鎢合金部件、以及使用該鎢合金部件的放電燈、發(fā)射管和磁控管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種包含鎢、和選自Zr、ZrO2、ZrC及C的至少兩種成分的鎢合金部件。鎢合金部件含有以ZrO2換算計(jì)為0.1～5wt％的Zr。
【專利說(shuō)明】鎢合金部件、以及使用該鎢合金部件的放電燈、發(fā)射管和磁
控管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及鎢合金部件、以及使用該鎢合金部件的放電燈、發(fā)射管和
磁控管。
【背景技術(shù)】
[0002]鎢合金部件因鎢的高溫強(qiáng)度而被應(yīng)用在各式各樣的領(lǐng)域中。例如，用作放電燈、發(fā)射管、磁控管。在放電燈(HID燈)中，鎢合金部件被用作為陰極電極、電極支承棒、線圈部件等。在發(fā)射管中，鎢合金部件被用作絲極或者網(wǎng)狀柵極等。在磁控管中，鎢合金部件被用作線圈部件等。這些鎢合金部件采取具有規(guī)定形狀的燒結(jié)體、線材、將線材形成為線圈狀的線圈部件的形狀。
[0003]以往，使用如日本專利特開2002-226935號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)所記載的含有釷(或釷化合物)的鎢合金作為這些鎢合金部件。專利文獻(xiàn)I的鎢合金是使釷粒子和釷化合物粒子以平均粒徑在0.3μπι以下進(jìn)行微細(xì)分散，使抗變形性提高的合金。因?yàn)楹Q的鎢合金的射極特性和高溫下的機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異，所以被用于前述的領(lǐng)域中。
[0004]但是，因?yàn)殁Q或釷化合物是放射性物質(zhì)，所以考慮到對(duì)環(huán)境的影響，期待不使用釷的鎢合金部件。在日本專利特開2011-103240號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)中，開發(fā)出含有硼化鑭(LaB6)的鎢合金部件作為不使用釷的鎢合金部件。
[0005]另外,在專利文獻(xiàn)3中記載了使用了含有氧化鑭(La2O3)和HfO2或ZrO2的鎢合金的短路電弧型高壓放電燈。通過(guò)專利文獻(xiàn)3記載的鎢合金不能得到足夠的發(fā)射特性。這是因?yàn)檠趸|的熔點(diǎn)為2300 V左右，較低，在提高施加電壓或者電流密度，部件達(dá)到高溫時(shí)，氧化鑭早早就被蒸發(fā)，發(fā)射特性下降。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2002-226935號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2011-103240號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)3:日本專利特許第4741190號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]例如，將鎢合金部件用途之一的放電燈大致分成低壓放電燈和高壓放電燈這兩種。低壓放電燈可列舉普通照明、使用在道路或者隧道等的特殊照明、涂料固化裝置、U V固化裝置、殺菌裝置、半導(dǎo)體等的光清潔裝置等的各種各樣的電弧放電型的放電燈。另外，高壓放電燈可列舉:供水和排水的處理裝置、普通照明、競(jìng)技場(chǎng)等的室外照明、U V固化裝置、半導(dǎo)體或者印刷基板等的曝光裝置、晶片檢查裝置、投影儀等的高壓汞燈、金屬鹵化物燈、超高壓汞燈、氙燈、鈉燈等。
