多元复合稀土钨电极和钍钨电极生命周期评价

多元复合稀土钨电极作为替代钍钨电极的无辐射钨电极材料,其应用受到社会的广泛关注,但二者生产过程的环境影响并未开展定量评价。研究采用生命周期评价（LCA）的方法对多元复合稀土钨电极和钍钨电极从“摇篮”到“大门”的资源能源消耗和污染物排放进行研究,功能单位定义为分别生产1 t直径2.4 mm多元复合稀土钨电极和钍钨电极。结果表明,两种钨电极的环境热点均为上游原料阶段钨粉和氧化钨,分别占总环境影响的78.56%和55.15%;在工艺链中环境热点为烧结工艺,分别占总环境影响的9.50%和32.30%。两种钨电极的环境影响比较结果显示,相比于钍钨电极,多元复合稀土钨电极可降低35.81%的总环境影响,具有环境优势。对两种钨电极资源消耗、能源消耗和温室气体排放3类环境影响类型贡献结构进行分析,结果显示上游原料对这3类指标贡献较为突出。     

镧钨阴极高温静电除尘器阴极放电与除尘特性

以镧钨和硝酸镧为原料,制备镧钨发射材料,研究其发射特性,并分析了镧钨阴极高温静电除尘器的除尘特性。研究表明,镧钨材料由La2WO6和W组成,逸出功2.88 eV。该材料的发射电流密度随温度和电压的升高而增大,温度对其影响显著。镧钨阴极热电子发射式高温静电除尘器荷电区离子密度可达1015～1016个/m3以上,比传统电晕式静电除尘器(ESP)的离子密度要高两个数量级以上。研究了烟气流速、荷电区电压以及粉尘粒径对除尘效率的影响。当粒径小于10μm时,除尘效率随着粉尘粒径的增大而提高很快。荷电区电压的增大提高了荷电区的离子密度,使得粉尘荷电量增加,从而提高了除尘效率。当流速超过1.2 m/s时,随着流速的增大,除尘效率迅速降低。     

环保型稀土钨电极坯条制备技术研究

本文针对环保型稀土钨电极坯条高效低能耗制备技术进行研究,对钢模压制和等静压压制进行了对比试验,并对垂熔烧结和中频烧结进行了对比试验。结果表明：等静压压制坯条——中频烧结方式制备的坯条密度、组织更均匀,减少原材料消耗2.3%,并在后续加工过程中有效避免内部裂纹的产生。此法生产可实现批量操作,比单根操作效率明显提高,电能消耗降低70%以上,为环保型产品的规模推广应用提供了技术支撑。     

环保型稀土钨电极坯条制备

对钢模压制和等静压压制稀土钨电极坯条进行对比试验,并比较垂熔烧结和中频烧结的效果。结果表明,等静压压制—中频烧结方式制备的坯条密度、组织更均匀,减少原材料消耗2.3%,电能消耗降低70%以上,加工性能及产品合格率较传统工艺更高。制得的稀土钨电极,30 A以上引弧成功率100%,所得焊缝平整,焊接效果优良。     

掺杂方式对钨电子发射材料性能和结构的影响

分析了电子发射材料制备中通用的掺杂工艺，研究了新的掺杂工艺，并对几种不同掺杂工艺：固一固、液一固、液一液进行了对比研究。在自行设计的发射测量设备上，研究了液一液掺杂材料的电子发射性能，着重阐述了掺杂方式对材料发射性能和结构的影响；并通过XRD，SME等检测方法，研究了掺杂方式对稀土在电子发射材料中分布均匀性的影响，揭示了液一液掺杂在混合机制上的特殊性，证明了液．液掺杂的高效性、均匀性及优越性。     

钨热电子发射材料的研究进展

钨热电子发射材料主要用作微波管、阴极射线管、等离子体装置和电子束设备的阴极，是电子产生的源泉，它的研究与应用已有多年历史。本文详细阐述了钨热电子发射材料的种类、性能特点、发射机制及其应用，总结了它们的发展历史和研究进展，提出了目前钨热电子发射材料的几个研究方向。稀土氧化物-钨热电子发射材料具有优越的发射性能，并可解决W-ThO2阴极材料的放射性污染，对综合性能更优的复合稀土氧化物，钨热电子发射材料需要进一步深入研究。随着纳米技术的发展，纳米复合氧化物，钨热电子发射材料是目前钨热电子发射材料研究的热点。在发射过程中，如何保证发射电流的稳定性、均匀性是热发射研究的又一个研究方向。     

纳米复合W-La2O3材料的表面行为与热发射性能

采用"液液掺杂-冷冻干燥两段还原-SPS"法制备了纳米W-La2O3发射材料,利用原位俄射电子能谱分析技术研究了高温过程中发射材料的表层元素含量以及纵向元素分布,并采用自行研制的微机控制全自动电子发射测量装置测试了材料发射性能.研究表明:纳米W-La2O3发射材料的有效逸出功为2.92 eV,1 773 K下零场发射电流密度为2.52 A/cm2;加热过程中,材料体内以La2O3形式存在的镧、氧向表面扩散,在表层10 nm的地方出现La、O富集区,并形成了超额La,对电子发射起积极作用.     

稀土钨电极材料的研究

钍钨电极具有放射性,其生产和使用过程中污染环境危害人类身体健康,因此需要新型电极产品加以替代,稀土钨电极焊接性能优良一直作为钍钨电极的替代产品而倍受关注,回顾课题组在稀土钨电极的研究历程,经过对单元稀土钨电极、二元复合稀土钨电极、三元复合稀土钨电极的研究,目前通过与北京钨钼材料厂合作,共同突破了多元复合稀土钨电极的工业化生产技术,实现了该类电极批量生产。     

在SPS过程中碳污染的研究

为了研究放电等离子烧结(SPS)过程中采用石墨模具对烧结材料的污染情况,以金属W为原料,用石墨模具,压力为30 MPa,分别在1 500℃和1 900℃下进行放电等离子烧结.对烧结体的表层和表层下0.5 mm处进行了X衍射物相分析,用扫描电镜对1 900℃下烧结体的横截面进行了形貌观察和线扫描,并对化学反应进行了热力学计算.结果表明:石墨模具与物料金属W会直接发生化学反应;污染产物碳化物存在于W烧结体表层300nm以内区域,表层下0.5 mm处仅有单质W存在;1 500℃表层有W2C和WC生成,1 900℃仅有WC生成.     

纳米级和微米级稀土氧化物掺杂W-La2O3-Y2O3-ZrO2 阴极尖端的组织和性能

使用粉末冶金法将纳米级(70–80 nm)和微米级(500–600 nm)稀土氧化物(La₂O₃,Y₂O₃)与钨粉混合,随后通过冷等静压、中频感应烧结、旋锻、拉拔等一系列工艺制备了W-1.5La₂O₃-0.1Y₂O₃-0.1ZrO₂(质量分数,%)材料。对含有纳米和微米尺寸稀土氧化物的阴极样品使用相同的焊接电流,分别进行了0.5、1、2 h的氩弧焊。结果表明,具有纳米级稀土氧化物的样品在焊接过程中表现出更高的工作稳定性,烧损同比降低了近85.4%。此外,随着工作时间的延长,阴极尖端不同区域的稀土氧化物聚集度显著增加。结合COMSOL Multiphysics温度模拟发现,第二相的扩散活化能降低了近34%。这是因为更为细小的第二相有效地控制了钨基体组织的演变,保留了大量晶界作为通道,促进了活性物质在电子发射过程中的扩散。