzw. Abkühlen desselben verhindert werden, wenn die Fasern so gewählt werden, dass diese einer temperaturabhängigen Längenänderung entgegenwirken .

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement Fasern umfasst, welche sich zumindest näherungsweise über eine gesamte Breite des mindestens einen Bodenwandelements bzw. des mindestens einen Seitenwandelements erstrecken. Auf diese Weise kann über die gesamte Breite des mindestens einen Bodenwandelements bzw. des mindestens einen Seitenwandelements eine Verstärkung mittels der Fasern erzielt werden.

Günstig kann es sein, wenn das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement Fasern umfasst, welche sich zumin- dest näherungsweise über eine gesamte Länge des mindestens einen Bodenwandelements bzw. über eine gesamte Höhe des mindestens einen Seiten- wandelements erstrecken. Auch auf diese Weise kann eine stabile und vorzugsweise temperaturinvariante Ausgestaltung des mindestens einen Boden- wandelements und/oder des mindestens einen Seitenwandelements erfolgen.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement Fasern umfasst, welche sich zumindest näherungsweise über die gesamte Dicke des mindestens einen Bodenwandelements bzw. des mindestens einen Seitenwandelements erstrecken. Insbesondere dann, wenn es sich hierbei um in einer Faserrichtung stark wärmeleitende Fasern handelt, kann auf diese Weise ein besonders effizienter Wärmeübertrag von einem Innenraum des Schmelztiegels im montierten Zustand desselben zu einer Außenseite des Schmelztiegels erfolgen.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fasern des Faserkeramikkörpers oder des Vorkörpers für den Faserkeramikkörper

Kohlenstofffasern und/oder Carbidfasern umfassen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Carbidfasern Siliziumcarbid- fasern, Wolframcarbidfasern oder Titancarbidfasern sind . Grundsätzlich kann hierbei jedoch jede Art von Material gewählt werden, welche in Verbindung mit Kohlenstoff eine Carbidstruktur bildet.

Die Fasern des Faserkeramikkörpers sind vorzugsweise Filamentbündel .

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement zur Beeinflussung der Wärmeleitfähigkeit graphitiert sind. Der erfindungsgemäße Bausatz kann vorzugsweise zur Herstellung eines carbidkeramischen Schmelztiegels, insbesondere eines erfindungsgemäßen carbidkeramischen Schmelztiegels, verwendet werden. Der erfindungsgemäße Schmelztiegel weist vorzugsweise die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bausatz beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass im montierten Zustand des

Schmelztiegels ein Winkel, welcher von einer Bodenwand und einer

Seitenwand des Schmelztiegels eingeschlossen wird, größer als 90° ist, beispielsweise mindestens ungefähr 95°, insbesondere ungefähr 100°, beträgt. Auf diese Weise kann ein sich leicht nach oben zu einer Öffnung hin öffnender Schmelztiegel ausgebildet werden, so dass ein Material, welches in geschmolzenem Zustand mittels des Schmelztiegels aufgenommen wurde und darin erstarrt ist, besonders einfach aus dem Schmelztiegel entfernt werden kann.

Günstig kann es ferner sein, wenn ein Winkel, welcher von zwei benachbarten Seitenwänden des Schmelztiegels eingeschlossen wird, größer als 90° ist, insbesondere mindestens ungefähr 95°, beispielsweise ungefähr 100°, beträgt. Auf diese Weise ist ein sich entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben hin öffnender Schmelztiegel, welcher einen entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben größer werdenden horizontalen Querschnitt aufweist, besonders einfach herstellbar.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Seitenwandelement trapezförmig ausgebildet ist, um mindestens eine trapezförmige Seitenwand des Schmelztiegels herstellen zu können. Eine solche trapezförmige Seiten- wand ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie sich im montierten Zustand des Schmelztiegels in Schwerkraftrichtung nach unten hin verjüngt. Insbesondere dann, wenn mehrere solcher trapezförmigen Seitenwandelemente zur Ausbildung von trapezförmigen Seitenwänden vorgesehen sind, kann auf besonders einfache Art und Weise ein Schmelztiegel hergestellt werden, welcher einen nach oben hin größer werdenden horizontalen Querschnitt aufweist. Günstig kann es sein, wenn der Schmelztiegel zumindest abschnittsweise mit einer, beispielsweise harzgetränkten, Faser umwickelt ist.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Seitenwand- element, insbesondere sämtliche Seitenwandelemente, und/oder mindestens ein Bodenwandelement mit einer Faser umwickelt ist.

