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DE2700856A1 - Vorrichtung zum zuechten von kristallen oder fuer dgl. verfahren - Google Patents

Vorrichtung zum zuechten von kristallen oder fuer dgl. verfahren

Info

Publication number
DE2700856A1
DE2700856A1 DE19772700856 DE2700856A DE2700856A1 DE 2700856 A1 DE2700856 A1 DE 2700856A1 DE 19772700856 DE19772700856 DE 19772700856 DE 2700856 A DE2700856 A DE 2700856A DE 2700856 A1 DE2700856 A1 DE 2700856A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
conductor
inner conductor
outer conductor
pressure vessel
insulating body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19772700856
Other languages
English (en)
Inventor
Raphael Dr Leonhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE19772700856 priority Critical patent/DE2700856A1/de
Priority to US05/866,044 priority patent/US4275035A/en
Publication of DE2700856A1 publication Critical patent/DE2700856A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/16—Heating of the molten zone
    • C30B13/20—Heating of the molten zone by induction, e.g. hot wire technique
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10S117/90—Apparatus characterized by composition or treatment thereof, e.g. surface finish, surface coating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
    • Y10T117/1092—Shape defined by a solid member other than seed or product [e.g., Bridgman-Stockbarger]

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

Vorrichtung zum Züchten von Kristallen oder für del· Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Züchten von Kristallen oder für dgl. Verfahren mit wenigstens einem in einem Druckgefäß angeordneten Heizelement und von diesem aus dem Gefäß ragenden Stromleitern für den Anschluß an eine Spannungsquelle.
Zum Ziehen von Kristallen, zum Reinigen von Materialien hohen Dampfdruckes durch Umkristallisation oder zu ähnlichem Verfahren sind Druckgefäße erforderlich, die zumindest den Dampfdruck der entsprechenden Substanz aushalten. Um derartige Substanzen zum Schmelzen zu bringen,bedarf es einer Hochfrequenzheizung, d. h. .Hochfrequenz muß in das Druckgefäß gebracht werden. Bislang ist versucht worden, derartige Durchführungen — welche einerseits die herrschenden Drücke aushalten sowie anderseits gegen die entstehenden Dämpfe unempfindlich sein müssen -- mittels zweier nebeneinander ge-
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führter Stromleiter zugestalten. Solche Paralleldurchführungen jedoch scheiden deshalb aus, da sie quasi Hochfrequenz-Kurzschlüsse darstellen.
Es hat sich gezeigt, daß mit zunehmender Frequenz insbesondere das Problem der Isolation immer schwieriger zu lösen ist. Auch teflongedichtete Quetschverschraubungen führen zu keinem Fortschritt, da sie gleichzeitig Hochfrequenz-Isolation und Druckdichtung darstellen; die Hochfrequenz heizt auf und läßt mit "zunehmender Undichtigkeit eine erhebliche Explosionsgefahr entstehen.
Angesichts dieser Gegebenenheiten hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art unter Vermeidung der erkannten Mängel zu schaffen, welche die Einleitung von Hochfrequenz in das Druckgefäß bei hoher Druckdichtigkeit erlaubt. Darüber hinaus soll die Durchführung verlustarm arbeiten und neben der Druckbelastbarkeit eine hohe Sauerstoffbeständigkeit aufweisen, da erst dies das Ziehen begehrter Substanzen ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt der Gedanke, die elektrische Isolierung der Hochfrequenzstromleiter von der Abdichtung der von diesen durchsetzten Durchlaßöffnung des Druckgefäßes gegen dessen Druck räumlich zu trennen. Dazu werden erfindungsgemäß rohrförmige Hochfrequenzstromleiter verwendet, von denen der eine Stromleiter den anderen Stromleiter in koaxialer Anordnung unter Zwischenschaltung zumindest einer elektrisch isolierenden Schicht umfängt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen der/die Stromleiter etwa radial abragende Elemente auf, welche sich am jenem Druckgefäß zuge-
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kehrten Leiterende gegen — zum Druckgefäßnentrum weisende -- Widerlager stützen, bevorzugtermaßen gegen die Innenseite des Druckgefäßes selbst bzw. gegen einen dessen Durchlaßöffnung vorgesetzten Flansch.
Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung sind also die elektrische Isolation einerseits und die Druckdichtung andererseits voneinander grundsätzlich getrennt. Zwei koaxiale Rohre dienen vorteilhafterweise als Hin- und Rückleiter, zwischen beiden befindet sich ein Isolator, welcher nach einem weiteren Merkmal der Erfindung aus einem Quarzrohr besteht .
Jenes Quarzrohr und/oder der es umfangende Außenleiter sind erfindungsgemäß so ausgestaltet, daß zwischen ihnen ein dichter Ringraum entsteht, der mit wenigstens einer Anschlußleitung für ein ihn durchströmendes Kühlmittel verbunden ist. Diese Anschlußleitung soll bevorzugtermaßen den Außenleiter wenigstens teilweise schraubenlinienartig '-- als Kühlschlange -- umfangen.
Erfindungsgemäß soll nun im Rohrraum des Innenleiters Kühlwasser od. dgl. Kühlmittel zum Druckgefäß hin strömen und am Ende dos Innenleiters durch ein Verbindungsrohr zum Ringraum bzw. dessen Anschlußleitung rückgeführt v/erden; jenes Verbindungsrohr wird in besonders vorteilhafter V/eise vom Heizelement bzw. der Arbeitsspule gebildet.
Die Durchströmrichtung des Kühlmittels ist durch die höhere thermische Belastung des Innenleitars bestimmt; dieser hat einen erheblich größeren Wi-
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derstand als der Außenleiter längeren Durchmessers. Der Innenleiter beeinflußt als thermisches Nadelöhr der Vorrichtung deren thermische Standfestigkeit und damit die Größenordnung der Leistungsübertragung.
Um ein einfaches Handhaben der Vorrichtung und deren schnellen Einbau zu gewährleisten, sollen Innenleiter und/oder An3chlußleitung/en des Ring- -raumes zumindest an dem einen oder dem anderen freien Ende mit lösbaren Schraubverbindern versehen sein, als welche sich insbesondere Überwurfmuttern eignen, die einen radialen Kragen des anzuschließenden Rohres gegen das Schraubende des anderen Rohres drücken. Diese Schnellverbindung hat sich ir. praktischen Betrieb außerordentlich bewährt.
Im Rahmen der Erfindung liegt, daß den lichten Querschnitt des Innenleiterc im Pereich seines dem druckgefäßnahcn Endes eine Querwand od.' dgl. verschließt, beidseits deren am Innenleiter Strömungsöffnungen für das um jene Querwand durch einen den Innenleitcr umgebenden gesonderten ringartigen Strömungsraum geführte Kühlmittel vorgesehen sind; diesen Strömungsraum bildet eine hohle Anformung des Innenleiters, welche sich gegen ein isolierendes Widerlager des Außenleiters abstützt und damit -- hervorragend gekühlt zugleich dem auswärts gerichteten Druck des Druckgefäßes entgegenwirkt.
Um die Hochfrequenz-Verluste möglichst niedrig zu halten, soll die hohle Anforrnung eine von zumindest zwei gegenläufig gekrümmten Kurvenstücken gebildete Umdrehungsfläche sein, also beispielsweise die äußere Gestalt einer Zwiebel -- ohne scharfe Kanten -- besitzen. Auch die anderen strom·
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führenden Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollen deshalb nach Möglichkeit ohne derartige Kanten Gestaltet werden.
