[發明專利]多元復合稀土鎢電子發射體的燒結方法

有效

• 申請號: 200710099087.2
• 申請日: 2007-05-11
• 公開（公告）號: CN101049633A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: 聶祚仁;李炳山;胡福成;楊建參;彭鷹;席曉麗
• 申請（專利權）人: 北京工業大學;北京鎢鉬材料廠
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;C22C1/05
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉萍

技術領域：

多元復合稀土鎢電子發射體的一種工業燒結制備方法，屬于稀土難熔金屬材料技術領域。

背景技術：

鎢電子發射體是真空電子元器件、惰性氣體保護焊、等離子焊接、切割、噴涂、熔煉以及特殊電光源中的關鍵材料，目前使用較多的是釷鎢材料(含ThO₂)和鈰鎢材料(含CeO₂)。釷鎢材料具有天然放射性，在其生產和使用過程中都將給環境和人體健康帶來危害；鈰鎢電子發射體具有較低的逸出功，但難以承載大的電流負荷，因而應用范圍有限，不能全面替代釷鎢電子發射體。

鑒于釷鎢電子發射體存在放射性污染，自二十世紀七十年代，世界各國相繼研制開發新型電子發射體材料以替代釷鎢，其中以稀土鎢電子發射體為主，研究發現稀土鎢電子發射體具有良好的電子發射性能，特別是摻雜多種復合稀土金屬氧化物的電子發射體，電子發射性能優異，能夠承載大電流負荷，綜合性能優于釷鎢發射體，按照傳統的鎢電子發射體的制備技術，垂熔燒結時應盡量使燒結坯條致密化，以利于后續加工，因此通常采用大電流燒結，燒結坯條密度控制在18.1-18.7g/cm³，然而燒結坯條的后續加工很不理想，成品率很低，僅在50％左右，遠低于釷鎢電子發射體的成品率70％，因而目前僅有燒結態的產品應用于等離子體切割及等離子體垃圾焚燒等對發射體形狀、狀態要求不嚴格的領域，對于更為寬廣的其他領域，較高的生產成本阻礙了它的應用。因此很難實現全面替代釷鎢電子發射體。

發明內容：

本發明改變傳統提高燒結溫度，以獲得高燒結密度，高加工成品率的傳統習慣，改變燒結曲線，適當降低燒結電流從而得到密度合適的燒結坯條，該坯條組織均勻，后續加工性能良好。

本發明提供了一種多元復合稀土鎢電子發射體的燒結方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)按重量百分比計，將含La₂O₃、Y₂O₃和CeO₂每種稀土氧化物含量為0.4～1.4％，三種稀土氧化物的總含量為2～2.2％，余量為鎢的稀土鎢金屬粉加入潤滑劑，在6-8MPa下壓制成13×13×450mm的坯條；

2)將壓制好的上述坯條放入鉬絲網爐進行預燒結，燒結溫度控制在1150-1350℃，保溫35-40分鐘；

3)將預燒后的坯條進行垂熔燒結，燒結電流按每增加200A保持2分鐘的速率，增至2400A，保溫2分鐘后，增加電流到2500A，保持1分鐘后，繼續增大電流到2700A，保持1分鐘，然后將最終電流加至2775-2825A，保持14-16分鐘后，即可得到燒結坯條。

燒結時氫氣流量應控制在1.0-1.4m³/h。按上述方法燒結的坯條密度在17.0-17.8g/cm³，坯條呈銀灰色，有金屬光澤，無裂縫、鼓泡和過熔等現象。

對于鎢鉬等難熔金屬而言，為使燒結坯條具有良好的加工性能，一般要求燒結坯條為致密體，傳統的燒結方法一般采用在坯條90％熔斷電流下保持30分鐘進行燒結，對于鎢行業常用的坯條13×13×450mm而言，其燒結電流為2900A-3100A，若采用此方法對多元復合稀土電子發射體進行燒結，雖能提高燒結坯條的密度，但同時會增大稀土元素的偏聚和燒損，稀土元素偏聚將導致組織不均勻，直接影響后續加工，導致產品成品率低至50％左右，稀土元素的燒損意味著電子發射體中低逸出功的活性物質的減少，直接會時多元復合稀土鎢電子發射體的發射性能下降。因此采用傳統燒結方法燒結出的坯條電子發射性能和加工性能差。