钨钍合金

由钨和二氧化钍组成的钨合金

钨钍合金是由钨和二氧化钍所组成的一种钨合金，别名钍钨。钨基体中掺杂的ThO2含量在0.7%～2%之间。由于掺杂的ThO2热稳定性好，可以大幅提高钨合金的高温强度、再结晶温度和高温蠕变性能，且钍还进一步降低钨的电子逸出功，从而增强了钨钍合金的热电子发射能力。

发展过程

真空电子器件和等离子体装置在通讯、广播电视、电光源、空间技术、焊接等领域发挥着重要作用，其关键部件是阴极。作为电子源，阴极电子发射材料的性能直接影响器件的特性和使用寿命，因此被称为器件的“心脏”。

钨金属作为热电子发射材料在工业中得到了广泛应用，但是纯钨作为电极材料，其发射效率低、逸出功高（4.52eV）、电流容量小，在大电流下烧损比较严重，在高温条件下长时间工作会发生再结晶现象，形成等轴状晶粒组织，使材料变脆而发生断裂。

钨钍合金（钍钨电极材料）的发明始于1913年，是在纯钨中掺杂了2%左右的二氧化钍（ThO2），其电子逸出功为2.63eV，比纯钨降低接近一半，电子发射效率大大提高，约为纯钨的10倍，因此钨钍合金得到了极大的发展。

但是由于钍元素的放射性污染，美国、欧盟的相关生产商由于政府限制，已经停止钍钨材料的生产或将生产转移到发展中国家。随着各国对环境保护和职业健康的日益关注，全球停止钍钨的生产和使用是必然趋势。

各国材料研究人员正致力于研制各种新型稀土钨电极材料替代放射性钍钨电极（钨钍合金）。

性质特点

钨是高熔点（3410℃）金属，蒸汽压低，它广泛应用于高温领域。钍钨丝是众多钨丝种类的一种，主要应用于电子管和气体放电管阴极，发射管热丝、挂钩和弹簧，焊接和等离子切割电极。钨丝中ThO2含量根据用途不同而不同，范围从1.5%~2.5%，其作用是提高电子发射能力，提高氢弧焊电极的抗烧蚀能力，降低起弧电压，增大许可电流。

氧化钍（ThO2）的特性：ThO2的熔点是所有氧化物中最高的。它的熔点为3300±100℃。它在高温下的蒸汽压很低，而且不被金属侵蚀。有放射性。不溶于水、碱和稀酸，但溶于热硫酸。氧化钍以立方体晶型存在，在加热过程中无晶型转变，加热时发出白光。ThO2作为第二相，弥散质点（1μm）均匀分布在钨晶界表面，化学性质稳定,在生产过程和使用温度下有拒聚集性。

钍钨电极是传统电极，有着优异的焊接性能，通常用于碳钢、不锈钢、镍合金和钛金属的直流焊接。但钍是天然放射性元素，在加工使用以及材料废品的回收再利用时极易对人体和环境造成放射性污染，从而对环境和人体带来危害。

主要应用

钨钍合金（钍钨）是钨合金丝材的一种，与掺杂钨丝相比，再结晶钍钨丝的晶粒长宽比值、晶粒大小和下垂值均随变形程度增加而减小再结晶温度也随变形程度增加而降低。这些性能说明钍钨丝的耐高温性能不如掺杂钨丝，但钍钨丝具有良好的电子发射能力，因此主要应用于惰性气体电弧焊（TIG）电极和需要高电子发射的电子管中。其中，以焊接领域使用的惰性气体电弧焊电极占了绝大部分，电子管使用量相对较少，且由于使用的丝材直径小（相对于电极），加工困难，成材率低。虽然其利润空间很大，但市场窄，需求量很小，一直得不到生产企业的重视。

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