專利名稱：一種電場輔助漏料的電子束提純系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于電子束流的提純系統(tǒng)，更特別地說，是把一種利用大功率 電子束從半導(dǎo)體、金屬以及介電材料中清除雜質(zhì)的提純系統(tǒng)，該提純系統(tǒng)旨在提高物 料的純度。
背景技術(shù)：
工業(yè)中大量使用的半導(dǎo)體、金屬、以及介電材料，常要求這些材料所含雜質(zhì)盡可 能少。也隨之產(chǎn)生了許多提純的方法。在真空環(huán)境中利用感應(yīng)或電阻加熱的方式，利 用雜質(zhì)與原料飽和蒸氣壓的不同提純物料，屬于真空提純的范疇。常規(guī)的真空提純通常采用大尺寸坩堝(容器) 一次投料的方式，通常將熔煉坩堝 和收集坩堝合二為一，即置入真空室內(nèi)的一個(gè)坩堝，既用來承載物料熔煉物料提純， 也用同一個(gè)坩堝收集物料。而且常規(guī)的真空提純設(shè)備只有一個(gè)真空室。填料時(shí)，打開 真空室門，將裝有物料的坩堝或容器置于真空室中，在整個(gè)熔煉過程中不再填料，熔 煉完畢爐冷后，打開真空室，將物料取出，完成熔煉提純過程。利用大尺寸坩堝一次 投料，不管是在坩堝的側(cè)壁加熱還是在坩堝的底部加熱，皆有可能造成柑堝內(nèi)物料的 加熱區(qū)的死角，或物料加熱、攪拌不勻的情況發(fā)生。此外，由于電子束釆用至上而下 的加熱、熔煉方式，電子束的熔料的熔深有一定的限制，因此采用超過一定深度的大 尺寸坩堝，利用電子束熔透物料是不可能的。傳統(tǒng)的電子束提純方式僅利用高束能電子束的熱效應(yīng)，并未利用電子束本身是負(fù) 電荷的這一本質(zhì)。傳統(tǒng)的電子束熔煉坩堝通常釆用底部封閉的形式，熔煉后的熔料采 用溢出、傾倒或冷卻后直接取出的方式。若采用溢出和傾倒的方式，往往將少量未熔 的物料棍同熔融物料引入集料裝置中，影響提純效果。若直接取出物料，與水冷坩堝 底部接觸的物料往往未熔透，同樣影響提純效果。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種小尺寸漏料熔煉槽6配合大尺寸集料槽9的電子束4真空熔 煉提純的裝置，該提純裝置改變了傳統(tǒng)的加料方式和熔煉坩堝的結(jié)構(gòu)，可利用電子束 一種加熱源的方式熔透物料5，并利用電子束4熔融物料5本身帶負(fù)電的特點(diǎn)，通過 控制集料槽9上加載電場對物料5產(chǎn)生電場力的方式完成對物料5的振動(dòng)攪拌和引 流的控制，從根本上解決了電子束4熔煉受熔深限制的問題，并避免了其他加熱方 式所帶來的污染。本發(fā)明是一種電場輔助漏料的電子束提純系統(tǒng)，包括電子束裝置17、真空室1、 電源控制柜18、水冷底板2、熔煉容器(漏料熔煉槽6和集料槽9組合)，水冷底板 2、熔煉容器置于真空室1內(nèi)，電子束裝置17設(shè)置于真空室1頂部，電源控制柜18 通過A線纜181輸出可控電壓作用到真空室1上，電源控制柜18通過B線纜182 輸出可控電壓作用到集料槽9上；漏料熔煉槽6和集料槽9組合構(gòu)成熔煉容器，漏 料熔煉槽6位于集料槽9的上方，且由A支撐桿81、 B支撐桿82支撐；A支撐桿 81的上端部與漏料熔煉槽6的A定位件63之間采用A熔煉槽絕緣件71密封連接， A支撐桿81的下端部連接有A水冷座10; B支撐桿82的上端部與漏料熔煉槽6 的B定位件66之間采用B熔煉槽絕緣件72密封連接，B支撐桿82的下端部連接 有D水冷座13;集料槽9的槽體上設(shè)有冷卻水通道91 ，集料槽9的底部分別連接 有B水冷座11、 C水冷座12 ， B水冷座11與集料槽9的底部通過A絕緣陶瓷件 14密封，C水冷座12與集料槽9的底部通過B絕緣陶瓷件15密封；漏料熔煉槽6 的中心是熔煉池67，漏料熔煉槽6的槽體上設(shè)有冷卻水通道，冷卻水通道與冷卻水 通道之間為漏料縫，漏料熔煉槽6的底部兩側(cè)分別設(shè)有A定位件63、 B定位件66， 漏料熔煉槽6的槽體上的冷卻水通道可以是方形孔、或者圓形孔，設(shè)計(jì)為方形孔冷 卻水通道62則漏料縫也為方形漏料縫61，圓形孔冷卻水通道65則漏料縫也為圓形 漏料縫64。


