[实用新型]大功率电子枪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电子束熔炼炉用电子枪，尤指一种最大稳定工作功率达到800kw的电子枪。

背景技术

电子束熔炼炉的电子枪是冶炼工艺用于产生电子束的装备，主要用来引出冶炼工艺所需要的具有一定方向和光斑直径大小的电子束，电子束具有熔区窄、能量密度高以及熔区内平均温度梯度大等优点,已被成功地用于W、Mo、Ta、Nb等难熔金属、合金及其化合物和复合材料（这些材料具有独特的高熔点以及其他一些特有的性能，因此，在国民经济中占有重要地位，尤其是在国防军工、航空航天、电子信息、能源、防化、冶金和核工业等领域更有着不可替代的作用，受到世界各国的高度重视，已成为材料科学界最为活跃的研究）进行熔炼，以达到提纯的目的。目前随着电子束熔炼多晶硅工艺的日渐成熟，电子束熔炼炉也越来越多的被用于太阳能行业的多晶硅的提纯中。

电子束熔炼炉是电子束技术在金属冶炼以及太阳能行业的多晶硅提纯中的应用，熔炼用电子束发生器即是大家通常所说的轴向电子枪，其主要工作原理：电子枪通过间热式阴极电子发射系统发射的电子在阴极和阳极之间的高压静电场的加速下形成高能电子束，然后电子束通过电子光路系统的聚焦、偏转和扫描后轰击要熔炼的物料上，使得物料中的杂质挥发，得以达到对物料提纯的目的。

电子枪作为电子束熔炼炉的核心部件，其所产生的电子束形状的优劣以及由电子光路系统控制的电子束聚焦、偏转和扫描等其性能的好坏直接影响着电子束熔炼炉性能的优劣。另外，在一定程度上，电子枪的功率的大小决定在电子束熔炼炉功率的大小，但电子枪的研制随着功率的逐渐增大，各种熔炼工艺对电子枪的各项功能也要求越来越苛刻，例如：偏转角度、光斑大小、电子束的长度以及扫描形状尺寸等提出了更高要求，因此其相应的研制难度也相应地大大增加。随着工业化的大发展，现有电子枪的功率越来越成为大工业化发展的瓶颈，基于生产效率和国防安全的目的，对于大功率的电子枪的需求越来越迫切，因此，研制大功率、功能强的电子枪更具有至关重要的意义。

随着电子枪功率的增大，电子枪光路系统中的偏转扫描装置的体积也变得越来越大，由于偏转扫描装置坐落在电子枪枪座上，从而导致电子枪的底座较大，因而，相应的安装电子枪的电子束熔炼炉的法兰直径较大。但鉴于目前客户要求电子束熔炼炉要具有几千千瓦大功率的要求，现有一把电子枪的功率远远不能达到要求，所以只能在一台炉体上装有多个电子枪。但另一方面，基于生产工艺的要求，电子枪之间的距离又不能太大。因此，随着功率的加大就产生了枪体底座太大与枪体之间距离太小之间的矛盾，进一步说，也就是如何减小偏转扫描装置的结构以达到减小枪体底座直径的目的来满足实际工程使用是一个亟待解决的课题。

在电子枪的功率较小时，电子束的电流较小，因而相应的电子束的直径也较小，电子束能够很“光滑”很稳定地通过拦孔等光路系统，但随着功率的增大，电子束的电流值也将变得越来越大，即电子束的直径也变的越来越大，从而会出现电子束聚焦质量较差，电子束的外边缘变得越来越不“光滑”，以至于使电子束击打到拦孔等其他不应该到达的地方，造成其它零部件的损伤，同时降低了电子枪的有效功率，严重时甚至会击穿电子枪上的相关零部件，造成电子枪损坏。因此，在电子枪功率增大时如何采取其它措施保证电子束直径在可控制范围之内，聚焦性能很稳定可靠变成了另一个亟待解决的重要课题。

电子枪是一个很“娇气”的设备，要求其内部的零部件要非常洁净，否则会发生放电打火等现象的发生。在电子束熔炼炉破真空时，若电子枪的真空室不能密闭保护的话，势必会使炉内的许多灰尘冲到枪室内，特别是枪芯室内。随着电子枪功率的加大，这一现象变得尤为明显。因此，应该在电子枪内加上一个能在炉室破真空时电子枪枪室真空能够得以保持的部件。

所述电子枪的构成一般包括（自上而下）：最上面是发射电子的电子枪枪芯；接下来就是电子枪的阳极和阳极座；在阳极座的下面是第一聚焦线圈；聚焦线圈下面是拦孔及相应的拦孔座；再往下是第二聚焦线圈以及偏转扫描装置；最下面是电子枪的底座。随着电子枪功率的增大，对电子枪的诸多结构尺寸参数和绝缘等级等提出了更加苛刻的严格要求，以及其相应的对聚焦线圈的聚焦能力和偏转扫描线圈扫描性能的电源也均提出了更高要求，这也是大功率电子枪设计的难点所在。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种800kw大功率电子枪，其解决了当前工业化对大功率电子枪急切需求的问题，同时解决了因功率增大而电子束直径较大打在电子枪光路系统零部件上的问题，以及通过改变偏转扫描结构解决了电子枪底座直径较大带来的一系列问题，另外解决了因枪室不洁净造成严重放电的现象。