Der — den bevorzugtermaßen aus Kupferrohr gefertigten -- Innenleiter umschließende Außenleiter ist zumindest an seinen im Druckgefäß stehenden Ende topfartig erweitert, um einen möglichst reflexionsfreien Übergang zu erhalten. Das topf- oder trichterförmige Ende ninnt nach einem anderen Merkmal der Erfindung wenigstens einen den Innenleiter umfangenden Isolierkörper auf, der mit einer Stirnfläche zur Ableitung des Innendruckes dem Außenleiter anliegt. Dieser Isolierkörper besteht vorteilhafterweise aus Quarz oder Keramik und ist -- entsprechend der zylindrischen Ausnehmung des Außenleitertopfes -- bevorzugt säulenartig geformt. Der freien Stirnfläche des im Druckgefäß befindlichen Isolierkörpers liegt die zwiebelartige Anformung des Innenleiters an. Dieser Isolierkörper übernimmt erkennbar die elektrische Isolation zwischen Innenleiter und Außenleitertopf. Der säulenartige Isolierkörner besitzt an seinem Umfang wenigstens eine Mut, in der ein den Druck gegen jenen Außcnleitertopf abdichtender O-Ring lagert,sowie erfindungsgemäß eine Mut im Bereich seiner den Inncnleiter aufnehmenden Längsbohrung, um auch den Druck gegen den Innenleiter abzudichten. Da zwischen Außenleiter und Innenleiter hinreichend elektrisch isolierendes Material vorhanden ist, sind die Druckdichtungen auf keinen Fall gleichzeitig auch noch Isolierkörper und Erwärmungen an den Druckdichtur.gen können somit nicht auftreten. Der Icolier- oder Keramikkörper
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ist so dimensioniert, daß er ohne weiteres den Druck aufnehmen kann, er ist darüber hinaus mit Sicherheit sauerstoffest. Letzteres trifft im übrigen auch für die O-Rlnge zu.
Die in den beiden Enden des Außenleiters -- oder besser gesagt: des Außenleitermittelstückes — vorgesehenen Isolierkörper nehmen darüber hinaus erfindungsgemäß in einander zugekehrten Stirn-„flächenausnehmungen die beiden Enden des den Innenleiter umgebenden Quarzrohres auf und verlängern damit dieses Isolierelement bis in die topfartigen Enden des Außenleiters hinein. Die Einstecktiefe des Quarzrohres — und damit die Tiefe der Stirnflächenausnehmungen — muß erfindungsgemäß so gewählt werden, daß Oberschläge zwischen Innen- und Außenleiter nicht auftreten; das Quarzrohr' taucht deshalb verhältnismäßig weit in den Isolierkörper ein.
Die Länge des Isolierkörpers selbst wird bestimmt durch die Spannungsfestigkeit des verwendeten Werkstoffes, dessen mechanische Eigenschaften sowie die Veite der erwähnten Ringnuten für die Dichtungsoder O-Ringe.
Ub eine leichte Demontierbarkeit der Vorrichtung anzubieten, ist der Außenleiter — quer zu seiner Längsachse -- wenigstens einmal geteilt. Axial ineinanderführbare Kupplungsorgane erleichtern den Zusammenbau.
Erfindungsgemäß soll eines der Kupplungsorgane — bevorzugt das Kupplungsorgan des im Druckgefäß
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befindlichen Außenleiterteiles, die Durchlaßöffnung des Druckgefäßes durchsetzen und auf der anderen Seite der Druckgefäßwandung mit dem Gegenorgan des anderen Außenleiterteiles verbunden sein. Als besonders geeignet hat sich ein rohrartiges Schraubende des einen Außenleiterteiles erwiesen, welches in ein Innengewinde des anderen Außenleiterteiles als Gegenorgan eingefügt viird. Zumindest der innere Teil des Außenleiters liegt dem Druckgefäß -- bevorzugt mit einer kragenartigen Ausformung -- an. Wenn beide Außenleiterteile die Randzone der Durchlaßöffnung zwischen sich halten, ist ein besonders einfach herzustellender Paßsitz der Vorrichtung zu erreichen. Es bedarf dabei keiner ausführlichen Erörterung, daß zwischen den Außenleiterteilen bzw. deren Kupplungsorganen weitere Dichtungsorgane bzw. Dichtungsringe vorhanden sind, um das unter 15 bar befindliche Kühlwasser im Ringraum zwischen Quarzrohr und Außenleiter zu halten.
