鎢鈰電極材料是非放射性、難熔的或非自耗的金屬電極材料,運用於惰性氣體保護電弧焊、等離子焊接、切割、噴塗及熔煉,鐳射光源和氣體放電光源等技術中的電極,以及真空電子束塗膜陰極燈絲等.本發明採用粉末冶金工藝,嚴格控制工藝參數,製備成氧化鈰含量在1.0—4.5%的鎢鈰電極材料,從而克服了長期為人們所認為含氧化鈰超過1.0%的鎢鈰電極材料出現加工脆性的難題。

鎢鈰電極材料的製造方法及設備屬於化工和冶金技術領域。本發明的第一特徵是，用液—液混合法代替現行的液—固混合法，使添加劑、二氧化鈰在鎢基中的彌散最均勻，從而大大改善了鎢鈰電極材料的加工性能和使用性能；本發明的第二特徵是，用噴霧乾燥法代替現行的攪拌蒸發和盤式乾燥，使鎢粉粒度、粒度分佈和顆粒形狀得以控制，從而保證了加工性能，便於連續、自動和大規模生產。也為鎢鈰電極材料的推廣與應用奠定了基礎。


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純鎢是生產純鎢產品的材料。純鎢是所謂的純其純度超過99.95％。純鎢製成的產品具有最高密度的鎢製品，包括鎢合金以及硬質合金產品。純鎢產品是由客戶的首選，其高密度，耐高溫，高耐腐蝕性，高耐磨性，高硬度，以及較低的熱膨脹。鎢是一種化學元素，化學符號W和原子序數74。純鎢產品包括鎢電極，鎢絲，鎢觸點，鎢加熱子，鎢絲，鎢坩堝，等等。

純鎢電極是氬弧焊接最早使用的電極，但在直流焊接條件下，該品種電極容易出現不起弧或維護不穩定的情況，加入稀土氧化物能極大的改善這種情況，因此，純鎢電極僅作為交流條件下的焊接電極或作為電阻焊電極。純鎢電極含鎢最低99.5%，沒有合金元素。純鎢具有非常高的電子逸出功，因此相比其他合金鎢電極而言，純鎢電極起弧更難，，維持弧束的穩定性也更難。另外，由於具有較高的電子逸出功，電極尖端溫度較高和容易發生晶粒長大，這將會導致弧束不穩定，起弧更難，而且使用壽命也更短。純鎢僅用於交流焊接，然而，不錯的直流也可以選擇。


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釷是一種放射性的四價金屬元素,以化合物的形式存在於礦物內(例如獨居石和釷石),通常與稀土金屬連系在一起,主要作為質量數為232的同位素,半衰期為1.39×10 10 年,放射出α粒子而形成新釷1 [thorium]——元素符號Th，釷週邊電子排布是6d27s2，核外電子排布為2，8，18，32，18，10，2。同位素及放射線有Th-226[30.6m]、 Th-227[18.72d]、 Th-228[1.91y] 、Th-229[7340y]、 Th-230[75400y] 、Th-231[1.06d]、 Th-232(放 α[14000000000y])、 Th-233[22.3m]、 Th-234[24.1d]。 密度11.7克/釐米3。熔點約1750℃，沸點約4000℃。在1400℃以下原子排列成面心立方晶體；當加熱達到此溫度時，便改為體心立方晶體。銀白色金屬，長期暴露在大氣中漸變為灰色。質較軟，可鍛造。不溶於稀酸和氫氟酸，但溶於發煙的鹽酸、硫酸和王水中。硝酸能使釷純化。苛性鹼對它無作用。高溫時可與鹵素、硫、氮作用。放射性元素，半衰期約為1.4×1010年。所有釷鹽都顯示出+4價。在化學性質上與鋯、鉿相似。

釷鎢電極是最早使用的稀土鎢電極，也是迄今為止焊接性能最好的鎢電極品種，因此，在全球範圍內該品種鎢電極市場佔有率最高，但因為釷鎢電極在粉末冶金和壓延磨拋過程中會發生放射性污染，因此歐美國家限制生產該品種電極，但因為其優良的焊接性能，其使用並沒有受到限制。


