電子束熔爐的加料槽、加料系統(tǒng)以及熔煉方法與流程

本發(fā)明涉及半導體制造領域，特別涉及一種電子束熔爐的加料槽、加料系統(tǒng)以及熔煉方法。

背景技術：

電子束熔煉爐(Electron Beam Refine Furnace,EB爐)，是利用高速運動電子的動能轉(zhuǎn)換成熱能作為熱源，將金屬熔化成鑄錠的一種真空熔煉設備。由于EB爐真空度高，提純效果好，可以同時去除高密度與低密度雜質(zhì)，因此廣泛用于生產(chǎn)潔凈金屬，對于高純鈦以及鈦合金生產(chǎn)領域發(fā)揮著重要作用。

電子束熔煉爐進料有水平進料和垂直進料兩種方式,根據(jù)物料形態(tài)的不同而不同?？梢酝瑫r有棒狀料進料系統(tǒng)和散料振動加料器系統(tǒng)，當加入散料時,物料由旋轉(zhuǎn)式加料桶送出，再由振動進給加料器投入到冷床內(nèi)。另一種方式是將散料壓制成整料或者電極，再通過整料加料箱將物料輸送到冷床當中，進行熔煉。

但是現(xiàn)有技術中的電子束熔爐采用散料進行熔煉時，大量物料散落到冷床外，不利于成材率的提高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種電子束熔爐的加料槽、加料系統(tǒng)以及熔煉方法，避免大量物料散落到冷窗外，提高熔煉成材率。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種電子束熔爐的加料槽，用于通過傳動裝置的推進而安裝于所述電子束熔爐的加料箱中，包括：

用于放置物料的槽體，所述槽體的材料與物料相同；

位于槽體一邊上的連接環(huán)，用于與所述傳動裝置相連以將所述槽體安裝到所述加料箱中。

可選的，所述槽體材料的純度不低于所述物料的純度。

可選的，所述槽體材料為鈦。

可選的，所述槽體純度不低于4N5。

可選的，所述槽體呈長方形。

可選的，所述加料箱中設置有滾動導軌，所述滾動導軌有多根平行排列的圓柱形管子構成，沿所述管子延伸的方向，所述加料槽槽體的尺寸小于所述導軌的寬度；沿垂直所述管子的方向，所述加料槽槽體的尺寸小于所述加料箱的長度；所述加料槽的高度小于所述滾動導軌與所述加料箱頂端之間的距離。

本發(fā)明還提供一種電子束熔爐的加料系統(tǒng)，包括：

本發(fā)明所提供的加料槽；

與所述加料槽的連接環(huán)相連的傳動裝置，用于推進所述加料槽以實現(xiàn)送料；

與所述傳動裝置相連的輸送電機，用于通過傳動裝置向所述加料槽施加推送以進行送料。

可選的，所述傳動裝置為傳動桿。

可選的，所述傳動裝置包括用于與輸送電機相連的控制端和與所述加料槽相連的連接端；所述連接端通過螺絲與所述加料槽的連接環(huán)固定相連。

可選的，所述輸送電機間歇性通過所述傳動裝置向所述加料槽施加推送，以使所述槽體內(nèi)物料逐步受到電子束轟擊。

本發(fā)明還提供一種電子束熔爐的熔煉方法，包括：

提供本發(fā)明所提供的加料系統(tǒng)，并向所述加料槽中加入物料；

將所述加料系統(tǒng)安裝于所述電子束熔爐的加料箱中；

進行送料熔煉，熔煉過程中所述加料槽與所述物料均受到電子束直接轟擊而熔化，熔化的物料量為送料量；

當送料量達到工藝要求后，進行鑄錠；

鑄錠完成后繼續(xù)送料熔煉和鑄錠的步驟直至物料用完。

可選的，向所述加料槽中加入物料的步驟包括：一次加入物料的質(zhì)量在400Kg到600Kg范圍內(nèi)。

可選的，進行送料熔煉的步驟包括：所述輸送電機間歇性通過所述傳動裝置向所述加料槽施加推送，以使所述槽體內(nèi)物料逐步受到電子束轟擊。

可選的，當送料量達到工藝要求后進行鑄錠的步驟包括：在送料量達到5Kg到15Kg后進行鑄錠。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明通過槽體與連接環(huán)構成加料槽，實現(xiàn)了利用加料箱對電子束熔爐進行散料的加料。本發(fā)明省去了現(xiàn)有技術中振動散料加料系統(tǒng)的使用。降低了物料加入的速度，避免了物料在下落過程中的碰撞，避免了物料的散落，從而避免了物料的浪費，提高物料熔煉的成材率。

