鎢釷合金

真空電子器件和等離子體裝置在通訊、廣播電視、電光源、空間技術、焊接等領域發揮着重要作用，其關鍵部件是陰極。作為電子源，陰極電子發射材料的性能直接影響器件的特性和使用壽命，因此被稱為器件的“心臟”。

鎢金屬作為熱電子發射材料在工業中得到了廣泛應用，但是純鎢作為電極材料，其發射效率低、逸出功高（4.52eV）、電流容量小，在大電流下燒損比較嚴重，在高温條件下長時間工作會發生再結晶現象，形成等軸狀晶粒組織，使材料變脆而發生斷裂 ^[1]  。

鎢釷合金（釷鎢電極材料）的發明始於1913年，是在純鎢中摻雜了2%左右的二氧化釷（ThO2），其電子逸出功為2.63eV，比純鎢降低接近一半，電子發射效率大大提高，約為純鎢的10倍，因此鎢釷合金得到了極大的發展 ^[2]  。

但是由於釷元素的放射性污染，美國、歐盟的相關生產商由於政府限制，已經停止釷鎢材料的生產或將生產轉移到發展中國家。隨着各國對環境保護和職業健康的日益關注，全球停止釷鎢的生產和使用是必然趨勢 ^[1]  。

各國材料研究人員正致力於研製各種新型稀土鎢電極材料替代放射性釷鎢電極（鎢釷合金）。

鎢是高熔點（3410℃）金屬，蒸汽壓低，它廣泛應用於高温領域。釷鎢絲是眾多鎢絲種類的一種，主要應用於電子管和氣體放電管陰極，發射管熱絲、掛鈎和彈簧，焊接和等離子切割電極。鎢絲中ThO2含量根據用途不同而不同，範圍從1.5%~2.5%，其作用是提高電子發射能力，提高氫弧焊電極的抗燒蝕能力，降低起弧電壓，增大許可電流 ^[3]  。

氧化釷（ThO2）的特性：ThO2的熔點是所有氧化物中最高的。它的熔點為3300±100℃。它在高温下的蒸汽壓很低，而且不被金屬侵蝕。有放射性。不溶於水、鹼和稀酸，但溶於熱硫酸。氧化釷以立方體晶型存在，在加熱過程中無晶型轉變，加熱時發出白光。ThO2作為第二相，彌散質點（1μm）均勻分佈在鎢晶界表面，化學性質穩定,在生產過程和使用温度下有拒聚集性 ^[4]  。

釷鎢電極是傳統電極，有着優異的焊接性能，通常用於碳鋼、不鏽鋼、鎳合金和鈦金屬的直流焊接。但釷是天然放射性元素，在加工使用以及材料廢品的回收再利用時極易對人體和環境造成放射性污染，從而對環境和人體帶來危害。

鎢釷合金（釷鎢）是鎢合金絲材的一種，與摻雜鎢絲相比，再結晶釷鎢絲的晶粒長寬比值、晶粒大小和下垂值均隨變形程度增加而減小再結晶温度也隨變形程度增加而降低。這些性能説明釷鎢絲的耐高温性能不如摻雜鎢絲，但釷鎢絲具有良好的電子發射能力，因此主要應用於惰性氣體電弧焊（TIG）電極和需要高電子發射的電子管中。其中，以焊接領域使用的惰性氣體電弧焊電極佔了絕大部分，電子管使用量相對較少，且由於使用的絲材直徑小（相對於電極），加工困難，成材率低。雖然其利潤空間很大，但市場窄，需求量很小，一直得不到生產企業的重視 ^[3]  。