[发明专利]一种阳极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种阳极材料及其制备方法。该阳极材料包括平均晶粒尺寸在60μm～120μm范围和平均晶粒长宽比在5:1以上的钨晶粒和分布在所述钨晶粒晶界的K元素，并采用静液快速锻造工艺、再结晶退火、旋锤变形制成。该阳极材料可有效控制含钨基材晶粒尺寸及晶粒长宽比，明显提升制得的阳极材料的机加工刀损、耐高温稳定性和耐电子轰击能力的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种阳极材料及其制备方法，尤其是一种能在1800℃～2200℃下长时稳定工作的阳极材料及其制备方法，属于难熔金属制品加工技术领域。

背景技术

钨是一种不可再生的战略性资源，具有许多优良的物理和化学性能，业已广泛应用于钢铁、化工、有色冶金、航天航空等领域，例如，使用作为氙灯阳极材料。随着现在数码电影技术、半导体光刻技术的发展，对氙灯阳极材料的使用寿命、耐电子轰击性能等指标也提出了更高的要求。

中国发明专利申请CN103658655A公开了一种氙灯钨阳极的生产方法，该方法将钨原料粉末经压坯烧结、锻造、高温退火、形状精加工等处理后得到氙灯钨阳极，但该方法中只是单方面强调满足阳极的密度、纯度要求，对于晶粒形貌的尺寸、长宽比未作限定与研究。目前国内氙灯阳极传统生产方法的成本虽低，但所制备的氙灯阳极棒材产品的晶粒多为短小晶粒，甚至局部粗晶，机械加工性能差，高温稳定性不足，使用寿命较短，难以满足上述新兴技术领域对阳极综合性能的质量要求。

发明内容

鉴于上述情况，本发明提供一种阳极材料，可有效控制含钨基材晶粒尺寸及晶粒长宽比，明显提升制得的阳极材料的机加工刀损、耐高温稳定性和耐电子轰击能力的综合性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种阳极材料，其特征在于，所述阳极材料包括平均晶粒尺寸在60μm～120μm范围和平均晶粒长宽比在5:1以上的钨晶粒和分布在所述钨晶粒晶界的K元素。

本发明含钨基材长条形的晶粒形态，在高温下晶粒形态不会发生明显变化，在1800℃～2200℃高温下的保形性比较好，且由于晶粒具有一定尺寸，当使用中大量电子轰击时，不容易被损蚀，也就可以承受更大密度的电子轰击，延长了使用寿命，达到1000h～1800h。

本发明的另一目的在于提供一种阳极材料的制备方法。

一种阳极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)选择含钨基材，所述含钨基材中包含99.98wt％以上的W，0.002wt％～0.010wt％的K，其余为不可避免的杂质元素；

2)采用静液快速锻造工艺，累计变形量30％～50％，获得均匀致密化的含钨基材；

3)对所述均匀致密化的含钨基材原材进行再结晶退火，再随炉冷却，得到均匀再结晶的含钨基材；

4)将所述均匀再结晶的含钨基材，在还原性气体保护下进行加热，经过40％～70％的累计旋锤变形，制得阳极材料。

现有认知中，多通过改变阳极材料含钨基材的成分，如添加合金化元素、掺杂剂等以改善阳极材料性能，而对于在一定成分条件下，进一步通过先进制备工艺提高材料致密度、控制并改善晶粒尺寸/长宽比等显微组织以提高阳极材料性能，较少见诸于研究。传统工艺多直接使用自由锻/旋锻方式对含钨基材进行致密化开坯锻造，操作简单方便，但往往内外部变形不一致、变形不均匀，材料外缘的变形量大而心部变形量相对较小，从而微观结构呈现各向异性，无法保证阳极材料性能的均匀性，导致后续过程中可能产生劈裂、分层、微裂纹、空洞、夹杂等缺陷，影响使用寿命、耐高温稳定性、物理性能和机加工性能等。