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鑭是一種化學元素，它的化學符號是La，它的原子序數是57，屬於鑭系元素，為稀土金屬中最活潑的金屬，在空氣中很容易氧化。鑭在獨居石礦中約占稀土總量的25%。銀白色的軟金屬，有延展性。能與水作用。易溶於稀酸。在空氣中易氧化；加熱能燃燒，生成氧化物和氮化物。在氫氣中加熱生成氫化物。它是稀土元素中第二個最豐富的元素，常與其他稀土元素一起存在于獨居石中、氟碳鍶鑭礦中。它是鈾、釷或鈈裂變的放射性產物之一。它能賦予玻璃特殊的折光性能，使玻璃具有較高的折射率。 鑭的製備一般由水合氯化鑭經脫水後，用金屬鈣還原，或由無水氯化鑭經熔融後電解而制得。常用來製造昂貴的照相機鏡頭。138La是放射性的，半衰期為1.1×1011年，曾被試用來治療癌症。

鑭鎢電極是歐洲國家在八十年代推出的企望替代釷鎢產品的改良品種，一經推出，以其優良的焊接性能在國際焊接界倍受關注並非常流行，尤其受到歐洲焊接學院派的追捧，因為這個原因，鑭鎢電極的出口量僅次於釷鎢，而在國內市場認知度並不高。其特點是導電性能最接近2%釷鎢電極，耐用電流高而燒損率最小。


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鈰是一種化學元素，它的化學符號是Ce，原子序數58，原子量140.115，屬於鑭系元素，也是稀土元素之一。元素名來源於小行星穀神星的英文名。1803年德國化學家克拉普羅特、瑞典化學家貝采利烏斯分別發現了鈰的氧化物。鈰的天然穩定同位素有4種：鈰136、138、140、142。鈰在地殼中的含量約0.0046%，是稀土元素中豐度最高的。灰色軟金屬。在獨居石中占稀土總量的40%以上。鈰化學性質活潑，在空氣中用刀刮即著火，溶於酸，不溶於堿。 鈰為鐵灰色金屬，有延展性，熔點799°C，沸點3426°C，密度6.657克/釐米³。鈰是除銪外稀土元素中最活潑的。鈰在室溫下很容易氧化；在冷水中緩慢分解，在熱水中反應加快；大多數鈰鹽及其溶液為橙紅色到橙黃色，具有反磁性和強氧化性。二氧化鈰用於拋光精密玻璃製品，也可做玻璃去色劑和用於生產有色玻璃，硝酸鈰用於製造白熾燈罩。

鈰鎢電極是在鎢基中添加稀土氧化鈰經過粉末冶金和壓延磨拋工序製作而成的鎢電極產品，是我國最早生產的無放射性鎢電極產品，該產品的特點是在低電流條件下有著優良的起弧性能，維弧電流較小。因此，它常用於管道，不銹鋼製品和細小精密部件的焊接。在低電流直流條件下或電極直徑在2.0mm以下，鈰鎢電極是釷鎢電極的首選替代品。


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隨著焊接材料工業的不斷進步與發展，對電極材料的可靠性和穩定性提出了更為苛刻的要求。多元稀土氧化物以其高熔點，低電子逸出功，優良的熱電子發射性能，成為代替釷鎢的主要材料，並在小規格焊接用鎢電極方面成功地取代了釷鎢；但在交流氬弧焊時仍存在引弧較差、使用壽命短等不足之處。一般來說，複合稀土鎢電極的燃弧特性均優於單元稀土鎢電極，而複合稀土鎢電極中，三元複合又好于二元複合。

