鈰鎢電極取代釷鎢電極的一些方面

釷鎢電極始用于20世紀(jì)50年代初期，它是在鎢中加入≤3％的氧化釷。這種材料具有高的電子發(fā)射能力，耐燒損性和起弧性能良好；但是，由于釷是放射性元素，在生產(chǎn)、貯藏和使用過程中容易產(chǎn)生放射性污染，危害人體健康，因而從50年代中期開始，人們就開展了代釷材料的研究工作。1956年，美國路易斯(A．Louis)進(jìn)行了在金屬鎢粉中直接加入0．5％～3．0％氧化鈰粉末的試驗(yàn)，然后通過壓坯、垂熔、旋轉(zhuǎn)鍛造制出焊接用電極。兩年后，他將氧化鈰含量減少到0．01％～0．30％，使加工性能得到改善。1965年美國赫爾曼(J．Hermann)采用極細(xì)的純鎢粉壓制成生坯，將此生坯或經(jīng)過預(yù)燒的坯條浸泡在稀土金屬鹽類的溶液中，通過滲吸來實(shí)現(xiàn)摻雜，隨后燒結(jié)，并按常規(guī)方法旋鍛至所需直徑。1967年，羅蒙諾夫(V．N．Romonov)研制了含氧化鈰1％的鈰鎢材料，其制備工藝是：在800～850℃下將仲鎢酸銨煅燒成三氧化鎢，然后將鈰的硝酸鹽或氧化物水溶液摻入三氧化鎢懸浮液中，再把摻雜好的三氧化鎢用氫氣一次還原成鎢粉。加乙醇和甘油混合劑后，在600MPa壓力下壓成9mm×9mm×400mm的坯條，經(jīng)過預(yù)燒和垂熔后，坯條中CeO2含量為0．87％，旋鍛加工時(shí)，其加熱溫度為1475～1500℃。

作為電極材料，電子逸出功的高低是筏量材料電子發(fā)射性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。只有具有低的電子逸出功，才能滿足電弧穩(wěn)定、集中、承載電流密度大的工藝性能要求。實(shí)驗(yàn)證明，鈰鎢電極具有比釷鎢電極更低的電子逸出功(純鎢的電子逸出功為4．55eV，W-2％ThO2為2．7eV，W-2％CeO2為2．4eV)，這種電極材料比釷鎢電極具有更大的優(yōu)越性。首先，鈰鎢電極的電子發(fā)射能力強(qiáng)，容易得到細(xì)長的電弧，使熱量更為集中，其許用電流密度比釷鎢電極提高5％～8％。其次，鈰鎢電極的燒損率低，壽命長，引弧和穩(wěn)弧都易保證。再次，鈰鎢電極放射性劑量極低，僅及釷鎢材料的千分之一左右，相當(dāng)于大地泥土中的放射劑量。因此采用鈰鎢電極代替釷鎢電極，不僅可以消除生產(chǎn)和使用過程中對人體累積性的內(nèi)照射危害，并免除對環(huán)境的放射性污染，而且在技術(shù)性能和使用效果上也能取代釷鎢電極，某些性能甚至比釷鎢材料更優(yōu)越。

鈰鎢電極材料除了在氬弧焊、等離子弧焊方面取代釷鎢電極外，在等離子切割、等離子噴涂、等離子熔煉中的應(yīng)用效果也是令人滿意的。此外，作為激光光泵光源，以鈰鎢電極取代釷鎢電極后，使光源的光效提高12％左右，壽命提高5～10倍。在電光源中，對于中小功率氙燈已使用鈰鎢電極，在電真空中，鈰鎢材料作為封接件，具有較好的使用效果。