圖1是本發(fā)明電子束提純裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明熔煉容器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明熔煉容器中漏料熔煉槽的剖面示圖。圖4是本發(fā)明電源控制柜提純狀態(tài)下輸出的電壓波形。圖中 l.真空室 2.水冷底板61.方形漏料縫62.方形冷卻水通道 65.圓形冷卻水通道 72.B熔煉槽絕緣件 91.冷卻水通道 10.A水冷座 14.A絕緣陶瓷件17. 電子束裝置171.電子槍18. 電源控制柜181.A線纜5.物料 63.A定位件 66.B定位件 67.熔煉池 81.A支撐桿 82.B支撐桿 ll.B水冷座 12.C水冷座 15.B絕緣陶瓷件 172.電子束 182.B線纜6.漏料熔煉槽64.圓形漏料縫71.A熔煉槽絕緣件9.集料槽13.D水冷座具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種電場輔助漏料的電子束提純系統(tǒng)，參見圖1所示，包括電子束裝 置17、真空室l、電源控制柜18、水冷底板2 (水冷底板2不伹與外部的冷卻水裝置聯(lián)通，還與熔煉容器內(nèi)設(shè)的冷卻水通道聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)對提純物料進(jìn)行水冷降溫)、熔 煉容器(漏料熔煉槽6和集料槽9組合)，水冷底板2、熔煉容器置于真空室l內(nèi)， 電子束裝置17設(shè)置于真空室1頂部(常規(guī)的電子束放置方式)，電源控制柜18通過 A線纜181輸出可控電壓作用到真空室1上，電源控制柜18通過B線纜182輸出 可控電壓作用到集料槽9上；在本發(fā)明中，(參見圖2所示)漏料熔煉槽6和集料槽 9組合構(gòu)成熔煉容器，漏料熔煉槽6位于集料槽9的上方，且由A支撐桿81、 B支 撐桿82支撐；A支撐桿81的上端部與漏料熔煉槽6的A定位件63之間采用A熔 煉槽絕緣件71密封連接，A支撐桿81的下端部連接有A水冷座10; B支撐桿82 的上端部與漏料熔煉槽6的B定位件66之間采用B熔煉槽絕緣件72密封連接，B 支撐桿82的下端部連接有D水冷座13;集料槽9的槽體上設(shè)有冷卻水通道91， 集料槽9的底部分別連接有B水冷座11、 C水冷座12， B水冷座11與集料槽9 的底部通過A絕緣陶瓷件14密封，C水冷座12與集料槽9的底部通過B絕緣陶瓷 件15密封；(參見圖3所示)漏料熔煉槽6的中心是熔煉池67，漏料熔煉槽6的槽 體上設(shè)有冷卻水通道，冷卻水通道與冷卻水通道之間為漏料縫，漏料熔煉槽6的底 部兩側(cè)分別設(shè)有A定位件63、 B定位件66，漏料熔煉槽6的槽體上的冷卻水通道 可以是方形孔、或者圓形孔，設(shè)計(jì)為方形孔冷卻水通道62則漏料縫也為方形漏料縫 61，圓形孔冷卻水通道65則漏料縫也為圓形漏料縫64。在本發(fā)明中，漏料熔煉槽6的設(shè)計(jì)采用水冷結(jié)構(gòu)，具體加工方法可選用鑄造或 焊接，其材料可選用無氧銅或其他不與物料反應(yīng)的金屬或合金。漏料熔煉槽6采用 扁平的盤式結(jié)構(gòu)，熔煉池67的深度不超過40mm，熔煉池67的寬度和長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大 于其深度。漏料熔煉槽6的槽體上設(shè)有的相鄰冷卻水道內(nèi)壁之間的最小距離不超過 25mm。漏料熔煉槽6中的水路安排應(yīng)保證一組冷卻水依次通過所連接的漏料熔煉 槽上的相應(yīng)入水口和出水口，入水口、出水口與水冷底板2聯(lián)通。在本發(fā)明中，A支撐桿81、 B支撐桿82的內(nèi)側(cè)與集料槽9的外壁之間的最小 距離應(yīng)大于30mm。在本發(fā)明中，集料槽9釆用水冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，冷卻水的流向是下方進(jìn)水口進(jìn)水， 上方出水口出水。集料槽9可采用整體鑄造、整體焊接和分體制造拼裝的任何一種 方式，可采用一組或多組冷卻水冷卻。