一种稀土钨合金电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合稀土钨合金电极材料，由以下原料制备而成：W和稀土氧化物；所述W和稀土氧化物的重量百分比分别为93％

【技术实现步骤摘要】
一种稀土钨合金电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及粉末冶金
，特别涉及一种钨电极材料，尤其是一种稀土钨合金电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]钨，一种金属元素。原子序数74，原子量183.84。钢灰色或银白色，硬度高，熔点高，常温下不受空气侵蚀；主要用途为制造灯丝和高速切削合金钢、超硬模具,也用于光学仪器，化学仪器。中国是世界上最大的钨储藏国。钨的原子半径为137皮米，密度为19.35克/每立方厘米，属于元素周期表中第六周期(第二长周期)的VIB族。钨在自然界主要呈六价阳离子，其离子半径为0.68
×
10-10m。由于W6+离子半径小，电价高，极化能力强，易形成络阴离子，因此钨主要以络阴离子形式[WO4]2-，与溶液中的Fe2+、Mn2+、Ca2+等阳离子结合形成黑钨矿或白钨矿沉淀。经过冶炼后的钨是银白色有光泽的金属，熔点极高，硬度很大，蒸气压很低，蒸发速度也较小，化学性质也比较稳定。
[0003]钨可用于制备电极。钨电极，是用具有熔点高，耐腐蚀，高密度，良好的导热和导电性材料制成的钨电极。钨电极广泛用于焊接在其属性。钨电极研磨或抛光和黑棒。其最终的颜色都是不同，可以分辨差异。在钨电极中，更重要的是，他们的最终颜色的不同，钨含量也不同。焊接时，选择正确的钨电极，使焊接更容易，重要的是获得高品质的焊接。元素周期表中第57号元素镧到71号元素镥15种元素的统称，也叫稀土元素。它们的化学性质相似，和锕系元素一样单独组成一个系列，在元素周期表中占有特殊位置。稀土元素往往会跟钨一起结合制成电极。
[0004]但本申请专利技术人在实现本申请实施例中专利技术技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
[0005]钨熔点高(3683℃
±
20℃)，电子发射能力强，弹性模量高，蒸气压低，故很早就被用作热电子发射材料。纯金属钨极的发射效率很低，且在高温下再结晶形成等轴状晶粒组织而使钨丝下垂、断裂。加入掺杂元素虽然可以部分改善钨电极的性能，但是无法有效全面的改善钨电极的电子发生能量、抗烧蚀性及强度等材料特性。

