CN102366837A - 一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，是将钍钨-钨复合电极中承担发射电子功能的电极前端中心部分采用加工态的钍钨材料，起热传导作用的电极外围部分采用烧结态的纯钨材料，将经成形烧结和压力加工后的钍钨嵌件放入注射模具中，利用注射成形机，对纯钨粉末和有机粘结剂组成的喂料进行嵌件注射，得到复合电极的生坯，再经脱脂和高温烧结得到复合电极制品。该制作方法，使钍钨材料与纯钨之间实现无间隙的冶金结合，使得制成的复合电极在实现电极功能的同时，大大减少放射性物质钍的使用量，有利于环境保护。
Description
技术领域
本发明涉及复合电极的制作，特别是涉及一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法。
背景技术
高压气体放电灯具有发光效率高，显色指数好，工作寿命长等优点，被广泛应用于户外和室内照明。阴极是整个高压气体放电灯的核心部件，是决定高压气体放电灯效率和寿命的关键。钍钨(钍的典型质量分数为1～3％)材料具有低的电子逸出功和耐高温性能，是高压气体放电灯常用材料。但是，由于钍的放射性，减少钍钨材料的使用成为当前的趋势。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，是将承担发射电子功能的电极前端中心部分采用加工态的钍钨材料，电极的外围部分主要起热传导作用，则采用烧结态的纯钨材料，并使钍钨材料与纯钨之间无间隙的冶金结合，使得制成的复合电极在实现电极功能的同时，大大减少放射性物质钍的使用量，有利于环境保护。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，包括如下步骤：
a.对费氏粒度为0.1-5μm的钨粉进行改性处理；
b.将改性后的粉末在加热的状态下与粘结剂均匀混合，制备出具有适合注射成形流变特性的喂料；其中，加热温度为100～200℃；
c.将加工态的钍钨部件作为嵌件放在注射模具中，利用注射成形机，将所述喂料进行嵌件注射，成形时喂料的温度为100～200℃，成形压力为0.1～200MPa，形成纯钨喂料包覆钍钨的注射坯；
d.采用化学脱脂或热脱脂的方法将所述注射坯中的有机物去除；
e.对化学脱脂或热脱脂后的半成品进行烧结处理，得到纯钨材料包覆钍钨的复合电极。
所述步骤a中，钨粉的费氏粒度为0.1-5μm。
所述步骤a中，对钨粉进行改性处理为采用球磨、棒磨、搅拌磨或气流粉碎的方式进行处理。
所述步骤a中，在改性处理过程中还包括添加活性剂；所述活性剂为石蜡、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或多种。
所述步骤b中，粘结剂为石蜡、聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛、乙烯-醋酸乙烯共聚物、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸和硬脂酸锌中的一种或多种。
所述的喂料中，所述粉末在喂料中的体积百分数为30％～70％。
所述步骤c中，所述加工态的钍钨部件是指经过压制成形、烧结和压力加工方法制备的钍钨杆，通过机加工制备成所需的电极放电部分形状；其中，钍的质量百分数为1～3％。
所述步骤d中，所述化学脱脂是采用有机溶剂将粘结剂从生坯中萃取或利用酸性气体使粘结剂分解。
所述步骤d中，所述热脱脂是采用加热的方法使粘结剂分解。
所述步骤e中，所述烧结处理是采用多步烧结工艺，在1000～2400℃的范围内进行多段烧结。
本发明的一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，是将钍钨-钨复合电极中承担发射电子功能的电极前端中心部分采用加工态的钍钨材料；起热传导作用的电极外围部分采用烧结态的纯钨材料。将加工好的钍钨嵌件放入注射模具中，利用注射成形机，对纯钨粉末和有机粘结剂组成的喂料进行嵌件注射，得到复合电极的生坯，再经脱脂和高温烧结得到复合电极制品，在电极内部，钍钨与纯钨的结合界面没有间隙，实现了冶金结合，最后，按照电极图纸的要求，对烧结后的钍钨-钨复合电极进行后续机械加工，得到所需的电极产品。同时，为了使电极达到最佳的电子发射和热传导性能，钍钨嵌件和纯钨部分可以被设计成各种几何形状，生产效率高，产品的一致性好，适合大批量生产。
本发明的有益效果是，由于采用了将钍钨-钨复合电极中承担发射电子功能的电极前端中心部分采用加工态的钍钨材料，起热传导作用的电极外围部分采用烧结态的纯钨材料，将经成形烧结和压力加工后的钍钨嵌件放入注射模具中，利用注射成形机，对纯钨粉末和有机粘结剂组成的喂料进行嵌件注射，得到复合电极的生坯，再经脱脂和高温烧结得到复合电极制品，该制作方法，具有如下有益效果：
