CN111118596A - 一种多功能电子束区域熔炼炉 - Google Patents
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Abstract
本发明属于超纯材料制备技术领域，尤其涉及一种多功能电子束区域熔炼炉，包括上送料夹料机构1、炉体2、电子枪3、真空系统4、机架5、电子枪移动机构6、下送料夹料机构7、观察视窗8、操控箱9、高压电源、自动控制系统和水冷系统；所述上送料夹料机构1深入到炉体2内的端部为上夹料头，所述上夹料头上夹持待熔化的料棒。本发明可满足枪体与送料夹料机构同步协调运动的功能，可实现熔炼材料的多样化，结构紧凑，可满足直径50mm尺寸的料棒熔炼，布局合理，维修维护方便。
Description
技术领域
本发明属于超纯材料制备技术领域，特别地涉及一种多功能电子束区域熔炼炉。
背景技术
现代先进制造材料及装备对高温难熔金属材料的纯度和晶体的完整性要求愈来愈高，也正由于材料在超纯时所具备的独特性能所决定的。因此，超纯材料的制备正引起广泛的重视。
电子束区熔炉是提纯和制备高熔点活性金属单晶的专用设备，利用电子束区熔炉可以在高真空(约6.7×10-3Pa)的条件下,将钨、钼、钽、铌、钛、锆、铪等高熔点活性金属加以提纯并拉制成单晶,还可以将Al2O3、宝石、陶瓷等绝缘材料加温脱气。电子束区熔炉是在高真空条件下进行，被熔物料呈棒状,穿过电子枪的阳极孔,两端固定在夹头上，由于电子高速轰击的结果,在料棒的局部集中了很大的能量而升温熔化,熔化了的物料靠着本身的表面张力形成细颈状的熔融区域(熔区)，随着电子枪上移,熔区会由物料的下端至上端移动,熔化了的金属处在超高真空的炉膛中,因此,金属液体中的杂质和气体均会挥发出来,被真空系统排走。经过一次至数次这样的过程,材料便得到了提纯或形成单晶，高质量纯度性能材料也随即生成。
然而，现有技术中的的设备功能比较单一，满足个别金属棒材的熔炼提纯及结晶，且熔炼料棒的直径尺寸仅限于30mm以下，料棒长度受上下夹料机构限制；同时现有技术的设备中环型电子枪为固定的，仅通过送料机构的进给来保证熔炼结晶，在处理工艺度不够成熟的材料时容易产生拉晶失败效果；当熔炼材料熔点高达2000℃以上，难以有合适的坩埚凝固成形，时采用电子束区熔、在无坩埚的条件下实现难熔金属的单晶生长。
发明内容
为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于提供一种多功能电子束区域熔炼炉，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明的一种多功能电子束区域熔炼炉，包括上送料夹料机构1、炉体2、电子枪3、真空系统4、机架5、电子枪移动机构6、下送料夹料机构7、观察视窗8、操控箱9、高压电源、自动控制系统和水冷系统；
所述上送料夹料机构1深入到炉体2内的端部为上夹料头，所述上夹料头上夹持待熔化的料棒；
所述炉体2上面留有真空系统接口、上下送料接口以及电子枪移动机构接口，侧面留有观察视窗接口；
所述电子枪3的主体部分采用自加速式环形枪,包括环形阴极块、紫铜底板、灯丝和高压绝缘板；
所述真空系统4包括采用分子泵和机械泵组成的真空机组；
所述机架5用于支撑炉体；
所述电子枪移动机构6与电子枪3的底座采用陶瓷绝缘连接，电子枪移动机构3控制电子枪的上、下移动；
所述下送料夹料机构7深入到炉体2内的端部为下夹料头，夹料头上夹持待熔化的料棒；
所述观察视窗8与炉体焊接固定，设有反射观察窗，所述反射观察窗为迷宫式,耐450℃的烘烤,并装有铅玻璃防护屏和可调的玻璃挡板。
所述操控箱9用于控制设备在使用时达到控制要求。
所述机架5采用型材焊接成型，
电子枪移动机构3采用丝杠螺母机构加伺服电机驱动方式控制电子枪的上、下移动；
