CN203134750U - 一种600kw气体放电电子枪 - Google Patents
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Abstract
一种600kW气体放电电子枪，包括有上部的枪罩、中部的枪体和底部的枪底座；枪体中具有一电子枪芯及阳极；阳极下方是聚焦线圈和偏转扫描线圈，并配设聚焦磁透镜；所述电子枪枪芯、阳极、聚焦线圈和偏转扫描线圈均配设冷却水路；冷阴极筒内置有由单体阴极块构成的电子枪芯，该电子枪芯通过一根电缆外接控制系统，在电子枪芯与阳极的周围形成一个密闭气室；配设一开环控制的充气系统,该充气系统可向密闭气室中充入氢气和氧气。其能够大大降低制造和使用成本，操作简单，工作强度低且工作效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电子束熔炼炉电子枪，尤指一种通过辉光放电原理而引束的最大功率可达600kW气体放电电子枪。
背景技术
电子枪是加速电子轰击靶材的一种装置，它发射出具有一定能量、一定束流以及速度和角度的电子束，该电子束通过电子光路系统的聚焦、偏转和扫描后形成预先设定的图形。大功率的电子枪多用于熔炼设备，主要用于W、Mo、Ta、Nb等难熔金属以及光伏产业的多晶硅除磷的提纯中。
传统的电子束熔炼用电子枪均是采用热阴极电子枪，其结构构成一般是：1.首先需要具有阴极、阳极和灯丝，为此需配设三根电控用电缆线及其相应的控制系统；2.为保证高真空度，要单独配置分子泵+旋片泵机组的两套真空系统；3.真空室内放置至少两套聚焦磁透镜及其聚焦磁透镜线圈及偏转扫描线圈，并均配装冷却水套。其工作原理和操作方法是：在枪室达到高真空状态时，首先对电子枪灯丝加热至某一温度，然后通过对电子枪的阴极和灯丝之间加上一定的静电场，致使灯丝上的电子溢出对电子枪的阴极加热；同样的道理，当电子枪阴极被加热至某一温度时，在电子枪的阴极和阳极之间加以高压静电场，电子枪的枪芯就会引出熔炼需要的高能电子束，然后电子束通过电子光路系统控制管理后直接轰击到物料上，进而完成对物料的熔炼。电子束的功率大小需要根据实际的熔炼情况进行调节，热阴极电子枪功率的大小调节方法一般均是先调节主高压，然后再调节副高压，最后调节灯丝电流；或者前三者的调节顺序互换，经常要反复的调节这三个参数以满足所需要功率大小的要求。
从热阴极电子枪的工作原理功率的调节上即可看出，这种电子枪要正常工作需要以下几项条件，一是高真空；二是需要灯丝电源、副高压电源和主高压电源；三是需要操作员工有较高的经验技术。以上三个基本的前提条件决定了电子枪系统需要配置高真空抽气系统，灯丝变压器、副高压变压器等电源系统等装置设备以及较有经验的操作员工。因此，热阴极电子枪结构复杂，制造精度要求较高，配制辅助设备较多，对操作人员的技能、经验要求高，相应的制造和使用成本较高。
随着工业的快速发展，目前配置使用热阴极电子枪的设备所生产的产品的竞争力有所下滑，针对这种状况，本实用新型人一直在致力于研制和开发可节省制造和使用成本的体积较小的气体放电冷阴极电子枪。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种600kW气体放电电子枪，其能够大大降低制造和使用成本，操作简单，工作强度低且工作效率高。
为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：
一种600kW的气体放电电子枪，包括有上部的枪罩、中部的枪体和底部的枪底座；中部的枪体中具有一电子枪芯及与枪芯一起工作而形成电子束的阳极；阳极下方是依次装在枪底座上的聚焦线圈和偏转扫描线圈，并配设有聚焦磁透镜；所述的电子枪枪芯、阳极、聚焦线圈和偏转扫描线圈均配设冷却水路；
