具体实施方式

“小于”和“大于”分别表示“小于或等于”和“大于或等于”。使用术语“严格小于”和“严格大于”排除了相等。此外，“相等、更小、更大”类型的表达意味着可以适应一些容差的比较，尤其是根据比较值的规模和测量不确定性。基本上相等、更小或更大的值在本发明的解释范围内。

参数“基本上等于/大于/小于”给定值意味着该参数等于/大于/小于给定值，接近该值的正负20％，甚至10％。“基本上介于”两个给定值之间的参数意味着该参数至少等于最小给定值，加减该值的20％，甚至10％，至多等于最大给定值，加减该值的20％，甚至10％。

需要说明的是，在本发明的上下文中，术语“在……上”、“置顶”、“覆盖”或“在……下”或它们的等效词不一定意味着“与……接触”。

“与……结合布置”是指两个结构元件彼此之间的功能关系，其中两个元件中的一个是根据另一个元件布置的。具体地，可以根据一个元件的尺寸和形状和/或根据与一个元件的植入相关地限定的特定布置来布置另一个元件，以一起执行特定功能。因此，这些术语旨在涵盖两个结构元件相对于彼此的大量相对布置，想要详尽地详述必然是徒劳的。

由材料A制成的元素是指包含该材料A和可能的其他材料的元件。

“电磁场”是指由集合表示的场，其中是电场，是磁场，使得具有装料q和速度向量的颗粒受到的力表示为：

这里对电磁场的定义包括磁场的定义以及静磁场的定义，它们构成了电磁场的特殊情况。

海尔贝克构造意味着一种特殊的永磁体布置，它增大了一侧布置的磁场，同时几乎消除了另一侧的磁场。

作为电的良导体的材料是指电阻率基本上小于6.10-8ohm.m，优选基本上小于2.10-8ohm.m的材料。

如在介绍中提到的，本发明的一个目的是提供一种冷坩埚，其允许执行不同于它们通常预期的功能的其他功能，并且该冷坩埚包括能够熔融它所包含的装料。

为此，本发明尤其是提供了一种冷坩埚1’，如图3所示。与传统的冷坩埚1相比，该冷坩埚主要是这样的：它的至少一个扇形部、优选每个扇形部100包括所谓的(多)功能化壳体101的壳体，并且是可移除的。

(多)功能化壳体101是适当的(或合适的)，并且旨在容纳其包括的扇形部100的至少一个(多)功能化装置12。所述至少一个(多)功能化装置12可以包含在根据本发明的冷坩埚1’中。或者，(多)功能化装置12可作为根据本发明的冷坩埚的附件提供。因此，本发明非常适用于各种(多)功能化装置12，它们的一些示例在下文中呈现。

尤其是，冷坩埚1’的至少一个扇形部100、优选地冷坩埚的每个扇形部可从冷却装置11和冷坩埚1’的至少一个其它扇形部100中的至少一个移除。优选地，冷坩埚的每个扇形部100可从冷却装置11和冷坩埚的每个其他扇形部100中的至少一个移除。

在适当的情况下，冷坩埚1’还包括用于将至少一个扇形部100、优选每个扇形部固定和保持到冷却装置11和至少一个其它扇形部100中的至少一个的固定和保持装置13、130。尤其是，固定和保持装置13、130可以被配置成使得所述至少一个扇形部100一旦被紧固和保持，便形成冷笼10的至少一部分。

此后，通过在其包括的(多)功能化壳体101中容纳至少一个选定的(多)功能化装置12，可以独立于其他扇形部来(多)功能化每个扇形部。(多)功能化装置12可以限定为允许修改或分析冷笼中的装料、尤其是熔融装料的至少一种特性的装置，而该限定不一定是限制性的。

以非限制性方式，(多)功能化装置12可以是以下之一：用于产生电磁场的装置120(优选永磁体)、铁氧体、超声换能器和压电装置。

还可以理解，以这种方式的多功能化的冷坩埚1’具有很好的模块化。实际上，可以考虑扇形部100和(多)功能化装置12之间的多种组合，每个组合可能赋予装料20的一个或多个特定修改或分析。

根据本发明的冷坩埚1’允许使扇形部在装料、尤其是熔融装料的监测或表征中有效。

冷却装置11包括用于传热流体(通常为水)的循环通道。该循环通道被配置成能够冷却冷笼并且部分地延伸至每个扇形部100中。(多)功能化壳体101可以与在扇形部中延伸的循环通道的部分连通，或者甚至可以形成一个整体的壳体。这种配置的优点是，冷却装置11不仅可以用于如之前那样冷却扇形部100，而且还可以用于冷却(多)功能化装置12。当(多)功能化装置12包括永磁体时，这是尤其有利的，因为永磁体可以保持在低于其居里温度的温度。扇形部100和它容纳的(多)功能化装置12因此不断地被水冷却。(多)功能化装置12的温度不能超过扇形部100的工作温度，至少在功能化装置12本身不会以显著的方式散发热量的程度上。

