一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法

2023-07-15 23:07:51

專利名稱：一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法
技術領域：
本發明涉及複合電極的製作，特別是涉及一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法。
背景技術：
高壓氣體放電燈具有發光效率高，顯色指數好，工作壽命長等優點，被廣泛應用於戶外和室內照明。陰極是整個高壓氣體放電燈的核心部件，是決定高壓氣體放電燈效率和壽命的關鍵。釷鎢(釷的典型質量分數為1 3% )材料具有低的電子逸出功和耐高溫性能，是高壓氣體放電燈常用材料。但是，由於釷的放射性，減少釷鎢材料的使用成為當前的趨勢。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術之不足，提供一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，是將承擔發射電子功能的電極前端中心部分採用加工態的釷鎢材料， 電極的外圍部分主要起熱傳導作用，則採用燒結態的純鎢材料，並使釷鎢材料與純鎢之間無間隙的冶金結合，使得製成的複合電極在實現電極功能的同時，大大減少放射性物質釷的使用量，有利於環境保護。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，包括如下步驟a.對費氏粒度為0. 1-5 μ m的鎢粉進行改性處理；b.將改性後的粉末在加熱的狀態下與粘結劑均勻混合，製備出具有適合注射成形流變特性的餵料；其中，加熱溫度為100 200°C ；c.將加工態的釷鎢部件作為嵌件放在注射模具中，利用注射成形機，將所述餵料進行嵌件注射，成形時餵料的溫度為100 200°C，成形壓力為0. 1 200MPa，形成純鎢餵料包覆釷鎢的注射坯；d.採用化學脫脂或熱脫脂的方法將所述注射坯中的有機物去除；e.對化學脫脂或熱脫脂後的半成品進行燒結處理，得到純鎢材料包覆釷鎢的複合電極。所述步驟a中，鎢粉的費氏粒度為0. 1-5 μ m。所述步驟a中，對鎢粉進行改性處理為採用球磨、棒磨、攪拌磨或氣流粉碎的方式進行處理。所述步驟a中，在改性處理過程中還包括添加活性劑；所述活性劑為石蠟、鄰苯二甲酸二辛酯、硬脂酸、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一種或多種。所述步驟b中，粘結劑為石蠟、聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛、乙烯-醋酸乙烯共聚物、鄰苯二甲酸二辛酯、硬脂酸和硬脂酸鋅中的一種或多種。所述的餵料中，所述粉末在餵料中的體積百分數為30% 70%。
所述步驟c中，所述加工態的釷鎢部件是指經過壓製成形、燒結和壓力加工方法製備的釷鎢杆，通過機加工製備成所需的電極放電部分形狀；其中，釷的質量百分數為1
3 % ο所述步驟d中，所述化學脫脂是採用有機溶劑將粘結劑從生坯中萃取或利用酸性氣體使粘結劑分解。所述步驟d中，所述熱脫脂是採用加熱的方法使粘結劑分解。所述步驟e中，所述燒結處理是採用多步燒結工藝，在1000 M00°C的範圍內進行多段燒結。本發明的一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，是將釷鎢-鎢複合電極中承擔發射電子功能的電極前端中心部分採用加工態的釷鎢材料；起熱傳導作用的電極外圍部分採用燒結態的純鎢材料。將加工好的釷鎢嵌件放入注射模具中，利用注射成形機，對純鎢粉末和有機粘結劑組成的餵料進行嵌件注射，得到複合電極的生坯，再經脫脂和高溫燒結得到複合電極製品，在電極內部，釷鎢與純鎢的結合界面沒有間隙，實現了冶金結合，最後，按照電極圖紙的要求，對燒結後的釷鎢-鎢複合電極進行後續機械加工，得到所需的電極產品。同時，為了使電極達到最佳的電子發射和熱傳導性能，釷鎢嵌件和純鎢部分可以被設計成各種幾何形狀，生產效率高，產品的一致性好，適合大批量生產。本發明的有益效果是，由於採用了將釷鎢-鎢複合電極中承擔發射電子功能的電極前端中心部分採用加工態的釷鎢材料，起熱傳導作用的電極外圍部分採用燒結態的純鎢材料，將經成形燒結和壓力加工後的釷鎢嵌件放入注射模具中，利用注射成形機，對純鎢粉末和有機粘結劑組成的餵料進行嵌件注射，得到複合電極的生坯，再經脫脂和高溫燒結得到複合電極製品，該製作方法，具有如下有益效果一是，使得該複合電極可以在製造上得以實現，採用釷鎢-鎢複合電極替代傳統的全釷鎢電極，可以在實現電極功能的同時，大大減少放射性物質釷的使用量，有利於環境保護；二是，根據釷鎢電極在高壓氣體放電燈中的功能，將承擔發射電子任務的釷鎢部分採用加工態的釷鎢材料，該材料基本全緻密，電極外圍部分起熱傳導作用部分採用燒結態的純鎢，在實現產品功能的同時，使製造工藝簡化；三是，採用嵌件注射成形工藝成形電極，可以實現外圍純鎢餵料與釷鎢嵌件的無間隙緊密配合；同時，釷鎢嵌件和純鎢部分可以根據需要設計成各種幾何形狀；四是，通過脫脂和高溫燒結後的純鎢部分可以與釷鎢部分實現冶金結合，使得純鎢部分與釷鎢之間可以高效地進行熱傳導；五是，採用粉末注射成形工藝，生產效率高。以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明；但本發明的一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法不局限於實施例。