Vorteilhaft kann es sein, wenn mittels des Schmelztiegels eine fluiddichte Schale gebildet ist. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass die fluiddichte Schale mit einer, beispielsweise harzgetränkten, Faser umwickelt wird. Auf diese Weise kann die fluiddichte Schale besonders stabil ausgebildet werden.

Bei einer Ausführungsform sind die mindestens eine Bodenwand und die mindestens eine Seitenwand stoffschlüssig miteinander verbunden. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine fluiddichte Verbindung erreichen, die insbesondere auch keine thermische Spannung beziehungsweise höchstens minimierte thermische Spannungen bewirken, auch wenn eine heiße Schmelze aufgenommen ist. Die stoffschlüssige Verbindung lässt sich beispielsweise durch Silizierung bei einem Siliziumcarbidmaterial herstellen.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schmelztiegels.

Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, einen Schmelztiegel bereitzustellen, welcher eine sichere Aufnahme von geschmolzenem Material ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein carbidkera- mischer Schmelztiegel hergestellt wird durch :

Herstellen von mindestens einem Bodenwandelement und von min- destens vier Seitenwandelementen, wobei mindestens ein Bodenwandelement und/oder mindestens ein Seitenwandelement ein carbid- keramischer Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für den carbidkeramischen Faserkeramikkörper ist; - Verbinden des mindestens einen Bodenwandelements und der mindestens vier Seitenwandelemente miteinander.

Dadurch, dass mindestens ein Bodenwandelement und/oder mindestens ein Seitenwandelement ein Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für den

Faserkeramikkörper ist, kann ein Schmelztiegel mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders einfach hergestellt werden. Mittels eines auf diese Weise hergestellten Schmelztiegels kann geschmolzenes Material besonders sicher aufgenommen werden. Die Herstellungsschritte zur Herstellung des carbidkeramischen Schmelztiegels können grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zuerst mindestens ein Vorkörper mit mindestens einem weiteren Vorkörper verbunden und anschließend als Faserkeramikkörper ausgebildet wird. Alternativ hierzu kann jedoch auch vorge- sehen sein, dass mindestens zwei Faserkeramikkörper vollständig fertiggestellt und anschließend miteinander verbunden werden.

Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Schritte zur Herstellung des Schmelztiegels gleichzeitig durchgeführt werden, beispielsweise kann vor- gesehen sein, dass ein Infiltrationsvorgang eines Vorkörpers mit kohlenstoffhaltigem Material, die Aushärtung des Vorkörpers und/oder ein Pyrolysevorgang gleichzeitig durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise die vorstehend im

Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bausatz und/oder mit dem erfindungsgemäßen Schmelztiegel beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Kantenelement zur Verstärkung mindestens einer Kante des Schmelztiegels in einem Kantenbereich an zwei aneinander angrenzenden Seitenwandelementen und/oder in einem Kantenbereich an einem Bodenwandelement und einem daran angrenzenden Seitenwandelement angeordnet wird . Auf diese Weise kann insbesondere eine vereinfachte Abdichtung des Schmelztiegels vorgenommen werden, um ein unerwünschtes Herausfließen von darin angeordnetem geschmolzenen Material zu verhindern. Vorteilhaft kann es sein, wenn aus mehreren Kantenelementen des Schmelztiegels eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des mindestens einen Bodenwandelements und/oder des mindestens einen Seitenwandelements gebildet wird . Das mindestens eine Bodenwandelement und/oder das mindestens eine Seitenwandelement werden vorzugsweise in der Aufnahmevorrichtung angeordnet, insbesondere in die Aufnahmevorrichtung eingelegt.

Günstig kann es sein, wenn das mindestens eine Bodenwandelement und die mindestens vier Seitenwandelemente zur Ausbildung einer fluiddichten Schale miteinander verbunden werden.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Kantenelement mit dem mindestens einen Bodenwandelement und/oder den Seitenwandele- menten verbunden wird. Insbesondere kann zur Verbindung der einzelnen Bauteile miteinander vorgesehen sein, dass die Bauteile gemeinsam siliziert werden. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache stoffschlüssige Verbindung . Vorteilhaft kann es sein, wenn mindestens ein Bodenwandelement, mindestens ein Seitenwandelement und/oder mindestens ein Kantenelement zur Verstärkung mindestens einer Kante des Schmelztiegels in einem Kantenbereich an zwei aneinander angrenzenden Seitenwandelementen und/oder in einem Kantenbereich an einem Bodenwandelement und einem daran an- grenzenden Seitenwandelement mit einer Faser umwickelt werden. Auf diese Weise kann eine gezielte Verstärkung des herzustellenden Schmelztiegels erzielt werden.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere eine in Schwer- kraftrichtung nach unten und zu den Seiten hin fluiddichte Schale herstellbar, welche den carbidkeramischen Schmelztiegel bildet.

