一種對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐的製作方法

2023-05-26 15:09:11 1

專利名稱：一種對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子束區熔爐，尤指一種通過電子束對高溫難熔物料進行懸浮區域提純的熔煉爐。
背景技術：
隨著科學技術的迅速發展，對高溫難熔物料材料的純度和晶體的完整性要求越來越高。眾所周知，微量雜質對材料的物理、化學性能具有嚴重的影響，而材料在超純時所具有的各種獨特的性能，正是近代尖端技術迫且要求的。因此，為了實現上述材料工藝性能，電子束區熔爐就是為了適應時代的呼喚應運而生的。要得到超純的高溫難熔物料，其熔煉設備至少需要三個基本條件:首先是要實現無坩堝熔煉；其次是要能實現3000°C以上的高溫；最後還要保證熔池在高溫狀態下的持久性。三個條件缺一均無法實現高溫難熔物料的熔煉。為了實現上述材料的熔煉，最好的辦法是採用無坩堝的懸浮區域熔煉爐(即區熔爐)進行加工。目前比較成熟的區熔爐技術有兩種，一種是電阻區熔爐，另外一種是感應區熔爐。但電阻區熔爐無法實現對高溫難熔物料熔池的形成，感應區熔爐能夠實現高溫熔池，但其熔煉區域過寬，僅憑熔池表面張力無法避免熔池墜落，因此，目前較為成熟的兩種區熔爐均無法實現高溫難熔物料的提純或者晶體完整性。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐，其是通過電子束對高溫難熔物料進行懸浮區域提純的熔煉爐，解決了當前僅憑電阻區熔爐和感應區熔爐無法實現的高溫難熔物料的提純及晶體生產等的疑難問題。為實現上述目的，本實用新型採取以下設計方案:一種對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐，其包括:置於工作檯之上的爐體、置於爐體內的環形電子槍和固料裝置，所述的環形電子槍熔煉時套在物料的外圈，並配設製冷系統、真空機組及控制面板的搖臂機構；所述的固料裝置包括一對固定在爐體上、下端的可旋轉及上下調整的棒料夾頭；還具有一熔煉時可帶動電子槍上下移動的電子槍升降系統，該電子槍升降系統至少包括一組分別由伺服電機驅動的絲槓和一電子槍的託置板，該對雙絲槓分設在熔煉時的物料兩側，所述電子槍的託置板水平固定在該對雙絲槓上。所述對物料進行懸浮區域提純的電子束區爐中，所述可旋轉及上下調整的棒料夾頭為同速或不同速旋轉；如不同速旋轉，則速度差為不大於2轉/分鐘。所述對物料進行懸浮區域提純的電子束區爐中，所述電子槍電源採用負高壓電源，所述真空機組採用渦輪分子泵作為主泵的高真空機組。所述對物料進行懸浮區域提純的電子束區爐中，還配設一對雙導軌立柱，與所述的一對雙絲槓均勻分設在熔煉時物料的四周，所述電子槍的託置板沿該對雙導軌立柱上下移動。所述對物料進行懸浮區域提純的電子束區爐中，配有快速更換夾頭的裝置。所述對物料進行懸浮區域提純的電子束區爐中，具有多工位觀察窗，是在窗口處安裝有一組可輪換使用、整體更換的觀察用玻璃片。所述對物料進行懸浮區域提純的電子束區爐中，配設充氬氣自動控制系統。所述對物料進行懸浮區域提純的電子束區爐中，配設遠程控制系統，包括在該電子束區熔爐上安設一組可實時監測熔煉的物料長度的傳感器及終端遠程控制的計算機，由計算機實施遠程控制，在工作檯上設實時顯示屏。所述通過電子束對高溫難熔物料進行懸浮區域提純的方法中，配設多工位觀察窗；還選擇性的配設遠程控制系統，通過一組設置在電子束區熔爐上的可實時監測熔煉物料長度的傳感器獲得數據實時顯示在電子束區熔爐工作檯上所設的顯示屏上；工作人員通過多工位觀察窗或顯示屏實時查看待熔煉物料的長度。本實用新型的優點在於:1.由於可以根據料棒長短的不同進行調節上下夾頭，並且上下夾頭可以根據不同直徑的物料進行快速更換，故適應多種樣品的熔煉實驗，使用範圍廣；2.電子槍升降系統的設置使得熔煉時電子槍能夠上下移動，配合上、下棒料夾頭的旋轉，再憑藉著電子束的特殊性能，使得本電子束區熔爐能極大化的滿足對高溫難熔物料的提純和晶體的完整性要求。3.電子束區熔爐且本電子束區熔爐既可以進行爐前操作，也可以實現遠程控制，降低了操作人員的勞動強度，提供了工作舒適度。