可選的，本發(fā)明通過加料槽對電子束熔爐進行散料的加料，電子束直接轟擊加料槽中的物料，使物料在加料槽中熔化形成金屬熔液。由于金屬熔液粘性較大，因此金屬熔液流入冷床的速度較慢，因此減少了冷床中金屬熔液的飛濺，減少了物料的浪費，提高了成材率。此外，由于物料在加料槽中熔化，縮短了物料熔化的時間，縮短了熔煉時間，減少了在熔煉過程中物料的揮發(fā)，節(jié)省了原料，提高了熔煉的成材率。

可選的，本發(fā)明通過采用加料槽對電子束熔爐進行散料的加料，省去了現(xiàn)有技術中旋轉(zhuǎn)式加料桶的使用，降低了對物料粒度的要求，減少了操作步驟，提高工作效率。

附圖說明

圖1至圖3是本發(fā)明電子束熔爐的加料槽一實施例的結(jié)構示意圖；

圖4是本發(fā)明所提供電子束熔爐的加料系統(tǒng)一實施例的結(jié)構示意圖；

圖5和圖6是本發(fā)明所提供熔煉方法一實施例示意圖。

具體實施方式

由背景技術可知，現(xiàn)有技術中的電子束熔爐采用散料進行熔煉時，存在大量物料散落到冷床外的問題?，F(xiàn)結(jié)合現(xiàn)有技術中電子束熔爐散料加料過程 分析物料散落的原因：

現(xiàn)有技術中的電子束熔爐，在加入散料時，往往通過旋轉(zhuǎn)式的加料桶送料，物料在重力作用下通過流料槽添加進入冷床內(nèi)進行熔煉，在物料下落的過程中，物料顆粒之間相互碰撞，造成大量物料散落到冷床外。

此外，在熔煉過程中，物料快速下落至冷床內(nèi)，由于熔煉溫度較高，因此物料劇烈升溫，物料所包含的氣體釋放，還會造成熔融的金屬液體飛濺，再次造成無聊浪費，降低成材率。

而且，在加料熔煉的過程中，需要不斷移動料斗車和調(diào)整電子束的掃描設置，操作復雜，造成大量時間的浪費，延長熔煉時間。熔煉時間的延長，會增加在熔煉過程中物料的揮發(fā)，從而造成原料的浪費，降低成材率。

為解決所述技術問題，本發(fā)明提供一種電子束熔爐的加料槽，包括：

用于放置物料的槽體，所述槽體的材料與物料相同；位于槽體一邊上的連接環(huán)，用于與所述傳動裝置相連以將所述槽體安裝到所述加料箱中。

本發(fā)明通過槽體與連接環(huán)構成加料槽，實現(xiàn)了利用加料箱對電子束熔爐進行散料的加料。本發(fā)明省去了現(xiàn)有技術中振動散料加料系統(tǒng)的使用。降低了物料加入的速度，避免了物料在下落過程中的碰撞，避免了物料的散落，從而避免了物料的浪費，提高物料熔煉的成材率。此外，通過加料槽對電子束熔爐進行散料的加料，降低物料加入的速度，減緩物料溫度的升高，減緩氣體的釋放，減少熔融金屬液體的飛濺，減少物料的浪費，提高成材率。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。

參考圖1至圖3，示出了本發(fā)明電子束熔爐的加料槽一實施例的示意圖。

需要說明的是，所述加料槽100用于通過傳動裝置的推進而安裝于所述電子束熔爐的加料箱中。

參考圖1，示出了所述加料槽100的結(jié)構示意圖。

具體的，所述加料槽100包括：

用于放置物料的槽體101，所述槽體的材料與物料相同。

具體的，在對電子束熔爐進行加料時，將物料放置在所述槽體101內(nèi)，通過加料槽100的整體移動實現(xiàn)加料。利用所述加料槽進行加料對物料的粒度沒有要求，放置在所述槽體101內(nèi)的物料可以是由散料壓制而成的整料，也可以直接將所述散料放置在所述加料槽100中進行加料。所以加料槽100的使用降低了設備對物料粒度的要求，能夠減少操作步驟，提高工作效率。

