电子束熔炉的加料槽、加料系统以及熔炼方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种电子束熔炉的加料槽、加料系统以及熔炼方法。

背景技术：

电子束熔炼炉(Electron Beam Refine Furnace,EB炉)，是利用高速运动电子的动能转换成热能作为热源，将金属熔化成铸锭的一种真空熔炼设备。由于EB炉真空度高，提纯效果好，可以同时去除高密度与低密度杂质，因此广泛用于生产洁净金属，对于高纯钛以及钛合金生产领域发挥着重要作用。

电子束熔炼炉进料有水平进料和垂直进料两种方式,根据物料形态的不同而不同。可以同时有棒状料进料系统和散料振动加料器系统，当加入散料时,物料由旋转式加料桶送出，再由振动进给加料器投入到冷床内。另一种方式是将散料压制成整料或者电极，再通过整料加料箱将物料输送到冷床当中，进行熔炼。

但是现有技术中的电子束熔炉采用散料进行熔炼时，大量物料散落到冷床外，不利于成材率的提高。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种电子束熔炉的加料槽、加料系统以及熔炼方法，避免大量物料散落到冷窗外，提高熔炼成材率。

为解决上述问题，本发明提供一种电子束熔炉的加料槽，用于通过传动装置的推进而安装于所述电子束熔炉的加料箱中，包括：

用于放置物料的槽体，所述槽体的材料与物料相同；

位于槽体一边上的连接环，用于与所述传动装置相连以将所述槽体安装到所述加料箱中。

可选的，所述槽体材料的纯度不低于所述物料的纯度。

可选的，所述槽体材料为钛。

可选的，所述槽体纯度不低于4N5。

可选的，所述槽体呈长方形。

可选的，所述加料箱中设置有滚动导轨，所述滚动导轨有多根平行排列的圆柱形管子构成，沿所述管子延伸的方向，所述加料槽槽体的尺寸小于所述导轨的宽度；沿垂直所述管子的方向，所述加料槽槽体的尺寸小于所述加料箱的长度；所述加料槽的高度小于所述滚动导轨与所述加料箱顶端之间的距离。

本发明还提供一种电子束熔炉的加料系统，包括：

本发明所提供的加料槽；

与所述加料槽的连接环相连的传动装置，用于推进所述加料槽以实现送料；

与所述传动装置相连的输送电机，用于通过传动装置向所述加料槽施加推送以进行送料。

可选的，所述传动装置为传动杆。

可选的，所述传动装置包括用于与输送电机相连的控制端和与所述加料槽相连的连接端；所述连接端通过螺丝与所述加料槽的连接环固定相连。

可选的，所述输送电机间歇性通过所述传动装置向所述加料槽施加推送，以使所述槽体内物料逐步受到电子束轰击。

本发明还提供一种电子束熔炉的熔炼方法，包括：

提供本发明所提供的加料系统，并向所述加料槽中加入物料；

将所述加料系统安装于所述电子束熔炉的加料箱中；

进行送料熔炼，熔炼过程中所述加料槽与所述物料均受到电子束直接轰击而熔化，熔化的物料量为送料量；

当送料量达到工艺要求后，进行铸锭；

铸锭完成后继续送料熔炼和铸锭的步骤直至物料用完。

可选的，向所述加料槽中加入物料的步骤包括：一次加入物料的质量在400Kg到600Kg范围内。

可选的，进行送料熔炼的步骤包括：所述输送电机间歇性通过所述传动装置向所述加料槽施加推送，以使所述槽体内物料逐步受到电子束轰击。

可选的，当送料量达到工艺要求后进行铸锭的步骤包括：在送料量达到5Kg到15Kg后进行铸锭。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明通过槽体与连接环构成加料槽，实现了利用加料箱对电子束熔炉进行散料的加料。本发明省去了现有技术中振动散料加料系统的使用。降低了物料加入的速度，避免了物料在下落过程中的碰撞，避免了物料的散落，从而避免了物料的浪费，提高物料熔炼的成材率。

可选的，本发明通过加料槽对电子束熔炉进行散料的加料，电子束直接轰击加料槽中的物料，使物料在加料槽中熔化形成金属熔液。由于金属熔液粘性较大，因此金属熔液流入冷床的速度较慢，因此减少了冷床中金属熔液的飞溅，减少了物料的浪费，提高了成材率。此外，由于物料在加料槽中熔化，缩短了物料熔化的时间，缩短了熔炼时间，减少了在熔炼过程中物料的挥发，节省了原料，提高了熔炼的成材率。