或者，(多)功能化壳体101可以不同于在扇形部100中延伸的循环通道的部分。当希望避免传热流体和(多)功能化装置12之间的接触时，这种替代配置(图中未表示)是优选的。尤其是，这样的接触可能使(多)功能化装置12功能失调，或不太可靠、准确、有效等。

优选地，(多)功能化装置12由比制成扇形部100的材料(通常为铜)相比的导电性较差的材料制成。以这种方式，确保由电磁感应外部线圈2感应出的电流(涡流)位于冷笼10的扇形部100的外围。实际上，作为最熟知的电导体之一的铜因此充当电磁屏蔽。因此，在扇形部100内引入的每个(多)功能化装置12不受(电)磁场的影响。

替代地或补充地，(多)功能化装置12可以与支撑件12b、尤其是适配器一起布置。该支撑件由比制成扇形部100的材料相比导电性较差的材料制成。这种不太好的导体材料甚至可以由电绝缘体如塑料组成。因此，所述支撑件12b使得扇形部100能够发挥其电磁屏蔽作用，即使(多)功能化装置12由与制成扇形部100的材料一样良好的电导体并且可能更好的电导体的材料制成。

支撑件12b还可用作适配器。因此，它可以进一步允许将任何类型的(多)功能化装置12适配到所述(多)功能化壳体101，无论其形状和尺寸如何。所述(多)功能化壳体101因此可以具有标准化的尺寸和形状。从而便于制造根据本发明的冷坩埚1’，并且使其成本降低。

在(多)功能化装置12包括或由铁氧体组成的情况下，它可以被配置成集中位于容纳它的扇形部100的外围处的电磁场线。多个扇形部100可以容纳这样的(多)功能化装置12，因此可以以独立并且以模块化的方式将电磁场线集中在冷坩埚1’的某些位置，这是因为每个扇形部100是独立的。

在(多)功能化装置12包括或由超声换能器组成的情况下，它可以被配置成通过测量其中物质的位移速度来表征熔融装料。

在(多)功能化装置12包括或由压电装置组成的情况下，它可以被配置成在装料20内、尤其是在熔融装料内引入压力波。

下文参考图3至图7描述本发明的优选实施例。在该优选实施例中，(多)功能化装置12包括或由(电)磁场发电装置组成。应当理解，下文详述的特征可以比照适用于上文描述的各种其他(多)功能化装置12。

图3中所示的冷坩埚1’包括基本上圆柱形的冷笼10。冷笼10界定出旨在接纳待熔融的装料的内部空间。冷笼10尤其是由多个扇形部100组成。以已知方式，扇形部100通过它们的纵向边缘的至少一部分彼此不导电。在该部分上，可以在两个相邻扇形部100之间形成气隙。或者，两个相邻扇形部之间的每个槽可以用磁性插入物填充。这种插入物可以尤其是由软磁复合材料制成。

图3中所示的冷坩埚1’的每个扇形部100由用作扇形部100的固定和保持装置13的基座130固定。尤其是，装置13允许将扇形部100固定在冷却装置11上，并允许在冷却装置11上将扇形部100相对于彼此保持在特定位置。因此被固定和保持的扇形部100形成冷笼10的主要部分甚至全部。或者，这些扇形部可以共享在它们将被固定和保持在其上的相同的基座130。基座又被固定到冷却装置11。

因此，图3所示的冷坩埚1’包括传热流体类型(例如水)的冷却装置11。这种冷却装置11可以是现有技术中已知的。根据本发明的冷坩埚1’因此可以不需要开发或甚至适配已知的冷却装置11，因此可以有利地原样使用已知的冷却装置11。

如图4所示，冷却装置11可以包括两个部分：第一部分(在图4的底部)，通过该第一部分，传热流体被引入然后从冷却装置11的第二部分引出；该第二部分限定出部分地穿过扇形部100内部以冷却它们的一个或多个循环回路。

图4所示示例中的为汽缸盖垫圈的形状的密封件14可以设置在冷却装置11的第二部分和每个基座130之间，以确保这些部件之间的密封。

作为替代，扇形部可以通过它们的基座130延伸通过传热流体的入口和出口。每个入口和出口从基座130的平坦表面伸出，并且每个入口和出口旨在插入冷却装置的相应孔中或冷却装置和所有扇形部100之间的中间部分(未示出)。每个扇形部100和冷却装置11之间的密封可以通过一个或多个沿传热流体入口和出口的突出部分布的O形环来实现。

