铈钨电极取代钍钨电极的一些方面

钍钨电极始用于20世纪50年代初期，它是在钨中加入≤3％的氧化钍。这种材料具有高的电子发射能力，耐烧损性和起弧性能良好；但是，由于钍是放射性元素，在生产、贮藏和使用过程中容易产生放射性污染，危害人体健康，因而从50年代中期开始，人们就开展了代钍材料的研究工作。1956年，美国路易斯(A．Louis)进行了在金属钨粉中直接加入0．5％～3．0％氧化铈粉末的试验，然后通过压坯、垂熔、旋转锻造制出焊接用电极。两年后，他将氧化铈含量减少到0．01％～0．30％，使加工性能得到改善。1965年美国赫尔曼(J．Hermann)采用极细的纯钨粉压制成生坯，将此生坯或经过预烧的坯条浸泡在稀土金属盐类的溶液中，通过渗吸来实现掺杂，随后烧结，并按常规方法旋锻至所需直径。1967年，罗蒙诺夫(V．N．Romonov)研制了含氧化铈1％的铈钨材料，其制备工艺是：在800～850℃下将仲钨酸铵煅烧成三氧化钨，然后将铈的硝酸盐或氧化物水溶液掺入三氧化钨悬浮液中，再把掺杂好的三氧化钨用氢气一次还原成钨粉。加乙醇和甘油混合剂后，在600MPa压力下压成9mm×9mm×400mm的坯条，经过预烧和垂熔后，坯条中CeO2含量为0．87％，旋锻加工时，其加热温度为1475～1500℃。

作为电极材料，电子逸出功的高低是筏量材料电子发射性能好坏的一个重要指标。只有具有低的电子逸出功，才能满足电弧稳定、集中、承载电流密度大的工艺性能要求。实验证明，铈钨电极具有比钍钨电极更低的电子逸出功(纯钨的电子逸出功为4．55eV，W-2％ThO2为2．7eV，W-2％CeO2为2．4eV)，这种电极材料比钍钨电极具有更大的优越性。首先，铈钨电极的电子发射能力强，容易得到细长的电弧，使热量更为集中，其许用电流密度比钍钨电极提高5％～8％。其次，铈钨电极的烧损率低，寿命长，引弧和稳弧都易保证。再次，铈钨电极放射性剂量极低，仅及钍钨材料的千分之一左右，相当于大地泥土中的放射剂量。因此采用铈钨电极代替钍钨电极，不仅可以消除生产和使用过程中对人体累积性的内照射危害，并免除对环境的放射性污染，而且在技术性能和使用效果上也能取代钍钨电极，某些性能甚至比钍钨材料更优越。

铈钨电极材料除了在氩弧焊、等离子弧焊方面取代钍钨电极外，在等离子切割、等离子喷涂、等离子熔炼中的应用效果也是令人满意的。此外，作为激光光泵光源，以铈钨电极取代钍钨电极后，使光源的光效提高12％左右，寿命提高5～10倍。在电光源中，对于中小功率氙灯已使用铈钨电极，在电真空中，铈钨材料作为封接件，具有较好的使用效果。