世紀80年代後期，一批日本學者在研製新型鎢電極材料方面取得了一些進展，特別是研究了一系列複合稀土鎢電極材料。在電極成分設計、性能比較和機理探討方面做了大量工作，發現二元複合稀土能改善鎢電極的性能。大阪大學的學者們對複合(二元、三元)的稀土鎢電極也進行了研究，初步研究表明：對二元稀土鎢電極而言，氧化鈰：氧化釔=1：3(鎢-氧化鈰=0．5％，鎢-氧化釔=1．5％)；二氧化鈰：氧化鑭=1：1；氧化鑭：氧化釔=1：3，這三種成份的鎢電極性能較為突出，尤其是耐久性，其中1：3的(氧化鑭+氧化釔)鎢電極燃弧4h(180A)仍具良好的性能，燃弧10h的性能耐久性也可接受，這比單元稀土鎢電極的耐久性要強得多。對於三元稀土鎢電極來說，最佳的稀土氧化物比例是氧化鈰：氧化鑭：氧化釔=1：1：3，這種電極的良好操作性能可持續10h(180A)，較其他二元電極和單元鎢-氧化鑭電極(10h熔化嚴重)的端部形狀保持得更好。在複合稀土氧化物鎢電極中，此類電極的工作溫度最低，發射效率最高：電子逸出功最低，即發射本領最高，綜合性能較為突出。北京工業大學和北京鎢鉬材料廠合作研究二元複合稀土鎢電極，以及三元複合稀土鎢電極，認為複合鎢電極的焊接電弧和工藝均優於單稀土鎢電極和釷鎢電極。


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不銹鋼焊條純鎢的熔點高（3650K）、電子發射能力強、彈性模量高、蒸汽壓低，最早被用作電子發射材料，但純鎢的發射效率很低，並且在高溫下再結晶形成等軸狀晶粒組織會變脆，易斷裂。為了克服上述缺點，各國材料工作者致力於研究和開發各種新型電極材料，以鎢為基，摻雜一些高熔點、電子逸出功率低的稀土金屬氧化物，即可提高再結晶溫度，又能啟動電子發射。但是，在以稀土鎢電極為研究方向的基礎上，儘管已經取得了一些成就，但從目前的全球市場來看，鎢電極的替換使用仍然任重而道遠。

在我國90年代，為了制取性能優良且無污染的鎢電極，在三氧化鎢粉末中添加氧化鑭，經過還原、壓制、垂熔、旋鍛、拉伸制得了鑭鎢電極。經分析，鑭鎢電極的電性能明顯優於鈰鎢和釷鎢電極，鑭鎢中的氧化鑭的遷移速率和蒸發速率低，能形成較好的燕尾搭接金相組織，具有良好的高溫抗蠕變性能。採用高能球磨和真空熱壓燒結工藝製備出塊體納米晶鎢-氧化鑭電極材料，研究了不同氧化鑭含量對納米晶鎢電極材料電性能的影響，同時用掃描電鏡和能譜儀測定了燃弧後電極尖端La的分佈及顯微組織。結果表明：納米晶鎢-氧化鑭電極的電性能優於傳統的粉末冶金粗晶鎢電極。當氧化鑭含量在6％～8％時，其熱電子發射能力和穩定性最好，但是隨著稀土氧化鑭含量的增大，鑭鎢電極的成型性和加工性更加困難。


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不銹鋼焊條純鎢的熔點高（3650K）、電子發射能力強、彈性模量高、蒸汽壓低，最早被用作電子發射材料，但純鎢的發射效率很低，並且在高溫下再結晶形成等軸狀晶粒組織會變脆，易斷裂。為了克服上述缺點，各國材料工作者致力於研究和開發各種新型電極材料，以鎢為基，摻雜一些高熔點、電子逸出功率低的稀土金屬氧化物，即可提高再結晶溫度，又能啟動電子發射。但是，在以稀土鎢電極為研究方向的基礎上，儘管已經取得了一些成就，但從目前的全球市場來看，鎢電極的替換使用仍然任重而道遠。