所述中部的枪体由一装在枪罩下的大筒体及内置于大筒体内可形成辉光放电的冷阴极筒组合构成，冷阴极筒内置有阴极电子枪芯,该冷阴极电子枪芯由单体阴极块构成，该单体阴极块通过一根电缆外接控制系统，在电子枪芯与阳极的周围形成有一个密闭气室；配设一开环控制的充气系统,该充气系统可向密闭气室中充入氢气和氧气；在冷阴极筒上方装有阴极块的封闭冷却水单元装置和固定冷阴极电子枪芯的密封固定件。
所述600kW的气体放电电子枪中，所述阳极的冷却水路紧邻该密闭气室，在该冷却水路中配设一可监控该开环控制充气系统的充气量及其充气比例的热电偶。
所述600kW的气体放电电子枪中，所述密闭气室中通入的氢气和氧气中，氢气至少为95%，其余为氧气。
所述600kW的气体放电电子枪中，保持冷阴极筒内的环境压力为0.1～15Pa。
所述600kW的气体放电电子枪中，在聚焦和偏转扫描线圈的中心为真空细筒，该真空细筒同时装有可对聚焦线圈和偏转扫描线圈进行冷却的水。
所述600kW的气体放电电子枪中，在冷阴极筒的周围装有防放电的不锈钢环。
所述600kW的气体放电电子枪中，所述阴极块的封闭冷却水单元装置是盘设在枪罩内的若干圈冷却水管。
所述600kW的气体放电电子枪中，只配设一套聚焦磁透镜及配套的一组聚焦磁透镜线圈和偏转扫描线圈。
所述600kW的气体放电电子枪的聚焦磁透镜线圈及偏转扫描线圈均放在真空外，且加有水套。
本实用新型600kW的气体放电电子枪相对于目前国内外的电子枪（热阴极枪）来说具有极大的优势所在，其能够大大降低制造和使用成本，操作简单，解决了当前电子枪在调节功率大小时操作繁冗复杂、工作强度大、工作效率低等弊端，从而大大提高了电子束熔炼炉的使用价值和使用范围，对促进工业发展和提高工业水平能做出重要贡献。
本实用新型的优点是：
1.能大大节省制造和使用成本；
2.结构既简单，操作又方便；
3.工作稳定且使用成本较低；
4.相对热阴极电子枪应用范围更广（可在真空度较低的状态下工作）；
5.由于只采用一套聚焦磁透镜及配套的一组聚焦磁透镜线圈和偏转扫描线圈，所以体积小，增加了一台电子束炉用多把电子枪的整体设计的可行性，节约能源，成本低廉。
附图说明
图1为本实用新型600kW的气体放电电子枪结构示意图。
图中：1-枪罩；2-水管；3-高压绝缘瓷瓶；4-密封固定件；5-冷阴极筒；6-防放电的不锈钢环；7-大筒体；8-充气系统；9-阳极；10-热电偶；11-聚焦线圈；12-偏转扫描线圈；13-真空细筒；14-枪室。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型是通过辉光放电原理而引束的600kW气体放电电子枪，其包括：最上端是枪罩1，枪罩1内盘有多圈水管2（作为阴极块的封闭冷却水单元装置）,以增加水管电阻，在枪罩下装有大筒体7，大筒体上装有开环控制的充气系统8，其主要是用来调整电子枪功率大小和调节枪室温度。在大筒体上坐落有高压绝缘瓷瓶3，大筒体内装有形成辉光放电的关键零件冷阴极筒5，在冷阴极筒5上装有封闭冷却水和固定冷阴极的密封固定件4，在密封固定件4上装有一进一出两根水管，该两根水管与枪罩1内盘有的多圈水管2形成循环的冷却水回路，在冷阴极筒5的周围装有防放电的不锈钢环6，在大筒体下装有阳极9，该阳极9的顶部端与冷阴极筒5正对；阳极9上有单独的冷却用回水水路，在该回水水路上装有测温的热电偶10以进一步对充气量及其充气比例进行控制,在高压一定的情况下，为确 保功率达到600kW，应调整枪室真空度控制在0.1～15Pa之间，其中氢气含量在95%以上，当枪室内的温度过高时，对枪室充入适量氧气，可以降低枪室温度。阳极下方装有聚焦线圈11，在聚焦线圈11下面装有偏转扫描线圈12，在聚焦线圈和偏转扫描线圈的中心置真空细筒。
