【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于熔炼设备，涉及一种水冷坩埚及其组装方法，尤其涉及一种电子束熔炼炉用水冷坩埚及其组装方法。
技术介绍
1、随着半导体技术的快速发展，溅射靶材作为半导体领域的重要原料，在制备半导体器件薄膜电极、互联线及阻挡层等方面有着广泛应用。由于芯片加工等过程对溅射靶材的纯度要求较高，而靶材生产过程中，原料粉末经过粉末混合、冷等静压及真空烧结等步骤得到的坯料，往往需要进行提纯，通常所用的方法为电子束熔炼，得到高纯度的锭材，然后进行塑性变形和退火，得到具有均匀晶粒和一定内部组织结构的靶材。
2、电子束熔炼是指在高真空条件下，利用电场加速电子束的巨大动能冲击金属料，使动能转变为热能从而熔炼金属的工艺过程，电子束枪为高温热源，在束斑点的温度甚至能超过几乎所有金属的熔化温度和蒸发温度，该工艺主要适用于耐火材料、活性金属及其合金的生产。由于电子束熔炼的温度极高，经常需要配套使用水冷坩埚进行冷却，在金属料熔化后滴落在水冷坩埚的熔池中，通过冷却逐渐凝固成为锭材，水冷铜坩埚需要不断通过循环冷却水，来保证锭材能冷却成型。
3、现有的水冷坩埚，大多为下进上出的水路结构，坩埚上端会有冷却水达不到的死体积，容易导致水沸腾，水冷坩埚的冷却效率低，影响水冷坩埚的水冷效果，因而需要对水冷坩埚进行改进。cn 213713936u公开了一种电子束熔炼炉用水冷坩埚，包括坩埚主体和底座，坩埚主体位于底座的顶部，坩埚主体的顶部连接有顶筒，顶筒的内壁安装有冷却管，所述冷却管的一端贯穿顶筒的一侧上方连接有第一进水口，所述冷却管的另一端贯穿顶筒的一侧下方
4、cn 204987858u公开了一种电子束熔炼炉用水冷坩埚，包括底座，底座上端面形成凸环，外水套、夹套下端均与凸环顶面连接，内水套下端插入凸环内，且与底座连接，外水套、夹套、内水套由外至内依次设置，夹套外壁与外水套内壁之间形成间隙，夹套和内水套之间间隙配合；外水套和内水套上端通过法兰连接；内水套外圆周壁形成螺旋槽；外水套下端安装有进水管和出水管，进水管贯穿外水套和夹套且与螺旋槽连通，出水管贯穿外水套且与间隙连通。该水冷坩埚中内水套结构复杂，不便于生产，且内水套、夹套和外水套配合不便，安装困难，且底端封口不利于锭材生产。
5、综上所述，对于水冷坩埚的结构设计，还需要根据实际应用情况，选择相应的组合结构，冷却介质与坩埚接触面积大，冷却效果好，且结构简单，便于安装，以满足生产要求。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供了一种水冷坩埚及其组装方法，所述水冷坩埚通过坩埚、套筒和外水套以及三者之间两层空隙的设置，可以保证冷却水和坩埚之间的接触面积较大，无冷却死角，受热均匀，有助于冷却铸锭内部晶粒的均匀生长，冷却效率高；冷却通道密封连接，保证不会漏水；所述水冷坩埚结构紧凑简单，加工方便，便于安装，满足生产要求。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供了一种水冷坩埚，所述水冷坩埚自内向外依次包括坩埚、套筒和外水套，三者整体均呈空心圆筒状结构，中心轴重合，所述坩埚和套筒之间留有第一空隙，所述套筒和外水套之间留有第二空隙；
4、所述坩埚的顶部沿径向向外设有第一环形凸起，所述第一环形凸起的下部与外水套的顶部密封连接，所述坩埚的底部与套筒底部的内表面密封连接；所述套筒的顶部沿径向向外设有第二环形凸起，所述第二环形凸起上沿圆周均匀设有通孔，所述第一空隙和第二空隙通过通孔连通；
5、所述外水套的下部设有进水管和出水管，所述进水管与第一空隙连通，所述出水管与第二空隙连通。
6、本专利技术中，水冷坩埚作为熔化难熔金属和高纯度金属铸锭的常用设备，经常作为电子束熔炼炉的配套设备，在电子束熔炼过程中，坯料熔化滴落到水冷坩埚熔池中逐步凝固成型；本专利技术中通过将水冷坩埚设计为坩埚、套筒和外水套三层结构，并在相邻两层之间设置空隙，冷却水能够与坩埚外表面充分接触，接触面积较大，有助于提高冷却效果，且受热均匀更有利于铸锭内部晶粒的均匀生长；所述坩埚、套筒和外水套之间上下封口处密封连接，保证不会漏水，冷却水下进下出，保证其停留时间，且无冷却死角，下端开口结构也有助于冷却后锭材的快速移出；所述水冷坩埚结构简单紧凑，便于加工与安装，能够满足高纯度锭材的生产要求。
7、以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
8、作为本专利技术优选的技术方案，所述水冷坩埚中坩埚的材质包括铜或钨，一般选择高纯铜或高纯钨。
9、优选地，所述水冷坩埚中套筒和外水套的材质独立地包括铸铁或不锈钢。
