一埚多模制备难熔稀有金属靶的装置的制作方法

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。

技术实现要素：

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。