所述的装在电子光路真空细筒外的聚焦线圈11和偏转扫描线圈12均设在真空室外，由真空细筒内的水来进行对线圈进行冷却。
本实用新型的发明点在于：装有开环控制充气系统8，其是向冷阴极电子枪芯工作的密闭气室14中输入氢气和氧气，通过调整两种气体的充气量和比例来控制电子枪的功率大小及稳定性，根据辉光放电原理，在高压一定的情况下，通过通入气体的充其量和比例来调整电子枪的功率，此操作是开环控制，结合操作面板上显示的功率大小和熔炼工艺要求来对两种气体的充其量以及比例进行调整，以满足实际需求；在高压一定的情况下，为确保功率达到600kW，应调整枪室真空度控制在0.1～15Pa之间，当枪室内的温度过高时，对枪室充入适量氧气，以降低枪室温度。
本实用新型的另一发明点在于：通入的两种气体的种类及使用方法。调整电子枪功率大小时通入的两种气体是氢气和氧气，其中氢气的含量所占比例为95以上，氧气用来调整电子枪的稳定度和功率大小。
本实用新型的另一发明点在于：设计此电子枪可工作在0.1～15Pa的工作环境中。根据辉光放电原理和我们实际的试验模拟，得出电子枪可以在此范围内稳定工作。冷阴极电子枪的这种特性完全可以省掉原来在热阴极电子枪上单独配置的两套分子泵+旋片泵机组真空系统，大大节约了制造成本和使用成本。电子枪在此压力下工作，其内部的压力要远远高于炉体的真空度（一般在5×E-3Pa左右），因此炉体内的挥发物在此压力差下不会飞进电子枪内，保证了电子枪枪室的洁净度，从而保证了电子枪的不易放电等，确保了工作稳定性。
本实用新型的另外一发明点在于：采用一套聚焦磁透镜。与热阴极电子枪相比，冷阴极电子枪的工作真空度较低，没有必要采用热阴极电子枪使用的两套或者三套磁透镜的方式，每把电子枪节约了至少一套磁透镜和聚焦电源，且在电子枪上省去了观察窗结构，同时省掉了摄像机、液晶显示屏和信号传输处理系统等，在此又一次大大降低了成本，操作也更加简单、方便，外观更加美观。
本实用新型的另外一发明点在于：聚焦磁透镜线圈偏转扫描线圈放在真空外，且加有水套。避免了线圈在真空室内高温放气，绝缘等级降低等弊端，延长了线圈的使用寿命。
本实用新型的又一发明点在于：冷阴极电子枪只有一个阴极块，无灯丝阴极结构。冷阴极枪的阴极块可以用普通导电材料来做，避免了热阴极枪的阴极块只能使用贵金属来制造的高成本使用方式，且发射电子源周围的工作环境温度会大大降低，对水冷密封要求大大降低，更容易实现密封要求。无灯丝结构，从而省去了灯丝变压器和副高压变压器及其相应的控制系统，在此再一次大大节约了成本。
本实用新型的另外一发明点在于：只使用一根电缆线。由于冷阴极电子枪的原理的优势，在电子枪上只需要接一根电缆线，相比热阴极电子枪需要三根电缆线（其中灯丝电流较大，所以所需的电缆需要的电缆线更粗），电缆线的成本大大降低，工人的劳动强度也明显下降。
本实用新型的另外一发明点在于：在阴极块外装有防放电环。防放电环外部采用合适的弧度和较好的光洁度，防放电环结构简单，但防放电效果极其明显，避免了未使用防放电环的情况下频繁放电击坏高压瓷瓶的现象。
本实用新型的另外一发明点在于：阴极块冷却水管在枪罩内的螺旋盘设的方式。冷阴极电子枪的阴极需要进行水冷，但冷阴极接的是五万伏特的高压，需要加长冷却水管电阻，在枪罩内装有螺旋形多层水管，结构紧凑，达 到了美观实用的目的。进线方式更加方便，减小了工人的劳动强度，更重要的是高压放电现象因为枪罩的结构改进而杜绝。
本实用新型利用辉光放电原理成功研制了功率为600kW的冷阴极电子枪。通过大量地严谨计算仿真试验以及反复论证之后，根据辉光放电的工作原理对电子枪的电子发射系统（聚焦系统、偏转扫描系统和冷却系统等进行设计，成功研制成了能够稳定工作在600kW功率能力的熔炼用冷阴极电子枪。大大降低了使用成本，使电子束炉这种昂贵的设备成本明显降低，随着成本的降低，其使用范围也迅速扩大，对促进工业的现代化发展做出了重要贡献。