在图4中，还示出了冷笼10的部分分解图。扇形部100通过它们的基座130固定在一起。尤其是，扇形部100之一以分解图示出。因此，似乎每个扇形部100具有容纳发电装置的壳体101。

尤其是，壳体101可以优选地在其与冷笼10的内部空间相对的一侧通过由黄铜或铜制成的板102(优选地通过焊接固定)封闭，以便与限定壳体101的其他壁电传导。传统的冷坩埚实际上仅包括用于对其进行冷却的传热流体的循环通道的一部分作为腔；因此，事先至少在不影响扇形部冷却的情况下不允许在其中容纳任何(多)功能化装置12，这里是发电装置120。作为替代，每个扇形部100可以已经被设计成具有其自己的用于接纳发电装置120的壳体101。

图4中所示的发电装置120尤其是表示在图5中。该图尤其说明了这样的事实，即根据本发明的优选实施例，发电装置120基本上包括两个部分12a和12b。第一部分12a被配置成产生静磁场。被称为支撑部分、支撑件或适配器的第二部分12b被配置成支撑发电装置的第一部分12a。尤其是，支撑部分12b包括基本上纵向的板。两个保持元件从该板垂直延伸。发电装置120的第一部分12a被固定并保持在支撑部分12b的两个保持元件之间。两个保持元件还被配置成在扇形部100中，并且尤其是在未被发电装置占据的壳体101的空间中，围绕着发电装置的第一部分12a保留传热流体循环回路的一部分。因此，两个保持元件中的第一个(图5中的下部)构成一种类型的中心岛，传热流体旨在在其两侧沿相反方向流动；两个保持元件中的第二个(图5顶部的那个)形成循环回路中曲折的内部。

图6中示出了图3中所示的扇形部100之一的立体仰视图。它示出了壳体101可以通过其基座130打开。一系列通孔和/或材料凹部可以设置在基座130的延伸部中，以固定到相邻扇形部的基座和/或尤其是通过汽缸盖垫圈14固定到冷却装置11。尤其是，彼此相邻的两个扇形部100的材料凹部可以旨在为了将这些扇形部彼此固定目的而一起协作。在图6中还示出了发电装置紧密地容纳在壳体101内。具体地，第二部分12b包括纵向板。该纵向板被配置成优选地覆盖壳体101的整个内表面。该内表面朝向冷笼10的内部空间定向。发电装置的第一部分12a的表面支承或至少接触壳体101的朝向冷笼10的内部空间定向的内表面。这样，支撑件12b用作适配器，避免了发电装置在其壳体101中进行任何移动。因此，发电装置在其中保持静止。因此，由扇形部100和适当地放置在扇形部100中的发电装置形成的组件似乎还以通过扇形部100的基座130的U形开口的形式限定了上述循环回路。注意，在该配置中，配置为产生静磁场的发电装置的第一部分12a尽可能靠近冷笼10的内部空间。尤其是，仅朝向冷笼10的内部空间定向的扇形部100的纵向壁的厚度将发电装置的第一部分12a与冷笼10的内部空间分开。该壁的厚度例如包括在0.5和2mm之间，优选地包括在0.7和1.5mm之间。因此，支撑件12b用作适配器，至少其允许实现或不实现(多)功能化装置与容纳它的扇形部的内壁之间的接触。

将理解的是，发电装置因此尤其是容纳在其扇形部100内，以便通过其朝向冷笼10内部定向的边缘定位在，距冷坩埚1’中的熔融装料20基本上小于12mm、优选基本上小于9mm、甚至更优选地基本上小于6mm的距离处。

此外，看起来，通过构造，发电装置被配置成由冷却装置11冷却。冷却装置11已经负责冷却其中容纳有发电装置的扇形部100。

下面参照图5和图7描述根据本发明优选实施例的发电装置的第一部分12a。

如图所示，发电装置的第一部分12a包括但不限于多个九个永磁体120。因此，应当理解，冷却装置11优选地被配置成和/或参数化成保证将每个永磁体保持在温度严格低于该磁体的居里温度；否则，永磁体的磁化将丢失。

每个永磁体可以具有基本上立方体的几何形状，其边(arêtes)例如基本上等于2cm。当然，每个永磁体的几何形状和尺寸必须适合于壳体101的尺寸，并且更一般地适合于扇形部100的尺寸。每个永磁体120可以尤其是由钕/铁/硼合金制成。这种合金的电阻率比构成冷笼10的扇形部100的铜的电阻率大，尤其是至少大两倍。永磁体120彼此对准，并且通过用于保持发电装置的支撑部分12b的两个元件并在这两个元件之间保持对准。这种对准尤其是使得永磁体120以所谓的海尔贝克构造布置在一起。已知这样的配置允许，如图8所示，在垂直于对准的方向上产生比在垂直于对准的另一个方向上更强大的静磁场。

