[发明专利]高强度放电灯用阴极材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料制造技术领域，具体地说是一种高强度放电灯用阴极材料及其制造方法。

背景技术

高强度放电灯（High Intensity Discharge Lamp）又称气体放电灯，由石英玻璃制成的灯泡和灯泡内相对设置的阴极和阳极构成，灯泡内通入氙气或汞蒸气，通电后，在阴阳两极之间产生电弧而发光。高强度放电灯的亮度高，发出的亮色调与太阳光比较接近，消耗功率低，可靠性高，且不受电压波动的影响，在马路的路灯、汽车灯、投影机等领域得到广泛应用。

高强度放电灯的关键部件是电极，起承受电流和发射电子的作用。由于工作时，灯管内电弧的温度很高，达到5000℃左右，因此对电极的损害大，尤其是对有尖端结构的阴极损害更大。高强度放电灯的阴极通常采用高熔点金属钨来制造，这是因为采用纯钨做阴极，电极老化速度快，所以现有技术中，主要采用氧化钍增强钨材料做阴极。但采用氧化钍增强钨材料制成的钍钨阴极在使用过程中，由于高温作用，其尖端容易变形，导致放电飘弧严重，降低放电灯寿命。

在现有的放电灯阴极材料的制造过程中，用于制备钍钨材料的氧化钨粉末中往往混有钾、铁、镍、钙、硅、铝等杂质，在经一定温度下的还原处理后，上述除氧化钍以外的杂质进入钨粉末中，当烧结时，这些杂质有促进氧化钍粒子聚集的作用，这将使氧化钍粒子在钨基体中的分布不均，直接影响钍钨丝的金相组织结构，导致影响钍钨丝的性能，为克服钾在钍钨材料制造过程中的有害作用，中国专利200610033294.3公开了一种通过加入强酸溶液洗涤来去除钾等杂质的方法，如其说明书中公布，该方法在酸洗过程中需要反复重复依次利用去离子纯净水、盐酸、氢氟酸、去离子纯净水洗涤物料、过滤并检验物料的过程，直至将物料内钾的含量降至小于15PPM后，才进行下一步处理，该方法步骤繁琐，影响了生产效率。

而另一方面，研究表明，向钨合金中适量添加微量元素如钾，能够有效细化钨晶粒，促进烧结，从而降低烧结温度，抑制因长期处于高温条件下而导致的氧化钍颗粒的粗化现象，因此亟需一种能够有效克服物料中钾杂质对钍钨丝的金相组织结构带来的负面影响的方法。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种工作性能优良的、特别适用于绕制微波炉磁控管的钍钨丝及其制造方法。

本发明可以通过以下措施达到：

一种高强度放电灯用阴极材料，其特征在于包括下列各组分：氧化钍1.5%-2.0%，钾0.0020%-0.0080%，钨97%-98%。

一种如上所述高强度放电灯用阴极材料的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：掺杂，将硝酸钍溶液、硝酸钾溶液、硅酸铝溶液与蓝钨粉在掺杂锅内，通过固液混合、烘干后，进入还原炉，

步骤2：还原，还原炉采用5段控温的还原工艺，五段温度分别为550℃、650℃、750℃、850℃、950℃，每段保温时间均为60-80min，装舟量为300-350g/舟，还原气氛为氢气，氢气流量为3-5m³/h，还原得到含有微量钾元素的钍钨粉末，

步骤3：高能球磨，将钍钨粉末放入含有聚氨酯内衬的球磨罐内高能球磨3-5h，球磨介质为钨球，

步骤4：压制，对球磨处理后的钍钨粉末进行等静压制，压制力为145~250Mpa，制得压坯，

步骤5：烧结，将压坯置于间接加热高温炉内进行烧结，烧结温度为2300℃，烧结时间为15-20h，

步骤6：锻造，将烧结制品进行锻造，锻造至所需要的直径，

步骤7：退火，旋锻后进行一次高温退火，退火温度为1500℃-1700℃之间，保持5-10min，降低材料硬度，有利于材料进行机加工。

本发明所述步骤2中得到的含有微量钾元素的钍钨粉末的细度范围为1.5-1.9μm。

本发明所述步骤3高能球磨的过程中，球料比为5：1。

本发明所述步骤3中压制力优选为200Mpa。

本发明所述步骤5中烧结工艺如下：2个小时升温到1200℃保温1个小时，再继续升温3小时至1800℃保温1个小时，再继续升温2个小时至2100℃，保温1个小时，最后用4个小时升温至2300℃，保温3个小时；烧结时间为17h，烧结密度为18.2g/cm3，烧结坯直径为28-29mm。