可选的，本发明通过采用加料槽对电子束熔炉进行散料的加料，省去了现有技术中旋转式加料桶的使用，降低了对物料粒度的要求，减少了操作步骤，提高工作效率。

附图说明

图1至图3是本发明电子束熔炉的加料槽一实施例的结构示意图；

图4是本发明所提供电子束熔炉的加料系统一实施例的结构示意图；

图5和图6是本发明所提供熔炼方法一实施例示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中的电子束熔炉采用散料进行熔炼时，存在大量物料散落到冷床外的问题。现结合现有技术中电子束熔炉散料加料过程 分析物料散落的原因：

现有技术中的电子束熔炉，在加入散料时，往往通过旋转式的加料桶送料，物料在重力作用下通过流料槽添加进入冷床内进行熔炼，在物料下落的过程中，物料颗粒之间相互碰撞，造成大量物料散落到冷床外。

此外，在熔炼过程中，物料快速下落至冷床内，由于熔炼温度较高，因此物料剧烈升温，物料所包含的气体释放，还会造成熔融的金属液体飞溅，再次造成无聊浪费，降低成材率。

而且，在加料熔炼的过程中，需要不断移动料斗车和调整电子束的扫描设置，操作复杂，造成大量时间的浪费，延长熔炼时间。熔炼时间的延长，会增加在熔炼过程中物料的挥发，从而造成原料的浪费，降低成材率。

为解决所述技术问题，本发明提供一种电子束熔炉的加料槽，包括：

用于放置物料的槽体，所述槽体的材料与物料相同；位于槽体一边上的连接环，用于与所述传动装置相连以将所述槽体安装到所述加料箱中。

本发明通过槽体与连接环构成加料槽，实现了利用加料箱对电子束熔炉进行散料的加料。本发明省去了现有技术中振动散料加料系统的使用。降低了物料加入的速度，避免了物料在下落过程中的碰撞，避免了物料的散落，从而避免了物料的浪费，提高物料熔炼的成材率。此外，通过加料槽对电子束熔炉进行散料的加料，降低物料加入的速度，减缓物料温度的升高，减缓气体的释放，减少熔融金属液体的飞溅，减少物料的浪费，提高成材率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图1至图3，示出了本发明电子束熔炉的加料槽一实施例的示意图。

需要说明的是，所述加料槽100用于通过传动装置的推进而安装于所述电子束熔炉的加料箱中。

参考图1，示出了所述加料槽100的结构示意图。

具体的，所述加料槽100包括：

用于放置物料的槽体101，所述槽体的材料与物料相同。

具体的，在对电子束熔炉进行加料时，将物料放置在所述槽体101内，通过加料槽100的整体移动实现加料。利用所述加料槽进行加料对物料的粒度没有要求，放置在所述槽体101内的物料可以是由散料压制而成的整料，也可以直接将所述散料放置在所述加料槽100中进行加料。所以加料槽100的使用降低了设备对物料粒度的要求，能够减少操作步骤，提高工作效率。

在采用所述加料槽100对电子束熔炉进行加料时，不但槽体101内放置的物料会受到电子束的轰击，槽体101本身也会受到电子束的轰击，所以所述槽体101会与物料一样熔化进入熔炼，所以所述槽体101的材料与槽体101内放置的物料相同，避免引入杂质。

此外，所述槽体101材料的纯度不低于所述物料的纯度，以减少因槽体101熔化而引入的杂质，提高熔炼速率。本实施例中，所述物料为钛晶，因此所述加料槽100由钛板制成，且纯度不低于4N5。

所述加料槽100还包括位于槽体101一边上的连接环102，用于用于与所述传动装置相连以将所述槽体101安装到所述加料箱中。

所述加料槽100是通过传动装置的推进安装于所述电子束熔炉的加料箱中的，所述连接环102用于实现所述槽体101和所述传动装置之间的链接固定。

参考图2，示出了图1所示加料槽100安装于所述电子束熔炉的加料箱110后的俯视示意图。

本实施例中，所述电子束熔炉的加料箱110为长方形。因此为方便所述加料槽100安装，也为了方便加工制造，本实施例中，所述加料槽100的槽体101形状呈长方形。

本实施例中，所述加料箱110内设置有滚动导轨120。所述滚动导轨120由多根平行排列的圆柱形管子构成，通过所述管子的滚动，以辅助所述加料槽100在加料箱110内的输送。

由于所述加料槽100需要安装于所述加料箱110内，通过所述加料箱110实现对所述电子束熔炉的加料，因此沿所述滚动导轨120内管子延伸的方向，所述加料槽100的尺寸a小于所述导轨120的宽度A。本实施例中，所述加 料箱110中滚动导轨120的宽度A为50厘米，所述加料槽100的宽度a为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的长度B，以使所述加料槽100能够完全装入所述加料箱110内。此外，结合参考图3，示出了图2中沿Z-Z’线的剖视图。所述加料槽100的高度c小于所述滚动导轨120与所述加料箱110顶端之间的距离C。