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 (8)
1.一种600kW的气体放电电子枪，包括有上部的枪罩、中部的枪体和底部的枪底座；中部的枪体中具有一电子枪芯及与枪芯一起工作而形成电子束的阳极；阳极下方是依次装在枪底座上的聚焦线圈和偏转扫描线圈，并配设有聚焦磁透镜；所述的电子枪枪芯、阳极、聚焦线圈和偏转扫描线圈均配设冷却水路；其特征在于：
所述中部的枪体由一装在枪罩下的筒体及内置于筒体内可形成辉光放电的冷阴极筒组合构成，冷阴极筒内置有阴极电子枪芯,该冷阴极电子枪芯由单体阴极块构成，该单体阴极块通过一根电缆外接控制系统，在电子枪芯与阳极的周围形成有一个密闭气室；配设一开环控制的可向密闭气室中充入氢气和氧气的充气系统；在冷阴极筒上方装有阴极块的封闭冷却水单元装置和固定冷阴极电子枪芯的密封固定件。
2.根据权利要求1所述的600kW的气体放电电子枪，其特征在于：所述阳极的冷却水路紧邻该密闭气室，在该冷却水路中配设一可监控该开环控制充气系统的充气量及其充气比例的热电偶。
3.根据权利要求1所述的600kW的气体放电电子枪，其特征在于：保持冷阴极筒内的环境压力为0.1～15Pa。
4.根据权利要求1所述的600kW的气体放电电子枪，其特征在于：在聚焦和偏转扫描线圈的中心置真空筒，该真空筒中装有可对聚焦线圈和偏转扫描线圈进行冷却的水。
5.根据权利要求1所述的600kW的气体放电电子枪，其特征在于：在冷阴极筒的周围装有防放电的不锈钢环。
6.根据权利要求1所述的600kW的气体放电电子枪，其特征在于： 所述阴极块的封闭冷却水单元装置是螺旋盘设在枪罩内的若干圈冷却水管。
7.根据权利要求1所述的600kW的气体放电电子枪，其特征在于：只采用一套聚焦磁透镜及配套的一组聚焦磁透镜线圈和偏转扫描线圈。
8.根据权利要求1所述的600kW的气体放电电子枪，其特征在于：所述的聚焦磁透镜线圈及偏转扫描线圈均放在真空外。
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| CN109202071A (zh) * | 2018-03-21 | 2019-01-15 | 中国航空制造技术研究院 | 一种电子枪装置 |
| CN109202072A (zh) * | 2018-03-21 | 2019-01-15 | 中国航空制造技术研究院 | 一种同轴送粉的电子枪装置 |
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2012
- 2012-12-19 CN CN2012207088039U patent/CN203134750U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103887131A (zh) * | 2012-12-19 | 2014-06-25 | 北京有色金属研究总院 | 一种600kw气体放电电子枪及其使用方法 |
| CN103887131B (zh) * | 2012-12-19 | 2016-08-17 | 北京有色金属研究总院 | 一种600kw气体放电电子枪及其使用方法 |
| CN109202071A (zh) * | 2018-03-21 | 2019-01-15 | 中国航空制造技术研究院 | 一种电子枪装置 |
| CN109202072A (zh) * | 2018-03-21 | 2019-01-15 | 中国航空制造技术研究院 | 一种同轴送粉的电子枪装置 |
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