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Induktive Schmelztechniken für Keramiken und Gläser

Skullmelter

Die Herstellung hochtechnologischer Produkte wie etwa optische Gläser, Laserkristalle und Edelsteinimitationen stellt höchste Qualitätsansprüche. Ein wichtiger Prozessschritt bei der Produktion dieser Materialien ist das Schmelzen, wobei Temperaturen von zum Teil über 3000 °C erforderlich sind.

Konventionelle Schmelzprozesse sind für solche extremen Bedingungen untauglich. Die induktive Skull-Melting-Technik (ISMT) eignet sich dagegen hervorragend für das Hochtemperatur-Schmelzen elektrisch schwachleitfähiger Werkstoffe. Bedeutende Vorteile sind unter anderem, dass die Wärme im zu schmelzenden Werkstoff selbst erzeugt wird und Verluste aufgrund des fehlenden Tiegels minimiert werden. Ein sehr hoher Wirkungsgrad, große Leistungsdichten sowie praktisch keine Verunreinigungen durch den Tiegel zeichnen diesen Prozess aus.

Am Institut für Elektroprozesstechnik existiert eine, in dieser Ausführung und Größe einzigartige, Versuchs-Schmelzanlage. Der Schmelzprozess kann an der Luft, im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre stattfinden. 
Mit Hilfe einer Absenkvorrichtung lässt sich eine für die Kristallzüchtung notwendige, gerichtete Erstarrung der Schmelze erreichen. Neben polykristallinen lassen sich ausgezeichnet einkristalline Schmelzprodukte realisieren.

Das Ausgangsmaterial wird direkt in eine einwindige Spule eingefüllt und mittels elektromagnetischer Hochfrequenz-Felder geschmolzen. Die meisten dieser Materialien sind bei Raumtemperatur nahezu elektrische Isolatoren. Bei zunehmender Temperatur steigt die elektrische Leitfähigkeit stark an. Das Material koppelt an das Feld an und schmilzt. Spezielle Vorheizprozesse leiten das Schmelzverfahren ein. Aufgrund intensiver Wasserkühlung der Spule und des Bodens bildet sich um die Schmelze eine feste Schicht des Ausgangsmaterials. Diese als Skull bezeichnete Schicht schützt die Schmelze vor Verunreinigungen und die Spule vor der chemisch aggressiven Schmelze sowie den sehr hohen Temperaturen. Aufgrund der Skullbildung ist bei der ISMT ein Tiegel nicht erforderlich.

Die ISMT setzt neue Akzente bei der Entwicklung innovativer Werkstoffe. Sie ist interessant für Unternehmen, die im Bereich der Herstellung, Verarbeitung und Anwendung von Gläsern, Keramiken und Oxiden tätig sind. 

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. D. Schlesselmann

Prof. Dr.-Ing. B. Nacke

Weitere Informationen

Skull-Melting (pdf, deutsch)