專利名稱：一種功率可達(dá)800kw的大功率電子槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子束熔煉爐用電子槍，尤指一種操作時(shí)功率大小易于調(diào)節(jié)且穩(wěn)定工作功率可達(dá)到SOOkw的大功率電子槍。
背景技術(shù)：
電子槍是冶煉工藝用于產(chǎn)生電子束的裝備，主要用于W、Mo、Ta、Nb等難熔金屬、合金及其化合物和復(fù)合材料，目前隨著電子束熔煉多晶硅工藝的日漸成熟，電子束熔煉爐也越來越多的被用于太陽能行業(yè)的多晶硅的提純中。其主要工作原理電子槍通過間熱式陰極電子發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的電子在陰極和陽極之間的高壓靜電場的加速下形成高能電子束，然后電子束通過電子光路系統(tǒng)的聚焦、偏轉(zhuǎn)和掃描后形成工藝要求所希望的電子束。
在實(shí)際使用的過程中，根據(jù)工藝的要求，電子束的功率大小需要根據(jù)實(shí)際的熔煉情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前，電子槍功率的大小調(diào)節(jié)方法一般均是先調(diào)節(jié)主高壓，然后再調(diào)節(jié)副高壓，最后調(diào)節(jié)燈絲電流；或者前三者的調(diào)節(jié)順序互換，經(jīng)常要反復(fù)的調(diào)節(jié)這三個(gè)參數(shù)以滿足所需要功率大小的要求，另外，還要根據(jù)導(dǎo)流系數(shù)變化(電子槍的導(dǎo)流系數(shù)隨著電子槍功率大小的變化而變化)調(diào)節(jié)聚焦電流的大小，給操作帶來了諸多不便，同時(shí)給操作人員在技術(shù)層面也提出了較高的要求，操作較為復(fù)雜，若沒有熟練掌握，電子槍的燈絲和陰極塊的壽命會(huì)大大降低，要頻繁更換這些易損件，造成生產(chǎn)效率下降，使用成本增高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度加大。
一般要電子槍的功率增大，首先要電子槍的主高壓加大，但隨著主高壓的增高，目前同行業(yè)使用的電子槍主高壓頻繁放電的現(xiàn)象發(fā)生較為嚴(yán)重，也是同行業(yè)面臨的一個(gè)疑難問題。在電子槍開槍開始熔煉時(shí)，目前都是從小功率開始熔煉，隨著熔池的大小逐漸的增大電子槍的功率，在使用電子槍的功率較小時(shí)，主高壓相對(duì)較低，不易發(fā)生主高壓放電現(xiàn)象， 但隨著功率的逐漸增大，放電現(xiàn)象愈發(fā)明顯，功率越大電子槍就變的越來越不穩(wěn)定。
目前大功率電子槍一般都用在多晶硅提純中，一般都需要二次熔煉，一次熔煉均在冷床內(nèi)，因冷床都是方形結(jié)構(gòu)，因此對(duì)電子槍的掃描線圈的裝配提出了較高要求，稍有不正，電子槍掃描出的方形就跟冷床的方形的四邊不平行，造成電子束打在水平冷床上，造成事故。目前大部分電子槍在試驗(yàn)后都要重新調(diào)整電子槍的掃描線圈，在調(diào)整線圈時(shí)，需要拆水管、氣管和真空系統(tǒng)等，工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度都較大，且每次的拆裝對(duì)真空都是一個(gè)考驗(yàn)。 因此，在不用拆槍的前提下能夠方便調(diào)整電子槍的掃描線圈是一個(gè)重要的課題。
另外，目前電子槍隨著功率的增大，對(duì)電子槍的聚焦能力提出了新的挑戰(zhàn)，目前采用對(duì)電子槍充氬解決了這一問題，但同時(shí)又出現(xiàn)了另外的問題，即燈絲和陰極塊的壽命大大縮短，極大地影響了電子束爐的使用效率，使用成本加大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種操作使用時(shí)功率大小易于調(diào)節(jié)且功率可達(dá)SOOkw的大功率電子槍，其解決了當(dāng)前電子槍在調(diào)節(jié)功率大小時(shí)操作繁冗復(fù)雜、工作強(qiáng)度大和工作效率低等弊端。