[發明專利]一種大功率電子槍

有效

• 申請號: 201010610522.5
• 申請日: 2010-12-29
• 公開（公告）號: CN102347192A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 孫照富;尹中榮;周新明
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: H01J37/305
• 分類號: H01J37/305;H01J37/02;H01J37/21
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 朱麗華

技術領域

本發明涉及一種電子束熔煉爐用電子槍，尤指一種最大穩定工作功率達到800kw的電子槍。

背景技術

電子束熔煉爐的電子槍是冶煉工藝用于產生電子束的裝備，主要用來引出冶煉工藝所需要的具有一定方向和光斑直徑大小的電子束，電子束具有熔區窄、能量密度高以及熔區內平均溫度梯度大等優點,已被成功地用于W、Mo、Ta、Nb等難熔金屬、合金及其化合物和復合材料（這些材料具有獨特的高熔點以及其他一些特有的性能，因此，在國民經濟中占有重要地位，尤其是在國防軍工、航空航天、電子信息、能源、防化、冶金和核工業等領域更有著不可替代的作用，受到世界各國的高度重視，已成為材料科學界最為活躍的研究）進行熔煉，以達到提純的目的。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的多晶硅的提純中。

電子束熔煉爐是電子束技術在金屬冶煉以及太陽能行業的多晶硅提純中的應用，熔煉用電子束發生器即是大家通常所說的軸向電子槍，其主要工作原理：電子槍通過間熱式陰極電子發射系統發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的聚焦、偏轉和掃描后轟擊要熔煉的物料上，使得物料中的雜質揮發，得以達到對物料提純的目的。

電子槍作為電子束熔煉爐的核心部件，其所產生的電子束形狀的優劣以及由電子光路系統控制的電子束聚焦、偏轉和掃描等其性能的好壞直接影響著電子束熔煉爐性能的優劣。另外，在一定程度上，電子槍的功率的大小決定在電子束熔煉爐功率的大小，但電子槍的研制隨著功率的逐漸增大，各種熔煉工藝對電子槍的各項功能也要求越來越苛刻，例如：偏轉角度、光斑大小、電子束的長度以及掃描形狀尺寸等提出了更高要求，因此其相應的研制難度也相應地大大增加。隨著工業化的大發展，現有電子槍的功率越來越成為大工業化發展的瓶頸，基于生產效率和國防安全的目的，對于大功率的電子槍的需求越來越迫切，因此，研制大功率、功能強的電子槍更具有至關重要的意義。

隨著電子槍功率的增大，電子槍光路系統中的偏轉掃描裝置的體積也變得越來越大，由于偏轉掃描裝置坐落在電子槍槍座上，從而導致電子槍的底座較大，因而，相應的安裝電子槍的電子束熔煉爐的法蘭直徑較大。但鑒于目前客戶要求電子束熔煉爐要具有幾千千瓦大功率的要求，現有一把電子槍的功率遠遠不能達到要求，所以只能在一臺爐體上裝有多個電子槍。但另一方面，基于生產工藝的要求，電子槍之間的距離又不能太大。因此，隨著功率的加大就產生了槍體底座太大與槍體之間距離太小之間的矛盾，進一步說，也就是如何減小偏轉掃描裝置的結構以達到減小槍體底座直徑的目的來滿足實際工程使用是一個亟待解決的課題。

在電子槍的功率較小時，電子束的電流較小，因而相應的電子束的直徑也較小，電子束能夠很“光滑”很穩定地通過攔孔等光路系統，但隨著功率的增大，電子束的電流值也將變得越來越大，即電子束的直徑也變的越來越大，從而會出現電子束聚焦質量較差，電子束的外邊緣變得越來越不“光滑”，以至于使電子束擊打到攔孔等其他不應該到達的地方，造成其它零部件的損傷，同時降低了電子槍的有效功率，嚴重時甚至會擊穿電子槍上的相關零部件，造成電子槍損壞。因此，在電子槍功率增大時如何采取其它措施保證電子束直徑在可控制范圍之內，聚焦性能很穩定可靠變成了另一個亟待解決的重要課題。

?電子槍是一個很“嬌氣”的設備，要求其內部的零部件要非常潔凈，否則會發生放電打火等現象的發生。在電子束熔煉爐破真空時，若電子槍的真空室不能密閉保護的話，勢必會使爐內的許多灰塵沖到槍室內，特別是槍芯室內。隨著電子槍功率的加大，這一現象變得尤為明顯。因此，應該在電子槍內加上一個能在爐室破真空時電子槍槍室真空能夠得以保持的部件。

所述電子槍的構成一般包括（自上而下）：最上面是發射電子的電子槍槍芯；接下來就是電子槍的陽極和陽極座；在陽極座的下面是第一聚焦線圈；聚焦線圈下面是攔孔及相應的攔孔座；再往下是第二聚焦線圈以及偏轉掃描裝置；最下面是電子槍的底座。隨著電子槍功率的增大，對電子槍的諸多結構尺寸參數和絕緣等級等提出了更加苛刻的嚴格要求，以及其相應的對聚焦線圈的聚焦能力和偏轉掃描線圈掃描性能的電源也均提出了更高要求，這也是大功率電子槍設計的難點所在。

發明內容

本發明的目的是提供一種800kw大功率電子槍，其解決了當前工業化對大功率電子槍急切需求的問題，同時解決了因功率增大而電子束直徑較大打在電子槍光路系統零部件上的問題，以及通過改變偏轉掃描結構解決了電子槍底座直徑較大帶來的一系列問題，另外解決了因槍室不潔凈造成嚴重放電的現象。