CN201373663Y - 聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉 - Google Patents

Abstract

一种聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉，包括上、下籽晶杆移动装置、一组真空泵和电子束区熔炉本体，熔炉本体内中心轴处置上籽晶杆、料棒和下籽晶杆，还内置有电子枪；熔炉带有端侧副室和中心副室，上、下籽晶杆分别置于两端侧副室内，电子枪单元置于中心副室内；电子枪为环形，其通过一对上、下加速阳极支架固定在炉体中心副室内，其包括：一对环形电子枪上、下加速阳极，分别接在电子枪上、下加速阳极支架上；一环形聚束极，套设在上加速阳极外且立于下加速阳极的上方，聚束极与上加速阳极间形成漂移室；一由外阴极电源为其提供加速电压可发射出电子的环状阴极钨丝，置于漂移室内。其可以克服现有电子束区熔炉聚焦调整不变的缺陷。

Description

聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉

技术领域

本实用新型涉及一种聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉。

背景技术

电子束技术是在电子光学理论基础上发展而成的一门高新技术，目前广泛应用于科学研究和工业生产中，如高能物理研究、原子能工业、材料科学、半导体超微加工等。

电子束区域熔炼技术具有熔区窄、能量密度高以及熔区内平均温度梯度大等优点，已被成功地用于W、Mo、Ta、Nb、Zr、Hf等难熔金属、难熔金属间化合物、活泼金属及其合金的提纯及单晶。

1952年W.G.Pfann专家提出的一种利用液固相中杂质元素溶解度不同的特点提炼金属的工艺。其操作原理是：设一个均匀的固态金属棒中有一小段金属被熔化成液体，那么，若这一小段液态区域自左向右缓慢移动，则每移动一次，杂质都会重新分布，其效果就相当于把杂质驱赶到右端。经过多次这样的重复，左端金属便可达到很高的纯度。电子束单晶熔炉是高能束技术在金属冶炼中的应用。主要工作原理是电子枪(阴极)通过加热发射的电子在高压静电场的加速下形成高能电子束，电子束通过聚焦后轰击要熔炼的金属，使高熔点金属熔化。电子束熔炼因熔炼金属纯度高、效率较高等优点而应用于金属冶炼领域。

电子束区域熔炼炉主要由真空系统、高压电源、阴极电源、电子束区熔炉本体(含聚束极单元、加速阳极单元、电子枪发射阴极和冷却系统)、上下料进给机构、旋转机构及操作系统等组成。真空系统为电子束区域熔炼炉提供真空工作环境，高压电源为电子枪发射出的电子提供加速电压；阴极电源通过加热电子枪(阴极)使之能够发射足够多的电子。聚束极系统是用来聚焦电子枪发射出的电子，使之能够准确轰击被熔化的料棒。加速阳极系统使经过聚焦的电子束进一步加速。上下料进给机构可使料棒在熔炼时能够上下移动，而旋转机构是使合金制备成分均匀。

但目前的电子束区熔炉本体内的加速极和聚束极之间的距离一般是不可调的，故不能保证电子束及时有效的调整聚焦在被熔炼的物料上，实属其缺陷所在。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉，可以克服现有电子束区熔炉的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉，包括位于上、下两端的用于实现上、下籽晶杆移动的单元装置、一组实现电子束区域熔炼炉内真空工作环境的真空泵和电子束区熔炉本体，电子束区熔炉本体内中心轴处由上至下置上籽晶杆、料棒和下籽晶杆，电子束区熔炉本体内置有电子枪；

所述的电子束区熔炉带有端侧副室和中心副室，上籽晶杆、下籽晶杆分别置于两端侧副室内，电了枪单元置于中心副室内；

所述的电子枪为环形电了枪，其通过一对上、下加速阳极支架固定安装在炉体中心副室内；

所述环形电子枪包括：一对环形体的电子枪上、下加速阳极，分别固定在电子枪上、下加速阳极支架上；一环形体的聚束极，套设在电子枪上加速阳极外且立于电子枪下加速阳极的上方，聚束极与上加速阳极间形成漂移室；一由外阴极电源为其提供加速电压可发射出电子的环状阴极钨丝，置于漂移室内。为避免电子枪各部件因温度过高发生变形或损坏，在电子枪上、下加速阳极开设冷却水管道；在聚束极内亦开设冷却水管道。

本实用新型的优点是：

1.由于电子枪聚束极和加速阳极相互位置可调，使得电子束区域熔炼炉的使用功率可调整确定到最佳功率；

2.可以改善电子枪的聚焦情况，保证电子束更好地聚焦在被熔炼的物料上。

3.加速阳级和聚束极内通有循环冷却水，使电子枪的各个部件工作在比较低的温度状态，可避免电子枪各部件因稳定过高发生变形或损坏。

附图说明

图1为本实用新型聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉结构示意图

图2为聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉内的电子枪结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本实用新型聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉包括位于上、下两端的用于实现上、下籽晶杆移动的单元装置11、15，一组实现电子束区域熔炼炉内真空工作环境的真空泵13和电子束区熔炉本体，电子束区熔炉本体内中心轴处由上至下置上籽晶杆1、料棒(试样)2和下籽晶杆7，电子束区熔炉本体内置有电子枪。