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案一種功率可達(dá)SOOkw的大功率電子槍，包括一產(chǎn)生電子的電子槍槍芯，其內(nèi)置在槍室上筒上；槍芯上裝有發(fā)射電子的燈絲和陰極塊；在槍室上筒的下面裝有陽極座，在陽極座上裝有跟槍芯的陰極一起工作而形成電子束的電子發(fā)射系統(tǒng)的陽極；陽極座和第一磁透鏡的線圈固定為一體；在槍室下筒和底座之間裝有帶水冷的攔孔座，其上安裝有攔孔；在槍的最下的部分是電子槍的槍座；所述的底座其上裝有偏轉(zhuǎn)和掃描線圈，在偏轉(zhuǎn)和掃描線圈之上是第二磁透鏡的線圈，這些線圈均圍有進(jìn)行冷卻用的水套；其還至少具有以下結(jié)構(gòu)形式中的一種其一，在陽極座的下面裝有陽極升降控制系統(tǒng)；其二，把燈絲的中心孔直徑尺寸加大至8mm ；其三，在槍室下筒上裝有氬氣輸送開環(huán)控制系統(tǒng)。
所述的陽極升降控制系統(tǒng)包括一緊抵于陽極座之下的凸輪，用以驅(qū)動(dòng)凸輪運(yùn)轉(zhuǎn)的一液壓缸安置在槍外，凸輪軸上裝有轉(zhuǎn)動(dòng)角度傳感器。
所述的功率可達(dá)SOOkw的大功率電子槍的氬氣輸送開環(huán)控制系統(tǒng)包括一組管道氬氣或瓶裝氬氣氣源及可控制氬氣流量的手動(dòng)調(diào)節(jié)真空微量調(diào)節(jié)閥，通過管路使氣源、真空微量調(diào)節(jié)閥和攔孔室連接在一起。
所述功率可達(dá)SOOkw的大功率電子槍中，所有線圈均在真空外。
所述功率可達(dá)SOOkw的大功率電子槍中，在偏轉(zhuǎn)掃描線圈外的筒套上開有手孔。
其相對(duì)于目前國內(nèi)同類型熔煉用電子槍，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、電子槍功率大小易于調(diào)整；2、通過加上氬氣輸送開環(huán)控制系統(tǒng)，在增大電子槍功率時(shí)使得電子束聚焦?fàn)顩r變的更加理想，且易于控制，因此，電子槍在SOOkw大功率工作時(shí)極其穩(wěn)定；3、燈絲和陰極塊的壽命明顯延長；4、電子槍的偏轉(zhuǎn)掃描線圈易于調(diào)節(jié)。


圖1為本發(fā)明大功率電子槍結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-電子槍槍芯；2-槍罩；3-槍室上筒；4-燈絲；5-陰極塊；6_陽極；7-陽極座；8-第一磁透鏡線圈；9-第一磁透鏡；10-下筒；11-插板閥；12-陽極升降控制系統(tǒng)；13-開環(huán)氬氣輸送系統(tǒng)；14-觀察窗；15-攔孔；16-攔孔座；17-第二磁透鏡；18-偏轉(zhuǎn)掃描透鏡；19-槍體底座；A-凸輪；B-液壓缸。
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，根據(jù)電子束的自上而下的途徑路徑過程，本發(fā)明功率可達(dá)SOOkw的大功率電子槍的主要部件有電子槍槍芯1、槍罩2、陽極6、第一磁透鏡9、陽極升降控制系統(tǒng) 12、插板閥11、開環(huán)氬氣輸送系統(tǒng)13、攔孔15、第二磁透鏡17和偏轉(zhuǎn)掃描透鏡18，其分別裝置在槍室上筒3、陽極座7、第一磁透鏡套9、攔孔座16和槍體底座19上。
所述的陽極升降控制系統(tǒng)12由凸輪A、液壓B、凸輪轉(zhuǎn)角傳感器和液壓控制系統(tǒng)等組成。
槍芯1安裝在上筒3上，在電子槍芯上裝有燈絲4和陰極塊5，在槍室上筒3與第一磁透鏡線圈8之間安裝帶水冷的陽極座7 ；在所述的電子槍底座19、攔孔座16、陽極座7、 槍室上筒3和下筒10和觀察窗14等部件均設(shè)有供冷卻水通過的水道，保證了各個(gè)接口的密封圈的密封性能，進(jìn)而給電子槍的各項(xiàng)性能穩(wěn)定工作提供了必要的真空環(huán)境。
本發(fā)明的最主要一創(chuàng)新點(diǎn)在于成功研制了能夠穩(wěn)定工作和易于調(diào)節(jié)功率大小的 SOOkw大功率電子槍。在原有SOOkw電子槍的基礎(chǔ)上，通過改變陰極和陽極之間的距離來調(diào)整電子槍的功率大小，在陽極座的下面裝有陽極升降控制系統(tǒng)12，該陽極升降控制系統(tǒng)的具體一實(shí)施例是在陽極座的下面安置一凸輪A，在槍外與凸輪相連的是用以驅(qū)動(dòng)凸輪運(yùn)轉(zhuǎn)的液壓缸B，凸輪軸上裝有轉(zhuǎn)動(dòng)角度傳感器，在主高壓調(diào)至正常工作時(shí)的最高電壓之后， 在主高壓副高壓燈絲電流均不需改變的情況下，只需調(diào)節(jié)陰陽極之間的距離即可輕松穩(wěn)定地調(diào)節(jié)電子槍的功率大小。避免了以往要反復(fù)調(diào)節(jié)燈絲電流、副高壓和主高壓的復(fù)雜操作過程和由于電壓的往復(fù)調(diào)節(jié)而造成了頻繁放電現(xiàn)象發(fā)生。