1913年平奇(Pintsch)發現了鎢-二氧化釷電極材料，在純鎢中添加2%（品質分數）左右的二氧化釷，其逸出功率降低近一半而減小至2.63eV（純鎢為4.55eV），大大提高了發射效率，可達50mA/W~70mA/W（經碳化的純鎢電極只有25mA/W~40mA/W）.而且鎢-二氧化釷的引弧和穩定性能也比純鎢大大提高。但是釷屬於天然放射性元素，其α射線的半衰期長達1.4×1014年，在生產和使用中的放射性污染對環境和人體健康造成危害；日益高漲的環保意識限制了它的發展，而且鎢-二氧化釷電極的電弧穩定性和耐久性也不能滿足日益發展的焊接技術的需求，因此各國材料工作者都一直在進行研究和開發新的代釷鎢電極材料。


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不銹鋼焊條純鎢的熔點高（3650K）、電子發射能力強、彈性模量高、蒸汽壓低，最早被用作電子發射材料，但純鎢的發射效率很低，並且在高溫下再結晶形成等軸狀晶粒組織會變脆，易斷裂。為了克服上述缺點，各國材料工作者致力於研究和開發各種新型電極材料，以鎢為基，摻雜一些高熔點、電子逸出功率低的稀土金屬氧化物，即可提高再結晶溫度，又能啟動電子發射。但是，在以稀土鎢電極為研究方向的基礎上，儘管已經取得了一些成就，但從目前的全球市場來看，鎢電極的替換使用仍然任重而道遠。

鈰鎢是為了取代具有放射性污染的釷鎢材料而發展起來的新型鎢電極材料，前蘇聯在上世紀60年代已有研製新型電極材料的報導，我國上海燈泡廠在1973年開始研究W-CeO2電極，首先試製成功並應用，並已被國際標準化組織列入非熔化極標準中。目前國外大多採用純鎢粉與鈰化合物直接混合的方法制取鈰鎢粉末。國內則通過採用藍鎢濕法摻雜二氧化鈰，一次性還原、酸洗、等靜壓成型、軋製開坯等工藝所研製的鈰鎢電極，經檢測和使用表明，所研製的鈰鎢粉末純度高，壓制性能和燒結性能好；鈰鎢坯的鈰含量均勻，加工性能良好。電極一致性好，起弧性能佳，贏得了用戶的廣泛好評。實踐證明，鈰鎢電極在小規格焊接用鎢電極方面成功取代了釷鎢，但在交流氬弧焊電極、氣體放電光源等方面尚不能完全取代釷鎢，而且鈰鎢電極還存在引弧較差，使用壽命較短等不足之處。


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７０年代上海燈泡廠研製成鈰鎢電極，隨後實現了工業化。稀土金屬鈰比釷（Ｔｈ）具有更高的電子發射功能，又屬於非放射性元素。製成的電弧應用性能對比結果：２％鈰鎢優於日本２％釷鎢，４％的鈰鎢優於２％的鈰鎢（無４％釷鎢電極），具體表現為：電弧壓縮性高，電弧細長穩定，能量集中，起弧電源或電壓低，斷弧間距大，使用壽命成倍提高。４％鈰鎢電極的應用，攻克了棉紡品防縮處理用“阻尼防縮機中關鍵部件阻尼棍子”等離子熱噴塗的表面光潔度難關，打破了外商的壟斷，使針棉織創匯價值大大提高。地質部科研用的鉑箔筒封口技術，要求不使筒內液體化學物質揮發減量的難題，也是借助４％鈰鎢電極才解決。

水電部已規定，凡一萬千瓦以上發電機組必須用上海燈泡廠的鈰鎢電極焊接，以保證品質。國防用雷射器件採用鈰鎢電極後壽命從原來用釷鎢電極的十多分鐘，提高到數百小時，能量負載及光效也提高，解決了臨戰實用問題。１９８２年我國海上導彈試驗時，國產雷射器性能超過外國同類器件，其中鈰鎢電極顯示了巨大的作用。此外在航標燈、飛機道路燈、眼底螢光照相燈、照明排版燈等１４０餘種氣體放電光源中應用取得了良好效果。目前，２％鈰鎢電極已列入了國際標準，我國也制定出鈰鎢電極國家標準，使我國首先在國際上形成能取代國際標準中釷鎢系列中添加１％、２％、３％、４％的非放射性鈰鎢電極標準。


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