[发明专利]一种等离子体炬阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种等离子体炬阴极及其制备方法，等离子体炬阴极的制备方法包括：将铜包覆在材质为金属铪的电极本体的表面进行一次烧结，得到一次烧结体，一次烧结体中，电极本体与烧结得到的铜层之间形成铪铜合金层；将银包覆在一次烧结体的表面进行二次烧结，得到二次烧结体，二次烧结体中，烧结得到的银层和铜层相连接处形成铜银合金层。等离子体炬阴极包括：电极本体，其材质为金属铪；银散热层，包覆于电极本体的外表，并与电极本体连接；过渡层，其用于连接银散热层与电极本体，过渡层靠近电极本体一侧为铪铜合金层，过渡层靠近银散热层一侧为铜银合金层。该阴极导电性能和散热性能良好，且散热层与电极本体连接稳固，提升电极的使用寿命。

技术领域

本发明涉及离子发生器制备领域，特别涉及一种等离子体炬阴极及其制备方法。

背景技术

等离子体炬主要包括阳极、阴极、线圈三大部分，其广泛应用于等离子切割、等离子焊接、危废处理、火电厂点火等领域。

在等离子体炬的使用过程中，相比于其他部件，阴极所处得的环境更为恶劣，而阴极处于等离子炬放电中心，直接承受离子轰击、热辐射及放电电流带来的焦耳热，所以阴极的冷却是决定阴极寿命的重要因素之一。

目前，因为金属铪在高温条件下很难被氧化，并且金属铪具有很高的熔点，金属铪电子的逸出功及抗氧化能力也很强，所以当使用环境为空气、氧气或水蒸气等含氧介质时，通常选用金属铪作为阴极的材料。为提高阴极寿命，可在阴极的电极棒外面增加散热层，通过散热层把热量及时导出。例如：增加材质为铜的散热层，铜具有良好的导电导热能力，可解决温度过高带来的阴极氧化烧损，但是将纯铜作为散热层材料时，其寿命仅为20-35小时。为提高电极的使用寿命，阴极有待进一步优化。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种等离子体炬阴极，解决以上所述电极使用寿命短的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例第一方面提供了一种等离子体炬阴极的制备方法，等离子体炬阴极的制备方法包括：将铜包覆在材质为金属铪的电极本体的表面进行一次烧结，得到一次烧结体，一次烧结体中，电极本体与烧结得到的铜层之间形成铪铜合金层；将银包覆在一次烧结体的表面进行二次烧结，得到二次烧结体，二次烧结体中，烧结得到的银层和铜层相连接处形成铜银合金层。

进一步地，在进行一次烧结之前，对电极本体进行一次精整，一次精整包括打磨、抛光以及清洗处理；在进行二次烧结之前，对一次烧结体进行二次精整，二次精整包括打磨、抛光以及清洗处理。

进一步地，二次精整还包括：切削处理；对一次烧结体进行切削处理，使单质铜层的厚度大于铜铪合金层的厚度；单质铜层的厚度为0.01-0.05mm。

进一步地，一次烧结包括：将金属铪材质的电极本体装入模具；在装有电极本体的模具中填充铜粉；将装填有电极本体和铜粉的模具升温至第一预设温度，第一预设温度为930-1000℃，保温时间为5-30min；在室温至600℃的升温过程中，升温速率为90-110℃/min，在600-800℃的升温过程中，升温速率为40-60℃/min，在800℃至第一预设温度的升温过程中，升温速率为8-12℃/min。

进一步地，二次烧结包括：将一次烧结体装入模具；在装有一次烧结体的模具中填充银粉；将装填有一次烧结体和银粉的模具升温至第二预设温度，第二预设温度为740-800℃，保温时间为5-30min；在室温至600℃的升温过程中，升温速率为90-110℃/min，在600-700℃的升温过程中，升温速率为40-60℃/min，在700℃至第二预设温度的升温过程中，升温速率为8-12℃/min。

进一步地，一次烧结和二次烧结在抽真空以及加压环境下进行，加压压力为20-40MPa。

进一步地，一次烧结和二次烧结过程中需进行保压冷却，保压压力为20-40MPa。

进一步地，模具内壁铺设有石墨纸；模具与铜粉或银粉接触的一端表面涂覆有脱模剂。