纳米Ｗ－稀土阴极材料的制备及性能

摘　要：运用高能球磨法制备了纳米尺度的Ｗ和稀土氧化物混合粉体，通过热压烧结制得晶粒尺寸仍为纳米级的阴极块体材料。分析了纳米晶阴极材料引弧性能优于传统阴极材料的原因。
　　关键词：纳米Ｗ；高能球磨；阴极材料
　　
　　随着钨极惰性气体保护焊（ＴＩＧ）和等离子（ＰＬＡＳＭＡ）等邻域内自动焊，等离子喷射、切割，高精度焊接等一系列新技术、新工艺的兴起，要求电极材料具有突出的可靠性和稳定性。热电子发射性能、起弧性能、高温耐烧蚀性能等是影响阴极材料使用性能的主要因素。纯金属钨极发射效率低、高温下再结晶形成等轴晶组织而变脆、易断裂。而致力于新型电极材料的研究目前集中在稀土（镧、铈、钇及其复合氧化物）钨电极材料方面。
　　金相学研究表明，电极的使用性能强烈依赖于稀土金属氧化物。燃弧过程中它们的行为是影响电极使用性能、电极温度、逸出功和电极稳定性的最重要的因素。通常情况下由于添加的稀土金属氧化物扩散速率远小于它的蒸发速率以及氧化物分布不均匀导致阴极的电弧烧蚀严重而限制了阴极材料的使用。因此稀土金属氧化物的补给与表面蒸发之间的平衡是实现稳定和长寿命工作的关键。另外，钨电极的晶粒形状也会影响稀土氧化物的行为和稳定性，并影响钨极的烧损情况。
　　纳米晶体由于小尺寸量子效应导致微粒熔点急剧下降、扩散性能增强、晶体稳定性提高等特性用于钨阴极材料制备可使阴极性能得以改善，同时可以实现稀土氧化物的均匀分布。本文通过试验研究的纳米阴极材料的制备过程并比较了其与常规阴极材料的使用性能。
　　１　试验
　　试验的工艺过程。　　
　　
　　１．１　纳米粉的制备
　　高能球磨法具有设备和工艺简单等优点，被普遍接受为制备纳米材料的方法之一。它能制备常规方法难以获得的高熔点金属（如钨等）或合金纳米材料。高应变速率下由位错的密集网络组成的切变带的形成是高能球磨导致纳米晶结构的主要形变机制。球磨最终获得的材料是由相互间无规则取向的纳米微晶粒组成。合理控制工艺可以使得稀土氧化物在钨中均匀分布并使二者尺寸均达到纳米级。
　　１．２　杂质和氧化物的去除
　　高能球磨的主要缺点是杂质和氧化，杂质多为球磨设备引入如球磨筒壁、搅拌杆和磨球。氧化则主要由于材料在达到纳米级时活性增大而设备密封不严成形的。杂质的去除主要通过化学酸洗和碱洗，化学处理后的粉末须经干燥和分散处理。
　　（１）酸洗去除铁杂质：２Ｆｅ＋２ＨＣＬ＝ＦｅＣＬ＋Ｈ

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