CN108070724A - 混料方法以及铸锭的熔炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混料方法以及铸锭的熔炼方法，混料方法包括：提供多种散装物料，所述多种散装物料的总质量为第一总质量，各物料之间具有第一质量比；按照所述第一质量比，将所述多种散装物料分配成多份混合物料；对每份混合物料进行成型工艺，形成块状混合物料。相比直接将所述多种散装物料投入料仓中的方案，本发明所述混料方法可以避免在重力作用影响下，出现所述料仓不同区域的散装物料中各物料质量比不相同的问题，从而可以提高混料均匀性。

Description

混料方法以及铸锭的熔炼方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种混料方法以及铸锭的熔炼方法。
背景技术
电子束熔炼炉(Electron Beam Refine Furnace,EB炉)，是利用高速运动电子的动能转换成热能作为热源，将金属熔化成铸锭的一种真空熔炼设备。由于EB炉真空度高，提纯效果好，可以同时去除高密度与低密度杂质，因此广泛用于生产洁净金属，对于高纯钛以及钛合金生产领域发挥着重要作用。
根据物料形态的不同，电子束熔炼的进料方式可以有棒状进料方式和散料进料方式。当采用散料进料方式时，通常采用混料机将多种物料进行混料工艺，经所述混料机的出料口将混料后的混合物料投入电子束熔炼炉的料仓中，再经所述料仓的出料口投入至所述电子束熔炼炉的坩埚内，以形成铸锭。
但是，现有技术的进料方式容易导致所述混合物料中各物料的质量比均匀性较差。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种混料方法以及铸锭的熔炼方法，提高混料均匀性，以提高所形成铸锭的质量和良率。
为解决上述问题，本发明提供一种混料方法，包括：提供多种散装物料，所述多种散装物料的总质量为第一总质量，各物料之间具有第一质量比；按照所述第一质量比，将所述多种散装物料分配成多份混合物料；对每份混合物料进行成型工艺，形成块状混合物料。
可选的，每份混合物料的总质量为第二总质量；所述第二总质量至多占所述第一总质量的千分之一。
可选的，每份混合物料的总质量为第二总质量；各份混合物料之间具有相同的第二总质量；或者，各份混合物料之间具有不同的第二总质量。
可选的，提供多种散装物料的步骤中，所述多种散装物料包括第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料；将所述多种散装物料分配成多份混合物料的步骤中，所述混合物料包括所述第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料。
可选的，各份混合物料之间具有相同的第二总质量；所述第一总质量为500千克，所述第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料之间的第一质量比为3:1:1，所述第二总质量为0.35千克。
可选的，提供多种散装物料的步骤中，各种散装物料的颗粒尺寸不同。
可选的，提供多种散装物料的步骤中，所述多种散装物料的材料为同一金属材料；或者，所述多种散装物料的材料为不同金属材料。
可选的，对每份混合物料进行成型工艺的步骤包括：采用压块机将每份混合物料挤压成块。
可选的，所述多种散装物料的材料为同一金属材料，所述压块机中与所述混合物料相接触的部件材料与所述混合物料的材料相同。
可选的，所述多种散装物料的材料为不同金属材料，所述压块机中与所述混合物料相接触的部件材料为所述散装物料材料中的一种金属材料；或者，所述压块机中与所述混合物料相接触的部件材料为所述散装物料材料中的多种金属材料所对应的合金材料。
相应的，本发明还提供一种铸锭的熔炼方法，包括：提供电子束熔炼炉，所述电子束熔炼炉包括炉体和料仓，所述料仓底部具有出料口；提供块状混合物料，所述块状混合物料采用前述混料方法所形成；将所述块状混合物料投入所述料仓中，且经所述料仓的出料口投入所述炉体内；将所述块状混合物料投入至所述炉体内后，采用所述电子束熔炼炉对所述块状混合物料进行电子束熔炼工艺，形成铸锭。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明所述混料方法中，所提供的多种散装物料之间具有第一质量比，按照所述第一质量比将所述多种散装物料分配成多份混合物料，后续对每份混合物料进行成型工艺，形成块状混合物料，也就是说，所述块状混合物料包括所述多种散装物料，且每份块状混合物料中各物料之间也具有第一质量比。当将所形成的块状混合物料投入熔炼炉的料仓中时，相比直接将所述多种散装物料投入料仓中的方案，本发明所述混料方法可以避免在重力作用影响下，出现所述料仓不同区域的散装物料中各物料质量比不相同的问题，从而可以提高混料均匀性。