圖1為本實用新型懸浮區域提純的熔煉爐示意圖(主視)。圖2為本實用新型懸浮區域提純的熔煉爐示意圖(側剖視)。圖中:1_伺服電機；2_棒料夾頭；3_雙導軌立柱；4_雙導軌立柱；5-爐門；6-多工位觀察窗；7_觀察窗；8_電子槍；9_棒料夾頭；10_伺服電機；11_下調整機構；12_上調整機構；13_伺服電機；14_伺服電機；15_雙絲槓；16_充氬氣接口 ；17_爐體內腔；18_雙絲槓；19_物料；20_真空機組。
具體實施方式
本實用新型對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐的主要構成是由爐體、電子槍和固料裝置組合構成，並配設製冷系統、真空機組及控制面板的搖臂機構。所述的物料一般是選用棒狀的高溫難熔樣品。如圖1所示，本實用新型可以設計有一個工作檯，爐體置於工作檯之上。爐體內置有環形的電子槍8，熔煉時該環形的電子槍8是套在物料19的外圈，對於電子槍8可以是採用現有各功率結構的電子槍本體，在本實用新型中，設計了一可帶動電子槍上下移動的電子槍升降系統，該電子槍升降系統可以是至少由兩個以上的由伺服電機驅動的絲槓和電子槍的託置板組合構成，或至少是由一個由伺服電機驅動的絲槓、一個導軌立柱和伺服電機組合構成；本實施例中，米用了一對絲槓15和18、一對導軌立柱3與4以及伺服電機13和14共同組合構成電子槍升降系統，所述電子槍的託置板水平固定在該對雙絲槓及該對導軌立柱上。電子槍的電源要採用負高壓電源，才能熔煉難熔金屬或各種陶瓷等不導電的樣品。在電子槍工作時，為了保證樣品19被均勻的加熱同時對熔池起到一個攪拌作用，在本實用新型設備上裝有可旋轉的物料固料裝置，該裝置的上下端均有棒料夾頭2和9，夾頭上裝有伺服電機I和10，且上下夾頭的轉速不一致。為實現更佳的工作效果，讓上下調整的棒料夾頭不同速旋轉，速度差的最大極限是2轉/分鐘。為了保證不同長度的樣品都能夠在此實用新型設備進行試驗，在上下夾頭上裝有上下調整機構11和12。還可配有快速更換夾頭的裝置。一般使用本實用新型設備的物料均需要保證高真空的要求，因此，本實用新型對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐上採用渦輪分子泵作為主泵的高真空機組20。為了提高冷卻速度和工藝需要，爐體上裝有充氬氣快冷系統，並可實現自動控制，在熔煉結束後，關掉真空閥，打開氬氣流量開關對爐體充氣，當爐體內壓力達到6000Pa時，關閉流量開關，隨著氣體溫度的下降，壓力逐漸下降，在壓力下降至5000Pa時，氬氣流量開關自動打開，直至6000Pa時自動關閉。通過氬氣的對流完成對物料的快速冷卻。另外爐體上有爐門5，爐門5上裝有熔煉時觀察熔煉狀況的觀察窗7，在熔煉時能夠清楚的看到熔煉室內的狀況，觀察窗採用多個觀察用玻璃片6，其是在窗口處安裝有一組可輪換使用、整體更換的觀察用玻璃片，當一塊被鍍上之後，可以通過轉動一定的角度，把另一塊未被鍍上的玻璃轉動到觀察位置，等到所有的觀察用玻璃片6 (本實施例中為六塊)玻璃均被上之後，再把所有的觀察用玻璃片6全部一次更換完畢。故延長了觀察窗玻璃清洗的使用時間。通過控制面板的搖臂機構可以方便操作維修等。本電子束區熔爐既可以進行爐前操作，也可以實現遠程控制，可以在該電子束區熔爐上安設一組可實時監測熔煉物料長度的傳感器，該傳感器的信號輸出傳給遠程控制的計算機，由計算機實施遠程控制，在工作檯上設實時顯示屏，可實時顯示。降低了操作人員的勞動強度，提供了工作舒適度。本實用新型電子束區熔爐是根據環形電子槍從陰極發射的電子被陰極和陽極產生的電位分布偏轉、聚焦和加速，通過陽極的窄縫轟擊到物料上，由於電子的轟擊結果，在料棒的局部集中了很大的能量而升溫熔化，因電子束區熔的熔池較窄，因此，熔化了的物料靠著本身的表面張力形成細頸狀熔融區域。本實用新型對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐的具體工作實施方式是:在環形電子槍8引束啟動後，環形電子槍在雙絲槓15和18、雙導軌立柱3與4以及伺服電機13和14的共同作用下沿著物料19由料的下端至上端緩緩移動，根據樣品工藝的不同可以調節環形電子槍8的上升移動速度，對已經熔煉的的樣品19長度能夠進行實時顯示和控制。隨著科學技術的高速發展，本實用新型電子束區熔爐在將會對尖端科技技術帶來新的飛躍，對國家的國防和經濟建設作出重大貢獻。上述各實施例可在不脫離本實用新型的範圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結構應視為例示性，而非用以限制本實用新型的申請專利範圍。
