[发明专利]一种氢化物掺杂的稀土钨电极材料及制备方法

说明书

一种氢化物掺杂的稀土钨电极材料及制备方法，属于难熔金属材料技术领域。本发明的目的在于通过提供一种细晶、高致密的电极材料，提升稀土钨电极的性能，拓展其应用领域。本发明的特征在于：在金属钨中加入稀土氧化物(La₂O₃与Y₂O₃)和氢化物(ZrH₂)。氧化镧(La₂O₃)的质量百分含量为1％～3％，氧化钇(Y₂O₃)的质量百分含量为0.05％～0.1％，氢化锆ZrH₂的质量百分含量为0.05％～0.1％。经球磨混粉和真空热压烧结制备出稀土钨电极材料。在该种电极材料烧结过程中氢化锆会脱氢形成活性锆，活性锆会吸收电极中的杂质氧、氮等元素，净化钨晶界，调控电极材料中氧的含量，从而提高电子发射性能。

技术领域

本发明涉及一种氢化物掺杂的稀土钨电极材料，目的在于得到环境友好的、电子发射性能更加优良的稀土钨电极材料，属于难熔金属材料技术领域。

技术背景

为了促进现代的焊接、热喷涂、等离子体应用技术以及气体放电光源的发展，各国的材料研究者都努力的开发性能更加优异的电极材料。金属钨由于熔点高，热电子发射能力强，很早被应用于电极材料。但是钨在高温下会形成等轴晶使变脆发生断裂，发射效率也会降低，使用寿命短。后来人们在钨中加入2％的ThO₂后，获得了高而稳定的电子发射性能。由于钍是放射性元素，会对人体以及环境造成伤害，需要替代，而稀土氧化物具有优异的电子发射能力，对环境和人体无放射性伤害，因此稀土钨电极替代钍钨电极已经成为钨电极行业的发展趋势。

钨电极中的氧含量的含量一直是人们关注的热点，电极中含有适量的氧，能与掺杂的稀土耦合降低电极工作表面的逸出功，提升稀土钨电极的电子发射性能，而氧含量过多则在电极工作时，易于和钨结合，生成低熔点的氧化钨，造成电极的烧损。以此如何调控稀土钨电极中的氧含量十分重要。

此外稀土钨电极的致密度、晶粒大小对于电极的电子发射性能有着重要的影响，致密度低，电极材料内含有大量空穴，在电极高温工作时大量的杂质气体逸出，毒化电极的使用性能。因此高致密性是保障电极性能优良的基本前提。细小的晶粒组织在电极工作时能够提供更多稀土活性物质的快速扩散通道，使电极的工作性能更加稳定，因此细晶的电极组织已经成为目前电极材料研究和工业生产追求的目标之一。目前钨电极的工业制备流程为：掺杂、还原、烧结、塑性加工，工艺流程较长，很难做到精确控制钨电极的氧含量和晶粒尺寸。真空热压烧结是近些年发展起来的一种新的粉末冶金制备技术，与其他制备方法相比有许多优点。首先真空热压烧结的加压与升温是同时进行的，可以使颗粒在烧结过程中进行扩散，所需的烧结压力较低。其次，真空热压烧结与其他烧结方法相比温度更低，可以节约大量的时间，在更短的时间制备出组织更加致密，晶粒更加细小的烧结体，提高生产的效率。最后，真空热压烧结过程中可以保持真空的环境避免与氧气接触，减少氧对电子发射的有害作用，制备出性能更优的烧结体。

发明内容：

本发明的目的在于通过加入稀土氧化物(La₂O₃与Y₂O₃)和氢化物(ZrH₂)，并通过真空热压烧结制备出高致密度的细晶稀土钨电极材料，其电子发射性能优异。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术手段。

一种氢化物掺杂的稀土钨电极材料，其特征在于，在金属钨中加入稀土氧化物La₂O₃与Y₂O₃和氢化物ZrH₂，其中氧化镧(La₂O₃)的质量百分含量为1％～3％，氧化钇(Y₂O₃)的质量百分含量为0.05％～0.1％，氢化锆ZrH₂的质量百分含量为0.05％～0.1％。