Zum Schutz der Leiterteile vor Bedanpfung .ist im Rahmen der Erfindung zumindest dem Außenleiter ein strahlungs- b'zw. strömungshenmendes Element vor- bzw. aufgesetzt, vorteilhafterueise eine schildartige Platte aus z. B. Alurainiumoxyd. Diese Platte kann mit einen zumindest den Innenleiter teilweise umgreifenden Kanmorgan festgeklemmt — und somit leicht gelöst -- './erden.
Diese Vorrichtung kann — außer zum Kristallziehen -ebenso für Schmelzprozesse, beispielsweise zum Glasschmelzen, in der Metallurgie und anderen Einsatzgebieten Verwendung finden und liegt selbstverständlich dann im Rahmen dieser Erfindung.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung erbeten nich aus der nachfolgendon Beschreibung bevorzugter Aucführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Fig. 1: die Draufsicht auf eine Ziehanlage mit HF-Generator und Außenschuingkrcisen;
Fig. 2: die Seitenansicht zu Fig. 1;
Fig. 3: den vergrößerten Längsschnitt durch eine Ziehvorrichtung;
Fig. A: ein vergrößertes Detail einer Ziehvorrichtung im Längsschnitt;
Fig. 5: einen gegenüber Fig. '> vergrößerten Teil;
Fig. 6: einen anderen gegenüber Fig. Λ vergrößerten Teil;
Fig. 7: eine andere AusfUhrungsforra des Teiles nach Fig. 6;
Fig. 8: ein Detail aus Fig. 7.
Auf einem Sockel 1 der Höhe a von beispielsweise einem Meter steht eine Ziehvorrichtung Z zum Züchten von Kristallen. Dieser sind — auf einer höhenverntellbaren Konsole 2 horizontal verschieblich -- zwei Au.ienschwingkreise zugeordnet; ein Außenschwingkreis 3 für den Kurzwellenbereich von
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2-20 MHz sowie ein Außenschwingkreis 4 für den Mittelwellenbereich von 200 - 500 kHz. Diese Außenschwingkreise 3 bzw· 4 sind mittels Koaxialkabeln 5 bzw· 6 an einen gemeinsamen HF-Generator 7 angeschlossen· Je nach den Betriebsbedingungen der Ziehvorrichtung Z kann einer der Außenschwingkreise 3 bzw· 4 dem KabeldurchfUhrrohr 10 der Ziehvorrichtung Z vorgesetzt werdeno
Der Generator 7 weist einen Oszillatorteil 7 auf, dessen Oszillatorröhre sowie die beiden RUckkopplungstrafos in der Zeichnung vernachlässigt sind· Das Umschalten auf die jeweils gewählte Frequenz ist problemlos durchführbar.
Das horizontale Kabeldurchführrohr 10 der Ziehvorrichtung Z ist bei einer in Fig· 3 dargestellten konventionellen Bauweise an seinem Flanschende 11 mit einer angeschraubten Dichtscheibe 12 verschlossen, welche von Kabeln 13 durchsetzt ist. Das andere Ende 14 des Kabeldurchführrohres 10 sitzt fest im zylindrischen Druckgefäß 15, in dessen Mittelachse M eine Hochfrequenz-Induktionsspule 16 zu erkennen ist sowie über dieser im Druckgefäß 15 eine Zenitöffnung 17 für einen etwa in der Mittelachse M verlaufenden -- übersichtlichkeitshalber in der Zeichnung vernachlässigten — Ziehstabo
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Die Stromführuns zwischen AuRenschv/in^kreis 3 bzw. A und Induktionsspule 16 erfolgt — wie insbesondere Fis. 4 verdeutlicht — mittels zweier koaxialer Rohre 20, 21, zwischen denen ein isolierendes Quarzrohr 22 vorgesehen ist. Letzteres schwebt -- beidends im äußeren Rohr bzw. im Außenleiter 21 zwischen Dichtringen gelagert — so, daß zwischen Ouarzrohr 22 und Außenleiter 21 ein dichter Ringraum 24 für einen.die Innenflächen des Außenleiters 21 berührenden Kühlwasserstrom entsteht. Der KUhI-wasserzufluß (Pfeil x) erfolgt durch den Rohrraum 19 des inneren Rohres bzw. Innenleiters