优选地，所述上送料夹料机构1通过丝杠螺母机构带动料棒上下移动，上送料夹料机构1的料杆跟料棒形成为一体。
优选地，所述炉体2采用双层水冷不锈钢焊接，内部布置加强筋板。
优选地，所述环形阴极块由无氧紫铜制成,内部水冷，由灯丝产生的电子靠栅极和阳极产生的电位分布使之偏转、聚焦和加速，通过阴极窄缝轰击在物料上。
优选地，所述真空系统4设有真空连锁保护装置，所述真空连锁保护装置包括设置在炉体上的真空计，以测量真空度，各真空计均设有真空报警点，低于设定值时自动报警。
优选地，所述下送料夹料机构7与上送料夹料机构1对应，通过丝杠螺母机构带动料棒上、下移动，所述下送料夹料机构7的料杆跟料棒形成为一体。
本发明的多功能电子束区域熔炼炉具有以下有益效果：
1.该设备改进了上下送料夹料机构功能，上下送料机构均可单独进给移动及旋转，还可以配合工艺要求，协调同步上升或下降，可适应多种工艺要求。此处更新也是为满足实际客户工艺熔炼要求所做的研制改动。
2.本设备从实际工艺出发，使环形电子枪具备上下进给功能。这样，既可以满足枪体固定料棒进给的熔炼方式。也可满足枪体与送料夹料机构同步协调运动的功能。至此即可实现熔炼材料的多样化。
3.该设备电子枪部分采用一体式水冷铜座，结构紧凑，阴极块、阳极块及灯丝的电位分布可满足直径50mm尺寸的料棒熔炼。
4.当熔炼材料熔点高达2000℃以上，难以有合适的坩埚凝固成形，时采用电子束区熔、在无坩埚的条件下实现难熔金属的单晶生长。不同材料的特性要求上下进料的速度，及电子枪移动的速度均可不同搭配。
5.炉体上各个运动部件即上进料夹料机构、下进料夹料机构、电子枪移动机构与炉体固定，在设备运行时，上下进料杆、环形枪阳极孔、料棒要保证同心。且任一机构与炉体把合处均达到真空密封要求。所以本设备采用柔性连接固定调整，之后采用固定密封的方式来保证上面的熔炼要求。
6.本发明整体结构紧凑，布局合理，维修维护方便。
附图说明
图1是本发明的多功能电子束区域熔炼炉的结构图
图中附图标记为：
1上送料夹料机构、2炉体、3电子枪、4真空系统、5机架、6电子枪移动机构、7下送料夹料机构、8观察视窗、9操控箱
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
本发明的一项宽泛实施例中，一种多功能电子束区域熔炼炉，主要包括上送料夹料机构1、炉体2、电子枪3、真空系统4、机架5、电子枪移动机构6、下送料夹料机构7、观察视窗8、操控箱9、高压电源、自动控制系统和水冷系统
如图1所示，所述上送料夹料机构1深入到炉体2内的端部为上夹料头，夹料头上夹持待熔化的料棒。上送料夹料机构1可通过丝杠螺母机构带动料棒上下移动，移动速度可根据加工工艺要求调节。所述上送料夹料机构1的料杆跟料棒形成为一体，在熔炼的过程中根据工艺要求调节转动速率。
所述炉体2上面留有真空系统接口、上下送料接口以及电子枪移动机构接口，侧面留有观察视窗接口。炉体2采用双层水冷不锈钢焊接，内部布置加强筋板，加强筋板可以保证炉体抽空时的强度要求，也可以起到均匀水线循环作用，保证设备运行时，炉体各个部位温度均匀无过热现象。
所述电子枪3的主体部分采用自加速式环形枪,包括环形阴极块、紫铜底板、灯丝和高压绝缘板。所述环形阴极块由无氧紫铜制成,内部水冷。由灯丝产生的电子靠栅极和阳极产生的电位分布使之偏转、聚焦和加速，通过阴极窄缝轰击在物料上。这种枪的结构避免了灯丝与物料的直接面向，消除了熔化过程中物料产生的飞溅物对灯丝的污染，延长了灯丝的寿命。调整环形阳极窄缝尺寸，可改变熔区宽度，这样有利于熔炼直径大、熔体表面张力小的材料。
所述真空系统4包括采用分子泵和机械泵组成的真空机组。通过高低真空系统组合可有效排除熔炼放气的真空波动，维持熔炼工艺的稳定。真空系统4的数值可以显示在操作台上。真空系统4通过手动操作，并设有真空连锁保护装置。