在采用所述加料槽100對電子束熔爐進行加料時，不但槽體101內(nèi)放置的物料會受到電子束的轟擊，槽體101本身也會受到電子束的轟擊，所以所述槽體101會與物料一樣熔化進入熔煉，所以所述槽體101的材料與槽體101內(nèi)放置的物料相同，避免引入雜質(zhì)。

此外，所述槽體101材料的純度不低于所述物料的純度，以減少因槽體101熔化而引入的雜質(zhì)，提高熔煉速率。本實施例中，所述物料為鈦晶，因此所述加料槽100由鈦板制成，且純度不低于4N5。

所述加料槽100還包括位于槽體101一邊上的連接環(huán)102，用于用于與所述傳動裝置相連以將所述槽體101安裝到所述加料箱中。

所述加料槽100是通過傳動裝置的推進安裝于所述電子束熔爐的加料箱中的，所述連接環(huán)102用于實現(xiàn)所述槽體101和所述傳動裝置之間的鏈接固定。

參考圖2，示出了圖1所示加料槽100安裝于所述電子束熔爐的加料箱110后的俯視示意圖。

本實施例中，所述電子束熔爐的加料箱110為長方形。因此為方便所述加料槽100安裝，也為了方便加工制造，本實施例中，所述加料槽100的槽體101形狀呈長方形。

本實施例中，所述加料箱110內(nèi)設置有滾動導軌120。所述滾動導軌120由多根平行排列的圓柱形管子構成，通過所述管子的滾動，以輔助所述加料槽100在加料箱110內(nèi)的輸送。

由于所述加料槽100需要安裝于所述加料箱110內(nèi)，通過所述加料箱110實現(xiàn)對所述電子束熔爐的加料，因此沿所述滾動導軌120內(nèi)管子延伸的方向，所述加料槽100的尺寸a小于所述導軌120的寬度A。本實施例中，所述加 料箱110中滾動導軌120的寬度A為50厘米，所述加料槽100的寬度a為45厘米。沿垂直所述管子的方向，所述加料槽100的尺寸b小于所述加加料箱110的長度B，以使所述加料槽100能夠完全裝入所述加料箱110內(nèi)。此外，結(jié)合參考圖3，示出了圖2中沿Z-Z’線的剖視圖。所述加料槽100的高度c小于所述滾動導軌120與所述加料箱110頂端之間的距離C。

相應的，本發(fā)明還提供一種電子束熔爐的加料系統(tǒng)，包括：

本發(fā)明所提供的加料槽；與所述加料槽的連接環(huán)相連的傳動裝置，用于推進所述加料槽以實現(xiàn)送料；與所述傳動裝置相連的輸送電機，用于通過傳動裝置向所述加料槽施加推送以進行送料。

參考圖4，示出了本發(fā)明所提供電子束熔爐的加料系統(tǒng)一實施例的結(jié)構示意圖。

所述加料系統(tǒng)包括：

加料槽200，所述加料槽200為本發(fā)明所提供的加料槽，具體方案參考前述加料槽的實施例，本發(fā)明在此不再贅述。

所述加料系統(tǒng)還包括與所述加料槽200的連接環(huán)相連的傳動裝置，用于推進所述加料槽200以實現(xiàn)送料。具體的，本實施例中，所述傳動裝置為傳動桿。

所述傳動裝置240包括與所述加料槽200相連的連接端242，所述連接端242通過螺絲230與所述加料槽200的連接環(huán)202固定連接。

為實現(xiàn)對所述加料槽200的推送，所述加料系統(tǒng)還包括輸送電機250，用于通過所述傳動裝置240向所述加料槽200施加推送已進行送料。

由于在熔煉過程中，電子束熔爐內(nèi)部是呈高真空狀態(tài)的。因此在熔煉之前，需要密封所述電子束熔爐，且對所述電子束熔爐進行抽真空處理。所以為了實現(xiàn)在熔煉過程中對加料槽進行推進以實現(xiàn)加料，并且對加料了進行控制，本實施例中，通過輸送電機250對所述加料槽200施加推進以實現(xiàn)送料。具體的，所述輸送電機250可以為設置在電子束熔爐內(nèi)部用于整料加料控制的輸送電機。

所述傳動裝置240與所述輸送電機250相連的一端為控制端241。安裝所述加料槽200時，可以先將所述加料槽200與所述傳動裝置240的連接端242通過螺絲230鏈接固定。之后，再將所述傳動裝置240的控制端241與所述輸送電機250相連，以實現(xiàn)所述加料槽200與所述輸送電機250的相連。