即在集料槽9上可設(shè)計(jì)有一套或多套進(jìn)水、 出水口，入水口、出水口與水冷底板2聯(lián)通。集料槽9通過底部連接有A絕緣陶瓷 件14、 B絕緣陶瓷件15與真空室l絕緣，A絕緣陶瓷件14、 B絕緣陶瓷件15的 尺寸至少為2mmx3mmxl5mm (長、寬、高)。集料槽9側(cè)壁或底部設(shè)計(jì)有線纜 連接位置，可通過螺絲連接扁銅線纜182至外部電源控制柜18。在本發(fā)明中，電源控制柜18可根據(jù)提純的需要提供所需的電壓波形，電壓包括 直流或工頻、中頻、高頻和射頻電壓的任何一種或相互之間的切換、組合。在本發(fā)明中，集料槽9可以通過線纜182與電源控制柜18實(shí)現(xiàn)電源聯(lián)接，電 源控制柜18可以根據(jù)預(yù)熱、熔煉、攪拌物料時(shí)和引流物料時(shí)施加不同的電壓波形(預(yù) 熱和熔煉、攪拌物料時(shí)所加波形如圖4A所示，在引流物料流向集料槽時(shí)所加的波形 如圖4B所示)。本發(fā)明引入帶有漏料縫(漏料孔)的漏料熔煉槽熔煉物料的方式，并將漏料熔煉 槽與周圍的環(huán)境絕緣，利用經(jīng)電子束掃描提純后的物料本身帶負(fù)電的性質(zhì)，利用外部 電場對物料施加的電場力攪拌并引流物料。本發(fā)明的工作原理和工作過程如下一.熔煉前應(yīng)根據(jù)漏料熔煉槽6的漏料孔(縫)的尺寸和物料5熔融態(tài)時(shí)的流 動(dòng)性，篩選一定粒徑范圍的物料。二. 對真空室1抽真空至提純所需的真空度后，首先在熔料槽9中提純階段根 據(jù)不同物料提純的不同要求，開啟一只或幾只大功率電子束裝置17中的電子槍171 并控制電子槍的束流172和掃描狀態(tài)預(yù)熱。電子槍加熱掃描物料的同時(shí)，由于漏料 熔煉槽6與集料槽9以及真空室1之間相互絕緣，因此熔煉槽6本身連同被提純的 物料5都由于電子束172的轟擊產(chǎn)生負(fù)電荷的積累而帶負(fù)高壓，此高壓對地可達(dá)上 千伏甚至更高，因此，在集料槽9上施加負(fù)電壓和正電壓，可對漏料熔料槽6中的 帶負(fù)電的物料5分別產(chǎn)生向上、向下的電場力，即通入一定負(fù)電壓可實(shí)現(xiàn)對上一級 漏料熔煉槽6的漏料孔(縫)的封堵，通入交流電或可變電壓直流電則可對熔料槽6 中的物料產(chǎn)生振動(dòng)和攪拌作用，而通入正電壓則可將熔融物料通過漏料口引流至集料 槽9中。因此通過控制集料槽9中的電壓輸入模式，即可控制一級熔煉槽6中的物 料5的熔煉過程中的震動(dòng)攪袢和熔煉完成后的引流。三. 在預(yù)熱物料完成后，開啟電源控制柜18通過集料槽9外部引線對集料槽9 輸入振動(dòng)攪拌和熔煉物料的電壓。物料5在該輸入電壓電場力的作用下，使帶負(fù)電 的物料在電場的作用下在熔料槽6中翻滾均勻，有利于物料的充分提純，無固體料 塊存在，無對流死角存在；并且由于物料的粘度和電場力的綜合作用，熔融物料不從 漏料熔煉槽6的漏料孔(縫)中漏出，而是根據(jù)提純的需要，在熔料槽中保持拂騰 的狀態(tài)。四. 待熔煉物料到程序預(yù)定的時(shí)間后，開啟電源控制柜18由集料槽9外部引線 向集料槽輸入引流正電壓，熔融物料受向下的電場力的作用，充分提純的物料可通過 在漏料槽和集料裝置之間的直流高電壓的電場力的作用將熔融物料從漏料口引出并 流到集料槽中。待熔融物料流至漏料槽中以后，通過電源控制柜切斷引流正電壓的輸 入，并再次進(jìn)料，進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，工藝合理，通過控制集料槽上的電壓可方便地實(shí)現(xiàn)振動(dòng)攪拌 漏料熔煉槽中的物料和引導(dǎo)物料流向集料槽，提高了電子束提純工藝的可控制性，大 大降低了提純過程中的外來雜質(zhì)的侵入。利用小尺寸熔煉槽和大尺寸集料槽的提純方 式解決了常規(guī)電子束提純受熔池深度限制的問題和大容積坩堝一次加料的熔煉方式 引起的熔煉不充分的問題，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高效地提純物料。
權(quán)利要求
