CN208787477U - 一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,属于金属靶材的制备技术领域。其包括炉体、送料机构、坩埚、水冷模块、电子枪、真空系统和充气结构,所述炉体分为炉室和电子枪室,所述水冷模块包括水冷模具和设于该水冷模具下方的水冷拉锭机构;真空系统和充气结构分别与炉室和电子枪室相连,坩埚设于炉室内部,送料机构的送料口设于坩埚上方,坩埚的出流口设于水冷模具的储液区的上方,水冷模具和坩埚的上方设有电子枪,其特征在于,所述坩埚设有不少于2个出流口,每个出流口的下方均设有一个水冷模块。本实用新型所述的装置,可实现一埚多模,极大提高生产效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,属于金属靶材的制备技术领域。
背景技术
在本技术领域中,难熔稀有金属指熔点高于1650℃的稀有金属,包括铌、钽、钛、钼中的一种或多种。
现有技术中,难熔稀有金属靶材的生产均为一埚一模,一个坩埚只能一次性生产一模金属靶材,生产效率低。
此外,对于旋转金属靶材,目前主要通过粉末冶金的方式来制备,该方式工艺路线繁琐,成本较高,制备出的产品致密性较差。同时,在整个生产过程中,初级原料为高纯金属粉,经过后续多道生产工艺,生产过程中会对产品产生多次污染,导致最终得到的产品纯度低于初始原料的纯度。
实用新型内容
针对现有技术存在的上述缺陷,本实用新型提出了一种新的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置。
本实用新型是采用以下的技术方案实现的:
一种一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,包括炉体、送料机构、坩埚、水冷模块、电子枪、真空系统和充气结构,所述炉体分为炉室和电子枪室,所述水冷模块包括水冷模具和设于该水冷模具下方的水冷拉锭机构;真空系统和充气结构分别与炉室和电子枪室相连,坩埚设于炉室内部,送料机构的送料口设于坩埚上方,坩埚的出流口设于水冷模具的储液区的上方,水冷模具和坩埚的上方设有电子枪,所述坩埚设有不少于2个出流口,每个出流口的下方均设有一个水冷模块。优选地,所述真空系统包括炉室真空系统和电子枪真空系统,所述炉室真空系统与炉室相连,所述电子枪真空系统与电子枪室相连,炉室真空系统包括机械泵、罗茨泵和扩散泵,电子枪真空系统包括机械泵、罗茨泵和分子泵。
本实用新型公开了一种一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,坩埚设有多个出流口,每个出流口下方均设有水冷模具和水冷拉锭机构,可实现一埚多模,极大提高生产效率。
进一步地,所述坩埚设有2个出流口,2个出流口相对设置在坩埚的两侧。
进一步地,所述水冷模块的规格相同。可一次性制备多个同材质同规格的金属靶毛坯。本实用新型所述的同规格,是指大小和形状均相同的情形。
进一步地,所述水冷模块的规格至少有2种。可一次性制备多个同材质不同规格的金属靶毛坯。本实用新型所述的不同规格,是指形状相同大小不同、形状不同大小相同或形状和大小均不同的任意一种情形。
进一步地,所述水冷模具包括中心部分和外围部分,中心部分包括第一水冷盘,外围部分包括第二水冷盘,第二水冷盘设有第一通孔,所述第一通孔的孔径大于第一水冷盘的外径,第一水冷盘放置在第一通孔中,第一水冷盘外径和第一通孔内径之间的空间为储液区;所述外围部分和中心部分均设有冷却水通路。
在本实用新型中,通过拉锭机构将水冷模具内凝固的金属拉出模具,保证模具内可持续流入金属液,可生产长度较长的旋转金属靶。同时,由于不需要保持全液态,仅保证模具内上部熔池即可,因此可采用小功率电子束,降低了生产能耗。
进一步地,所述中心部分还包括固定于第一水冷盘下方的管状件,所述冷却水通路开设于管状件内部并通入第一水冷盘内部。管状件作为第一水冷盘的供水通路。
进一步地,所述第一水冷盘为圆形水冷盘,第二水冷盘为环状水冷盘,所述第一水冷盘和第二水冷盘呈同心圆设置;所述水冷拉锭机构包括台面和与台面固定连接的支座,所述台面设于第二水冷盘和第一水冷盘的下方,台面和支座开设有第二通孔,管状件穿过所述第二通孔。第一水冷盘和第二水冷盘之间的空间为环形空间,使用本实用新型所述的水冷模具进行拉锭可得到圆管状金属靶。管状件可从第二通孔中穿过,为第一水冷盘送入冷却水。
进一步地,所述管状件沿轴向开设有进水孔,进水孔的周围设有环形出水孔,进水孔和环形出水孔通过第一水冷盘内部的冷却水通路连通。冷却水从设于中间的进水孔进入,从设于进水孔周围的环形出水孔流出,环形出水孔中的水可起到类似水幕的作用,给进水孔中的水隔热,从而避免不同位置冷却程度不均造成的靶材质量问题。
进一步地,所述第一水冷盘的上棱边和第二水冷盘第一通孔的上棱边设有倒角。优选地,所述倒角为45°倒角,倒角的设置有助于难熔稀有金属溶液向储液区倾注。
进一步地,所述第一水冷盘的厚度和第二水冷盘的厚度为80-120mm,第一水冷盘的厚度和第二水冷盘的厚度相同。