需要說明的是，本實施例中，所述輸送電機250間歇性的通過所述傳動裝置240向所述加料槽200施加推送，以使所述槽體內(nèi)的物料逐步受到電子束轟擊。也就是說，所述輸送電機250通過所述傳動裝置240向所述加料槽200施加一定距離的推送后，控制所述輸送電機250停止推送，以使槽體內(nèi)的部分物料受到電子束的轟擊。在受到電子束轟擊的物料全部熔化后，控制輸送電機250再次施加推進，使加料槽200中未受到電子束轟擊的物料接受電子束轟擊。從而使所述加料槽200槽體內(nèi)的物料逐步分次受到電子束轟擊熔化。

相應的，本發(fā)明還提供一種采用電子束熔爐的熔煉方法，包括：

提供本發(fā)明所提供的加料系統(tǒng)，并向所述加料槽中加入物料；將所述加料系統(tǒng)安裝于所述電子束熔爐的加料箱中；進行送料熔煉，熔煉過程中所述加料槽與所述物料均受到電子束直接轟擊而熔化，熔化的物料量為送料量；當送料量達到工藝要求后，進行鑄錠；鑄錠完成后繼續(xù)送料熔煉和鑄錠的步驟直至物料用完。

參考圖5，結(jié)合參考圖6，其中圖5示出了本發(fā)明所提供熔煉方法一實施例的流程圖；圖6示出了圖5所示實施例的結(jié)構示意圖。

首先執(zhí)行步驟S301，提供本發(fā)明所提供的加料系統(tǒng)。

具體的，所述加料系統(tǒng)包括加料槽300、輸送電機350以及連接加料槽300和輸送電機350的傳動裝置340。具體方案參考前述加料槽以及加料系統(tǒng)的實施例，在此不再贅述。

之后，向所述加料槽300中加入物料。

本實施例中，由于所述電子束熔爐在熔煉過程中需維持高真空狀態(tài)，因此在熔煉過程中所述電子束熔爐需維持密閉狀態(tài)，所以，需要在加入物料的過程中一次加入熔煉所需的所有物料。具體的，本實施例是采用鈦晶進行金 屬鈦的熔煉，根據(jù)熔煉要求，一次向所述加料槽300中加入400Kg到600Kg的鈦晶。

加入物料之后，執(zhí)行步驟S302，將所述加料系統(tǒng)安裝于所述電子束熔爐的加料箱中；

具體的，本實施例中，所述加料箱310為所述電子束熔爐的整料加料箱。

所述加料系統(tǒng)還包括傳動裝置340以及輸送電機350。本實施例中，首先將所述加料槽300放置入所述加料箱310中的滾動導軌320上，且使所述加料槽300的連接環(huán)朝向遠離所述電子束熔爐水平坩堝的方向。之后，將所述加料槽300與所述傳動裝置340的連接端342通過螺絲330鏈接固定。最后，將所述傳動裝置340的控制端341與所述輸送電機350相連，從而實現(xiàn)將所述加料槽300與輸送電機350的相連。

需要說明的是，本實施例中，先連接所述傳動裝置340與所述加料槽300，再將所述傳動裝置340與所述輸送電機350相連的做法僅為一示例，本發(fā)明對所述傳動裝置340與所述加料槽300以及所述輸送電機350之間的連接順序不做限制。

之后，執(zhí)行步驟S303，進行送料熔煉，熔煉過程中時電子束直接轟擊到所述加料槽內(nèi)的物料。

需要說明的是，由于電子束熔煉時采用高速電子束流作為熱源進行加熱熔煉的，因此為了避免高速電子與空氣分子碰撞影響熔煉，電子束熔煉一般在高真空環(huán)境下進行。所以在安裝所述加料系統(tǒng)的步驟之后，進行送料熔煉的步驟之前，所述熔煉方法還包括：執(zhí)行步驟S3025，密封所述電子束熔爐，并進行抽真空處理。

當真空度達到工藝要求值后，進行引束，引束成功后，進行送料熔煉。

需要說明的是，在引束成功后，進行送料熔煉之前，還需要調(diào)整與熔煉相關的工藝參數(shù)。具體的，根據(jù)所述電子束熔爐以及熔煉的需要，將電子槍功率、A和BC掃描值調(diào)整至工藝要求值。