本發(fā)明的另一創(chuàng)新點(diǎn)在于開發(fā)了氬氣開環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)于SOOkw大功率的電子槍，因聚焦的需要，設(shè)計(jì)了氬氣控制聚焦系統(tǒng)。一般來說，在電子槍的功率較小時(shí)，電子束的電流較小，因而相應(yīng)的電子束的每個(gè)截面的直徑也較小，但隨著功率的增大，特別是達(dá)到 500kw至SOOkw之間時(shí)，電子束的直徑變的越來越大，從而電子束的聚焦質(zhì)量也變得越來越差，以至于使電子槍的功率無法繼續(xù)提高。針對(duì)這一問題，我們?cè)瓉碓诖蠊β孰娮訕屔霞佑袣鍤忾]環(huán)控制系統(tǒng)，電子槍大功率工作時(shí)聚焦效果明顯，但被電子束電離的氬氣產(chǎn)生的正離子對(duì)易損件的使用壽命也提出了極大挑戰(zhàn)，如電子槍的陰極塊和燈絲的使用壽命明顯降低。相對(duì)于氬氣閉環(huán)控制系統(tǒng)，開環(huán)控制系統(tǒng)能夠大大提高易損件的壽命，其主要構(gòu)成由管道氬氣或者瓶裝氬氣提供氣源，通過管路連接使氣源、真空微量調(diào)節(jié)閥和攔孔室連接在一起，操作員工可以根據(jù)實(shí)際聚焦情況手動(dòng)調(diào)節(jié)真空微量調(diào)節(jié)閥以控制氬氣的流量。開環(huán)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)電子槍的功率大小和聚焦的實(shí)際情況的好壞而增大或者減小甚至停止對(duì)對(duì)電子槍充氬氣，避免了閉環(huán)控制系統(tǒng)只能由控制系統(tǒng)自動(dòng)地死板地保證預(yù)先設(shè)定的真空度(這個(gè)真空度值一般是功率最大、聚焦最差時(shí)給定的一個(gè)真空數(shù)值)，造成氬氣過多，使電子槍的一些零部件損壞速度加快等弊端，這樣對(duì)電子槍易損件的使用壽命明顯提高，節(jié)約了使用成本，提高了生產(chǎn)效率。
本發(fā)明的另一創(chuàng)新點(diǎn)在于把燈絲的中心孔直徑尺寸加大至8mm，從而使燈絲和陰極塊的使用壽命大大提高。為了提高聚焦能力通入了氬氣，但氬氣被電離后產(chǎn)生的正離子對(duì)陰極塊和燈絲的壽命造成了明顯的影響，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的燈絲中心孔較小，其在轟擊電壓下產(chǎn)生的轟擊電流對(duì)陰極塊的加熱，致使陰極塊中心的溫度比周邊溫度稍高，若陰極塊再在氬氣產(chǎn)生的正離子轟擊下，實(shí)踐證明陰極塊中心溫度過高致使陰極塊中心很快擊穿出現(xiàn)大洞，正離子通過陰極塊的中心孔打在燈絲上，致使燈絲很快被切斷。在燈絲中心孔改為大的中心孔之后，在陰極塊和燈絲之間加上轟擊電壓時(shí)，不會(huì)使陰極塊的中心溫度過高， 反而使中心的溫度稍微低于周圍的溫度，陰極塊再在氬氣產(chǎn)生的正離子轟擊的情況下使中心的溫度基本與周圍的溫度基本一致，使陰極塊中心不至于被正離子擊穿出現(xiàn)大洞，即使部分正離子穿過陰極塊的中心孔往燈絲部分飛去，由于中心孔較大的緣故，也不至于使正離子打在燈絲上，從而大大提高了燈絲和陰極塊的使用壽命，實(shí)踐已經(jīng)證明了這一點(diǎn)，燈絲和陰極塊的使用壽命均在2000小時(shí)以上，由此可見，燈絲中心孔的加大至8mm對(duì)改善電子槍的意義是極其重大。
本發(fā)明的另一創(chuàng)新點(diǎn)在于電子槍的偏轉(zhuǎn)掃描線圈易于調(diào)節(jié)。因目前電子束爐的冷床結(jié)構(gòu)都是方形結(jié)構(gòu)，因此對(duì)電子槍的掃描線圈的裝配提出了較高要求，稍有不正，電子槍掃描出的方形就跟冷床的方形的四邊不平行，造成電子束打在水平冷床上，造成事故。以往大部分電子槍在試驗(yàn)后都要重新調(diào)整電子槍的掃描線圈，在調(diào)整線圈時(shí)，需要對(duì)槍的冷卻系統(tǒng)放水、拆水管、氣管和真空系統(tǒng)等，工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度都較大，且每次的拆裝對(duì)真空和水路都是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。本發(fā)明通過在電子槍外筒開手孔，可以解決在不拆槍的情況下很輕松調(diào)整方掃描的方形與水平冷床的四邊不平行現(xiàn)象，克服了以往在安裝調(diào)試后一般仍要再拆槍重新旋轉(zhuǎn)線圈而造成安裝調(diào)試工期長，勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn)。
