摻雜鎢絲的鉀泡強化

摻雜鎢絲中因含有鉀原子的氣泡而使鎢絲的高溫抗蠕變性能提高的機制。1918年，美國人柏斯(A．Pacz)發現在鎢的氧化物還原之前加入微量矽、鋁、鉀的氧化物製備的坯條，經適當的加工和熱處理製成的鎢絲具有優異的高溫抗蠕變性能，是白熾燈理想的燈絲材料。摻雜鎢絲至今仍是電子、電光源工業的重要基礎材料。摻雜鎢絲的發明和生產雖然有半個多世紀的歷史，但是由於受檢測條件限制，人們對微觀摻雜機制和強化機制長期未能認識，在不同時期曾提出多種假設和推論加以解釋。因此，摻雜和強化機制始終是世界範圍內受到關注的少數研究課題之一。

摻雜鎢絲中形成有序排列的鉀泡是造成摻雜鎢絲優異高溫抗蠕變性能的基礎，這一論點不僅得到充分的實驗證明，而且逐步作出了令人信服的理論解釋，從而形成與完善了鉀泡強化理論。摻雜鎢絲鉀泡強化因機制的完善和發展，已成為多種強化方法之一，在發展新型難熔金屬材料中得到應用。

鉀泡強化理論的形成與發展大致分為以下3個階段：

(1)假設與推論階段。1957年斯沃林(R．A．Swalin)和蓋斯勒(A．H．Geisler)提出了摻雜劑線性排列說，認為摻雜劑的加入使鎢坯條在燒結過程中保持較長時間的多孔體狀態，從而使再結晶時晶粒能得到充分長大。賴克(G．D．Reich)等人也提出類似的摻雜劑線性排列說，認為鎢絲拉伸過程中摻雜劑以一種管狀鎢青銅化合物形式存在於纖維邊界上，這些平行於絲軸方向的管狀物在再結晶過程中會妨礙或抑制晶粒沿絲徑方向長大，從而形成長寬比極大的長晶。1962年米爾納(T．Miller)提出了摻雜劑溶解說，認為摻雜劑有極少部分以溶解態形式存在，溶解的粒子與位錯發生交互作用，導致再結晶時長大晶粒的形成。上述種種觀點雖屬推論和假設，缺乏充分的實驗依據，但是對吸引人們關注和推動研究的深入起了積極的作用。

(2)理論建立與發展階段。1967年，庫(R．C．Koo)等人採用透射電子顯微鏡技術直接觀察到在高溫退火的鎢絲中存在由摻雜物產生的高壓蒸氣所形成的小泡，同期斯諾(D．B．Snow)證實了小泡中含有鉀原子。隨後各國學者分別採用X射線能譜儀、二次離子質譜儀、俄歇電子能譜儀和場離子顯微鏡等最先進的電子分析儀器對摻雜鎢絲各種狀態下的微觀結構以及摻雜物的形態和組成等作了系統的充分的實驗觀測，並在各自實驗檢測結果的基礎上，提出了對摻雜鎢絲強化機制的各種理論解釋。其中美國的庫、斯諾和中國的左鐵鏞等人作出了比較系統的實驗分析和理論解釋。1967～1985年是摻雜鎢絲鉀泡強化理論以精確的實驗為基礎而建立和發展的時期。

(3)以鉀泡理論為基礎開發新型高強度材料階段。自1985年以來，歷屆難熔金屬及硬質材料國際會議上，把鉀泡理論研究擴展到和材料的強化與韌化這一材料領域基本課題結合起來，深入研究微量雜質對鎢、鉬晶粒間粘附力和晶界電子結構的影響，導致材料脆化的微觀機制，並進而探討消除雜質有害影響的技術措施。此外，把不同添加物在不同溫度區域的彌散強化與摻雜鎢的鉀泡強化機制聯繫起來，探索適合於難熔材料的多種強化機制綜合作用的強化理論。對強化和韌化機制的正確認識為設計與研製新型高溫材料提供了理論依據。


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