稀土对稀土钨/钼强韧化影响机制及电子发射机理研究

本项目兼顾基础研究与技术应用，着重对已有成果进行纵深研究，一方面深入探讨稀土对钨钼电子发射体发射性能的影响机制，主要研究材料工作表面稀土活性层的组成、状态及其蒸发与补充的动态平衡对电子发射性能的影响，探讨添加稀土后材料表面成分、结构变化导致逸出功降低的物理机制，从而指导材料的设计与制造，优化材料的电子发射特性；另一方面研究稀土对钨钼电子发射体加工制备过程的影响机理，着重研究稀土添加对钨钼粉末还原的影响规律，稀土在钨钼材加工过程的存在形式及演变规律，对钨钼强度、韧性的影响，系统深入探讨稀土对钨钼材料的强韧化作用机制，为改善稀土钨钼材的加工性能提供理论依据。该项目的完成，不仅能探明钨钼材料的发射机理，开发电子发射性能更优异的新材料，而且有望解释并改善稀土钨钼材料加工困难现状，突破目前稀土钨钼材料的加工技术，开发制备高附加值钨钼深加工制品，拓展该类发射性能优异产品的应用领域。

本研究以替代具有放射性的钍钨为目的，针对稀土钨加工性能差的技术难题，一方面研究稀土对钨材的电子发射机理的影响机制，另一方面探讨稀土对钨电子发射体加工制备过程的影响机理。以指导优化材料成分设计和工艺参数优化，制备加工性能良好，电子发射优异的电子发射体。. 通过对电极燃弧及阴极工作环境模拟研究电子发射体表面活性层，结果表明电子发射体的表面活性层的动态平衡主要由稀土向表面扩散迁移和在表面的蒸发烧损所控制，电极工作时，铈优先在富集于表面，降低表面逸出功，使材料稳定燃弧，随燃弧时间延长，铈在表面烧损，而镧开始快速扩散迁移到表面，从而维持电极表面较低的逸出功，添加多种稀土元素，使电极表面活性层逸出功较低，从而获得优异的电子发射性能，这对电极成分优化和性能设计具有十分重要的指导意义。. 通过热力学计算、中断还原以及对加工过程中稀土钨材的组织性能进行研究，发现稀土以稀土钨酸盐形式存在，稀土含量的增加会导致稀土钨粉在还原过程中形成β-W，而β-W是一种微量氧的物质，其在后续烧结过程中具有活化烧结的作用。但由本材料作为一种电子发射体需严格控制材料内的氧含量，因此对于稀土钨发射体而言，需要提高还原温度，以获得纯的掺杂钨粉。稀土钨酸盐在钨基体中分布均匀性是影响稀土钨材加工性能的关键，其在钨变形过程中会沿变形方向伸长，随变形程度增加，易于断裂为更细小的颗粒，从而减小变形抗力，利于进一步进行形变。研究结果为工艺优化和工艺调整提供了理论指导依据。