[发明专利]一种电子束熔炼装置及利用该装置制备硼母合金的方法

权利要求书

1.一种电子束熔炼装置，其特征在于：所述装置包括熔炼室，熔炼室内设有定向凝固拉锭装置；

所述熔炼室内设有无底的水冷铜坩埚(13)，所述水冷铜坩埚(13)底部内部尺寸与位于其下方的定向凝固拉锭装置的水冷铜拉锭底座(14)的尺寸相配合，使得水冷铜拉锭底座(14)与无底的水冷铜坩埚(13)形成一个完整的水冷铜坩埚；水冷铜拉锭底座(13)底部固定拉锭杆(4)，拉锭杆(4)与电机相连；所述水冷铜坩埚(13)的上方设有加料装置，所述加料装置的出料口设有用于控制加料口开启的阀门；所述水冷铜拉锭底座(14)下方设有圆锥台形水冷铜保护套(3)，所述水冷铜保护套(4)使得水冷铜拉锭底座(14)在下降拉锭时位于水冷铜保护套(4)形成的圆锥台中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述圆锥台倾角为1～5°。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述加料装置包括加料仓(8)，所述加料仓(8)上方设有加料口(10)；所述加料仓(8)连接抽真空系统，所述加料仓下方设有加料仓隔离阀(9)。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括一个隔离仓(19)，所述隔离仓(19)与熔炼室通过隔离仓隔离阀(18)隔离。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括连动机构，所述连动机构包括旋转支撑轴(5)，所述旋转支撑轴(5)上套装旋转连接臂(6)；所述旋转连接臂(6)设有位置与大小与拉锭杆(4)相配合的通孔。

6.一种利用权利要求1所述装置制备硼母合金的方法，其特征在于：为电子束熔炼法，所述方法包括定向凝固的步骤：合金熔炼后，启动定向凝固拉锭装置，拉锭速率为1～10mm/min，同时进行冷却。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于：所述方法包括下述工艺步骤：

①混料装料：将硅料与硼掺杂剂混合，得混合料；将5～30kg混合料置于无底的水冷铜坩埚(13)中，将部分混合料装入电子束熔炼装置加料装置中；

②预热：使电子束熔炼装置熔炼室内的真空度小于5×10^-2Pa，电子枪室真空度小于5×10^-3Pa；电子枪(7)设置高压为25～35kW，高压预热5～10min后，关闭高压，设置电子枪束流为70～200mA，束流预热5～10min，关闭电子枪束流；

③熔化：开启电子枪的高压和束流，逐渐增大电子枪的功率至40～380kW，功率增大速率为5～20kW/min，直至水冷铜坩埚(13)内的混合料全部熔化；

④熔炼：水冷铜坩埚(13)内的混合料全部熔化后，调整电子枪(7)的功率至30～250kW，维持熔体表面温度1450～1600℃，熔炼10～60min；启动定向凝固拉锭装置，拉锭速率为1～10mm/min，直至硼母合金锭拉至拟定长度；硼母合金锭全部拉出后，利用连动机构将硼母合金锭旋转至隔离仓(19)，并随炉冷却60min～120min；冷却结束后启动隔离仓隔离阀(18)，将隔离仓(18)与熔炼室隔离，取出硼母合金；旋出硼母合金锭的同时，将另一水冷铜拉锭底座(14)上升至熔炼水冷铜坩埚(13)底部，重复上述熔炼步骤；

⑤补料：加料仓(8)中的混合料全部或部分加入水冷铜坩埚后，进行补料；首先关闭加料仓隔离阀(9)，开启加料口(10)进行补料；补料完成后，关闭加料口(10)并对加料仓(8)进行抽真空；当真空度到达5×10^-2Pa以下时，开启加料仓隔离阀(9)使补充的原料落入水冷铜坩埚(13)。