Gemäß Fig. 4 ist der Außenleiter 21 aus Montagegründen in einem äußeren Teil 21 und ei-
el
nen inneren Teil 21. geteilt, welche beide mit den Stirnflächen 25 von Kragenstücken 21. bzw. 21. beidseits elektrisch isolierenden Teflonscheiben 18 des Durchführungsflansches 11 bzw. der Dichtscheibe 12 anließen; die elektrische Isolierung gegen Durchführflansch 11 bzw. Dichtscheibe 12 vervollständigt hier ein sich zwischen den Teflonscheiben 18 erstreckendes Teflonrohr 18 . Solche Teflontei-
Ie 18, 18 werden dann verwendet, wenn z. B. bei Spannungsverdoppelungsschaltungen eine Isolierung zwischen Außenleiter 21 und Druckgefäß 15 notwendig wird. Im Normalfall ist eine Verbindung zwischen Außenleiter 21 und Druckgefäß 15 allerdings erwünscht, so daß in Ringnuten eingebrachte Dichtringe 30 sogar aus Metall bestehen können.
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Ein rohrförmiges Schraubende 26 des Innenteils 21. des Außenleiters 21 durchsetzt jenen Durchführungsflansch 11 bzw. die Dichtscheibe 12 im Bereich einer Durchlaßöffnung 27 und sitzt in einem Gegengewinde 28 des
Außenteils 21 von Außenleiter 21. Einem axial a
vom Schraubende 26 abragenden, schulterartig abgesetzten Zylinderstück 29 liegt einer der Dichtringe3O des Außenteils 21 an.
Ci
Dank dieser Ausführung der Kupplung bleibt der Ringraum 2k für das unter 15 bar Druck stehende Kühlwasser trotz der Teilung des Außenleiters 21 dicht.
Wird auf die leichte Demontierbarkeit kein Wert gelegt, dann läßt sich der Außenleiter 21 auch direkt in den Durchführungsflansch einlöten. Dies ermöglicht einen wesentlich größeren Gesamtdurchmesser und damit eine bessere übertragung; die Verluste der Hochfrequenzübertragung sind etwa umgekehrt proportional zum Durchmesser. Die dargestellte geteilte Ausführung hat einen Außendurchmesser d von beispielsweise 30 mm (s. Fig. 5).
Das äußere Ende A des Außenleiters 21 gibt in vergrößerter Darstellung Fig. 5 wieder. Es ist erkennbar, daß die Kühlflüssigkeit nach Austritt aus dem Ringraum 2k in Pfeilrichtung y (Fig. 6)durch ein schraubenlinienförmig um den unter Bildung einer Schulterfläche 31 vom Durchmesser d auf den Durchmesser e erweiterten Kopf 32 des Außenleiters 21 gewundenes Rohr 33 strömt.
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Der Leiterkopf 32 v/eist einen axialen Innenraum 34 des Durchmessers f auf, in welchen das Ende des Quarzrohres 22 einragt; auf dieses ist das Steckende einer Keramiksäule oder eines entsprechenden Isolierkörpers 36 mit seiner Steckbohrung 35 der Stecktiefe t aufgeschoben; Dichtringe 30 in Ringnuten 37 spannen sich zwischen Isolierkörper 36 und der Innenwandung des Außenleiters 21, auf dessen Leiterkopf 32 ein sich endwärts topfartig erweiternder Kupferzylinder 38 aufgesetzt ist. In dessen Innenraum 39 endet der vom Innenleiter 20 durchsetzte Keramik- oder Isolierkörper 36, auf den eine Druckkappe aus Keramik aufgeschraubt ist.
Sowohl der Innenleiter 20 als auch die Kühlschlange 33 münden in Gewindezylindern 50, auf deren an der Außenfläche schulterartig abgesetztes Außengewinde 51 Überwurfmuttern 52 zur Aufnahme von — nicht gezeigten -- Anschlußleitungen aufgeschraubt sind.