相应的，本发明还提供一种电子束熔炉的加料系统，包括：

本发明所提供的加料槽；与所述加料槽的连接环相连的传动装置，用于推进所述加料槽以实现送料；与所述传动装置相连的输送电机，用于通过传动装置向所述加料槽施加推送以进行送料。

参考图4，示出了本发明所提供电子束熔炉的加料系统一实施例的结构示意图。

所述加料系统包括：

加料槽200，所述加料槽200为本发明所提供的加料槽，具体方案参考前述加料槽的实施例，本发明在此不再赘述。

所述加料系统还包括与所述加料槽200的连接环相连的传动装置，用于推进所述加料槽200以实现送料。具体的，本实施例中，所述传动装置为传动杆。

所述传动装置240包括与所述加料槽200相连的连接端242，所述连接端242通过螺丝230与所述加料槽200的连接环202固定连接。

为实现对所述加料槽200的推送，所述加料系统还包括输送电机250，用于通过所述传动装置240向所述加料槽200施加推送已进行送料。

由于在熔炼过程中，电子束熔炉内部是呈高真空状态的。因此在熔炼之前，需要密封所述电子束熔炉，且对所述电子束熔炉进行抽真空处理。所以为了实现在熔炼过程中对加料槽进行推进以实现加料，并且对加料了进行控制，本实施例中，通过输送电机250对所述加料槽200施加推进以实现送料。具体的，所述输送电机250可以为设置在电子束熔炉内部用于整料加料控制的输送电机。

所述传动装置240与所述输送电机250相连的一端为控制端241。安装所述加料槽200时，可以先将所述加料槽200与所述传动装置240的连接端242通过螺丝230链接固定。之后，再将所述传动装置240的控制端241与所述输送电机250相连，以实现所述加料槽200与所述输送电机250的相连。

需要说明的是，本实施例中，所述输送电机250间歇性的通过所述传动装置240向所述加料槽200施加推送，以使所述槽体内的物料逐步受到电子束轰击。也就是说，所述输送电机250通过所述传动装置240向所述加料槽200施加一定距离的推送后，控制所述输送电机250停止推送，以使槽体内的部分物料受到电子束的轰击。在受到电子束轰击的物料全部熔化后，控制输送电机250再次施加推进，使加料槽200中未受到电子束轰击的物料接受电子束轰击。从而使所述加料槽200槽体内的物料逐步分次受到电子束轰击熔化。

相应的，本发明还提供一种采用电子束熔炉的熔炼方法，包括：

提供本发明所提供的加料系统，并向所述加料槽中加入物料；将所述加料系统安装于所述电子束熔炉的加料箱中；进行送料熔炼，熔炼过程中所述加料槽与所述物料均受到电子束直接轰击而熔化，熔化的物料量为送料量；当送料量达到工艺要求后，进行铸锭；铸锭完成后继续送料熔炼和铸锭的步骤直至物料用完。

参考图5，结合参考图6，其中图5示出了本发明所提供熔炼方法一实施例的流程图；图6示出了图5所示实施例的结构示意图。

首先执行步骤S301，提供本发明所提供的加料系统。

具体的，所述加料系统包括加料槽300、输送电机350以及连接加料槽300和输送电机350的传动装置340。具体方案参考前述加料槽以及加料系统的实施例，在此不再赘述。

之后，向所述加料槽300中加入物料。

本实施例中，由于所述电子束熔炉在熔炼过程中需维持高真空状态，因此在熔炼过程中所述电子束熔炉需维持密闭状态，所以，需要在加入物料的过程中一次加入熔炼所需的所有物料。具体的，本实施例是采用钛晶进行金 属钛的熔炼，根据熔炼要求，一次向所述加料槽300中加入400Kg到600Kg的钛晶。

加入物料之后，执行步骤S302，将所述加料系统安装于所述电子束熔炉的加料箱中；

具体的，本实施例中，所述加料箱310为所述电子束熔炉的整料加料箱。

所述加料系统还包括传动装置340以及输送电机350。本实施例中，首先将所述加料槽300放置入所述加料箱310中的滚动导轨320上，且使所述加料槽300的连接环朝向远离所述电子束熔炉水平坩埚的方向。之后，将所述加料槽300与所述传动装置340的连接端342通过螺丝330链接固定。最后，将所述传动装置340的控制端341与所述输送电机350相连，从而实现将所述加料槽300与输送电机350的相连。

需要说明的是，本实施例中，先连接所述传动装置340与所述加料槽300，再将所述传动装置340与所述输送电机350相连的做法仅为一示例，本发明对所述传动装置340与所述加料槽300以及所述输送电机350之间的连接顺序不做限制。