[0012]放電燈根據(jù)其用途施加IOV以上的電壓。對(duì)專利文獻(xiàn)2所記載的含有硼化鑭的鎢合金以不到IOOV施加電壓，就能夠獲得與含釷的鎢合金同等的壽命。但是，隨著電壓增大到100V以上，發(fā)射特性降低，其結(jié)果是壽命也大大縮短。
[0013]關(guān)于發(fā)射管和磁控管，也同樣存在隨著施加電壓的增大，不能獲得足夠的特性的問(wèn)題。
[0014]本發(fā)明的目的在于提供不使用作為放射性物質(zhì)的釷，顯示與含釷的鎢合金部件相同或在其以上的特性的鎢合金部件、以及使用該鎢合金部件的放電燈、發(fā)射管和磁控管。
[0015]根據(jù)實(shí)施方式，提供一種包含鎢、和選自Zr、Zr02、ZrC及C的至少兩種成分(以下稱為Zr成分)的鎢合金部件。鎢合金部件含有以ZrO2換算計(jì)為0.1?5wt%的所述Zr成分。鎢合金部件較好是含有以ZrO2換算計(jì)為0.1?3wt%的所述Zr成分。將Zr和O的含量換算為ZrOx時(shí)，較好是χ < 2，更好是O < χ < 2。
[0016]鎢合金部件還可以含有0.01wt%以下的選自K、Si和Al的至少一種元素。此外，鎢合金可以含有2wt%以下的T1、Hf、V、Nb、Ta、Mo、稀土類元素中的至少一種。特別是在將Zr的總含量記作100質(zhì)量份時(shí)，可以含有15質(zhì)量份以下的Hf。
[0017]ZrO2的一次粒子的平均粒徑較好在15μπι以下，更好是平均粒徑在5μπι以下，最大徑在15 μ m以下。ZrO2的二次粒子的最大徑較好在100 μ m以下。
[0018]所述Zr成分較好是作為ZrO2和金屬Zr這兩種形態(tài)存在。金屬Zr的至少一部分較好是固溶在鎢中。金屬Zr較好是存在于鎢合金部件的表面。此外，將Zr的總含量記作100質(zhì)量份時(shí)，構(gòu)成ZrO2的Zr的含量較好是30?98質(zhì)量份。
[0019]鎢合金部件的線徑較好是0.1?30mm，維氏硬度Hv較好在330以上，特好在330?700的范圍內(nèi)。
[0020]放電燈用電極部件較好是具有將其前端制成錐形的前端部和圓柱狀的主體部的部件。在觀察主體部的橫截面(徑向截面)的結(jié)晶組織時(shí)，每單位面積(例如300 μ mX 300 μ m)上，具有I?80 μ m的結(jié)晶粒徑的鎢結(jié)晶的面積率較好在90%以上。在觀察主體部的縱截面的結(jié)晶組織時(shí)，每單位面積(例如300 μ mX 300 μ m)上，具有2?120 μ m的結(jié)晶粒徑的鎢結(jié)晶的面積率較好在90%以上。
[0021]實(shí)施方式的鎢合金部件用于例如放電燈用部件、發(fā)射管用部件、或者磁控管用部件。
[0022]實(shí)施方式的放電燈是使用了實(shí)施方式的鎢合金部件的放電燈。實(shí)施方式的發(fā)射管是使用了實(shí)施方式的鎢合金部件的發(fā)射管。實(shí)施方式的磁控管是使用了實(shí)施方式的鎢合金部件的磁控管。
[0023]實(shí)施方式的鎢合金部件應(yīng)用于放電燈的電極時(shí)，施加在該電極上的電壓較好在100V以上。構(gòu)成放電燈用電極的實(shí)施方式的鎢合金部件因?yàn)椴缓蟹派湫晕镔|(zhì)的釷(或酸化釷)，所以對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生惡劣影響。并且由實(shí)施方式的鎢合金部件構(gòu)成的放電燈用電極具有與由含釷的鎢合金構(gòu)成的放電燈用電極相同或在其以上的特性。為此，使用了實(shí)施方式的鎢合金部件的放電燈對(duì)環(huán)境友好。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是顯示了實(shí)施方式的放電燈用電極部件的一例的圖。