Insbesondere zur Abdichtung von Bereichen des Schmelztiegels, in welchen verschiedene Bauteile, beispielsweise ein Bodenwandelement und ein Seiten- wandelement oder zwei Seitenwandelemente, aneinander angrenzen, kann vorgesehen sein, dass eine beispielsweise als Paste ausgebildete Substanz auf diesen Bereich aufgebracht wird und der Schmelztiegel anschließend nachbehandelt, beispielsweise siliziert und/oder pyrolysiert wird, um eine, insbesondere fluiddichte, Verbindung der Bauteile miteinander zu ermöglichen.

Günstig kann es sein, wenn eine mittels des Schmelztiegels gebildete fluiddichte Schale mit einer Faser, beispielsweise einer harzgetränkten Faser, umwickelt wird . Grundsätzlich kann eine Umwicklung mit einer Faser zu jedem Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens des Schmelztiegels erfolgen. Beispielsweise kann die Umwicklung mit einer Faser erfolgen, wenn die Seitenwandelemente und das mindestens eine Bodenwandelement in der Aufnahmevorrichtung des Schmelztiegels angeordnet sind. Hierdurch kann eine Behandlung der Faser zusammen mit der Behandlung der übrigen Bauteile des Schmelztiegels durchgeführt werden. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass eine Umwicklung mit mindestens einer Faser nach einer Silizierung und/oder Pyrolyse mindestens eines Seitenwandelements und/oder mindestens eines Bodenwandelements und/oder mindestens eines Kantenelements erfolgt und der

Schmelztiegel mit der umwickelten Faser nachbehandelt, beispielsweise erneut siliziert und/oder erneut pyrolysiert, wird.

Günstig ist es, wenn die Verbindung des mindestens einen Bodenwandelements und der mindestens vier Seitenwandelemente miteinander stoffschlüssig ist, wobei insbesondere an einem lose zusammengesteckten Bausatz die stoffschlüssige Verbindung durch Silizierung hergestellt wird . Man erhält dadurch auf einfache Weise eine fluiddichte Verbindung mit keinen oder minimierten thermischen Spannungen.

Ferner können der erfindungsgemäße Bausatz, der erfindungsgemäße

Schmelztiegel und/oder das erfindungsgemäße Verfahren die nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen :

Insbesondere dann, wenn der Schmelztiegel aus einem zumindest näherungsweise temperaturinvarianten Material gebildet ist, kann ein einfaches Ablösen von in dem Schmelztiegel erstarrtem Material besonders einfach dadurch erfolgen, dass sich das Material beim Erstarren zusammenzieht und hiervon automatisch von dem in seiner Ausdehnung invarianten Schmelztiegel löst.

Der Schmelztiegel weist vorzugsweise einen Innenraum mit scharfen Kanten auf, so dass in dem Schmelztiegel angeordnetes, erstarrtes Material besonders einfach entnehmbar ist und somit ein erhöhter Verschnitt bei der weiteren Verarbeitung des Materials vermieden werden kann. Der erfindungsgemäße Schmelztiegel ist vorzugsweise in Differentialbauweise aufgebaut, wobei für die Einzelkomponenten insbesondere C/C-SiC-haltige Faserkeramik Anwendung findet. Der erfindungsgemäße Bausatz und/oder der erfindungsgemäße Schmelztiegel umfassen vorzugsweise fünf ebene Platten, acht Kantenelemente und vier Eckelemente.

Weitere Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nach- folgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.

In den Zeichnungen zeigen : Figur 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Schmelztiegels;

Figur 2 eine schematische Draufsicht von oben auf eine Aufnahmevorrichtung des Schmelztiegels aus Figur 1; Figur 3 eine schematische Seitenansicht der Aufnahmevorrichtung aus

Figur 2;

Figur 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines Seitenwand- elements des Schmelztiegels aus Figur 1;

Figur 5 eine schematische perspektivische Darstellung eines Bodenwandelements des Schmelztiegels aus Figur 1;

Figur 6 eine der Figur 2 entsprechende Darstellung der Aufnahmevorrichtung aus Figur 2, mit darin angeordneten vier Seitenwandele- menten und einem darin angeordneten Bodenwandelement; und Figur 7 eine der Figur 3 entsprechende schematische Seitenansicht der

Aufnahmevorrichtung samt Seitenwandelementen und Bodenwandelement gemäß Figur 6. Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Ein in den Figuren 1 bis 7 dargestellter, als Ganzes mit 100 bezeichneter Schmelztiegel ist aus einem Bausatz 102 herstellbar.