本实用新型所述的难熔稀有金属包括铌、旋转难熔稀有金属、钛、钼中的一种或多种。在本技术领域中,难熔稀有金属指熔点高于1650℃的稀有金属。
本实用新型的有益效果是:本实用新型所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,可将纯度较低的金属原料经过电子束熔炼,去除其中大部分杂质元素,得到高纯金属(>4N),达到金属靶对材料纯度的要求。其坩埚设有多个出流口,每个出流口下方均设有水冷模具和水冷拉锭机构,可实现一埚多模,进行金属靶毛坯的同步制作,可一次性制备多个同材质同规格或同材质不同规格的金属靶毛坯,极大提高生产效率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的水冷模具的剖视示意图。
图3是图2的俯视示意图。
图4是图2的A-A面剖面示意图。
图中:1、第一水冷盘;2、第二水冷盘;3、储液区;4、冷却水通路;5、进水孔;6、环形出水孔;7、管状件;8、炉体;9、送料机构;10、坩埚;11、水冷拉锭机构;1101、台面;1102、支座;12、电子枪;13、充气结构;14、出流口;15、机械泵;16、罗茨泵;17、扩散泵;18、分子泵;19、固态金属管;20、倒角。
具体实施方式
为了使本实用新型目的、技术方案更加清楚明白,下面结合附图,对本实用新型作进一步详细说明。
实施例一:
如图1所示,本实用新型所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,包括炉体8、送料机构9、坩埚10、水冷模块、电子枪12、真空系统和充气结构13,所述炉体分为炉室和电子枪室,所述水冷模块包括水冷模具和设于该水冷模具下方的水冷拉锭机构11;真空系统和充气结构分别与炉室和电子枪室相连,坩埚设于炉室内部,送料机构的送料口设于坩埚上方,坩埚的出流口14设于水冷模具的储液区3的上方,水冷模具和坩埚的上方设有电子枪,所述坩埚设有不少于2个出流口,每个出流口的下方均设有一个水冷模块。
所述坩埚设有2个出流口,2个出流口相对设置在坩埚的两侧。本实用新型中,两个水冷模块的形状相同,大小不同,使用这两个水冷模块得到的两个毛坯具有相同的形状,不同的尺寸。
本实施例中,所述坩埚为铜坩埚,所述充气结构为充气阀。
实施例二:
如图1所示,本实用新型所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,包括炉体、送料机构、坩埚、水冷模块、电子枪、真空系统和充气结构,所述炉体分为炉室和电子枪室,所述水冷模块包括水冷模具和设于该水冷模具下方的水冷拉锭机构;真空系统和充气结构分别与炉室和电子枪室相连,坩埚设于炉室内部,送料机构的送料口设于坩埚上方,坩埚的出流口设于水冷模具的储液区的上方,水冷模具和坩埚的上方设有电子枪,所述坩埚设有不少于2个出流口,每个出流口的下方均设有一个水冷模块。
所述坩埚设有2个出流口,2个出流口相对设置在坩埚的两侧。本实用新型中,两个水冷模块的规格相同。
如图2-图4所示,所述水冷模具包括中心部分和外围部分,中心部分包括第一水冷盘1和固定于第一水冷盘下方的管状件,所述第一水冷盘为圆形水冷盘;外围部分包括第二水冷盘2,第二水冷盘为环状水冷盘,第二水冷盘设有第一通孔,环状水冷盘的内孔为所述第一通孔,所述第一通孔的孔径大于第一水冷盘的外径,第一水冷盘放置在第一通孔中,使第一水冷盘和第二水冷盘呈同心圆设置;第一水冷盘外径和第一通孔内径之间的空间为储液区;所述外围部分和中心部分均设有冷却水通路4。所述中心部分的冷却水通路开设于管状件7内部并通入第一水冷盘内部。
所述水冷拉锭机构包括台面1101和与台面固定连接的支座1102,所述台面设于第二水冷盘和第一水冷盘的下方,台面和支座开设有第二通孔,管状件穿过所述第二通孔。
所述管状件沿轴向开设有进水孔5,进水孔的周围设有环形出水孔6,进水孔和环形出水孔通过第一水冷盘内部的冷却水通路连通。
所述第一水冷盘的上棱边和第二水冷盘第一通孔的上棱边设有倒角20。
所述第一水冷盘的厚度和第二水冷盘的厚度为80-120mm,第一水冷盘的厚度和第二水冷盘的厚度相同。
本实用新型的使用过程如下所示:
第一步:将30kg杂质元素含量为0.5%的金属原料装入送料机构,同时将3kg金属原料添加到坩埚内,作为熔炼底料用;
第二步:闭合炉体,通入冷却循环水;开启真空系统,对炉体进行抽真空处理,首先开启炉室真空系统机械泵15,将炉室真空抽至1000Pa后启动罗茨泵16,再将炉室真空抽至10Pa以下,最后启动扩散泵17,将炉室真空抽至0.05Pa以下;同时启动电子枪真空系统,首先开启电子枪真空系统机械泵,将炉室真空抽至1000Pa后启动罗茨泵,再将炉室真空抽至10Pa以下,最后启动分子泵18,将炉室真空抽至0.005Pa以下;
第三步:将电子枪灯丝电流设置为800mA,对电子枪进行预热,预热15min后关闭预热按钮;
第四步:启动电子枪,缓慢增加电子枪功率至50kW,发射电子束照射坩埚内的金属原料,使坩埚内的金属原料熔化,形成金属熔池,保持电子枪功率在80kW,持续照射金属熔池20min,去除金属熔池内的杂质;