權利要求1.一種對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐，其包括:置於工作檯之上的爐體、置於爐體內的環形電子槍和固料裝置，所述的環形電子槍熔煉時套在物料的外圈，並配設製冷系統、真空機組及控制面板的搖臂機構；其特徵在於: 所述的固料裝置包括一對固定在爐體上、下端的可旋轉及上下調整的棒料夾頭； 還具有一熔煉時可帶動電子槍上下移動的電子槍升降系統，該電子槍升降系統包括一組分別由伺服電機驅動的絲槓和一電子槍的託置板，該對絲槓分設在熔煉時的物料兩側，所述電子槍的託置板水平固定在該對雙絲槓上。
2.根據權利要求1所述的對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐，其特徵在於:所述可旋轉及上下調整的棒料夾頭為不同速旋轉；如不同速旋轉則速度的最大極限是2轉/分鐘。
3.根據權利要求1所述的對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐，其特徵在於:所述電子槍電源採用負高壓電源，所述真空機組採用渦輪分子泵作為主泵的高真空機組。
4.根據權利要求1所述的對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐，其特徵在於:還配設一對雙導軌立柱，與所述的一對雙絲槓均勻分設在熔煉時物料的四周，所述電子槍的託置板沿該對雙導軌立柱上下移動。
5.根據權利要求1所述的對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐，其特徵在於:具有多工位觀察窗，是在窗口處安裝有一組可輪換使用、整體更換的觀察用玻璃片。
6.根據權利要求1所述的對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐，其特徵在於:配有快速更換夾頭的裝置。
7.根據權利要求1所述的對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐，其特徵在於:配設充氬氣自動控制系統。
8.根據權利要求1所述的對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐，其特徵在於:配設遠程控制系統，包括在該電子束區熔爐上安設一組可實時監測熔煉物料長度的傳感器，在工作檯上設實時顯示屏傳感器的信號輸出傳送給遠端控制的計算機，由計算機實施遠程控制，並在工作檯上實時顯示。
專利摘要本實用新型公開了一種對物料進行懸浮區域提純的電子束區熔爐，其包括置於工作檯之上的爐體、置於爐體內的環形電子槍和固料裝置，環形電子槍熔煉時套在物料的外圈，並配設製冷系統、真空機組及控制面板的搖臂機構；固料裝置包括一對固定在爐體上、下端的可旋轉及上下調整的棒料夾頭；還具有一熔煉時可帶動電子槍上下移動的電子槍升降系統，該電子槍升降系統至少包括一組分別由伺服電機驅動的絲槓和一電子槍的託置板，該對雙絲槓分設在熔煉時的物料兩側，電子槍的託置板水平固定在該對雙絲槓上。其是通過電子束對高溫難熔物料進行懸浮區域提純的熔煉爐，解決了當前僅憑電阻區熔爐和感應區熔爐無法實現的高溫難熔物料的提純及晶體生產等的疑難問題。
文檔編號C30B13/24GK203007468SQ20122070809
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者尹中榮, 孫照富 申請人:北京有色金屬研究總院