由于本發(fā)明對(duì)電子槍整體結(jié)構(gòu)的改良，使得電子槍的功率易于調(diào)節(jié)，電子槍的使用性能更加穩(wěn)定，安裝調(diào)試更加方便、簡單等。
上述各實(shí)施例可在不脫離本發(fā)明的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)視為例示性，而非用以限制本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍。]
權(quán)利要求
1.一種功率可達(dá)SOOkw的大功率電子槍，包括一產(chǎn)生電子的電子槍槍芯，其內(nèi)置在槍室上筒上；槍芯上裝有發(fā)射電子的燈絲和陰極塊；在槍室上筒的下面裝有陽極座，在陽極座上裝有跟槍芯的陰極一起工作而形成電子束的電子發(fā)射系統(tǒng)的陽極；陽極座和第一磁透鏡的線圈固定為一體；在槍室下筒和底座之間裝有帶水冷的攔孔座，其上安裝有攔孔；在槍的最下的部分是電子槍的槍座；所述的底座其上裝有偏轉(zhuǎn)和掃描線圈，在偏轉(zhuǎn)和掃描線圈之上是第二磁透鏡的線圈，這些線圈均圍有進(jìn)行冷卻用的水套；其特征在于還至少具有以下結(jié)構(gòu)形式中的一種其一，在陽極座的下面安裝有陽極升降控制系統(tǒng)； 其二，把燈絲的中心孔直徑尺寸加大至8mm ； 其三，在槍室下筒上裝有氬氣輸送開環(huán)控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率可達(dá)SOOkw的大功率電子槍，其特征在于所述的陽極升降控制系統(tǒng)包括一緊抵于陽極座之下的凸輪，用以驅(qū)動(dòng)凸輪運(yùn)轉(zhuǎn)的一液壓缸安置在槍外，凸輪軸上裝有轉(zhuǎn)動(dòng)角度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率可達(dá)SOOkw的大功率電子槍，其特征在于所有線圈均在真空外。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率可達(dá)SOOkw的大功率電子槍，其特征在于在偏轉(zhuǎn)掃描線圈外的筒套上開有手孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率可達(dá)SOOkw的大功率電子槍，其特征在于所述的氬氣輸送開環(huán)控制系統(tǒng)包括一組管道氬氣或瓶裝氬氣氣源及可控制氬氣流量的手動(dòng)調(diào)節(jié)真空微量調(diào)節(jié)閥，通過管路使氣源、真空微量調(diào)節(jié)閥和攔孔室連接在一起。
全文摘要
一種功率可達(dá)800kw的大功率電子槍，包括一電子槍槍芯，置在槍室上筒上；槍芯上裝有燈絲和陰極塊；槍室上筒下裝有陽極座，陽極座上裝有陽極；陽極座和第一磁透鏡的線圈固定為一體；在槍室下筒和底座之間裝有帶水冷的攔孔座，其上安裝有攔孔；在槍的最下的部分是電子槍的槍座；所述的底座上裝有偏轉(zhuǎn)和掃描線圈，在偏轉(zhuǎn)和掃描線圈之上是第二磁透鏡的線圈，這些線圈均圍有進(jìn)行冷卻用的水套；其還至少具有以下結(jié)構(gòu)形式中的一種其一，在陽極座的下面安裝有陽極升降控制系統(tǒng)；其二，把燈絲的中心孔直徑尺寸加大至8mm；其三，在槍室下筒上裝有氬氣輸送開環(huán)控制系統(tǒng)。其解決了當(dāng)前電子槍在調(diào)節(jié)功率大小時(shí)操作繁冗復(fù)雜、工作強(qiáng)度大和工作效率低等弊端。
文檔編號(hào)H01J37/04GK102522301SQ20111044706
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者孫照富, 尹中榮 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院