技术实现思路

[0006]本专利技术技术方案一方面要解决的技术问题是提供一种稀土钨合金电极材料，解决了现有技术中钨电极材料强度、电子发射能力和抗烧蚀性等材料性能不足的问题，达到了提高电极材料强度和抗烧蚀性并改善电子发射能力的技术效果。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0008]一种复合稀土钨合金电极材料，由以下原料制备而成：
[0009]W和稀土氧化物；所述W和稀土氧化物的重量百分比分别为92.8％-94.5％和5％-6％；
[0010]所述稀土氧化物为La2O3，Y2O3和ZrO2的一种或多种；所述La2O3，Y2O3和ZrO2的平均
粒径为2-3um；所述Y2O3的含量少于ZrO2的含量；
[0011]还包括纳米管CNTs，所述CNTs的重量百分比为0.5％-1.2％；30％的所述稀土氧化物以纳米管包覆物的方式嵌套于所述纳米管CNTs内。
[0012]优选的，所述稀土氧化物为La2O3，Y2O3和ZrO2；
[0013]制备所述稀土钨合金电极材料时需准备前驱体粉末，所述前驱体粉末的制备方法包括如下步骤：
[0014](1)初始溶液准备：将偏钨酸铵AMT、硝酸镧、硝酸锆和硝酸钇分别在4个不同的容器中配置成初始溶液；
[0015](2)溶液混合：将硝酸镧、硝酸锆和硝酸钇分别均匀混合得混合液；
[0016](3)AMT溶液混合：将步骤(2)中所述的混合液慢速倒入盛有AMT溶液的容器中并采用柠檬酸将其酸碱度调节为pH2，并充分搅拌得到原料混合液；
[0017](4)加热：将步骤(3)所述的原料混合液加热至出现析出物时再添加乙醇分散剂，继续加热得到含有钨和镧、钇及锆的前驱体粉末。
[0018]优选的，所述Y2O3和ZrO2的摩尔比为5:43；所述纳米管包覆物采用静电纺丝技术制备。
[0019]更优选的，所述CNTs的重量百分比为0.5％-1％。
[0020]特别优选的，所述CNTs的重量百分比为1.2％。
[0021]本专利技术技术方案另一方面要解决的问题是提供一种复合稀土钨合金电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022](S1)前驱体粉末煅烧：将含有钨和镧、钇及锆的前驱体粉末放入马弗炉中煅烧得稀土钨煅烧粉末，所述煅烧的温度和时间分别为560℃和4h；
[0023](S2)升温还原：采用氢气还原工艺对步骤(S1)中所述的稀土钨煅烧粉末分别进行第一次还原和第二次还原得复合钨粉；所述第一次还原和第二次还原的温度和时间分别为780℃和2h以及920℃和4h；
[0024](S3)原料粉末分散：将CNTs和复合钨粉在绝对乙醇中超声分散并干燥得干燥粉末；
[0025](S4)研磨：将(S3)中所述的干燥粉末与磨球及绝对乙醇放入研磨罐内进行研磨并干燥后再混合纳米管包覆物得到混合粉末；
[0026](S5)烧结：将(S4)中所述的混合粉末进行真空烧结制得成品，所述烧结的温度、压力和保温时间为：2000-2300℃、500-750Mpa和100-150min。
[0027]优选的，所述烧结的温度、压力和保温时间为：2200℃、600Mpa和120min。
[0028]本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0029]上述技术方案，由于采用La2O3，Y2O3和ZrO2等稀土氧化物结合0.5％-1.2％的纳米管CNTs作为稀土钨合金电极材料的原料以及配合30％所述稀土氧化物以纳米管包覆物的方式嵌套于纳米管CNTs内等一系列技术手段。使得在La2O3的加入之下可抑制W在烧结时的晶粒长大；在Y2O3的加入在烧结时同样可以抑制W的晶粒长大，共同作用下达到晶粒细化均化的效果。此外，ZrO2具有立方相，使其能够在不同温度下保持相的稳定，以避免由相变引起的体积和剪切应力的变化导致的材料开裂。与此同时，制备期间，因Y2O3和ZrO2的掺杂形成ZrO
2-Y2O3掺杂相，ZrO
2-Y2O3掺杂相一般以微小颗粒分布在W-W界面上，可阻碍W颗粒在溶
解-再析出过程中的扩散，降低了W颗粒的长大速度。ZrO2还具有熔点高、硬度高、强度高、韧性好及耐化学腐蚀性好等优点。在以上基础上，CNTs的掺杂可提高材料的相对密度和硬度且可降低材料的电子逸出功。其中，电子逸出功是指电子从金属表面逸出时克服表面势垒必须做的功，电子逸出功的减低则降低电子从材料中发射的难度。在此基础上，CNTs的纤维状结构能够在电极材料中，形成有连续的导电网络而改善电极的电子导电性。效解决了现有技术中的钨电极材料强度、电子发射能力和抗烧蚀性等材料性能不足的技术问题，进而实现了提高电极材料强度和抗烧蚀性并改善电子发射能力技术效果。
附图说明
[0030]图1为不同CNTs含量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合稀土钨合金电极材料，其特征在于：由以下原料制备而成：W和稀土氧化物；所述W和稀土氧化物的重量百分比分别为92.8％-94.5％和5％-6％；所述稀土氧化物为La2O3，Y2O3和ZrO2的一种或多种；所述La2O3，Y2O3和ZrO2的平均粒径为2-3um；所述Y2O3的含量少于ZrO2的含量；还包括纳米管CNTs，所述CNTs的重量百分比为0.5％-1.2％；30％的所述稀土氧化物以纳米管包覆物的方式嵌套于所述纳米管CNTs内。2.根据权利要求1所述的复合稀土钨合金电极材料，其特征在于：所述稀土氧化物为La2O3，Y2O3和ZrO2；制备所述稀土钨合金电极材料时需准备前驱体粉末，所述前驱体粉末的制备方法包括如下步骤：(1)初始溶液准备：将偏钨酸铵AMT、硝酸镧、硝酸锆和硝酸钇分别在4个不同的容器中配置成初始溶液；(2)溶液混合：将硝酸镧、硝酸锆和硝酸钇分别均匀混合得混合液；(3)AMT溶液混合：将步骤(2)中所述的混合液慢速倒入盛有AMT溶液的容器中并采用柠檬酸将其酸碱度调节为pH2，并充分搅拌得到原料混合液；(4)加热：将步骤(3)所述的原料混合液加热至出现析出物时再添加乙醇分散剂，继续加热得到含有钨和镧、钇及锆的前驱体粉末。3.根据权利要求2所述的复合稀土钨合金电极材料，其特征在于：所述Y2O3和ZrO2的摩尔比为5:43；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪国锋，
申请(专利权)人：鹤山市沃得钨钼实业有限公司，
类型：发明
国别省市：