掺杂钨丝的钾泡强化

掺杂钨丝中因含有钾原子的气泡而使钨丝的高温抗蠕变性能提高的机制。1918年，美国人柏斯(A．Pacz)发现在钨的氧化物还原之前加入微量硅、铝、钾的氧化物制备的坯条，经适当的加工和热处理制成的钨丝具有优异的高温抗蠕变性能，是白炽灯理想的灯丝材料。掺杂钨丝至今仍是电子、电光源工业的重要基础材料。掺杂钨丝的发明和生产虽然有半个多世纪的历史，但是由于受检测条件限制，人们对微观掺杂机制和强化机制长期未能认识，在不同时期曾提出多种假设和推论加以解释。因此，掺杂和强化机制始终是世界范围内受到关注的少数研究课题之一。

掺杂钨丝中形成有序排列的钾泡是造成掺杂钨丝优异高温抗蠕变性能的基础，这一论点不仅得到充分的实验证明，而且逐步作出了令人信服的理论解释，从而形成与完善了钾泡强化理论。掺杂钨丝钾泡强化因机制的完善和发展，已成为多种强化方法之一，在发展新型难熔金属材料中得到应用。

钾泡强化理论的形成与发展大致分为以下3个阶段：

(1)假设与推论阶段。1957年斯沃林(R．A．Swalin)和盖斯勒(A．H．Geisler)提出了掺杂剂线性排列说，认为掺杂剂的加入使钨坯条在烧结过程中保持较长时间的多孔体状态，从而使再结晶时晶粒能得到充分长大。赖克(G．D．Reich)等人也提出类似的掺杂剂线性排列说，认为钨丝拉伸过程中掺杂剂以一种管状钨青铜化合物形式存在于纤维边界上，这些平行于丝轴方向的管状物在再结晶过程中会妨碍或抑制晶粒沿丝径方向长大，从而形成长宽比极大的长晶。1962年米尔纳(T．Miller)提出了掺杂剂溶解说，认为掺杂剂有极少部分以溶解态形式存在，溶解的粒子与位错发生交互作用，导致再结晶时长大晶粒的形成。上述种种观点虽属推论和假设，缺乏充分的实验依据，但是对吸引人们关注和推动研究的深入起了积极的作用。

(2)理论建立与发展阶段。1967年，库(R．C．Koo)等人采用透射电子显微镜技术直接观察到在高温退火的钨丝中存在由掺杂物产生的高压蒸气所形成的小泡，同期斯诺(D．B．Snow)证实了小泡中含有钾原子。随后各国学者分别采用X射线能谱仪、二次离子质谱仪、俄歇电子能谱仪和场离子显微镜等最先进的电子分析仪器对掺杂钨丝各种状态下的微观结构以及掺杂物的形态和组成等作了系统的充分的实验观测，并在各自实验检测结果的基础上，提出了对掺杂钨丝强化机制的各种理论解释。其中美国的库、斯诺和中国的左铁镛等人作出了比较系统的实验分析和理论解释。1967～1985年是掺杂钨丝钾泡强化理论以精确的实验为基础而建立和发展的时期。

(3)以钾泡理论为基础开发新型高强度材料阶段。自1985年以来，历届难熔金属及硬质材料国际会议上，把钾泡理论研究扩展到和材料的强化与韧化这一材料领域基本课题结合起来，深入研究微量杂质对钨、钼晶粒间粘附力和晶界电子结构的影响，导致材料脆化的微观机制，并进而探讨消除杂质有害影响的技术措施。此外，把不同添加物在不同温度区域的弥散强化与掺杂钨的钾泡强化机制联系起来，探索适合于难熔材料的多种强化机制综合作用的强化理论。对强化和韧化机制的正确认识为设计与研制新型高温材料提供了理论依据。


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