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Flammenschmelzverfahren

 
     
  Verneuilverfahren, Methode zur Kristallzüchtung aus der Schmelze, das um die Jahrhundertwende von Verneuil zur Herstellung von Rubin-Einkristallen eingeführt wurde. Hauptbestandteil ist ein nach unten gerichteter Brenner (Abb.) mit einem Sauerstoff-Wasserstoffgemisch als Brenngas. Im mittleren, sauerstofführenden Rohr des Brenners wird ein feinkörniges Pulvergemisch aus Aluminiumoxid und Chromoxid zugeführt, das auf dem Weg durch die Flamme aufgeschmolzen und auf dem Keramikstab im Muffelofen als kleine Tröpfchen niedergeschlagen wird. Somit bildet sich ein dünner Schmelzfilm aus, von dessen Unterseite das Kristallwachstum ausgeht. Die Wachstumsgeschwindigkeit liegt bei etwa 10 mm pro Stunde, die Wachstumsdauer je nach Länge der Schmelzbirne bei 5-25 Stunden. Durch Verwendung von Ammonium-Aluminium-Alaun zur Herstellung des Al2O3-Pulvers gelang es Verneuil, ein Pulver mit porösen Körnern zu präparieren, das gute Fliesseigenschaften mit Körnern geringer Masse verbindet. Das Verfahren kann für verschiedenste Materialien angewendet werden. Durch die Zusammensetzung der Knallgasflamme kann sowohl in oxidierender als auch in reduzierender Atmosphäre bei Temperaturen bis 2500°C gearbeitet werden. Wenn statt des Sauerstoff-Wasserstoff-Heizgases Plasma-Fackeln verwendet werden, können 3000°C in neutraler Atmosphäre erreicht werden.


Nachteile sind grosse innere Spannungen der gezüchteten Kristalle infolge der grossen Temperaturunterschiede während des Wachstums und der schnellen Abkühlung. Die grosse Bedeutung der Lasertechnik und ihrer hohen Ansprüche an die Qualität der Rubinkristalle haben heute zu einer weitgehenden apparativen Verbesserung und Automatisierung der Verneuiltechnik geführt. So wird die Knallgasflamme durch optische Systeme mit fokussierter Wärmestrahlung oder Elektronenstrahlung ersetzt. Auch Plasmastrahlen, d.h. Strahlen sehr heissen, teilweise ionisierten Gases und Sonnenöfen werden für die modernen Verneuil-Techniken eingesetzt. Eine Verminderung der inneren Spannung erreicht man durch Nachtempern der gezüchteten Kristalle.

FlammenschmelzverfahrenFlammenschmelzverfahren: Querschnitt einer Verneuil-Kristallzüchtungsanlage.
 
 

 

 

 
 
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