在完成工藝參數(shù)的調(diào)整后，進行送料熔煉。

本實施例中，由于采用本發(fā)明所提供的加料系統(tǒng)，因此是通過控制輸送電機350對所述加料槽300進行推進以實現(xiàn)送料的。所以在完成工藝參數(shù)的調(diào)整后，點動所述輸送電機350推進所述加料槽300以使所述電子束能夠轟擊到所述加料槽300內(nèi)的物料，以實現(xiàn)加料。

需要說明的是，本實施例中，所述輸送電機350間歇性的通過所述傳動裝置向所述加料槽施加推送，以使所述槽體內(nèi)的物料逐步受到電子束轟擊。也就是說，點動所述送電機350通過所述傳動裝置340向所述加料槽300施加一定距離的推送后，控制所述輸送電機350停止推送，以使槽體內(nèi)的部分物料受到電子束的轟擊。在受到電子束轟擊的物料全部熔化后，再次控制輸送電機350施加推進，以使加料槽300內(nèi)未收到電子束轟擊的物料接受電子束的轟擊。從而使所述加料槽200槽體內(nèi)的物料逐步分次受到電子束轟擊熔化。此外兩次推送的間歇中，受到電子束轟擊而熔化的物料量為送料量。

由于電子束能夠直接轟擊到加料槽內(nèi)300的物料，因此加料槽300內(nèi)物料迅速升溫熔化形成金屬熔液。由于金屬熔液粘性較大，因此金屬熔液流入冷床360的速度較慢，因此減少了金屬熔液的飛濺，降低了物料的浪費，提高了成材率。此外，由于物料在加料槽300中熔化，縮短了物料熔化的時間，縮短了熔煉時間，減少了在熔煉過程中物料的揮發(fā)，節(jié)省了原料，提高了熔煉的成材率。

需要說明的是，在熔煉過程中，隨著加料槽300內(nèi)物料的熔化，所述加料槽300的槽體301也會熔化。但是由于所述加料槽300材料與所述物料相同，且所述加料槽300材料的純度不低于所述物料的純度，因此所述加料槽300的熔化并不影響熔煉的效果。

當送料量達到工藝要求后，執(zhí)行步驟S304，進行鑄錠。

具體的，由于本實施例是采用鈦晶進行金屬鈦的熔煉，因此根據(jù)物料的松裝密度和加料槽的尺寸，在累積送料量達到5Kg到15Kg后進行鑄錠工作。

本實施例中，所述鑄錠工作需要改變電子束的A掃描值，調(diào)節(jié)Y偏置，之后進行流料。具體的，操作人員啟動鑄錠機構進行鑄錠。所述鑄錠工作與現(xiàn)有技術相同，此處不再贅述。

需要說明的是，本實施例中，根據(jù)熔煉過程中的加料量以及所述電子束熔爐的具體情況，每次鑄錠1厘米到3厘米。

鑄錠完成后繼續(xù)執(zhí)行步驟S303，進行下一次送料熔煉和鑄錠。

當所述加料槽300中物料被用完時，執(zhí)行步驟S305，完成熔煉。

需要說明的是，在完成鑄錠后，所述熔煉過程還包括關閉電子槍、電源以及真空機組，進行冷卻。冷卻8小時至12小時后，破真空，將鑄造完成的金屬鈦錠通過專門的夾具取出。相應步驟與現(xiàn)有技術相同，此處不再贅述。

綜上，本發(fā)明通過槽體與連接環(huán)構成加料槽，實現(xiàn)了利用加料箱對電子束熔爐進行散料的加料。本發(fā)明省去了現(xiàn)有技術中振動散料加料系統(tǒng)的使用。降低了物料加入的速度，避免了物料在下落過程中的碰撞，避免了物料的散落，從而避免了物料的浪費，提高物料熔煉的成材率。而且，本發(fā)明通過加料槽對電子束熔爐進行散料的加料，電子束直接轟擊加料槽中的物料，使物料在加料槽中熔化形成金屬熔液。由于金屬熔液粘性較大，因此金屬熔液流入冷床的速度較慢，因此減少了冷床中金屬熔液的飛濺，減少了物料的浪費，提高了成材率。此外，由于物料在加料槽中熔化，縮短了物料熔化的時間，縮短了熔煉時間，減少了在熔煉過程中物料的揮發(fā)，節(jié)省了原料，提高了熔煉的成材率。此外，本發(fā)明通過采用加料槽對電子束熔爐進行散料的加料，省去了現(xiàn)有技術中旋轉(zhuǎn)式加料桶的使用，降低了對物料粒度的要求，減少了操作步驟，提高工作效率。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。