真空冶金电子束熔炼

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（2）电子束流与物质的基本作用
（a）转化为热能，使温度升高，并向相近原 子进行能量传递，向外辐射热量，同时发射热 电子；
（b）熔材原子受激发射二次电子和x射线
（c）背散射
当电子与靶材碰撞时，电子速度骤减至零，剧 烈的速度变化引起周围电磁场的剧烈变化，会 产生电磁波或电磁脉冲，电磁波的波长与入射 电子的能量有关，电子的动能越大，发射电磁 波的波长越短。
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2 真空冶金
2.1 真空冶金的特点和分类√ 2.2 钢液真空处理√ 2.3 真空电炉的分类和组成√ 2.4 真空感应熔炼√ 2.5 真空电弧熔炼√ 2.6 电子束熔炼
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2.6 真空电子束炉
2.6.1 真空电子束炉的工作原理 2.6.2真空电子束炉的结构特点 2.6.3真空电子束炉的设计计算要点
–采用螺旋加料。
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送料机构
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进料方式
垂直进料—有利于获得高 质量铸锭；
水平进料—便于半连续送 料，但在熔池中留有阴影。
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3）活动底部结晶器及连接方式
活动底部：楔形连接、螺纹连接、管销连接
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4）真空系统
（1）电子枪真空系统
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电子束炉的特点2
(d)功率调节方便：
–通过调节加速电压，调节加热功率；
(e)合金成分控制不便； (f)设备复杂：
–高压电源，多真空系统，操作维护要求高
(g)产生X射线，需要防护。
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（2）电子束炉的应用
高温、难熔金属的熔炼：
–如铌、钽、铪、钨、钼等；
合金材料熔炼； 钻孔、焊接、烧结。
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2.6.2 电子束炉结构
1）炉体
–有足够的强度、容积，适当的冷却，设置观察装置； –设置防x射线结构：
• 当工作电压小于25kv时，观察窗采用铅玻璃； • 当工作电压大于25kv时，采用铅屏蔽电子轰击
区； • 为防止结构薄弱处发生x射线泄漏，结构上应采
电子枪真空系统/熔炼室真空系统
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5）电子枪
电子束炉的核心部件，用于产生和发射电子束， 有四种结构形式：
– 近环枪、 – 远环枪、 – 横向枪、 – 轴向枪。
其中轴向枪使用最多。
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近环枪
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远环枪
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横向枪
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–气体量小，真空高，保证电子的运动； –10-3-10-4Pa，采用扩散泵+ 机械泵系统。
（2）熔炼室真空系统
–空间大，放气量大； –10-2-10-3Pa，采用扩散泵、油增压泵（或机械增压
泵）、机械泵系统。
（3）加料室真空系统
–1Pa，小罗茨泵、机械泵系统。
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真空电子束炉真空系统
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轴向枪
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轴向电子束发生器的结构
组成：电子枪+电子光路系统（聚焦和偏转） 电子枪：阴极（发射热电子）、聚束级（负
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电子束流与物质的基本作用
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加速电压与X强度谱线的关系
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3）电子束炉的特点及应用
（1）特点
–(a)无耐火材料做坩埚，熔材无污染； –(b)功率密度高：105W/cm2
• 熔池温度高，可熔炼任何难熔金属 • 也可用于钻孔和焊接； –(c)精炼效果好，可获得高纯材料： • 炉内真空度高 • 滴熔—表面积大，放气充分 • 温度高—除气、除杂质充分；
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电子束流与物质的基本作用2
由于众多电子发射到靶材上的条件和时间不同， 发射的电磁波是一连续波长。
当加速电压大于10kv时，将产生x射线。 而电子束炉的工作电压为15-40kv。
当靶材单位时间获得的能量大于热损失的热量 时，靶材被加热直至熔化，在真空中完成精炼， 获得高质量的金属材料。
取相应措施。
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X射线防护措施
焊缝设计成阶梯止口；钻孔、攻丝处补焊凸块，加盖铅板。
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2）送料机构
根据原料形状，确定进料方式和相应送料机构。 （1）棒料
–连续送料，连续或半连续熔炼； –采用滚道送料。
（2）块状料
–采用磁震动或机械振动加料。
（3）粉、削、颗粒料
真空应用
Vacuum Application
主讲： 王晓冬 Dr. X D Wang xdwang@mail.neu.edu.cn
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课程内容与学时安排
1真空应用概论(4学时)√ 2 真空冶金（12学时） 3 真空热处理（4学时） 4 真空技术与太阳能利用（2学时） 5 真空冷冻干燥（2学时） 6 真空绝热（2学时） 7 真空压力浸渍（2学时） 8 真空镀膜（2学时） 考试（2学时）
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2.6.1 真空电子束炉的工作原理
电子束炉是利用高速运动的电子具有的能量， 轰击材料表面，并进行能量交换，使材料被加 热和熔化的一种电炉。
主要用于高温、难熔、高纯、稀有金属的熔炼 （如铌、钽、铪等），获得高质量的材料。
1）电子束炉的组成 炉体+电子束发生器（电子枪）+结晶器+真空
W eU
式中：U—加速电压。
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电子通过加速电场获得能量
电子获得的能量用于动能的增加：
eU

1 2
me
ve2
ve
2eU me
当U=10-150KV时，Ve=(0.2-0.6)C
C—光在真空中的速度。 经加速的电子获得很大的动能，很高的速度。
物质的质量与其速度有关，当物质的速度可与 光速相比拟时，其质量会有明显的增加，因而 对靶材的作用很强烈。
系统（多套）+送料机构+观察装置+水冷系统 +测量装置+电源（高压直流）
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真空电子束炉结构简图
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2）电子束加热原理
（1）电子通过加速电场获得能量
受力： F eE
式中：e—电子电荷，1.6*10-19库伦；

E—电场强度。
电场将电子从A点作用到B点，电子获得的 能量等于电场做功量：