一是，使得该复合电极可以在制造上得以实现，采用钍钨-钨复合电极替代传统的全钍钨电极，可以在实现电极功能的同时，大大减少放射性物质钍的使用量，有利于环境保护；
二是，根据钍钨电极在高压气体放电灯中的功能，将承担发射电子任务的钍钨部分采用加工态的钍钨材料，该材料基本全致密，电极外围部分起热传导作用部分采用烧结态的纯钨，在实现产品功能的同时，使制造工艺简化；
三是，采用嵌件注射成形工艺成形电极，可以实现外围纯钨喂料与钍钨嵌件的无间隙紧密配合；同时，钍钨嵌件和纯钨部分可以根据需要设计成各种几何形状；
四是，通过脱脂和高温烧结后的纯钨部分可以与钍钨部分实现冶金结合，使得纯钨部分与钍钨之间可以高效地进行热传导；
五是，采用粉末注射成形工艺，生产效率高。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明的嵌件注射成形钍钨-钨复合电极的注射坯示意图；
图2是本发明的钍钨-钨复合电极的四种不同形状设计的示意图；
图3是实施例一中烧结后的钍钨(钍含量的质量百分数为1％)与纯钨结合界面的扫描电镜照片；
图4是实施例二中烧结后的钍钨(钍含量的质量百分数为2％)与纯钨结合界面的扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例一，本发明的一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，包括如下步骤：
包括如下步骤：
a.对费氏粒度为0.4μm的钨粉进行改性处理；
b.将改性后的粉末在加热的状态下与粘结剂均匀混合，制备出具有适合注射成形流变特性的喂料；其中，加热温度为155℃；
c.将加工态的钍钨部件作为嵌件放在注射模具中，利用注射成形机，将所述喂料进行嵌件注射，成形时喂料的温度为160℃，成形压力为40MPa，形成纯钨喂料包覆钍钨的注射坯；
d.采用化学脱脂或热脱脂的方法将所述注射坯中的有机物去除；
e.对化学脱脂或热脱脂后的半成品进行烧结处理，得到纯钨材料包覆钍钨的复合电极。
在制作过程中(以下实施例中组成所加的份数均为质量份数)，是将费氏粒度为0.4μm，纯度为99.9％的1453份纯钨粉末采用球磨方式(湿磨加工)进行改性处理，在球磨的过程中加入占钨粉重量的1％的聚乙二醇、300份乙醇和4359份钨球进行球磨，湿磨时间为24h。将湿磨后的粉末混合料在80℃干燥8h，干燥后的粉末过100目筛网以备用。然后在155℃的温度下，将上述改性处理后的粉末与38份石蜡、18份聚丙烯、14.4份聚乙烯和5份乙烯-醋酸乙烯共聚物混合均匀，制备成纯钨的喂料以备用。将准备好的加工态的钍钨嵌件(钍的质量分数为1％，密度大于18.9g/cm3)放入模具型腔的合适位置并定位，用注射成形机在温度为160℃，注射压力为40MPa的条件下在特定的模具内将纯钨喂料包覆在钍钨嵌件上，制备成附图1所示形状钍钨-钨复合电极注射坯，将整个电极注射坯置于50℃的正庚烷中浸泡6h以除去生坯大部分的石蜡，然后将溶剂脱脂后的坯料置于氢气气氛的炉子中进行热脱脂，先在150～500℃缓慢升温，升温速率控制在1.5℃/min并保温进行脱脂，然后将脱脂后的样品置于1600～2300℃的范围内多段保温1～10h，即得到钍钨夹心电极材料，烧结坯中纯钨部分的密度为18.7g/cm3，界面结合良好如图3所示。
实施例二，本发明的一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，在制作过程中，是将费氏粒度为0.6μm，纯度为99.9％的1286份纯钨粉末采用球磨方式(湿磨加工)进行改性处理，在球磨的过程中加入占钨粉重量的0.5％的硬脂酸、300份乙醇和3558份钨球进行球磨，湿磨时间为48h。将湿磨后的粉末混合料在80℃干燥8h，干燥后的粉末过100目筛网以备用。然后在150℃的温度下，将上述改性处理后的粉末与38.5份石蜡、22.6份聚丙烯、12.1份聚乙烯和2.3份硬脂酸混合均匀，制备成纯钨的喂料以备用。将准备好的加工态的钍钨嵌件(钍的质量分数为2％，密度大于18.7g/cm3)放入模具型腔的合适位置并定位，用注塑成形机在温度为160℃，注射压力为60MPa的条件下在特定的模具内将纯钨喂料包覆在钍钨嵌件上，制备成附图2(c)所示形状钍钨-钨复合电极生坯，将整个电极生坯置于50℃的正庚烷中浸泡8h以除去生坯大部分的石蜡，然后将溶剂脱脂后的坯料置于氢气气氛的炉子中进行热脱脂，先在150～300℃升温，升温速率控制在3℃/min，然后在300～550℃缓慢升温，升温速率控制在1.5℃/min，然后再并保温进行脱脂，将脱脂后的样品置于1600～2100℃的范围内多段保温8h，即得到钍钨-钨复合电极，电极中纯钨部分的密度为大于18.5g/cm3，界面结合良好，如图4所示。