[0025]圖2是顯示了實(shí)施方式的放電燈用電極部件的其他例的圖。[0026]圖3是顯示了實(shí)施方式的放電燈的一例的圖。
[0027]圖4是顯示了實(shí)施方式的磁控管用部件的一例的圖。
[0028]圖5是顯示了實(shí)施方式的放電燈用電極部件的一例的圖。
[0029]圖6是顯示了實(shí)施方式的放電燈用電極部件的其他例的圖。
[0030]圖7是顯示了實(shí)施方式的放電燈用電極部件的主體部的橫截面的一例的圖。
[0031]圖8是顯示了實(shí)施方式的放電燈用電極部件的主體部的縱截面的一例的圖。
[0032]圖9是顯示了實(shí)施方式的放電燈的一例的圖。
[0033]圖10是顯示實(shí)施例1和比較例I的發(fā)射電流密度一施加電壓的關(guān)系的圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0034]實(shí)施方式的鎢合金部件包含鎢、和選自Zr、Zr02、ZrC及C的至少兩種成分，并含有以ZrO2換算計(jì)為0.1?5界七％的Zr。較好是含有以ZrO2換算計(jì)為0.1?3界七％的Zr。
[0035]通過(guò)含有以ZrO2 (氧化鋯)換算計(jì)為0.1?5wt %的Zr (鋯)，能夠提高發(fā)射特性和強(qiáng)度等的特性。即，如果Zr含量以ZrO2換算計(jì)低于0.lwt%，則添加的效果不夠，如果超過(guò)3wt%,則特性降低。Zr含量以ZrO2換算計(jì)較好是0.5?2.5wt%。
[0036]實(shí)施方式的鎢合金部件中，含有選自Zr、ZrO2, ZrC及C的至少兩種成分。具體而言，以下述組合方式中的任一種含有ZrO2成分:Zr和ZrO2的組合、ZrO2和ZrC (碳化鋯)的組合、ZrO2和C (碳)的組合、Zr和ZrO2和ZrC的組合、ZrO2和ZrC和C的組合、Zr和ZrO2和C的組合、Zr和ZrOdP ZrC和C (碳)的組合。如果比較各自的熔點(diǎn)，金屬Zr為1850°C，Zr02S 2720°C，ZrC為3420°C，鎢為3400°C (參見巖波書店(巖波書店)的《理化學(xué)事典》)。金屬釷的熔點(diǎn)為1750°C、氧化釷(ThO2)的熔點(diǎn)為3220±50°C。鋯因?yàn)榫哂懈哂阝Q的熔點(diǎn)，所以實(shí)施方式的鎢合金部件與含釷的鎢合金部件相比，能夠使高溫強(qiáng)度相同或者在其以上。
[0037]將Zr和O的含量換算為ZrOx時(shí)，較好是χ < 2。χ < 2意味著鎢合金中所含的ZrO2成分不是都以化學(xué)計(jì)量學(xué)的ZrO2的形態(tài)存在，而是其中一部分形成為金屬Zr及ZrC。金屬Zr的功函數(shù)為4.1，比金屬Th的功函數(shù)3.4較大，所以認(rèn)為發(fā)射特性降低，但是在放電燈用等用途中并沒(méi)有成為顯著的問(wèn)題。另外，金屬鋯因?yàn)榕c鎢形成固溶體，所以是提高強(qiáng)度的有效的元素。將Zr和O的含量換算為ZrOx時(shí)，較好是O < χ < 2。關(guān)于χ < 2，如前所述。O< χ的意思是指鎢合金中存在ZrC或C的任意一種。ZrC或C具有除去鎢合金所含有的雜質(zhì)氧的脫氧效果。因?yàn)橥ㄟ^(guò)減少雜質(zhì)氧能降低鎢部件的電阻值，所以提高作為電極的特性。ZrOx的χ如果在上述范圍內(nèi)，金屬Zr、ZrO2、ZrC或C則能平衡存在，發(fā)射特性、強(qiáng)度、電阻、壽命等的特性提聞。
