[发明专利]一种碳纳米管掺杂的稀土钨电极材料及制备方法

说明书

一种碳纳米管掺杂的稀土钨电极材料及制备方法，属于电极技术领域，以碳纳米管与稀土钨复合粉末为原料，与磨球及无水乙醇按一定比例放入球磨机进行球磨，使碳纳米管均匀分散在稀土钨粉体中，再将混合粉末进行烧结，其中碳纳米管含量为0.1％‑2％。本发明所制备的碳纳米管掺杂稀土钨电极材料可用作脉冲氙灯电极材料。当碳纳米管含量为1％，球磨时间为10h时，碳纳米管与稀土钨粉体基本不发生反应，碳纳米管能够保持其高强、高韧、高热导等优异特性。其硬度能够提高30％，逸出功达到2.91ev，相比纯钨降低36％，电子发射能力增强，晶粒细小。本发明所制备的碳纳米管掺杂的稀土钨电极抗烧蚀能力较强，能大幅度提高氙灯的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管掺杂的稀土钨电极材料，目的在于得到易加工、电子发射能力强的电极材料，属于电极技术领域。

技术背景

脉冲氙灯是一种通过脉冲放电形式将电能转化成辐射能的器件，储存在电容器上的能量在很短的时间内通过灯管以气体放电的形式释放，建立灯管内的高温等离子体，产生高亮度的辐射，从而激励工作物质。脉冲氙灯是一种新型光源，具有紫外连续光谱好、光强度大、发光效率高等特点，己经在固体激光器的光泵中得到广泛的应用，还具有体积小、亮度高、无需预热等特点，在水质监测、土壤分析以及医疗、化工处理领域得到了广泛的应用。

随着人们对脉冲氙灯阴极的要求越来越高，近年来发展起来的多元稀土钨电极为提高氙灯的性能提供了一些思路，如何研究和选择合适的成分来作为氙灯阴极成为了一个研究的热点。

这类电极产品的特点是需求量小，种类复杂繁多，通常需要面向电极厂商定制，专门投料进行烧结，压力加工制备，工艺复杂，成本较高，传统的电极制备技术所制备的单元稀土钨电极越来越不能满足脉冲氙灯对钨电极的要求，如何快速的制备出致密度更高晶粒组织模式更细小的稀土钨电极用来提高脉冲氙灯的寿命和性能成为了一直迫切的需求。本发明选择在钨粉中加入稀土氧化物的基础上，掺杂了CNTs，来控制材料中氧含量，进而制备出低逸出功、易加工、电子发射能力强的细晶组织的氙灯电极材料。

发明内容：

本发明的目的在于通过CNTs,并通过烧结制备出高致密度、易加工、电子发射能力强的细晶组织的氙灯电极。本发明经过粉末处理、预压成型、烧结等步骤，制备出相对密度达98.6％、硬度值接近800HV、逸出功为2.91ev、电子发射能力强的电极材料。

本发明提供的一种碳纳米管掺杂的稀土钨电极材料，其特征在于,在稀土钨中加入碳纳米管CNTs，碳纳米管CNTs重量百分含量为：0.1％-2％。

上述碳纳米管掺杂的稀土钨电极材料的制备过程，其特征在于，采用固-液掺杂方式，包括以下步骤：

(1)由于CNTs的比表面积大，表面能高，极其容易团聚，所以首先将CNTs和稀土钨粉末于无水乙醇中超声分散，然后干燥；

(2)将上步分散均匀的粉末原料、球磨球、无水乙醇放入球磨罐中进行球磨处理，从而得到混合粉末；

(3)将上述粉末干燥后，在烧结温度为1400-1800℃、烧结压力为50-70MPa、保温时间为50-70min的条件下进行真空热压烧结，制得氙灯用的电极材料。

进一步优选步骤(2)中放入球磨罐中的原料、磨球和无水乙醇的质量比为1:5:2，磨球的直径大小不一；所用的球磨球为氧化锆球，所用的球磨罐为氧化锆罐。

进一步优选步骤(2)中所述球磨处理的转速为400r/min，球磨时间为5-15h。

相比于现在氙灯电极所用的多元稀土钨电极，本发明提供的碳纳米管掺杂的稀土钨电极材料的相对密度可以达到98.6％，硬度接近800HV、逸出功为2.91ev，着火电压较低。

附图说明：

图1是不同CNTs含量下，碳纳米管掺杂的稀土钨电极材料相对密度、显微硬度变化图。