钨丝掺杂机理

用粉末冶金和塑性加工方法制成的钨的丝材。钨丝分为纯钨丝和不下垂钨丝。纯钨丝由纯度达99．95％的钨粉制得；钨丝中绝大部分为不下垂钨丝。不下垂钨丝是在钨的氧化物原料中添加0.025％～0.05％氧化铝、0.3％～0.45％二氧化硅、0.25％～0.45％氧化钾而制成的钨丝，又称为掺杂钨丝或抗下垂钨丝。不下垂钨丝因其在再结晶温度以上使用时不像纯钨丝那样产生变形(下垂)而得名。纯钨丝主要用作电子管栅丝、边杆、引出线、支架，气体放电灯电极，发热元件等。不下垂钨丝主要用作白炽灯灯丝，电子管热丝、阴极、栅丝、气体放电灯电极、支杆、引出线等。

掺杂机理     钨丝绝大部分被用作灯泡灯丝，其使用温度高达2000～3000oC。灯泡灯丝、电子管热丝、阴极都是采用不下垂钨丝而不是采用纯钨丝。

(1)纯钨丝再结晶温度低于1500C。而且，再结晶后在室温下脆如玻璃，高温下产生严重变形。这是由于：其在再结晶后形成等轴状的结晶组织(图1)，晶界平直，室温下弯曲时沿垂直丝轴方向的晶界极易产生脆断。高温下晶粒沿晶界滑移导致下垂变形。

(2)不下垂钨丝二次再结晶温度高达1900～2500oC，且再结晶时形成沿丝轴方向纵向长大的结晶。并常形成锯齿状连锁晶界，从而阻止了高温下晶粒的滑移，而具有很好的抗下垂变形能力。由于垂直于丝轴晶界的大大减少，室温下沿晶界脆断的几率也大大减少，从而具有一定的弯折塑性。这一效果，归因于掺杂剂——Al2O3、SiO2，、K2O的作用。研究认为，主要是由于微量钾进入了钨的微观组织中，经高温烧结，在钨中形成细小的钾泡。在加工和热处理过程中，钾泡交替地被拉长和分裂成更细的泡列(图3)，这些小到几微米甚至零点几微米直径的泡列，沿丝轴方向排列而起到钉扎作用，使钨丝再结晶时晶粒的长大不能超越钾泡列的界限，从而使晶粒沿丝轴方向长大。Al2O3的作用是促进有效的钾含量，SiO2被认为主要起调节钨粉粒度的作用。


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