Der Bausatz 102 umfasst hierzu eine Aufnahmevorrichtung 104, vier

Seitenwandelemente 106 und ein Bodenwandelement 108.

Die Aufnahmevorrichtung 104 bildet eine Rahmenvorrichtung 110 für die Seitenwandelemente 106 und das Bodenwandelement 108, so dass die

Seitenwandelemente 106 und das Bodenwandelement 108 besonders einfach relativ zueinander angeordnet werden können, um den Schmelztiegel 100 herzustellen. Die Aufnahmevorrichtung 104 umfasst hierzu mehrere Kantenelemente 112, welche entlang einer unteren Kante 114 des Schmelztiegels 100 eine im Wesentlichen quadratische Aufnahme 116 zur Aufnahme des Bodenwandelements 108 bilden. Ausgehend von vier Ecken 118 der quadratischen Aufnahme 116 der Aufnahmevorrichtung 104 erstrecken sich vier Kanten- elemente 112 als seitliche Kanten 120 näherungsweise entgegen der Schwerkraftrichtung 122 nach oben.

Die die seitlichen Kanten 120 des Schmelztiegels 100 bildenden Kantenelemente 112 sind dabei jedoch leicht gegenüber der Schwerkraftrichtung 122 geneigt angeordnet, so dass ein senkrecht zur Schwerkraftrichtung 122 genommener horizontaler Querschnitt durch den Schmelztiegel 100 im montierten Zustand des Schmelztiegels 100 sich in der Schwerkraftrichtung 122 nach unten verjüngt. Mittels der die seitlichen Kanten 120 bildenden Kantenelemente 112 sind dadurch trapezförmige Aufnahmen 124 der Aufnahmevorrichtung 104 gebildet. In diesen trapezförmigen Aufnahmen 124 können die vier hierzu trapezförmig ausgebildeten Seitenwandelemente 106 angeordnet werden.

Mittels des in der quadratischen Aufnahme 116 angeordneten Bodenwandelements 108 wird eine Bodenwand 126 des Schmelztiegels 100 gebildet. Die in den trapezförmigen Aufnahmen 124 der Aufnahmevorrichtung 104 angeordneten Seitenwandelemente 106 bilden Seitenwände 128 des

Schmelztiegels 100.

Aufgrund der trapezförmigen Ausgestaltung der Seitenwandelemente 106 und der geneigten Anordnung der die seitlichen Kanten 120 des Schmelztiegels 100 bildenden Kantenelemente 112 schließen sowohl benachbarte Seitenwandelemente 106 zwischen einander als auch das Bodenwandelement 108 und die daran angrenzenden Seitenwandelemente 106 einen Winkel miteinander ein, welcher größer als 90° ist. Beispielsweise beträgt dieser Winkel ungefähr 100°.

Im montierten Zustand des Schmelztiegels 100 weist dieser eine Höhe H von beispielsweise 450 mm, eine Länge L von beispielsweise ungefähr 600 mm und eine Breite B von beispielsweise 600 mm auf, wobei sowohl die Länge als auch die Breite an der längsten bzw. breitesten Stelle am entgegen der

Schwerkraftrichtung 122 oberen Ende 130 des Schmelztiegels 100 angegeben ist.

Insbesondere aus den Figuren 2 und 3 wird der Neigungswinkel α ersichtlich, welcher dazu führt, dass sich der Schmelztiegel 100 im montierten Zustand desselben in der Schwerkraftrichtung 122 nach unten hin verjüngt. Figur 4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines trapezförmigen Seitenwandelements 106 des Bausatzes 102.

Figur 5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des quader- förmigen Bodenwandelements 108 des Bausatzes 102.

Die Figuren 6 und 7 schließlich zeigen einen Schmelztiegel 100, in welchem die Bauteile des Bausatzes 102, nämlich die Aufnahmevorrichtung 104, die

Seitenwandelemente 106 und das Bodenwandelement 108 lose aneinander angeordnet sind . Die Dimensionierung der Seitenwandelemente 106 und des Bodenwandelements 108 entspricht in Figur 6 dabei nicht der tatsächlichen Dimensionierung. Vielmehr wurden die Seitenwandelemente 106 und das Bodenwandelement 108 zur Verdeutlichung des Aufbaus verkleinert dargestellt. In Wirklichkeit stoßen die Seitenwandelemente 106 und das Boden- wandelement 108 aneinander an, um eine stabile Verbindung der Bauteile miteinander zu gewährleisten.

Zur Ausbildung des fluiddichten Schmelztiegels 100 müssen die Bauteile noch miteinander verbunden werden, was beispielsweise durch gemeinsames Silizieren der Bauteile erfolgen kann.