[0038]鎢合金部件中的Zr、Zr02、ZrC、0的含量可用ICP分析法和惰性氣體熔解一紅外線吸收法測(cè)定。用ICP分析法能夠測(cè)定將金屬Zr的Zr量、和ZrO2及ZrC的Zr量合計(jì)而得的Zr量。通過(guò)惰性氣體熔解一紅外線吸收法，可測(cè)定將0(氧)量、和單獨(dú)存在的氧量或者作為其他氧化物存在的氧量合計(jì)而得的氧量。實(shí)施方式中，通過(guò)ICP分析法和惰性氣體熔解一紅外線吸收法測(cè)定Zr量、O量，將其換算成ZrOx。
[0039]實(shí)施方式的鎢合金部件可含有0.01wt%以下的選自K、Si和Al的至少一種元素。K(鉀)、Si (硅)、A1 (鋁)都是所謂的摻雜材料，通過(guò)添加這些摻雜材料能夠提高重結(jié)晶特性。通過(guò)提高重結(jié)晶特性，在進(jìn)行重結(jié)晶熱處理時(shí)就容易獲得均勻的重結(jié)晶組織。對(duì)于摻合材料的含有量的下限無(wú)特別限定，較好為0.001wt%以上。如果不到0.001wt%，添加的效果會(huì)減?。蝗绻^(guò)0.01wt%，燒結(jié)性和加工性會(huì)變差，量產(chǎn)性可能會(huì)下降。
[0040]實(shí)施方式的鶴合金部件中，將Zr的含量記作100質(zhì)量份時(shí),較好是還含有15質(zhì)量份以下的Hf。Zr的含量表示Zr、ZrO2和ZrC的總計(jì)的Zr量。Hf (鉿)的熔點(diǎn)為2207°C，較高，所以即使含在鎢合金部件中，不良影響也少。市售的Zr粉根據(jù)等級(jí)不同，也會(huì)含有幾個(gè)百分點(diǎn)的Hf。使用除去了雜質(zhì)的高純度Zr粉或高純度ZrO2粉，在特性提高上是有效的。但是，原料的高純度化成為成本上升的主要因素。將Zr記作100重量份時(shí)，如果Hf (鉿)的含量在15質(zhì)量份以下，不會(huì)使特性過(guò)度下降。
[0041]對(duì)于實(shí)施方式的鎢合金部件，將表面部的碳量記作Cl (wt% )，將中心部的碳量記作C2(wt%)時(shí)，較好為C1<C2。表面部表示從鎢合金部件的表面開始到20 μ m為止的部分。中心部是指鎢合金部件的截面的中心部分。該碳量是ZrC等的碳化物的碳和單獨(dú)存在的碳這兩者合計(jì)而得的值，通過(guò)燃燒一紅外線吸收法進(jìn)行分析。表面部的碳量Cl <中心部的碳量C2表示表面部的碳通過(guò)脫氧而成為CO2，并跑到系統(tǒng)外。如果表面部的碳量減少，則表面部的Zr量相對(duì)地增加。為此，使用Zr作為射極材料的時(shí)候，特別有效。 [0042]實(shí)施方式的鎢合金部件較好含有平均結(jié)晶粒徑為I~100 μ m的鎢結(jié)晶。鎢合金部件較好為燒結(jié)體。如果為燒結(jié)體，通過(guò)利用成形工序則能制成各式各樣形狀的部件。通過(guò)實(shí)施鍛造工序、壓延工序、拉絲工序等容易將燒結(jié)體加工成線材(包括絲極)和線圈部件等。燒結(jié)體的鎢結(jié)晶是長(zhǎng)寬比不到3的結(jié)晶在90%以上的各向同性結(jié)晶組織。如果將這樣的燒結(jié)體拉絲加工，則可形成長(zhǎng)寬比在3以上的結(jié)晶在90%以上的扁平結(jié)晶組織。鎢結(jié)晶的粒徑如下所述求得:首先，通過(guò)金屬顯微鏡等的放大照片以拍攝結(jié)晶組織。對(duì)于在該截面中存在的I個(gè)鎢結(jié)晶，測(cè)定最大弗雷特直徑(日文:最大7工 > 一徑)，將其作為粒徑。對(duì)任意100個(gè)的鎢結(jié)晶進(jìn)行該測(cè)定，將其平均值作為平均結(jié)晶粒徑。