之后，执行步骤S303，进行送料熔炼，熔炼过程中时电子束直接轰击到所述加料槽内的物料。

需要说明的是，由于电子束熔炼时采用高速电子束流作为热源进行加热熔炼的，因此为了避免高速电子与空气分子碰撞影响熔炼，电子束熔炼一般在高真空环境下进行。所以在安装所述加料系统的步骤之后，进行送料熔炼的步骤之前，所述熔炼方法还包括：执行步骤S3025，密封所述电子束熔炉，并进行抽真空处理。

当真空度达到工艺要求值后，进行引束，引束成功后，进行送料熔炼。

需要说明的是，在引束成功后，进行送料熔炼之前，还需要调整与熔炼相关的工艺参数。具体的，根据所述电子束熔炉以及熔炼的需要，将电子枪功率、A和BC扫描值调整至工艺要求值。

在完成工艺参数的调整后，进行送料熔炼。

本实施例中，由于采用本发明所提供的加料系统，因此是通过控制输送电机350对所述加料槽300进行推进以实现送料的。所以在完成工艺参数的调整后，点动所述输送电机350推进所述加料槽300以使所述电子束能够轰击到所述加料槽300内的物料，以实现加料。

需要说明的是，本实施例中，所述输送电机350间歇性的通过所述传动装置向所述加料槽施加推送，以使所述槽体内的物料逐步受到电子束轰击。也就是说，点动所述送电机350通过所述传动装置340向所述加料槽300施加一定距离的推送后，控制所述输送电机350停止推送，以使槽体内的部分物料受到电子束的轰击。在受到电子束轰击的物料全部熔化后，再次控制输送电机350施加推进，以使加料槽300内未收到电子束轰击的物料接受电子束的轰击。从而使所述加料槽200槽体内的物料逐步分次受到电子束轰击熔化。此外两次推送的间歇中，受到电子束轰击而熔化的物料量为送料量。

由于电子束能够直接轰击到加料槽内300的物料，因此加料槽300内物料迅速升温熔化形成金属熔液。由于金属熔液粘性较大，因此金属熔液流入冷床360的速度较慢，因此减少了金属熔液的飞溅，降低了物料的浪费，提高了成材率。此外，由于物料在加料槽300中熔化，缩短了物料熔化的时间，缩短了熔炼时间，减少了在熔炼过程中物料的挥发，节省了原料，提高了熔炼的成材率。

需要说明的是，在熔炼过程中，随着加料槽300内物料的熔化，所述加料槽300的槽体301也会熔化。但是由于所述加料槽300材料与所述物料相同，且所述加料槽300材料的纯度不低于所述物料的纯度，因此所述加料槽300的熔化并不影响熔炼的效果。

当送料量达到工艺要求后，执行步骤S304，进行铸锭。

具体的，由于本实施例是采用钛晶进行金属钛的熔炼，因此根据物料的松装密度和加料槽的尺寸，在累积送料量达到5Kg到15Kg后进行铸锭工作。

本实施例中，所述铸锭工作需要改变电子束的A扫描值，调节Y偏置，之后进行流料。具体的，操作人员启动铸锭机构进行铸锭。所述铸锭工作与现有技术相同，此处不再赘述。

需要说明的是，本实施例中，根据熔炼过程中的加料量以及所述电子束熔炉的具体情况，每次铸锭1厘米到3厘米。

铸锭完成后继续执行步骤S303，进行下一次送料熔炼和铸锭。

当所述加料槽300中物料被用完时，执行步骤S305，完成熔炼。

需要说明的是，在完成铸锭后，所述熔炼过程还包括关闭电子枪、电源以及真空机组，进行冷却。冷却8小时至12小时后，破真空，将铸造完成的金属钛锭通过专门的夹具取出。相应步骤与现有技术相同，此处不再赘述。

综上，本发明通过槽体与连接环构成加料槽，实现了利用加料箱对电子束熔炉进行散料的加料。本发明省去了现有技术中振动散料加料系统的使用。降低了物料加入的速度，避免了物料在下落过程中的碰撞，避免了物料的散落，从而避免了物料的浪费，提高物料熔炼的成材率。而且，本发明通过加料槽对电子束熔炉进行散料的加料，电子束直接轰击加料槽中的物料，使物料在加料槽中熔化形成金属熔液。由于金属熔液粘性较大，因此金属熔液流入冷床的速度较慢，因此减少了冷床中金属熔液的飞溅，减少了物料的浪费，提高了成材率。此外，由于物料在加料槽中熔化，缩短了物料熔化的时间，缩短了熔炼时间，减少了在熔炼过程中物料的挥发，节省了原料，提高了熔炼的成材率。此外，本发明通过采用加料槽对电子束熔炉进行散料的加料，省去了现有技术中旋转式加料桶的使用，降低了对物料粒度的要求，减少了操作步骤，提高工作效率。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。