本发明还提供一种铸锭的熔炼方法，其中采用前述混料方法所形成的块状混合物料，由于所形成块状混合物料中各物料的质量比均匀性较高，相应的，所述料仓中各区域的各物料质量比均匀性较高，因此所形成铸锭中各物料的质量均一性也相应较高，从而提高了所形成铸锭的质量和良率。
附图说明
图1是一种电子束熔炼工艺进料方式的示意图；
图2是本发明混料方法一实施例的流程示意图；
图3是本发明铸锭的熔炼方法一实施例的示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术的进料方式容易导致混合物料中各物料的质量比均匀性较差。结合参考图1，示出了一种电子束熔炼工艺进料方式的示意图，分析其原因在于：
根据物料形态的不同，电子束熔炼的进料方式可以有棒状进料方式和散料进料方式。当采用散料进料方式时，通常采用混料机(图未示)将多种物料进行混料工艺，经所述混料机的出料口(图未示)将混料后的混合物料30投入电子束熔炼炉50的料仓20中，再通过所述料仓20底部的出料口21投入至所述电子束熔炼炉的水平坩埚10内，以进行后续的电子束熔炼工艺，形成铸锭。
但是，混料工艺结束后，由于所述多种物料的颗粒尺寸不同，在重力作用的影响下，颗粒尺寸较小的物料较容易集中于靠近所述混料机出料口的位置处，也就是说，靠近所述混料机出料口位置处的尺寸较小颗粒的含量高于其他区域，从而导致所述混料机中混料均匀性较差，且颗粒尺寸梯度越大，混料均匀性较差的问题越显著；混料后的混合物料30投入至所述料仓20中后，所述料仓20中的混合物料30也有相同问题，颗粒尺寸较小的物料较容易集中于靠近所述料仓20出料口21的位置处，从而导致所述料仓20中混料均匀性较差，所述料仓20顶部和底部的各物料质量比相差过大；相应的，颗粒尺寸较小的物料较容易投入至所述电子束熔炼炉的水平坩埚10内，形成铸锭后，所述铸锭中各成分的质量均匀性也相应较差，所述铸锭的形成质量较差。
为了解决上述问题，本发明提供一种混料方法，包括：提供多种散装物料，所述多种散装物料的总质量为第一总质量，各物料之间具有第一质量比；按照所述第一质量比，将所述多种散装物料分配成多份混合物料；对每份混合物料进行成型工艺，形成块状混合物料。
本发明所述混料方法中，所提供的多种散装物料之间具有第一质量比，按照所述第一质量比将所述多种散装物料分配成多份混合物料，后续对每份混合物料进行成型工艺，形成块状混合物料，也就是说，所述块状混合物料包括所述多种散装物料，且每份块状混合物料中各物料之间也具有第一质量比。当将所形成的块状混合物料投入熔炼炉的料仓中时，相比直接将所述多种散装物料投入料仓中的方案，本发明所述混料方法可以避免在重力作用影响下，出现所述料仓不同区域的散装物料中各物料质量比不相同的问题，从而可以提高混料均匀性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图2，图2示出了本发明混料方法一实施例的流程示意图。本实施例的混料方法包括以下基本步骤：
步骤S1：提供多种散装物料，所述多种散装物料的总质量为第一总质量，各物料之间具有第一质量比；
步骤S2：按照所述第一质量比，将所述多种散装物料分配成多份混合物料；
步骤S3：对每份混合物料进行成型工艺，形成块状混合物料。
下面将对本发明的具体实施例做进一步描述。
执行步骤S1，提供多种散装物料，所述多种散装物料的总质量为第一总质量，各物料之间具有第一质量比。
本实施例中，所述多种散装物料用于为电子束熔炼工艺提供原材料，以形成铸锭。所述物料为散装物料，相应的，所述物料为颗粒状。
本实施例中，所述多种散装物料的颗粒尺寸不同。在其他实施例中，所述多种散装物料的颗粒尺寸还可以相同。
所述多种散装物料为金属材料或高纯金属材料。所述多种散装物料用于形成铸锭，为了提高所形成铸锭的性能，所述多种散装物料选用了熔点较高、导电导热性较强的材料。
所述多种散装物料的材料由实际工艺需求而定。本实施例中，所述多种散装物料的材料为同一金属材料，所述多种散装物料的材料均为高纯钛，且纯度不低于99.995％(4N5)。在其他实施例中，所述多种散装物料的材料还可以为不同金属材料。
所述多种散装物料的种类至少为2种。本实施例中，以所提供的散装物料的种类为3种为例进行说明。
