一种钨基电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钨基电极材料及其制备方法。本发明专利技术是以氧化钨、可溶性镍盐和可溶性锶盐为原料，依次进行固-液掺杂、煅烧、还原、成型、烧结，制得一种钨基电极材料，该钨基电极材料中，以100重量份计，钨、镍、锶的重量份数为：88～98.5重量份、0.5～6重量份、1～6重量份。使用本发明专利技术提供的电极材料制备的高能点火气体放电管最高放电次数可达198万次，比国外同类产品使用寿命更长，对于打破国外对此类产品出口我国的限制，满足国家国防需要，具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种钨基电极材料及其制备方法
本专利技术涉及一种钨基电极材料及其制备方法，特别涉及一种高能点火气体放电管用钨基电极材料及其制备方法，属于难熔金属材料领域。
技术介绍
高能点火气体放电管主要用于高能点火器，作控制大能量的开关，主要应用在军用宇航、机载、弹载发动机点火器上，也可以应用在民用船舶、锅炉、油田等的点火系统中。在军用高能点火气体放电管技术方面，由于我国长期受西方国家禁运和封锁，无法引进有关的先进技术和产品。放电电极是高能点火气体放电管的一个重要元件，它的性能直接决定放电管的性能和寿命。在电极工作过程中，一方面要不断地发射出电子，另一方面也要受到热的作用、承受被电离的离子的回击，因此，研制高能点火气体放电管，其中一项主要的工作内容就是研制长寿命电极，目的是在保证足够良好的发射效率的前提下提高电极的耐离子轰击和防溅射能力，从而实现稳定的大能量不间断点火。钨因为具有较高的熔点、耐离子轰击等特点，常用来作为电极材料，但是逸出功较高，工作温度高、发射效率低。因而常用的钨电极是在钨基体中添加低逸出功的组分来提高电极的电子发射效率，其中碱土金属氧化物因为较低的逸出功而受到青睐。传统的氧化物阴极是在钨表面涂覆一层碱土金属碳酸盐，经高温分解得到氧化物，但是涂层在离子的作用下容易发生开裂或脱落，影响电极的使用寿命。另外在基体金属和碱土金属氧化物涂层的界面上会发生反应产生中间层，中间层的存在会抑制基金属中的活性元素向表层扩散，降低了氧化物阴极的发射性能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种钨基电极材料及其制备方法，以氧化钨、可溶性镍盐和可溶性锶盐(选用的镍盐和锶盐需满足两个条件：1).能够完全溶解于水；2).能够分解成镍和锶的氧化物，且煅烧过程中不会产生含W、Ni、Sr和O以外的新相留存在粉末中。本专利技术优选用其硝酸盐)为原料，依次进行固-液掺杂、煅烧、还原、成型、烧结，制得钨基电极材料。使用该种材料制备的高能点火气体放电管比国外同类产品使用寿命更长，对于打破国外对此类产品出口我国的限制，满足国家国防需要，具有重要意义。根据上述目的，本专利技术技术方案的工艺原理为：将低逸出功组分碱土金属直接“存储”在钨基体内，提高了电极的抗轰击能力。少量的镍起到活化烧结的作用，使得材料在较低的烧结温度下致密化。为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：一种钨基电极材料，所述钨基电极材料由氧化钨、可溶性镍盐和可溶性锶盐制成，最终得到的所述钨基电极材料中，以100重量份计，钨、镍、锶的重量份数为：钨：88～98.5重量份、镍：0.5～6重量份、锶：1～6重量份；所述钨基电极材料的密度为12～18g/cm3(比如12.2g/cm3、12.8g/cm3、13.0g/cm3、13.5g/cm3、14.0g/cm3、14.3g/cm3、14.8g/cm3、15.5g/cm3、17.0g/cm3、17.5g/cm3、17.7g/cm3)。在上述钨基电极材料中，钨、镍、锶的质量份数之和为100，具体地，所述钨、镍、锶的质量份数可以依次为98.5、0.5、1，或依次为96.5、0.5、3，或依次为93.5、0.5、6，或依次为96、3、1，或依次为94、3、3，或依次为91、3、6，或依次为93、6、1，或依次为91、6、3，或依次为88、6、6，或依次为96.7、1、2.3。在上述钨基电极材料中，所述可溶性镍盐和所述可溶性锶盐只要满足如下两个条件即可：1)能够完全溶解于水；2)能够分解成镍和锶的氧化物，且煅烧过程中不会产生含W、Ni、Sr和O以外的新相留存在粉末中。作为一种优选实施方式，所述可溶性镍盐为硝酸镍，所述可溶性锶盐为硝酸锶。一种上述钨基电极材料的制备方法，包括如下步骤：固-液掺杂步骤：按照上述钨基电极材料中钨、镍、锶的配比，将相应量的氧化钨掺入相应量的可溶性镍盐和可溶性锶盐形成的混合水溶液中，经搅拌、混合、干燥制得前驱体粉末；煅烧步骤：将所述前驱体粉末进行煅烧，得到煅烧粉；还原步骤：将所述煅烧粉进行还原，得到掺杂钨粉；成型步骤：将所述掺杂钨粉进行压制成型，得到坯料；烧结步骤：将所述坯料进行烧结，制得所述钨基电极材料。采用上述方法制备得到的钨基电极材料的最终成分分别为W、Ni4W和SrWO4。从前驱体粉末到烧结体发生了多种物相演变：首先可溶性镍盐和锶盐分解为氧化物并和氧化钨反应生成钨酸盐，然后在还原过程中镍的钨酸盐又发生分解、反应生成Ni4W，最终得到组分为W+Ni4W+SrWO4的混合体钨基电极材料。