加熱處理后鎢及釷鎢電極中的物理變化

從兩種類型電極的加熱部分和非加熱部分切割樣本。研究人員在檢測(cè)樣本表面之后，樣本的橫切面與縱切面被拋光以便于相成像和 分析。運(yùn)用Joel  6300F場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(TESEM)配備次級(jí)電子(SE)和反向散射電子(BSE)探測(cè)儀檢測(cè)樣本。運(yùn)用Oxford ExlⅡ能量擴(kuò) 散 X一射線 (EDX)分析系統(tǒng)結(jié)臺(tái)掃描電鏡 ( FESEM )完成元素分析。EDX探測(cè)儀有一薄 窗，它能夠探測(cè)低原子數(shù)目的元素比如氧。

BSE探測(cè)儀是對(duì)含不同相位的材料成像的理想儀器。拋光處理將樣本凹凸不平的構(gòu)形減至最低程度，BSE探測(cè)僅顯示平均原子數(shù)目 ( Z )的差 異。Z為較低值的區(qū)域比較高Z值的區(qū)域暗。 因而釷 (Z=33) 比起鎢(Z =74)較暗，一旦研究人員識(shí)別這些相位特征，就可運(yùn)用 EDX法集中電子束于要分析的該點(diǎn)或區(qū)域測(cè)定樣本的元素成份。在該點(diǎn)的元素發(fā)射出特定的X一射線就可被計(jì)算并按照多頻分析儀記 錄的能量進(jìn)行分類。

鎢電極的變化過(guò)程可歸結(jié)為晶粒生長(zhǎng)和表面氧化兩方面。在未經(jīng)加熱的含釷鎢樣本中，由于拉拔工藝中將桿徑縮小至所需規(guī)格（3.2mm)使得氧化釷顆粒具有延伸形狀。釷的熔點(diǎn)( 3666±25K)低于鎢熔點(diǎn) (3693K)。盡管氧化釷受制于鎢，但由于它在熔融過(guò)程 中與鎢一起被拉拔，所以它具有一定的聚合力。鎢在熔點(diǎn)時(shí)的軟化過(guò)程盡管很短，但使得這些晶粒呈現(xiàn)出優(yōu)化球形。  

運(yùn)用EDX光譜對(duì)加熱前后的氧化釷顆粒進(jìn)行檢驗(yàn)表明：在使用方法的誤差±5 ％范圍內(nèi)，氧和釷的峰值高度比率保持不變。另外，在鎢基質(zhì)中并未發(fā)現(xiàn)存在有釷。并非象人們所認(rèn)為的那樣，鎢作為釷的還原劑。但是EDX分析法并不能探測(cè)痕量元素，并且極有可能的是：在較短的試驗(yàn)時(shí)期內(nèi)不能使足夠的氧化釷還原成可探測(cè)到的釷數(shù)量 ，釷數(shù)量包括自身或分解進(jìn)入鎢物質(zhì)中的釷。

當(dāng)氧化釷熔化并且當(dāng)鎢顆粒變大，氧化釷由電極觸點(diǎn)遷移進(jìn)入電弧本身。此時(shí)溫度高足以使氧化釷蒸發(fā)并使之分解。一部分分解物 質(zhì)掠過(guò)稍冷卻的電極表面，在那里凝聚一些釷物質(zhì)，這樣就電極上形成一 圈釷物質(zhì)。盡管如此，電極使用壽命延長(zhǎng)的原因仍不十分清楚，特別是在電極觸點(diǎn)在較短使用期間內(nèi)變?yōu)榧冩u的情況下，它有可能是由在鎢基質(zhì)中的微量釷或氧化釷所引起，或是由鎢的兩種運(yùn)行模式所起，因此在未來(lái)還需進(jìn)一步研究來(lái)揭示此謎。