Das im Druckgefäß oder Rezipienten 15 befindliche Innenende B des Außenleiters 21 ist ähnlich gestaltet; allerdings liegt hier der Keramik- oder Isolierkörper 36 mit seiner dem Quarzrohr 22 nahen Außenwandung dem Leiterkopf 32 an, während auf sein dem Quarzrohr fernes Ende wahlweise ein Einsatzzylinder aus Keramik aufgeschoben sein kann, der den Kupferzylinder 38 innenseitig auskleidet. Gegen die freie Stirnseite 42 des Isolierkörpers 36 3tützt sich ein etwa zwiebelähnlich geformter Ansatz 43 des Innenleiters 20 ab. Dieser durch
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seinen geschwungenen Querschnitt weitgehend reflexionsfreie Zwiebelansatz 43 verhindert, daß der Innenleiter 20 aus der Durchführung gedrückt werden kann.
l'urch den Höh]ι mim ΊΊ ilnn '.'.wi obol ansatzes 43 iil;römt -- infol/',«> "ln"i In den Innenleiter f i ngelöteten Spnrrpl.'ll I r hntin 45 sowie beidseits davon an der Innenleiterwandung angeordneter Löcher 46 -- das in Pfeilrichtung χ geführte Kühlwasser.
Die Außenseite des Kupferzylinders 38 umschlingt in bereite beschriebener Weise eine Rohrschlange 33, Vielehe mit dem Innenrohr 20 durch ein Rohr 53 verbunden ist.
Zwischen der überwurfmutter 52 des Innenleiters 20 und deren Gewindezylinder 50 sitzt eine radiale Au.-i- odfir Anformung 54 des angeschlossenen Rohr3lückos 53. Dessen Steckenden 55. bzw. 55 sind von Dichtringen 56 umgeben. Außerhalb des dargestellten Bereiches ist das Rohr 53 in eine oder mehrere Windungen gelegt.
Die Länge q des Keramikkörpers 36 wird praktisch bestimmt durch die Spannungsfestigkeit des Keramikwerkstoffes, seine mechanischen Eigenschaften, sowie die Breite der äußeren und inneren Muten 37 für die Dichtungsringe 30. Die Länge q des in Fig. 6 gezeigten Ausfuhrungsbeispieles beträgt etwa das dreifache Maß des Außendurchmessers d; die Länge q. des Keramikkörpers 36 in Fig. 7 hingegen entspricht etwa dem Außendurchmesser d von beispielsweise 30 mm.
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Das Verhfiltnln von Außendurchmesser d zu Innendurchmesser η betrögt bei optimaler Leistungsübertragung d/n = 1,65, bei minimaler Dämpfung d/n = 3,6 und bei optimaler Spannungsfestigkeit 2,72. Im vorliegenden Beispiel wurde ein Verhältnis von 2,72 gewählt, bei dem die Dämpfung nur 4 % kleiner ist als beim optimalen Verhältnis von d : η = 3,6.
Um die Einzelteile der erfindungsgemäßen koaxialen Durchführung vor Bedampfung zu schützen, können zur Abschirmung Schildorgane -- z, B. Aluminium-Oxydscheiben 60 mit jeweils einem etwa radialen Sackschlitz 61 -auf die Steckenden 55 , 55. des Rohrstückes
a i
53 (oder an einer anderen Stelle) aufgeschoben und mittels eines Kammes 62 aus Aluminiumoxyd od. dgl. festgelegt werden.
Dank dieser koaxialen Durchführung kann ei-, ne Hochfrequenzleistung weitestgehend ver·* lustfrei in Vakuum- sowie in Druckgefäße beispielsweise in einem Bereich von 10~6 Torr bis 100 bar übertragen werden.