具体地，所述多种散装物料包括第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料，所述第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料的颗粒尺寸不同。
所述3种散装物料的第一总质量为500千克，所述第一散装物料的总质量为300千克，所述第二散装物料的总质量为100千克，所述第三散装物料的总质量为100千克。相应的，所述第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料之间的第一质量比为3:1:1。
执行步骤S2，按照所述第一质量比，将所述多种散装物料分配成多份混合物料。
分配成多份混合物料后，每一份混合物料中各物料之间具有第一质量比。因此分配成多份混合物料之前，所述混料方法还包括：将每一种散装物料分成多份，且各种散装物料之间具有相同的份数。
具体地，按照所述第一质量比，按种类将每种散装物料分成多份，即每种散装物料被分成第一份、第二份、第三份……第N份(N≥2)，且第一份所述多种散装物料之间具有第一质量比、第二份所述多种散装物料之间具有第一质量比、第三份所述多种散装物料之间具有第一质量比……第N份所述多种散装物料之间具有第一质量比。
其中，第一份所述多种散装物料构成第一份混合物料，第二份所述多种散装物料构成第二份混合物料，第三份所述多种散装物料构成第三份混合物料……第N份所述多种散装物料构成第N份混合物料，从而构成多份混合物料，且每份混合物料的总质量为第二总质量。
也就是说，本实施例中，所述N个第二总质量之和为所述第一总质量。
需要说明的是，后续步骤还包括对每份混合物料进行成型工艺，以形成块状混合物料，且在电子束熔炼工艺过程中，所形成的块状混合物料经料仓底部的出料口投入至电子束熔炼炉的炉体内，所述块状混合物料的尺寸受到所述料仓出料口尺寸的限制，因此所述块状混合物料的尺寸不宜过大；相应的，按照所述第一质量比，按种类将每种散装物料分成多份的步骤中，所述份数不宜过少，即所述第二总质量占所述第一总质量的比重不宜过多。
还需要说明的是，份数越多，所构成多份混合物料中，各物料质量比的均匀性越高，因此为了使所形成块状混合物料经出料口投入至电子束熔炼炉的炉体内的工艺不受影响的同时，提高各物料质量比的均匀性，本实施例中，所述第二总质量至多占所述第一总质量的千分之一。
本实施例中，为了降低工艺难度，将每种散装物料分成多份的步骤中，将每种散装物料进行均分，即各份混合物料之间具有相同的第二总质量。
本实施例中，以将第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料分别均分为2000份为例进行说明。
相应的，将所述多种散装物料分配成多份混合物料的步骤中，每份所述混合物料包括所述第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料，所构成混合物料的份数为2000份。
由于所述第一散装物料的总质量为300千克，所述第二散装物料的总质量为100千克，所述第三散装物料的总质量为100千克，所述第一质量比为3:1:1，因此按照所述第一质量比，将所述第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料均分为2000份后，每份第一散装物料的质量为0.15千克，每份第二散装物料的质量为0.1千克，每份第三散装物料的质量为0.1千克，相应的，每份混合物料的第二总质量均为0.35千克。
在其他实施例中，各份混合物料之间还可以具有不同的第二总质量。例如：第一份第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料的质量分别为0.15千克、0.1千克和0.1千克，第二份第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料的质量分别为0.3千克、0.2千克和0.2千克。
执行步骤S3，对每份混合物料进行成型工艺，形成块状混合物料。
通过所述成型工艺，使散装颗粒状的混合物料变为整体的块状混合物料。
具体地，对每份混合物料进行成型工艺的步骤包括：采用压块机将每份混合物料挤压成块，从而形成块状混合物料。
对所述压块机的具体描述可参考现有技术的相应描述，在此不再赘述。
通过所述压块机对每份混合物料施加压力，从而将每份混合物料挤压成块。