在上述制备方法中，用于溶解可溶性镍盐和可溶性锶盐的水量无需特别限定，只要可以将可溶性镍盐和可溶性锶盐完全溶解即可。在上述制备方法中，所述固-液掺杂步骤中，所述前驱体粉末为氧化钨、可溶性镍盐和可溶性锶盐的混合粉末，作为一种优选实施方式，所述氧化钨为黄钨(WO3)，平均粒度为20～50μm。。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述固-液掺杂步骤中，所述搅拌、混合、干燥均由捏合机来完成。具体为：首先将所述混合水溶液倒入所述捏合机中，再将氧化钨倒入所述混合水溶液中，通过所述捏合机搅拌而混合均匀；所述捏合机自带加热系统，搅拌过程中始终加热，直到粉末完全干燥。更优选地，所述捏合机的加热温度为85～95℃(比如86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃)。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述固-液掺杂步骤中，所述前驱体粉末的平均粒度为20～50μm(比如22μm、25μm、28μm、30μm、33μm、36μm、40μm、43μm、45μm、48μm)。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述煅烧步骤中，所述煅烧温度为650～750℃(比如660℃、670℃、680℃、690℃、700℃、710℃、720℃、730℃、740℃)，保温时间为1～3h(比如1.2h、1.5h、1.8h、2h、2.2h、2.5h、2.8h)，于空气气氛中进行；优选地，所述煅烧在高温电阻炉中进行。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述还原步骤中，所述还原过程在氢气气氛中进行，还原温度为800-850℃(比如810℃、820℃、830℃、840℃、850℃)，保温时间为0.5～2h(比如0.6h、0.8h、1.0h、1.2h、1.5h、1.8h)，氢气流量为1.0～2.0m3/h(比如1.1m3/h、1.2m3/h、1.3m3/h、1.4m3/h、1.5m3/h、1.6m3/h、1.7m3/h、1.8m3/h、1.9m3/h)。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述成型步骤中，所述成型过程采用冷等静压工艺，压制压力为150～250MPa(比如160MPa、180MPa、200MPa、220MPa、240MPa)，保压时间为5～20min(比如6min、8min、10min、12min、14min、16min、18min)。在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述烧结步骤中，所述烧结的温度为：1300～1580℃(比如1320℃、1340℃、1380℃、1420℃、1460℃、1480℃、1520℃、1540℃、1560℃)，保温时间为1.5～2h(比如1.6h、1.7h、1.8h、1.9h)；更优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨基电极材料，其特征在于，所述钨基电极材料由氧化钨、可溶性镍盐和可溶性锶盐制成，所述钨基电极材料中，以100重量份计，钨、镍、锶的重量份数为：钨：88～98.5重量份、镍：0.5～6重量份、锶：1～6重量份；所述钨基电极材料的密度为12～18g/cm3。

【技术特征摘要】
1.一种钨基电极材料，其特征在于，所述钨基电极材料由氧化钨、可溶性镍盐和可溶性锶盐制成，所述钨基电极材料中，以100重量份计，钨、镍、锶的重量份数为：钨：88～98.5重量份、镍：0.5～6重量份、锶：1～6重量份；所述钨基电极材料的密度为12～18g/cm3；所述钨基电极材料的制备方法包括如下步骤：固-液掺杂步骤：按照所述钨基电极材料中钨、镍、锶的配比，将相应量的氧化钨掺入相应量的可溶性镍盐和可溶性锶盐形成的混合水溶液中，经搅拌、混合、干燥制得前驱体粉末；煅烧步骤：将所述前驱体粉末进行煅烧，得到煅烧粉；还原步骤：将所述煅烧粉进行还原，得到掺杂钨粉；成型步骤：将所述掺杂钨粉进行压制成型，得到坯料；烧结步骤：将所述坯料进行烧结，制得所述钨基电极材料。2.根据权利要求1所述的钨基电极材料，其特征在于，所述可溶性镍盐为硝酸镍，所述可溶性锶盐为硝酸锶。3.根据权利要求1或2所述的钨基电极材料，其特征在于，所述固-液掺杂步骤中，所述氧化钨为黄钨，平均粒度为20～50μm。4.根据权利要求1或2所述的钨基电极材料，其特征在于，所述固-液掺杂步骤中，所述搅拌、混合、干燥均由捏合机来完成。5.根据权利要求4所述的钨基电极材料，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保红，牛山廷，唐亮亮，陈伟，刘国辉，甘乐，林冰涛，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11