所述真空连锁保护装置的结构及原理如下：炉体设有真空计测量真空度，并设有各自的真空报警点，低于设定值时自动报警。炉室超过低限真空值时(如出现跑水)立即自动停注高压、关闭相应的泵及阀门，同时报警。
所述机架5采用型材焊接成型，起到支撑炉体及其他相关部件的作用，使整体设备布局紧凑，美观。
所述电子枪移动机构6与电子枪3的底座采用陶瓷绝缘连接。电子枪移动机构3采用丝杠螺母机构加伺服电机驱动方式控制电子枪的上、下移动。保证枪体在移动过程中能够正常引束，满足热源与熔炼物料的工艺要求。
所述下送料夹料机构7深入到炉体2内的端部为下夹料头，夹料头上夹持待熔化的料棒。下送料夹料机构可通过丝杠螺母机构带动料棒上、下移动，移动速度可根据加工工艺要求调节。所述下送料夹料机构的7的料杆跟料棒形成为一体，在熔炼的过程中根据工艺要求调节转动速率。所述下送料夹料机构的7与上送料夹料机构1对应，在伺服电机匹配控制下，保证料棒在熔炼过程中满足不同的工艺规格，达到对不同材料的熔炼要求。
所述观察视窗8与炉体焊接固定，设有反射观察窗，且观察窗做成迷宫式的,以减少机械变形,能耐450℃的烘烤,并装有铅玻璃防护屏，消除了高压产生的X射线对人体的伤害。此外，在观察窗上装有可调的玻璃挡板,保证在整个熔炼过程中能够清楚的观察物料。
所述操控箱9用于控制设备在使用时达到各种控制要求。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种多功能电子束区域熔炼炉，包括上送料夹料机构(1)、炉体(2)、电子枪(3)、真空系统(4)、机架(5)、电子枪移动机构(6)、下送料夹料机构(7)、观察视窗(8)、操控箱(9)、高压电源、自动控制系统和水冷系统；
所述上送料夹料机构(1)深入到炉体(2)内的端部为上夹料头，所述上夹料头上夹持待熔化的料棒；
所述炉体(2)上面留有真空系统接口、上下送料接口以及电子枪移动机构接口，侧面留有观察视窗接口；
所述电子枪(3)的主体部分采用自加速式环形枪,包括环形阴极块、紫铜底板、灯丝和高压绝缘板；
所述真空系统(4)包括采用分子泵和机械泵组成的真空机组；
所述机架(5)用于支撑炉体；
所述电子枪移动机构(6)与电子枪(3)的底座采用陶瓷绝缘连接，电子枪移动机构(3)控制电子枪的上、下移动；
所述下送料夹料机构(7)深入到炉体(2)内的端部为下夹料头，夹料头上夹持待熔化的料棒；
所述观察视窗(8)与炉体焊接固定，设有反射观察窗，所述反射观察窗为迷宫式,耐450℃的烘烤,并装有铅玻璃防护屏和可调的玻璃挡板；
所述操控箱9用于控制设备在使用时达到控制要求；
所述机架(5)采用型材焊接成型，
电子枪移动机构(3)采用丝杠螺母机构加伺服电机驱动方式控制电子枪的上、下移动。
2.根据权利要求1所述的多功能电子束区域熔炼炉，其特征在于，所述上送料夹料机构(1)通过丝杠螺母机构带动料棒上下移动，上送料夹料机构(1)的料杆跟料棒形成为一体。
3.根据权利要求1所述的多功能电子束区域熔炼炉，其特征在于，所述炉体(2)采用双层水冷不锈钢焊接，内部布置加强筋板。
4.根据权利要求1所述的多功能电子束区域熔炼炉，其特征在于，所述环形阴极块由无氧紫铜制成,内部水冷，由灯丝产生的电子靠栅极和阳极产生的电位分布使之偏转、聚焦和加速，通过阴极窄缝轰击在物料上。
5.根据权利要求1所述的多功能电子束区域熔炼炉，其特征在于，所述真空系统(4)设有真空连锁保护装置，所述真空连锁保护装置包括设置在炉体上的真空计，以测量真空度，各真空计均设有真空报警点，低于设定值时自动报警。
6.根据权利要求1所述的多功能电子束区域熔炼炉，其特征在于，所述下送料夹料机构(7)与上送料夹料机构(1)对应，通过丝杠螺母机构带动料棒上、下移动，所述下送料夹料机构(7)的料杆跟料棒形成为一体。
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