支撑部分上的对准布置与发电装置在其扇形部的壳体101中的预期布置相关。尤其是，发电装置设置在其壳体101中，使得永磁体的排列产生更强大的静磁场的一侧直接位于朝向冷笼10的内部空间定向的扇形部100的纵向壁的对面，并且优选地与其接触。

以上面介绍的永磁体为例，由海尔贝克排列产生的磁场在2mm处的最大密度基本上等于0.6T，并且在12mm处的最大密度仍然基本上等于0.1T。

因此应理解，尤其是根据该特定布置，发电装置被配置成生成足够密度的静磁场以被冷笼10中的熔融装料20感觉到，并且尤其是至少在冷笼中的熔融装料的电磁趋肤21的厚度内感觉到。

尤其是，由发电装置产生的静磁场使得在距其朝向冷笼10内部定向的边缘基本上大于2mm的距离处，它的密度基本上大于0.02T，优选地基本上大于0.05T。

作为替代或补充，由发电装置产生的静磁场使得在距其朝向冷笼10内部定向的边缘基本上介于0.1和12mm之间的距离处，其具有基本上介于0.07和0.8T之间的密度。优选地，由发电装置产生的静磁场使得在距朝向冷笼10内部定向的发电装置的边缘之一基本上介于4和10mm之间的距离处，其具有基本上介于0.1和0.3T之间的密度。

已开发出允许彰显根据本发明优选实施例的冷坩埚1’的效率的多物理数字模型。图10示出了在扇形部100中使用永磁体120显著改变了冷坩埚1’中的熔融装料20的流动(在模拟中，材料被带到基本上等于1690℃的温度)。这种改变导致最靠近冷坩埚1’的熔融装料20的区域的搅拌速度受到强烈制动，搅拌涡流也发生反转。搅拌涡流的旋转方向比传统的冷坩埚更利于从晶种23中生长单晶(图9)。

因此，根据本发明的冷坩埚1’一方面允许减慢将在常规冷坩埚中观察到的搅拌，另一方面允许反转在熔融装料20中引起的涡流的再循环方向。

使用根据本发明优选实施例的“磁性”冷坩埚允许，尤其是通过上述两种技术效果的协同作用，促进比常规冷坩埚更大尺寸的单晶的生长。尤其是，使用根据本发明优选实施例的“磁性”冷坩埚允许促进直径大于引发生长的晶种的直径并且质量比通过使用热坩埚的技术获得的单晶质量更好的单晶的生长。

当考虑由具有不同磁化率的不同材料制成的装料时，与使用根据本发明优选实施例的“磁性”冷坩埚有关的另一个优点出现。例如，这种装料可以包括铁磁、顺磁或抗磁材料。由于存在延伸到熔融装料20中的静磁场梯度，根据本发明优选实施例的“磁性”冷坩埚然后可以允许这些材料的选择性分类。

通过使用根据本发明优选实施例的冷坩埚1’，可以实现其他优点，尤其是通过集成在其壳体101未被发电装置占据和/或允许容纳上述其他(多)功能化装置中的至少一个。

通过使用根据本发明优选实施例的冷坩埚1’，也可以实现其他优点，尤其是通过在其间布置容纳发电装置的扇形部100。扇形部100实际上可以以下列方式之一布置：

-只有相对的两个扇形部容纳发电装置；

-只有三个基本上以3阶旋转对称布置的扇形部容纳发电装置；

-只有四个基本上以4阶旋转对称布置的扇形部容纳发电装置；

-两个相邻扇形部中的一个扇形部容纳发电装置；以及

-每个扇形部都容纳发电装置。

除了产生氧化物单晶如蓝宝石，根据本发明优选实施例的冷坩埚1’允许生产尤其是用于电力电子领域的应用的大尺寸、尤其是大直径的单晶硅锭。

本发明不限于上述实施例，而是扩展到权利要求所涵盖的所有实施例。

此外，发电装置不限于其包括至少一个永磁体的实施例。实际上，例如可以设想，尽管由于尤其是电连接困难的原因而不是优选的，但是场是电磁的并且可以由至少一个电磁体产生。由于这种电磁体的供电电流可以随时间变化，从而导致该电磁体产生的磁场发生变化，因此可以理解，根据本发明优选实施例的冷坩埚1’中的发电装置产生的电磁场不一定限于静磁场；具体地，发电装置产生的电磁场可以是准静态磁场。

此外，扇形部的形状不限于如图3至图7所示的大致平行六面体形状，而是涵盖使扇形体100在固定和保持在一起时能够形成冷笼10的主要部分和可能的全部的任何形状。例如，每个扇形部的形状可以大体上类似于花瓣，并且以与由花的花瓣形成花冠类似的方式与其他扇形部一起形成冷笼。