1、一種電場輔助漏料的電子束提純系統(tǒng)，所述電子束提純系統(tǒng)包括電子束裝置(17)、真空室(1)、電源控制柜(18)、水冷底板(2)、熔煉容器，其特征在于所述熔煉容器由漏料熔煉槽(6)和集料槽(9)組合構(gòu)成；水冷底板(2)、熔煉容器置于真空室(1)內(nèi)，電子束裝置(17)設(shè)置于真空室(1)頂部，電源控制柜(18)通過A線纜(181)輸出可控電壓作用到真空室(1)上，電源控制柜(18)通過B線纜(182)輸出可控電壓作用到集料槽(9)上；漏料熔煉槽(6)位于集料槽(9)的上方，漏料熔煉槽(6)由A支撐桿(81)、B支撐桿(82)支撐；A支撐桿(81)的上端部與漏料熔煉槽(6)的A定位件(63)之間采用A熔煉槽絕緣件(71)密封連接，A支撐桿(81)的下端部連接有A水冷座(10)；B支撐桿(82)的上端部與漏料熔煉槽(6)的B定位件(66)之間采用B熔煉槽絕緣件(72)密封連接，B支撐桿(82)的下端部連接有D水冷座(13)；集料槽(9)的槽體上設(shè)有冷卻水通道(91)，集料槽(9)的底部分別連接有B水冷座(11)、C水冷座(12)，B水冷座(11)與集料槽(9)的底部通過A絕緣陶瓷件(14)密封，C水冷座(12)與集料槽(9)的底部通過B絕緣陶瓷件(15)密封；漏料熔煉槽(6)的中心是熔煉池(67)，漏料熔煉槽(6)的槽體上設(shè)有冷卻水通道，冷卻水通道與冷卻水通道之間為漏料縫，漏料熔煉槽(6)的底部兩側(cè)分別設(shè)有A定位件(63)、B定位件(66)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電場輔助漏料的電子束提純系統(tǒng)，其特征在于漏料熔煉 槽(6)的槽體上設(shè)有方形孔冷卻水通道(62)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場輔助漏料的電子束提純系統(tǒng)，其特征在于漏料熔煉 槽(6)的槽體上設(shè)有圓形孔冷卻水通道65。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電場輔助漏料的電子束提純系統(tǒng)，其特征在于電源控制 柜(18)能夠根據(jù)預(yù)熱、熔煉、攪拌物料時(shí)和引流物料時(shí)施加不同的電壓波形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場輔助漏料的電子束提純系統(tǒng)，其特征在于A絕緣陶 瓷件(14)、 B絕緣陶瓷件(15)的尺寸至少為2mmX3mmxl5mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場輔助漏料的電子束提純系統(tǒng)，其特征在于漏料熔煉 槽(6)的熔煉池(67)深度不超過40mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電場輔助漏料的電子束提純系統(tǒng)，其特征在于A支撐桿(81)、 B支撐桿(82)與集料槽(9)之間的最小距離應(yīng)大于30mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電場輔助漏料的電子束提純系統(tǒng)，所述電子束提純系統(tǒng)包括電子束裝置(17)、真空室(1)、電源控制柜(18)、水冷底板(2)、漏料熔煉槽(6)、集料槽(9)；漏料熔煉槽(6)位于集料槽(9)的上方，漏料熔煉槽(6)由A支撐桿(81)、B支撐桿(82)支撐；集料槽(9)的槽體上設(shè)有冷卻水通道(91)，漏料熔煉槽(6)的中心是熔煉池(67)，漏料熔煉槽(6)的槽體上設(shè)有冷卻水通道，冷卻水通道與冷卻水通道之間為漏料縫，漏料熔煉槽(6)的底部兩側(cè)分別設(shè)有A定位件(63)、B定位件(66)。本發(fā)明引入帶有漏料縫的熔煉槽熔煉物料的方式，并將熔煉槽與周圍的環(huán)境絕緣，利用經(jīng)電子束掃描提純后的物料本身帶負(fù)電的性質(zhì)，利用外部電場對物料施加的電場力攪拌并引流物料。
文檔編號C22B9/00GK101270413SQ20081010406
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者李合非 申請人:北京航空航天大學(xué)