中国电子枪技术发展资料

大功率电子枪技术介绍

随着科学技术的迅速发展，对高纯金属及合金的需要量越来越多，常规的冶炼方法已很难满足要求，而真空电子束熔炼是一种有效提纯方法，特别是对于在冶炼温度下具有较低蒸汽压的金属和合金更为有效。

大功率电子枪技术可对如Ta、Nb、Mo、Ti、Cr、Cu等金属进行净化，及提精。作为超导线的基体材料所采用的高纯铜，必须具有很高的纯度（99.99%以上），而且要求结构致密，无气孔等缺陷。完全依靠电子枪技术。

工作原理：电子束熔炼是一种特殊的真空冶金设备。利用炉中的电子枪可将几十至数百kW的高能电子束聚焦在1cm2左右的焦点上，产生3500°C以上的高温。当高能电子束聚焦在欲熔炼的钨、钼、钽、铌、锆等难熔金属原料上时，就能够将这些金属熔化，达到熔炼或提纯的目的。由于高温区域有限，熔化的金属需要一点一点地滴入下面的熔池，经结晶器冷却，凝固成锭。在高真空和高温的作用下，液态金属中的气体和杂质大量蒸发。从而得到高纯度的致密的凝固态金属锭。

电子束熔炼炉是高温难熔金属熔炼和提纯的专用设备。电子束熔炼在高真空下进行，熔炼时的过热温度高，维持液态的时间长，使材料的精炼提纯作用得以充分有效地进行。电子束熔炼时，材料主要发生脱气、分解、脱氧、金属杂质的挥发和不熔杂质的上浮等。其中，不熔杂质上浮而富集在铸锭顶部，可在切头时去除。

在真空下，电子枪的阴极被加热产生热电子逸出。在加速电压（大于20kV）的作用下，热电子向阳极（零电位）加速运动。由于聚束极的作用，电子束从阳极的中心孔通过，向下继续运动，经磁聚焦透镜的多次聚焦和磁偏转扫描透镜的调节，使电子束准确而集中地轰击到原料棒的表面。在原料和熔池表面产生3000°C以上的温度，原料的表面被加热、熔化、滴入熔池中。熔池就是锭上端的熔化部分，其周围是水冷铜坩埚（结晶器）。由于电子束的加热作用，熔池保持不断地上下、内外对流。随着熔化的原料不断滴入，熔池表面不断上升，拖锭装置又将锭不断向下拉动，使熔池表面保持一定高度。

工作方式：

电子束对送进中的棒

材进行照射、使棒材滴

入角形坩埚充分进行

熔解､再将熔液倾入倒

至引拔水冷坩埚。在引

拔水冷坩埚中进行融

解･凝固･引拔、制作铸

块。

媒体对北京长城钛金公司的报道：

棒材供给部分可以安装多种类型的坩埚、用以对应各种材料的工艺需要。

棒材供给的先端部安装有法兰、可容易对各种坩埚进行交换。多种类型的坩埚1.水冷点坩埚

传统电子枪和新型电子枪对比

1、工作原理

电子束熔炼是一种特殊的真空冶金设备。利用炉中的电子枪可将几十至数百kW的高能电子束聚焦在1cm2左右的焦点上，产生3500°C以上的高温。当高能电子束聚焦在欲熔炼的钨、钼、钽、铌、锆等难熔金属原料上时，就能够将这些金属熔化，达到熔炼或提纯的目的。由于高温区域有限，熔化的金属需要一点一点地滴入下面的熔池，经结晶器冷却，凝固成锭。在高真空和高温的作用下，液态金属中的气体和杂质

大量蒸发。从而得到高纯度的致密的凝固态金属锭。

电子束熔炼炉是高温难熔金属熔炼和提纯的专用设备。电子束熔炼在高真空下进行，熔炼时的过热温度高，维持液态的时间长，使材料的精炼提纯作用得以充分有效地进行。电子束熔炼时，材料主要发生脱气、分解、脱氧、金属杂质的挥发和不熔杂质的上浮等。其中，不熔杂质上浮而富集在铸锭顶部，可在切头时去除。

在真空下，电子枪的阴极被加热产生热电子逸出。在加速电压（大于20kV）的作用下，热电子向阳极（零电位）加速运动。由于聚束极的作用，电子束从阳极的中心孔通过，向下继续运动，经磁聚焦透镜的多次聚焦和磁偏转扫描透镜的调节，使电子束准确而集中地轰击到原料棒的表面。在原料和熔池表面产生3000°C以上的温度，原料的表面被加热、熔化、滴入熔池中。熔池就是锭上端的熔化部分，其周围是水冷铜坩埚（结晶器）。由于电子束的加热作用，熔池保持不断地上下、内外对流。随着熔化的原料不断滴入，熔池表面不断上升，拖锭装置又将锭不断向下拉动，使熔池表面保持一定高度。

2、电子束熔炼炉的结构

整个电子束熔炼炉由炉体部分、电子枪部分、真空系统部分、高压电源部分、进料系统、拖锭系统、自动控制系统、水冷系统等组成。如图1所示。

2.1炉体部分

炉体部分为ψ1000×2000mm带水套卧式腔体，两边活动炉门，均采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制造，炉体分别与电子枪、真空系统、进料装置、水冷铜坩埚、拖锭装置和观察测温相连接。

2.2电子枪部分

电子枪由钨丝阴极，阴极，聚束极、加速阳极、栏孔板、磁聚焦透镜、磁偏转扫描透镜等部件组成，可产生250kW的电子泵。电子束轰击到金属表面上，其动能变成热能。为熔炼提供热源。

2.3高压电源部分

整个系统由主高压电源、副高压电源、灯丝电源三部分组成。

①主高压部分：由晶闸管交流相控装置、交流调压器、主高压变压器、高压三相整流器、平波电抗器、滤波电容器及保护、取样部分组成。晶闸管相控电路组成及截止保护，主高压调节范围3-30kV，直流电流输出能力7.0A，电压闭环控制，稳压精度1%取样电路接地系统由需方提供可靠的稳定接地点。

②副高压部分：由晶闸管交流相控装置、副高压隔离升压变压器、三相桥式整流电路、副高压平波电抗器组成。晶闸管交流相控装置按束流电流闭环设计，束流控制和调节由该部分实现。输出直流电压的调节范围300-3000V，束流反馈由分流器提供。

③灯丝部分：由晶闸管交流相控装置、隔离变压器、电流取样部分组成。交流相控装置按灯丝电流闭环设计，灯丝电流80A，电压25V，灯丝电流稳定度1%，灯丝可脱离主高压、副高压单独设定。

以上三个部分的隔离变压器均按35kV耐压设计，试验电压要求80kV/min。

正常运行时，主高压、副高压、灯丝、束流均为闭环稳定工作状态。当负载打火时，主高压、副高压均可自行软恢复，软恢复时间可调整。

系统具有完善的过电压、过电流、负载过冲击、打火截止等各项保护功能，能适应熔炼炉频繁短路的运行状态，并具备人工脉冲强制锁定按钮。

系统具有主高压、副高压、灯丝电压、电流、束流等各种电参数显示，并能由远控台进行操作。

2.4真空系统

真空系统在电子枪室内部获得10-3Pa真空度，确保电子束的发射聚焦；在炉体内部获得10-2Pa真空度，防止金属氧化、促使杂质蒸发。