所述的电子束区熔炉带有对称的两端侧上、下副室12、14和一中心副室16，上籽晶杆1、下籽晶杆7分别置于两端侧副室12内，电子枪单元置于中心副室16内。端侧副室和中心副室的设置，使得利用比较小的容积制备高纯或单晶金属棒，提高真空室的利用率。如采用单一主炉体提纯较长的金属棒，必须设计很大的炉体才能实现。

电子枪的结构设计是本实用新型的一大设计要点，参见图2所示，本实施例中采用环形电子枪设计，其通过一对上、下加速阳极支架固定安装在炉体中心副室16内。该环形电子枪由环形体状的电子枪上、下加速阳极支架10、8，环形体的电子枪上、下加速阳极3、6，环形体的聚束极5，可发射出电子的阴极钨丝4组合构成。

所述的环形体状的电子枪上、下加速阳极支架10、8可分别固定安装在电子束单晶熔炉内的炉体下副室内设定的位置上；参见图2。

所述的环形体状的电子枪上、下加速阳极3、6分别固定(可以是螺接)在电子枪上、下加速阳极支架上。其中电子枪上加速阳极3横截面呈“J”型为佳，电子枪下加速阳极横截面呈“L”型为佳，参见图1中所示的电子枪上、下加速阳极3、6的横截面结构示意。

所述的环形体状的聚束极5套设在电子枪上加速阳极3之外且立于电子枪下加速阳极6的上方，聚束极5与上加速阳极3间形成漂移室。其中为配合电子枪上、下加速阳极3、6的形状设计，本实施例中环形体的聚束极较佳形态为：其横截面内侧上带有向内弯曲块，且其横截面内侧下段带有螺纹状开槽。

所述的环状阴极钨丝4，置于聚束极5与上加速阳极3间形成的漂移室内。

在电子枪上、下加速阳极开设相互联通的冷却水管道9，在聚束极内开设冷却水管道11，可使加速阳级和聚束极内通有循环冷却水，使电子枪的各个部件工作在比较低的温度状态，避免电子枪各部件因温度过高发生变形或损坏。

参见图2，工作时，电子枪上、下加速阳极支架10、8是可根据需要调整安装位置的，一旦安装，进行区熔时则固定不动，但物料(即图中的上籽晶杆1、试样2和下籽晶杆7)可以上下平稳移动和旋转；电子枪的阴极钨丝发射电子，由外接的高压电源为其提供加速电压，使之能够发射足够多的电子。聚束极用来聚焦电子枪发射出的电子，使之能够准确轰击被熔化的试样(一般为料棒状)。一对加速阳极使经过聚焦的电子束进一步加速。由于本实用新型聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉对其电子枪的上、下加速阳极及聚束极构造形态的设计及及位置可调的设计，使得电子枪聚焦性能大大提供，有效的保证了电子束更好地聚焦在被熔炼的物料上。

上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型的申请专利范围。

Claims (6)

1、一种聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉，包括位于上、下两端的用于实现上、下籽晶杆移动的单元装置、一组实现电子束区域熔炼炉内真空工作环境的真空泵和电子束区熔炉本体，电子束区熔炉本体内中心轴处由上至下置上籽晶杆、料棒和下籽晶杆，电子束区熔炉本体内置有电子枪；其特征在于：

所述的电子束区熔炉带有端侧副室和中心副室，上籽晶杆、下籽晶杆分别置于两端侧副室内，电子枪单元置于中心副室内；

所述的电子枪为环形电子枪，其通过一对上、下加速阳极支架固定安装在炉体中心副室内；

所述环形电子枪包括：一对环形体的电子枪上、下加速阳极，分别固定在电子枪上、下加速阳极支架上；一环形体的聚束极，套设在电子枪上加速阳极外且立于电子枪下加速阳极的上方，聚束极与上加速阳极间形成漂移室；一由外阴极电源为其提供加速电压可发射出电子的环状阴极钨丝，置于漂移室内。

2、根据权利要求1所述的聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉，其特征在于：在电子枪上、下加速阳极开设冷却水管道；在聚束极内亦开设冷却水管道。

3、根据权利要求1所述的聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉，其特征在于：所述环形体的电子枪上加速阳极横截面呈“J”型。

4、根据权利要求1所述的聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉，其特征在于：所述环形体的电子枪下加速阳极横截面呈“L”型。

5、根据权利要求1所述的聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉，其特征在于：所述环形体的聚束极横截面内侧上带有向内弯曲块。

6、根据权利要求5所述的聚束极和加速阳极相互位置可调的电子束区熔炉，其特征在于：所述环形体的聚束极横截面内侧下段带有螺纹状开槽。

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