纳米级和微米级稀土氧化物掺杂W-La_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)-ZrO_(2)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(La_(2)O_(3),Y_(2)O_(3))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-1.5La_(2)O_(3)-0.1Y_(2)O_(3)-0.1ZrO_(2)(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。

稀土钨电极在电推进系统中的耐烧蚀性能研究

阴极作为电弧加热发动机的“心脏”,担负着加热工质气体产生推进力的作用,由于卫星服役周期长,点火次数频繁,对阴极材料的寿命及耐烧损性能提出了很高的要求。为寻求耐烧损性能优异的阴极材料,以W-La-Ce-Y与W-La-Y-Zr电极为基础,采用氢还原-中频烧结的方法制备W-La-Ce-Y-Re与W-La-Y-Zr-Re电极材料。模拟发动机实际工况在250 A电流下进行燃弧试验,测量燃弧后电极的质量损失并对电极尖端的组织形貌进行观察。结果表明,加铼电极在燃弧2 h后的烧损质量更少,尖端形貌变化程度更小,耐烧损性能更好。在扫描电镜下观察到铼的加入抑制了尖端表面枝晶的生长,弱化了钨基体晶粒的再结晶程度,并探讨了稀土氧化物的迁移途径;在金相显微镜下观察到加铼电极的再结晶晶粒更细小,铼起到了细化再结晶晶粒的作用。在不同工作电流下测得加铼电极的阴极压降更低,铼的加入提升了电极材料的电子发射性能。