第五步:启动送料机构,按照0.3kg/min的速率向坩埚内输送金属原料,随着金属原料持续向坩埚内输送,金属熔池液面持续升高,当金属熔池液面超过坩埚出流口上沿时,金属液沿出流口自然下流,流入水冷模具中,开启凝固用电子枪,设定功率为30kW,发射电子束照射流入水冷模具内的金属液,使其维持再熔融状态;
第五步:随着金属液逐渐流入水冷模具内,水冷模具底部的金属逐渐结晶凝固,形成固态金属管19,启动水冷拉锭机构,拉锭速率设定(0.3/N)kg/min,(N为水冷模具数量),将已经凝固的固态金属管拉出水冷模具,由于送料机构送料速率与水冷拉锭机构拉锭速率一致,能够维持整个过程中水冷模具内金属液面的稳定状态,直至拉锭结束后,关闭送料机构和电子枪。待水冷模具内的金属液完全凝固,并全部被水冷拉锭机构全部拉出水冷模具,关闭电子枪及水冷拉锭机构;
第六步:继续对设备通冷却循环水,对固态金属管进行水冷降温;
第七步:经30min降温冷却,打开充气阀,对设备进行充气,然后开炉取出固态金属管。
Claims (10)
1.一种一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,包括炉体(8)、送料机构(9)、坩埚(10)、水冷模块、电子枪(12)、真空系统和充气结构(13),所述炉体(8)分为炉室和电子枪(12)室,所述水冷模块包括水冷模具和设于该水冷模具下方的水冷拉锭机构(11);真空系统和充气结构(13)分别与炉室和电子枪(12)室相连,坩埚(10)设于炉室内部,送料机构(9)的送料口设于坩埚(10)上方,坩埚(10)的出流口(14)设于水冷模具的储液区(3)的上方,水冷模具和坩埚(10)的上方设有电子枪(12),其特征在于,所述坩埚(10)设有不少于2个出流口(14),每个出流口(14)的下方均设有一个水冷模块。
2.根据权利要求1所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,其特征在于,所述坩埚(10)设有2个出流口(14),2个出流口(14)相对设置在坩埚(10)的两侧。
3.根据权利要求1所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,其特征在于,所述水冷模块的规格相同。
4.根据权利要求1所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,其特征在于,所述水冷模块的规格至少有2种。
5.根据权利要求1所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,其特征在于,所述水冷模具包括中心部分和外围部分,中心部分包括第一水冷盘(1),外围部分包括第二水冷盘(2),第二水冷盘(2)设有第一通孔,所述第一通孔的孔径大于第一水冷盘(1)的外径,第一水冷盘(1)放置在第一通孔中,第一水冷盘(1)外径和第一通孔内径之间的空间为储液区(3);所述外围部分和中心部分均设有冷却水通路(4)。
6.根据权利要求5所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,其特征在于,所述中心部分还包括固定于第一水冷盘(1)下方的管状件(7),所述冷却水通路(4)开设于管状件(7)内部并通入第一水冷盘(1)内部。
7.根据权利要求5所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,其特征在于,所述第一水冷盘(1)为圆形水冷盘,第二水冷盘(2)为环状水冷盘,所述第一水冷盘(1)和第二水冷盘(2)呈同心圆设置;所述水冷拉锭机构(11)包括台面(1101)和与台面(1101)固定连接的支座(1102),所述台面(1101)设于第二水冷盘(2)和第一水冷盘(1)的下方,台面(1101)和支座(1102)开设有第二通孔,管状件(7)穿过所述第二通孔。
8.根据权利要求6所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,其特征在于,所述管状件(7)沿轴向开设有进水孔(5),进水孔(5)的周围设有环形出水孔(6),进水孔(5)和环形出水孔(6)通过第一水冷盘(1)内部的冷却水通路(4)连通。
9.根据权利要求5所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,其特征在于,所述第一水冷盘(1)的上棱边和第二水冷盘(2)第一通孔的上棱边设有倒角(20)。
10.根据权利要求5所述的一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置,其特征在于,所述第一水冷盘(1)的厚度和第二水冷盘(2)的厚度为80-120mm,第一水冷盘(1)的厚度和第二水冷盘(2)的厚度相同。
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