[发明专利]一种氢等离子熔炼连续铸造生产高纯金属靶坯的装置

说明书

本发明公开一种氢等离子熔炼连续铸造生产高纯金属靶坯的装置，包括两个对称设置的固定架，两个固定架之间活动连接有多个水冷辊和驱动辊，水冷辊位于驱动辊斜上方，且与驱动辊啮合；固定架下方连接有结晶器，结晶器外壁缠绕有感应线圈，结晶器下方连接有引锭杆；多个水冷辊成“V”字形设置于结晶器上方；固定架上方安装有送料装置、源气体输送装置和电极装置。本发明提供的氢等离子熔炼连续铸造生产高纯金属靶坯的装置，采用多辊的单向转动实现反应槽底部未熔化金属的熔化，精炼后的金属靶坯熔体流入结晶器内进行电磁软接触连续铸造，进而获得高纯度、高致密度和具有一定取向的棒状溅射靶坯。

技术领域

本发明涉及高纯金属靶坯生产技术领域，特别是涉及一种氢等离子熔炼连续铸造生产高纯金属靶坯的装置。

背景技术

高纯溅射靶坯广泛的应用于半导体集成电路、记录介质、平面显示以及工件表面涂层等领域。不仅要求纯度高，而且要求组织致密，晶粒细小和合适的晶体取向。目前溅射靶坯的制备工艺主要为熔融铸造和粉末冶金。熔融铸造法其冶炼和浇注通常在真空或保护性气氛下进行。常规的模铸由于其凝固过程未经特殊的控制，容易在铸锭中形成疏松、缩孔和晶粒位向混乱，还有坩埚与铸模污染降低靶坯的纯度，进而影响溅射薄膜的质量。通过后续反复的热加工和热处理工艺可以改善疏松、降低孔隙率，但同样也会引入新的污染。而且熔铸法生产靶坯在晶粒尺寸和取向控制也存在不小的难度；粉末冶金法制备靶坯时，其关键在于：(1)选择高纯、超细粉末作为原料；(2)选择能实现快速致密化的成形烧结技术，以保证靶坯的低孔隙率，并控制晶粒度；(3)制备过程严格控制杂质元素的引入。目前对于高纯金属粉末，其气体含量一般都会比纯金属高1～2个数量级，粉末越细，气体含量控制越困难，含量也就越高，而且制备成本高。因此从靶坯纯度和制备成本的角度来看，熔铸法肯定是高纯靶坯制备的首选工艺。

然而，现有工艺具有诸多缺点：(1)感应熔炼：温度不高，不具备强还原性气氛，促进熔体中氧的脱除；(2)用陶瓷坩埚：坩埚污染，若用水冷坩埚，底部不能搅拌，导致合金成分不均匀，为此需反复翻转熔炼几次，才能获得均匀的合金熔体，而且是单炉熔炼，不能连续加料，很难制备大于20kg以上的靶坯；(3)金属或者陶瓷/石墨铸型浇注凝固，组织不可控，中间缩孔/疏松严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种氢等离子熔炼连续铸造生产高纯金属靶坯的装置，以解决上述现有技术存在的问题，采用多辊的单向转动实现反应槽底部未熔化金属的熔化，精炼后的金属靶坯熔体流入结晶器内进行电磁软接触连续铸造，进而获得高纯度、高致密度和具有一定取向的棒状溅射靶坯。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种氢等离子熔炼连续铸造生产高纯金属靶坯的装置，包括两个对称设置的固定架，两个所述固定架之间活动连接有多个水冷辊和驱动辊，所述水冷辊位于所述驱动辊斜上方，且与所述驱动辊啮合；所述固定架下方连接有结晶器，所述结晶器外壁缠绕有感应线圈，所述结晶器下方连接有引锭杆；多个所述水冷辊成“V”字形设置于所述结晶器上方；所述固定架上方安装有送料装置、源气体输送装置和电极装置。

可选的，所述引锭杆外套设有水冷套，所述水冷套内部中空，且一侧的上部连接有进水口，另一侧的下部连接有出水口。

可选的，所述结晶器侧壁由均匀分割的24瓣空心结构组成，每瓣空心结构内均设置有一个通水管，且相邻两瓣空心结构之间填充有绝缘材料。

可选的，所述固定架为矩形结构，中间开设有下凹的倒梯形反应槽，所述水冷辊均匀设置于所述反应槽两端。

可选的，所述水冷辊内部中空，一端连接有进水管，另一端连接有出水管。

可选的，所述源气体输送装置内输送有氢氩混合气。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：