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ORIGINAL INSPE6TEB COPY
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Claims (1)

  1. PATENTANWALT DIPt.-ING. HIEBSCH ■ D - 77 SINGEN, dan '
    PATENTANSPRÜCHE
    Vorrichtung zum Züchten von Kristallen oder für dgl. Verfahrsn mit wenigstens einem in einem Druckgefäß angeordneten Heiselement und von diesen aus ds« Gefäß ratenden Stromleitern für den Anschluß an eine Spannungsquelle,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die elektrische Isolierung der Hochfrequenzstromleiter (20, 21) von der Abdichtung der von diesen durchsetzten Durchlaßöffnung (27) des Druckgefäßes (15) gegen dessen Druck räumlich getrennt ist.
    Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch rohrförnige Hochfrequenzstromleiter (20, 21), von denen der eine Stromleiter (21) den anderen Stromleiter (20) in koaxialer Anordnung unter Zwischenschaltung zumindest einer elektrisch isolierenden Schicht (22, 36) umfängt.
    Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der/die Stromleiter (20, 21) mit radial abragenden Elementen (A3, 21 ) versehen ist/sind, welche sich am dem Druckgefäß (15) zugekehrten Leiterende gegen zum DruckgefSßzentrum (M) weisende Widerlager (11, 12; 36) stützen,gegebenenfalls gegen die Innenseite des Druckgefäßes.
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    4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Innenleiter (20) und dem Außenleiter (21) ein dichter Ringraum (24) vorgesehen und dieser nit Anschlußleitung/en (33) für ein den Ringraum durchströmendes Kühlmittel verbunden ist.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der in den Ringraum (24) mündenden Anschlußleitungen (33) den Außenleiter (21) wenigstens teilweise schraubenlinienartig umfängt.
    6. Vorrichtung nach wenigstens einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrraum (19) des Innenleiters (20) zumindest an dessen einem Ende mit dem Ringraum (24), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Anschlußleitung (33), verbunden ist.
    7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrraum (19) des Innenleiters (20) mit dem Ringraura (24) bzw. dessen Anschlußleitung (33) durch ein in Druckgefäß (15) vorgesehenes schraubenlinienförmig geführtes Rohr (53) verbunden ist.
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    8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (53) zwischen Innenleiter (20) und Ringraurn (2A) bzw. dessen Anschlußleitung (33) ein Hochfrequenzheizelement (16) ist.
    9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Inncnleiter (20) und/cder Anschlu^leitung/en (33) des Ri ngraun·=;0. '2M an ihrem/ihren Treien Erde/n nit lösbaren Schraubverbindern (52) versehen ist/sind.
    10. Vorrichtunc nach Anspruch 7 od^r 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsrohr (53) an jeder, seiner Mündungsenden (55 bzw. 55.)
    3. i
    einen radialen Kracen (5zi) aufweist, welcher mittels des als Überwurfmutter ausgebildeten Schraubverbinders (52) Gegen das freie Ende des Innenleiters (20) bzw. der Rin^raunanschlußleitung (33) gedrückt ist.
    11. Vorrichtung nach v.'snigstens einen der Ansprüche 1 bin 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrraum (19) dss Innenleiters (20) als Zuflußkanal für das Kühlmittel dient.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dr.R den Rohrraum (19) dos Innenleiters (20) im Bereich seines dem Druckgefäß (15) nahen Enden eine Querwand (45) od. dgl. verschließt, beidscits deren am Innenleitor rtrönungsöffnungen (Ί6) für das un jene Querwand durch einen den Innenleiter umgebenden gesonderten ringartigen Strömungsraum (44) geführte "ühlnittel vorgesehen sind.
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    13. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß den Ströraungsraum (AA) eine hohle Anformung (A3) des Innenleiters (20) bildet, welche sich gegen ein isolierendes Viiderlager (36) des Außenleiters (21) abstützt.
    1A. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Anforraung (A3) eine von zwei gegenläufig gekrümmten Kurvenstücken gebildete Umdrehungsfläche ist.