实施例三，本发明的一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，在制作过程中，是将费氏粒度为0.6μm，纯度为99.9％的1286份纯钨粉末采用气流粉碎的方式进行改性处理，在气流粉碎过程中，粉碎压力为0.6～0.9Mpa，进料量为0～15Kg/h。将气流粉碎后的粉末料与68份聚甲醛和7.5份聚乙烯混合均匀，制备成纯钨的喂料以备用。将准备好的加工态的钍钨嵌件(钍的质量分数为2％，密度大于18.7g/cm3)放入模具型腔的合适位置并定位，用注塑成形机在温度为190℃，注射压力为95MPa的条件下在特定的模具内进行镶件注射，将纯钨喂料包覆在钍钨嵌件上，形成图2(d)所示钍钨注射坯，然后注射坯置于110℃的HNO3蒸汽中催化脱脂4h，以除去生坯绝大部分的聚甲醛，然后将催化脱脂后的坯料置于氢气气氛的炉子中进行热脱脂，先在150-300℃升温，升温速率控制在2℃/min，然后在300～550℃缓慢升温，升温速率控制在1.5℃/min，然后再并保温进行热脱脂，将脱脂后的样品置于1600～2100℃的范围内多段保温8h，即得到钍钨-钨复合电极，电极中纯钨部分的密度为大于18.5g/cm3，界面结合良好。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
a.对费氏粒度为0.1-5μm的钨粉进行改性处理；
b.将改性后的粉末在加热的状态下与粘结剂均匀混合，制备出具有适合注射成形流变特性的喂料；其中，加热温度为100～200℃；
c.将加工态的钍钨部件作为嵌件放在注射模具中，利用注射成形机，将所述喂料进行嵌件注射，成形时喂料的温度为100～200℃，成形压力为0.1～200MPa，形成纯钨喂料包覆钍钨的注射坯；
d.采用化学脱脂或热脱脂的方法将所述注射坯中的有机物去除；
e.对化学脱脂或热脱脂后的半成品进行烧结处理，得到纯钨材料包覆钍钨的复合电极。
2.根据权利要求1所述的高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，其特征在于：所述步骤a中，钨粉的费氏粒度为0.1-5μm。
3.根据权利要求1所述的高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，其特征在于：所述步骤a中，对钨粉进行改性处理为采用球磨、棒磨、搅拌磨或气流粉碎的方式进行处理。
4.根据权利要求1所述的高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，其特征在于：所述步骤a中，在改性处理过程中还包括添加活性剂；所述活性剂为石蜡、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，其特征在于：所述步骤b中，粘结剂为石蜡、聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛、乙烯-醋酸乙烯共聚物、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸和硬脂酸锌中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，其特征在于：所述的喂料中，所述粉末在喂料中的体积百分数为30％～70％。
7.根据权利要求1所述的高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，其特征在于：所述步骤c中，所述加工态的钍钨部件是指经过压制成形、烧结和压力加工方法制备的钍钨杆，通过机加工制备成所需的电极放电部分形状；其中，钍的质量百分数为1～3％。
8.根据权利要求1所述的高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，其特征在于：所述步骤d中，所述化学脱脂是采用有机溶剂将粘结剂从生坯中萃取或利用酸性气体使粘结剂分解。
9.根据权利要求1所述的高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，其特征在于：所述步骤d中，所述热脱脂是采用加热的方法使粘结剂分解。
10.根据权利要求1所述的高压气体放电灯用钍钨-钨复合电极的制作方法，其特征在于：所述步骤e中，所述烧结处理是采用多步烧结工艺，在1000～2400℃的范围内进行多段烧结。
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