10、优选地，所述水冷坩埚中坩埚的内径是套筒内径的80～85％，例如80％、81％、82％、83％、84％或85％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
11、优选地，所述水冷坩埚中坩埚的内径是外水套内径的65～75％，例如65％、68％、70％、72％或75％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12、本专利技术中，根据上述坩埚、套筒和外水套的内径的比例范围以及实际使用情况，可具体选择所述坩埚、套筒和外水套的内径，例如坩埚内径为250～280mm，例如250mm、260mm、270mm或280mm等，套筒内径为300～320mm，例如300mm、305mm、310mm、315mm或320mm等，外水套内径为380～400mm，例如380mm、385mm、390mm、395mm或400mm等。
13、优选地，所述水冷坩埚中第一空隙的厚度为8～10mm，例如8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；第二空隙的厚度为28～30mm，例如28mm、28.5mm、29mm、29.5mm或30mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14、优选地，所述水冷坩埚为上下贯通的圆筒状结构，所述套筒和外水套临近侧壁的位置设有部分环形底面，除部分环形底面外所留空隙的形状和尺寸与坩埚的内部横截面相同。
15、作为本专利技术优选的技术方案，所述坩埚顶部的第一环形凸起上和外水套的顶部边缘均设有贯穿孔，所述贯穿孔沿圆周均匀分布，内部设有螺纹。
16、优选地，所述贯穿孔的数量至少为三个，例如三个、四个、六个、八个或十个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水冷坩埚，其特征在于，所述水冷坩埚自内向外依次包括坩埚、套筒和外水套，三者整体均呈空心圆筒状结构，中心轴重合，所述坩埚和套筒之间留有第一空隙，所述套筒和外水套之间留有第二空隙；
2.根据权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，所述水冷坩埚中坩埚的材质包括铜或钨，套筒和外水套的材质独立地包括铸铁或不锈钢；
3.根据权利要求1或2所述的水冷坩埚，其特征在于，所述坩埚顶部的第一环形凸起上和外水套的顶部边缘均设有贯穿孔，所述贯穿孔沿圆周均匀分布，内部设有螺纹；
4.根据权利要求1-3任一项所述的水冷坩埚，其特征在于，所述水冷坩埚组装后，所述套筒第二环形凸起的顶部低于坩埚上第一环形凸起的底部，两者之间存在空隙，将第一空隙和第二空隙通过通孔连通；
5.根据权利要求1-4任一项所述的水冷坩埚，其特征在于，所述坩埚的底部与套筒中部分底面的内表面通过第二密封圈密封连接，将第一空隙的底部封闭；
6.根据权利要求1-5任一项所述的水冷坩埚，其特征在于，所述水冷坩埚还包括底锭头，所述底锭头的形状及截面尺寸与坩埚内径相同；
7.
8.根据权利要求7所述的组装方法，其特征在于，步骤(1)所述外水套和套筒的材质独立地包括铸铁或不锈钢；
9.根据权利要求7或8所述的组装方法，其特征在于，步骤(2)所述坩埚的材质包括铜或钨；
10.根据权利要求7-9任一项所述的组装方法，其特征在于，所述水冷坩埚使用时，冷却水经进水管进入第一空隙，到达顶端后经第二环形凸起上的通孔进入第二空隙，再经出水管离开；
...【技术特征摘要】
1.一种水冷坩埚，其特征在于，所述水冷坩埚自内向外依次包括坩埚、套筒和外水套，三者整体均呈空心圆筒状结构，中心轴重合，所述坩埚和套筒之间留有第一空隙，所述套筒和外水套之间留有第二空隙；
2.根据权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，所述水冷坩埚中坩埚的材质包括铜或钨，套筒和外水套的材质独立地包括铸铁或不锈钢；
3.根据权利要求1或2所述的水冷坩埚，其特征在于，所述坩埚顶部的第一环形凸起上和外水套的顶部边缘均设有贯穿孔，所述贯穿孔沿圆周均匀分布，内部设有螺纹；
4.根据权利要求1-3任一项所述的水冷坩埚，其特征在于，所述水冷坩埚组装后，所述套筒第二环形凸起的顶部低于坩埚上第一环形凸起的底部，两者之间存在空隙，将第一空隙和第二空隙通过通孔连通；
5.根据权利要求1-4任一项所述的水冷坩埚...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，李桂鹏，请求不公布姓名，江鹏飞，
申请(专利权)人：同创丽水特种材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。