所述多种散装物料的材料为同一金属材料，为了避免杂质元素的引入，所述压块机中与所述混合物料相接触的部件材料与所述混合物料的材料相同。
本实施例中，所述多种散装物料的材料均为高纯钛，因此所述压块机中与所述混合物料相接触的部件材料为高纯钛。
在另一实施例中，所述多种散装物料的材料为不同金属材料，所述压块机中与所述混合物料相接触的部件材料为所述散装物料材料中的一种金属材料；或者，所述压块机中与所述混合物料相接触的部件材料为所述散装物料材料中的多种金属材料所对应的合金材料。
在其他实施例中，所述压块机中与所述混合物料相接触的部件材料还可以为其他耐磨耐腐蚀材料，例如钛合金等。
参考图3，示出了本发明铸锭的熔炼方法一实施例的示意图。相应的，本发明还提供一种铸锭的熔炼方法，包括：
提供电子束熔炼炉500，所述电子束熔炼炉500包括炉体100和料仓200，所述料仓200底部具有出料口210；提供块状混合物料300，所述块状混合物料300采用前述混料方法所形成；将所述块状混合物料300投入所述料仓200中，且经所述料仓200的出料口210投入所述炉体100内；将所述块状混合物料300投入至所述炉体100内后，采用所述电子束熔炼炉500对所述块状混合物料300进行电子束熔炼工艺，形成铸锭(图未示)。
对所述电子束熔炼炉500和电子束熔炼工艺的描述可以参考现有技术的相应描述，在此不再赘述。
本实施例中，采用前述混料方法所形成的块状混合物料，所形成块状混合物料中各物料的质量比均匀性较高，即所述料仓200中各区域的各物料质量比均匀性较高，因此所形成铸锭中各物料的质量均一性也相应较高，从而提高了所形成铸锭的质量和良率。
虽然本发明己披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种混料方法，其特征在于，包括：
提供多种散装物料，所述多种散装物料的总质量为第一总质量，各物料之间具有第一质量比；
按照所述第一质量比，将所述多种散装物料分配成多份混合物料；
对每份混合物料进行成型工艺，形成块状混合物料。
2.如权利要求1所述的混料方法，其特征在于，每份混合物料的总质量为第二总质量；
所述第二总质量至多占所述第一总质量的千分之一。
3.如权利要求1所述的混料方法，其特征在于，每份混合物料的总质量为第二总质量；
各份混合物料之间具有相同的第二总质量；
或者，各份混合物料之间具有不同的第二总质量。
4.如权利要求3所述的混料方法，其特征在于，提供多种散装物料的步骤中，所述多种散装物料包括第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料；
将所述多种散装物料分配成多份混合物料的步骤中，所述混合物料包括所述第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料。
5.如权利要求4所述的混料方法，其特征在于，各份混合物料之间具有相同的第二总质量；所述第一总质量为500千克，所述第一散装物料、第二散装物料和第三散装物料之间的第一质量比为3:1:1，所述第二总质量为0.35千克。
6.如权利要求1所述的混料方法，其特征在于，提供多种散装物料的步骤中，各种散装物料的颗粒尺寸不同。
7.如权利要求1所述的混料方法，其特征在于，提供多种散装物料的步骤中，所述多种散装物料的材料为同一金属材料；
或者，所述多种散装物料的材料为不同金属材料。
8.如权利要求1所述的混料方法，其特征在于，对每份混合物料进行成型工艺的步骤包括：采用压块机将每份混合物料挤压成块。
9.如权利要求8所述的混料方法，其特征在于，所述多种散装物料的材料为同一金属材料，所述压块机中与所述混合物料相接触的部件材料与所述混合物料的材料相同。
10.如权利要求8所述的混料方法，其特征在于，所述多种散装物料的材料为不同金属材料，所述压块机中与所述混合物料相接触的部件材料为所述散装物料材料中的一种金属材料；
或者，所述压块机中与所述混合物料相接触的部件材料为所述散装物料材料中的多种金属材料所对应的合金材料。
11.一种铸锭的熔炼方法，其特征在于，包括：
提供电子束熔炼炉，所述电子束熔炼炉包括炉体和料仓，所述料仓底部具有出料口；
提供块状混合物料，所述块状混合物料采用如权利要求1至10任一项所述混料方法所形成；
将所述块状混合物料投入所述料仓中，且经所述料仓的出料口投入所述炉体内；
将所述块状混合物料投入至所述炉体内后，采用所述电子束熔炼炉对所述块状混合物料进行电子束熔炼工艺，形成铸锭。
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