EB

Электронно-лучевое плавление

Электронно-лучевое плавление отличается превосходной способностью к рафинированию и предлагает высокую гибкость относительно источника нагрева и распределения мощности. Поэтому оно является идеальным для переплава и рафинирования металлов и сплавов в высоком вакууме в водоохлаждаемых медных кристаллизаторах без использования керамики. На сегодняшний день процесс используется для производства тугоплавких и активных металлов (тантал, ниобий, молибден, вольфрам, ванадий, гафний, цирконий и титан), а также их сплавов. Он играет важную роль в получении сверхчистых материалов для мишеней ионного распыления и сплавов для электронной промышленности, а также в переработке титанового лома.

Электронно-лучевая установка с промъемкостью для титана (EBCHR)

ALD поставляет решения для комплектного оборудования, вкл. систему пушек, в конфигурации для различных процессов:

• Электронно-лучевые производственные установки для капельной плавки
• Электронно-лучевые установки с промъемкостью для рафинирования
• Электронно-лучевые установки для пилотного производства
• Электронно-лучевые лабораторные установки
• Электронно-лучевые установки для выплавки таблеток
• Электронно-лучевые установки для зонной плавки

Объем поставки ALD не ограничивается поставкой оборудования, он может включать работы от шеф-монтажа до монтажа под ключ, а также технологическую поддержку со стороны специалиста ALD.

Металлургия электронно-лучевой плавки

Электронно-лучевая пушка представляет собой источник нагрева высокой мощности, который позволяет достичь в точке фокусировки луча температуры плавления и даже испарения всех материалов. Благодаря магнитной развертке и быстрому сканированию на высоких частотах электронный луч может эффективно направляться на цели различной формы и тем самым является наиболее гибким источником нагрева в технологии переплава.

Электронный луч ударяется о цель со стандартной плотностью энергии в 100 Вт/см². В зависимости от свойств плавящегося материала коэффициент передачи мощности составляет от 50% до 80%.

Поскольку ЭЛП является методом нагрева поверхности, он позволяет достичь только малой глубины расплава при подходящей скорости плавления, что положительно влияет на структуру слитка относительно пористости, образования ликваций и тд.

Благодаря тому, что перегретая поверхность расплава подвергается воздействию высокого вакуума в диапазоне 1 – 0,0001 Па, это приводит к отличной дегазации расплавленного материала.

Металлические и неметаллические включения с упругостью пара выше чем у основного материала могут выборочно испаряться при перегреве расплава, что создает желаемую высокую чистоту материала слитка.

Быстрое сканирование луча по поверхности расплава помогает избежать локального перегрева и на сегодняшний день делает возможным унифицированное производство сплавов методом электронно-лучевого плавления, в особенности в титановой промышленности

Варианты процесса

Высокая гибкость электронно-лучевого источника нагрева привела к развитию нескольких способов переплава и рафинирования используемых в установках от лабораторных до больших промышленных систем.

Вертикальная и горизонтальная плавка скапыванием

И тот и другой вид плавки являются классическим способом для производства тугоплавких металлов, напр. тантала и ниобия. Плавильный материал в виде прутков обычно загружается горизонтально и плавится напрямую в кристаллизатор с вытяжным дном. Жидкий расплав находится по верхнему краю кристаллизатора благодаря вытяжке нижней части растущего слитка. Рафинирование основано на дегазации и выборочном испарении, как описано выше. В большинстве случаев для получения конечного качества требуется переплав первого слитка. Для повторного переплава электрод загружается вертикально при постоянном вращении.

Электронно-лучевое рафинирование с промъемкостью (EBCHR)

Данный процесс имеет огромное значение для производства и повторной переработки химически активных металлов, особенно титана. Плавильный материал плавится скапыванием в плавильной зоне водоохлаждаемой медной промъемкости, откуда он стекает в зону рафинирования и, наконец, переливается в вытяжной кристаллизатор.

При правильном выборе размера промъемкости расплавленный материал протекает по ней с определенной задержкой, что делает возможным эффективное гравитационное отделение включений высокой плотности (HDI) и удаление из материала включений низкой плотности (LDI) дополнительно к механизмам рафинирования, указанным выше.

Размер промъемкости и кристаллизатора, а также скорость плавления зависят от количества электронно-лучевых пушек, обеспечивающих мощность плавления, и распределения энергии по площади промъемкости и кристаллизатора.

Луночная плавка

Используется для определения чистоты образцов из жаропрочных сплавов по неметаллическим включениям высокой и низкой плотности. Оборудование включает автоматическое плавление образцов по запрограммированному рецепту и контролируемую направленную кристаллизацию. Включения низкой плотности, напр. оксиды всплывают на поверхность расплава и концентрируются в центре сверху закристаллизовавшегося образца.

Зонная плавка

Зонная плавка используется для производства материалов самой высокой степени чистоты. Небольшая область подвешенного вертикально электрода расплавляется в кольцевом катоде. За счет различной растворимости примесей в твердой и в жидкой фазе основного материала, примеси переносятся посредством направленного движения расплавленной зоны к концу электрода.

Контроль процесса

Установки ЭЛП работают в полуавтоматическом режиме.

Автоматизация процесса включает:

• Систему вакуумных насосов
• Контроль давления
• Систему водоохлаждения
• Скорость подачи материала и скорость вытяжки слитка
• Контроль высокого напряжения и тока эмиссии в зависимости от процесса
• Автоматическое распределение мощности луча, сбор и архивирование данных

Для распределения мощности по условиям конкретного процесса развертка луча контролируется по расположению и времени задержки.

ALD разработала компьютерную систему сканирования и управления электронным лучом “ESCOSYS” для одновременного контроля нескольких пушек. Данная система отвечает высочайшим требованиям к сложному распределению мощности, которое определяется в рецептах плавки выбором подходящих образцов развертки из ряда заданных форм.

Частью пуско-наладки установки является специальное обучение, во время которого адаптируется зависимость геометрии плавки от частоты развертки электронно-лучевой пушки. Тем самым распознается выход электронного луча за пределы кристаллизатора и автоматически блокируется при редактировании образцов развертки.

Электронно-лучевые пушки ALD

ALD предлагает три типа электронно-лучевых пушек в диапазоне мощности луча 60 кВт, 300 кВт и 800 кВт и 25 — 50 кВ с самой совершенной системой контроля развертки луча.