    15. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 1A1 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden (32) des Außenleiters (21) topfartig erweitert sind und jeweils zumindest einen den Innenleiter (20) umfangenden Isolierkörper (36) aufnehmen, der zumindest mit einer Stirnfläche dem Außenleiter anliegt.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15f dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (35) aup Quarz oder Keramik besteht und gegebenenfalls säulenartig geformt ist.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß der freien Stirnfläche (A2) des druckgefäßnahen Isolierkörpers (36) die hohle Anformunc (A3) dec Innenleiters (20) anliegt.
    -A 5-
    809828/0382
    L-112 - -A 5-
    18. Vorrichtung nach vienigstens einem der An-Sprüche 1 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Isolierkörpern (36) beider Enden (32) des Außenleiters (21) ein den Innenleiter (20) umfangendes Mantelrohr (22) aus isolierendem Werkstoff, beispielsweise ein Quarzrohr, verläuft.
    19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzrohr (22) beidends in etwa koaxialen Lagerausnehmungen (35) der Isolierkörper (36) sitzt und mit letzteren einen durchgehenden Hüllmantel des Innenleiters (20) bildet.
    20. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß in die Innenwandung des Außenleiters (21) und/ oder die Außenviandung des Quarzrohres (22) eine den Ringraum (24) für das Kühlmittel bestimmende koaxial zylindrische Ausnehmung ein geformt ist.
    21. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß nahe den beiden Enden des Ringraumes (24) zwischen Quarzrohr (22) und Außenleiter (21) dichtende Lagerringe (23) angebracht sind.
    22. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß Quarzrohr (22) und/oder Isolierkörper (36) mit Dichtringen (30) od. dgl. Elementen versehen ist/sind, welche in Ringnuten (37) von Quarzrohr und/oder Außenleiter (21) und/oder Isolierkörper sitzen.
    -A 6-
    809828/0382
    L-112 · -A 6-
    23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch Lagerringe (23) und/oder Dichtringe (30) aus metallischem Werkstoff, beispielsweise Messing.
    24. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (21) mit einem seinem heizelementnahen Ende (32) benachbarten radialen Kragenstück (21.) einem Flanschteil (11, 12) des Druckgefäßes (15) oder dessen Innenseite selbst, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Dichtelements (30) und/oder einer Isolierschicht (18), an einer von den Stromleitern (20, 21) durchsetzten Durchlaßöffnung (27) anliegt.
    25. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch einen geteilten Außenleiter (21) mit axial ineinander führbaren Kupplungsorganen (26, 28).
    26. Vorrichtung nach Anspruch 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Kupplungsorgane (26) die Durchlaßöffnung (27) des Druckgefäßes (15) durchsetzt.
    27. Vorrichtung nach Anspruch 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß das die Durchlaßöffnung (27) durchsetzte Kupplungsorgan (26) als rohrartiges Schraubende des einen Teiles (21.) des Außenleiters (21) in einem jenes Schraubende umfangenden Gegenorgan des anderen Teiles (21 ) des Außenleiters sitzt.
    3.
    -A 7-
    809828/0382
    L-112 -Λ 7-
    28. Vorrichtunc nach Anspruch ?.f> oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (21 ,
    el
    21.) des Außenleiters (21) dem Druckgefäß (15) od. dsl. beidseits anliegen.
    29. Vorrichtung nach wenigstens einem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckgefäß (15) zumindest dem Außenleiter (21) ein strahlungshemmendes
    .Element (60) vorgesetzt ist.
    30. Vorrichtung nach dem voraufgehenden Anspruch, gekennzeichnet durch wenigstens eine schirmartige Platte als strahlungshemmendes Element (60), welche mit einer Einformung (61) versehen und mittels dieser auf zumindest den Innenleiter (20) aufgeschoben ist.
    31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß der schirmartigen Platte (60) ein den Innenleiter (20) teilweise umgreifendes Kammorgan (62) zugeordnet ist.
    32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, gekennzeichnet durch eine die freie Stirnfläche des Isolierkörpers (36) überspannende Druckkappe (AO) aus elektrisch isolierendem Werkstoff.
    33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkappe (AO) mit dem Isolierkörper (36) und/oder dem Innenleiter (20) lösbar fest verbunden ist.
    809828/0382
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