Der vorstehend beschriebene Schmelztiegel 100 wird wie folgt hergestellt:

Grundsätzlich kann jedes Bauteil des Bausatzes 102, das heißt jedes Kanten- element 112 der Aufnahmevorrichtung 104, jedes Seitenwandelement 106 und jedes Bodenwandelement 108 als ein Faserkeramikkörper oder ein Vorkörper für einen Faserkeramikkörper ausgebildet sein.

Beispielsweise dann, wenn sämtliche Bauteile des Bausatzes 102 als fertige Faserkeramikkörper ausgebildet sind, kann eine einfache Herstellung des

Schmelztiegels 100 dadurch erfolgen, dass die Bauteile, wie beispielsweise in Figur 6 dargestellt, lose aneinander angeordnet werden. Beispielsweise mittels einer Verbindungspaste kann dann auf die Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Bauteilen des Bausatzes 102 ein beispielsweise siliziumhaltiges Material aufgebracht werden, so dass durch eine thermische Behandlung des lose zusammengesteckten Bausatzes 102 eine stoffschlüssige Verbindung der Bauteile des Bausatzes 102 miteinander erreicht werden kann, um den fluid- dichten Schmelztiegel 100 herzustellen.

Alternativ hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mindestens eines der Bauteile des Bausatzes 102 ein Vorkörper für einen Faserkeramikkörper ist, bevor der Schmelztiegel 100 fertiggestellt wird.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Seitenwandelemente 106 und das Bodenwandelement 108 und/oder die Aufnahmevorrichtung 104 zunächst Vorkörper für Faserkeramikkörper sind . Nach der losen Anordnung der Seitenwandelemente 106 und des Bodenwandelements 108 in der Auf- nahmevorrichtung 104 kann dann, beispielsweise in einem Schritt, sowohl die Fertigstellung der Bauteile als Faserkeramikkörper als auch die Verbindung der Bauteile des Bausatzes 102 miteinander zur Herstellung des Schmelztiegels 100 erfolgen. Beispielsweise kann dies in einem Siliziervorgang geschehen, wodurch insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung der Bauteile des

Bausatzes 102 miteinander erhalten werden kann.

Wenn die Vorkörper für die Faserkeramikkörper aus Kohlenstoff, insbesondere aus kohlenstofffaserhaltigem Kohlenstoff, gebildet sind, ist auf diese Weise ein besonders stabiler Schmelztiegel 100 aus einem faserverstärkten Silizium- carbid herstellbar.

Anstelle von Silizium kann jedoch auch grundsätzlich jedes Material gewählt werden, welches in Verbindung mit Kohlenstoff die Herstellung einer Carbid- struktur ermöglicht.

Ein auf diese Weise hergestellter Schmelztiegel 100 ermöglicht insbesondere die Aufnahme von flüssigem Silizium zur Herstellung von Siliziumkristallen für die Halbleiterindustrie. Durch die sich nach unten hin verjüngende Struktur des Schmelztiegels 100 und durch die Materialwahl, insbesondere bei der Verwendung von C/C-SiC zur Ausgestaltung der Seitenwandelemente 106, der Bodenwandelemente 108 und/oder der Aufnahmevorrichtung 104, ermöglicht der Schmelztiegel 100 eine leichte Entnahme von in dem Schmelztiegel 100 erstarrtem Material, beispielsweise erstarrtem Silizium, so dass der Schmelztiegel 100 vorzugsweise erneut verwendet werden kann. Insbesondere dann, wenn faserkeramisches Material, beispielsweise C/C-SiC, als Werkstoff für den Schmelztiegel 100 verwendet wird, kann sich das erstarrte Material durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Schmelztiegels 100 einerseits und des erstarrten Materials andererseits beim Abkühlen automatisch von dem Schmelztiegel 100 lösen. Der Schmelztiegel 100 ist dann vorzugsweise wiederverwendbar.

Das Material des Schmelztiegels 100 weist vorzugsweise insbesondere einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als das darin zu erstarrende Material, beispielsweise als Silizium.

Bezugszeichenliste

100 Schmelztiegel

102 Bausatz

104 Aufnahmevorrichtung

106 Seitenwandelement

108 Bodenwandelement

110 Rahmen Vorrichtung

112 Kantenelement

114 untere Kante

116 quadratische Aufnahme

118 Ecke

120 seitliche Kante

122 Schwerkraftrichtung

124 trapezförmige Aufnahme

126 Bodenwand

128 Seitenwand

130 oberes Ende

B Breite

H Höhe

L Länge

α Neigungswinkel