圖1是本發明的嵌件注射成形釷鎢-鎢複合電極的注射坯示意圖；圖2是本發明的釷鎢-鎢複合電極的四種不同形狀設計的示意圖；圖3是實施例一中燒結後的釷鎢(釷含量的質量百分數為)與純鎢結合界面的掃描電鏡照片；圖4是實施例二中燒結後的釷鎢(釷含量的質量百分數為2% )與純鎢結合界面的掃描電鏡照片。
具體實施例方式實施例一，本發明的一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，包括如下步驟包括如下步驟a.對費氏粒度為0. 4 μ m的鎢粉進行改性處理；b.將改性後的粉末在加熱的狀態下與粘結劑均勻混合，製備出具有適合注射成形流變特性的餵料；其中，加熱溫度為；c.將加工態的釷鎢部件作為嵌件放在注射模具中，利用注射成形機，將所述餵料進行嵌件注射，成形時餵料的溫度為160°C，成形壓力為40MPa，形成純鎢餵料包覆釷鎢的注射坯；d.採用化學脫脂或熱脫脂的方法將所述注射坯中的有機物去除；e.對化學脫脂或熱脫脂後的半成品進行燒結處理，得到純鎢材料包覆釷鎢的複合電極。在製作過程中(以下實施例中組成所加的份數均為質量份數)，是將費氏粒度為 0. 4 μ m，純度為99. 9%的1453份純鎢粉末採用球磨方式(溼磨加工)進行改性處理，在球磨的過程中加入佔鎢粉重量的1 %的聚乙二醇、300份乙醇和4359份鎢球進行球磨，溼磨時間為Mh。將溼磨後的粉末混合料在80°C乾燥他，乾燥後的粉末過100目篩網以備用。然後在155°C的溫度下，將上述改性處理後的粉末與38份石蠟、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勻，製備成純鎢的餵料以備用。將準備好的加工態的釷鎢嵌件(釷的質量分數為1%，密度大於18. 9g/cm3)放入模具型腔的合適位置並定位，用注射成形機在溫度為160°C，注射壓力為40MPa的條件下在特定的模具內將純鎢餵料包覆在釷鎢嵌件上，製備成附圖1所示形狀釷鎢-鎢複合電極注射坯，將整個電極注射坯置於50°C 的正庚烷中浸泡他以除去生坯大部分的石蠟，然後將溶劑脫脂後的坯料置於氫氣氣氛的爐子中進行熱脫脂，先在150 500°C緩慢升溫，升溫速率控制在1. 5°C /min並保溫進行脫脂，然後將脫脂後的樣品置於1600 2300°C的範圍內多段保溫1 10h，即得到釷鎢夾心電極材料，燒結坯中純鎢部分的密度為18. 7g/cm3，界面結合良好如圖3所示。實施例二，本發明的一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，在製作過程中，是將費氏粒度為0. 6 μ m，純度為99. 9%的1286份純鎢粉末採用球磨方式(溼磨加工)進行改性處理，在球磨的過程中加入佔鎢粉重量的0. 5%的硬脂酸、300份乙醇和 3558份鎢球進行球磨，溼磨時間為48h。將溼磨後的粉末混合料在80°C乾燥他，乾燥後的粉末過100目篩網以備用。然後在150°C的溫度下，將上述改性處理後的粉末與38. 5份石蠟、22.6份聚丙烯、12. 1份聚乙烯和2.3份硬脂酸混合均勻，製備成純鎢的餵料以備用。將準備好的加工態的釷鎢嵌件(釷的質量分數為2%，密度大於18. 7g/cm3)放入模具型腔的合適位置並定位，用注塑成形機在溫度為160°C，注射壓力為60MPa的條件下在特定的模具內將純鎢餵料包覆在釷鎢嵌件上，製備成附圖2(c)所示形狀釷鎢-鎢複合電極生坯，將整個電極生坯置於50°C的正庚烷中浸泡他以除去生坯大部分的石蠟，然後將溶劑脫脂後的坯料置於氫氣氣氛的爐子中進行熱脫脂，先在150 300°C升溫，升溫速率控制在3°C /min, 然後在300 550°C緩慢升溫，升溫速率控制在1. 5°C/min，然後再並保溫進行脫脂，將脫脂後的樣品置於1600 2100°C的範圍內多段保溫8h，即得到釷鎢-鎢複合電極，電極中純鎢部分的密度為大於18. 5g/cm3，界面結合良好，如圖4所示。實施例三，本發明的一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，在製作過程中，是將費氏粒度為0. 6 μ m，純度為99. 9%的1286份純鎢粉末採用氣流粉碎的方式進行改性處理，在氣流粉碎過程中，粉碎壓力為0. 6 0. 9Mpa，進料量為0 15Kg/h。將氣流粉碎後的粉末料與68份聚甲醛和7. 5份聚乙烯混合均勻，製備成純鎢的餵料以備用。將準備好的加工態的釷鎢嵌件(釷的質量分數為2%，密度大於18. 7g/cm3)放入模具型腔的合適位置並定位，用注塑成形機在溫度為190°C，注射壓力為95MPa的條件下在特定的模具內進行鑲件注射，將純鎢餵料包覆在釷鎢嵌件上，形成圖2(d)所示釷鎢注射坯，然後注射坯置於110°C的!^03蒸汽中催化脫脂4h，以除去生坯絕大部分的聚甲醛，然後將催化脫脂後的坯料置於氫氣氣氛的爐子中進行熱脫脂，先在150-300°C升溫，升溫速率控制在2V / min，然後在300 550°C緩慢升溫，升溫速率控制在1. 5°C/min，然後再並保溫進行熱脫脂， 將脫脂後的樣品置於1600 2100°C的範圍內多段保溫他，即得到釷鎢-鎢複合電極，電極中純鎢部分的密度為大於18. 5g/cm3，界面結合良好。上述實施例僅用來進一步說明本發明的一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，但本發明並不局限於實施例，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，其特徵在於包括如下步驟a.對費氏粒度為0.1-5 μ m的鎢粉進行改性處理；b.將改性後的粉末在加熱的狀態下與粘結劑均勻混合，製備出具有適合注射成形流變特性的餵料；其中，加熱溫度為100 200°C ；c.將加工態的釷鎢部件作為嵌件放在注射模具中，利用注射成形機，將所述餵料進行嵌件注射，成形時餵料的溫度為100 200°C，成形壓力為0. 1 200MPa，形成純鎢餵料包覆釷鎢的注射坯；d.採用化學脫脂或熱脫脂的方法將所述注射坯中的有機物去除；e.對化學脫脂或熱脫脂後的半成品進行燒結處理，得到純鎢材料包覆釷鎢的複合電極。
2.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，其特徵在於所述步驟a中，鎢粉的費氏粒度為0. 1-5 μ m。
3.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，其特徵在於所述步驟a中，對鎢粉進行改性處理為採用球磨、棒磨、攪拌磨或氣流粉碎的方式進行處理。
4.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，其特徵在於所述步驟a中，在改性處理過程中還包括添加活性劑；所述活性劑為石蠟、鄰苯二甲酸二辛酯、硬脂酸、聚乙烯醇和聚乙二醇中的一種或多種。
5.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，其特徵在於所述步驟b中，粘結劑為石蠟、聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛、乙烯-醋酸乙烯共聚物、鄰苯二甲酸二辛酯、硬脂酸和硬脂酸鋅中的一種或多種。
6.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，其特徵在於所述的餵料中，所述粉末在餵料中的體積百分數為30% 70%。
7.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，其特徵在於所述步驟c中，所述加工態的釷鎢部件是指經過壓製成形、燒結和壓力加工方法製備的釷鎢杆，通過機加工製備成所需的電極放電部分形狀；其中，釷的質量百分數為1 3%。
8.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，其特徵在於所述步驟d中，所述化學脫脂是採用有機溶劑將粘結劑從生坯中萃取或利用酸性氣體使粘結劑分解。
9.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，其特徵在於所述步驟d中，所述熱脫脂是採用加熱的方法使粘結劑分解。
10.根據權利要求1所述的高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，其特徵在於所述步驟e中，所述燒結處理是採用多步燒結工藝，在1000 M00°C的範圍內進行多段燒結。
全文摘要
本發明公開了一種高壓氣體放電燈用釷鎢-鎢複合電極的製作方法，是將釷鎢-鎢複合電極中承擔發射電子功能的電極前端中心部分採用加工態的釷鎢材料，起熱傳導作用的電極外圍部分採用燒結態的純鎢材料，將經成形燒結和壓力加工後的釷鎢嵌件放入注射模具中，利用注射成形機，對純鎢粉末和有機粘結劑組成的餵料進行嵌件注射，得到複合電極的生坯，再經脫脂和高溫燒結得到複合電極製品。該製作方法，使釷鎢材料與純鎢之間實現無間隙的冶金結合，使得製成的複合電極在實現電極功能的同時，大大減少放射性物質釷的使用量，有利於環境保護。
文檔編號B22F7/04GK102366837SQ20111022921
公開日2012年3月7日 申請日期2011年8月10日 優先權日2011年8月10日
發明者于洋, 宋久鵬, 莊志剛, 祁美貴 申請人:廈門虹鷺鎢鉬工業有限公司