[0043]鎢結(jié)晶的最大弗雷特直徑的平均值如果小到不足I μ m,則較難使Zr、ZrO2, ZrC或C的分散成分達(dá)到均勻的分散狀態(tài)。這是因?yàn)槿绻u結(jié)晶的最大弗雷特直徑的平均值小到不足lm，則晶界變小，分散成分很難均勻分散在鎢結(jié)晶之間的晶界上。另一方面，如果鎢結(jié)晶的最大弗雷特直徑的平均值大到超過(guò)100 μ m，則作為燒結(jié)體的強(qiáng)度下降。因此，鎢結(jié)晶的最大弗雷特直徑的平均值較好是I~100 μ m,更好是10~60 μ m。
[0044]從均勻分散的觀點(diǎn)考慮，Zr、ZrO2, ZrC或C的分散成分的最大弗雷特直徑的平均值較好是小于鎢結(jié)晶的最大弗雷特直徑的平均值。具體而言，在將鎢結(jié)晶的最大弗雷特直徑的平均值記作A ( μ m)，將分散成分的最大弗雷特直徑的平均值記作B ( μ m)時(shí)，較好是B/A≤0.5。Zr、ZrO2, ZrC或C的分散成分存在于鎢結(jié)晶之間的晶界，能起到射極材料或晶界強(qiáng)化材料的功能。通過(guò)將分散成分的平均粒徑減小到鎢的平均結(jié)晶粒徑的1/2以下，分散成分則容易均勻分散在鎢結(jié)晶的晶界上，減少特性的參差不齊。
[0045]前述的鎢合金部件較好用于放電燈用部件、發(fā)射管用部件、磁控管用部件的至少I種。
[0046]作為放電燈用部件，可列舉放電燈所用的陰極電極、電極支持棒、線圈部件。圖1和圖2顯示了放電燈用陰極電極的一例。圖中的I是陰極電極，2為電極主體部，3為電極的前端部。陰極電極I由鎢合金的燒結(jié)體形成。電極前端部3的前端可以是圖1所示的截錐體，也可以是圖2所示的圓錐體。根據(jù)需要，對(duì)前端部進(jìn)行研磨加工。電極主體部2較好為直徑2?35mm、長(zhǎng)10?600mm的圓柱狀。
[0047]圖3顯示了放電燈的一例。圖中I為陰極電極，4為放電燈，5為電極支承棒，6為玻璃管。在放電燈4中，以使電極前端部相向的方式配置一對(duì)陰極電極I。陰極電極I與電極支承棒5接合。在玻璃管6的內(nèi)面設(shè)置有未圖示的熒光體層。根據(jù)需要在玻璃管6的內(nèi)部封入汞、鹵素、氬氣(或者氖氣)等。實(shí)施方式的鎢合金部件用作電極支持棒5的情況下，可以整個(gè)電極支持棒是實(shí)施方式的鎢合金，也可以是與陰極電極接合的部分使用實(shí)施方式的鎢合金，而剩余部分與其他引線材料接合的形狀。
[0048]根據(jù)放電燈的種類，也可以使用將線圈部件安裝在電極支承棒上作為電極使用的放電燈。也可以使用實(shí)施方式的鎢合金作為該線圈部件。
[0049]實(shí)施方式的放電燈是使用了實(shí)施方式的鎢合金部件的放電燈。對(duì)于放電燈的種類無(wú)特別限定，可以適用于低壓放電燈和高壓放電燈中的任一種。低壓放電燈可列舉普通照明、使用在道路或者隧道等的特殊照明、涂料固化裝置、U V固化裝置、殺菌裝置、半導(dǎo)體等的光清潔裝置等的各種各樣的電弧放電型的放電燈。另外，高壓放電燈可列舉:供水和排水的處理裝置、普通照明、競(jìng)技場(chǎng)等的室外照明、U V固化裝置、半導(dǎo)體或者印刷基板等的曝光裝置、晶片檢查裝置、投影儀等的高壓汞燈、金屬鹵化物燈、超高壓汞燈、氙燈、鈉燈等。
[0050]實(shí)施方式的鎢合金部件作為發(fā)射管用部件也是適合的。作為發(fā)射管用部件，列舉絲極或者網(wǎng)狀柵極。網(wǎng)狀柵極可以是將線材編織成網(wǎng)狀的網(wǎng)狀柵極，也可以是在燒結(jié)體板上形成多個(gè)孔的網(wǎng)狀柵極。實(shí)施方式的發(fā)射管因?yàn)槭褂昧藢?shí)施方式的鎢合金部件作為發(fā)射管用部件，所以發(fā)射特性等比較理想。
[0051]實(shí)施方式的鎢合金部件作為磁控管用部件也是適合的。作為磁控管用部件，可列舉線圈部件。圖4顯示了作為磁控管用部件的一例的磁控管用陰極構(gòu)造體。圖中7為線圈部件，8為上部支承部件，9為下部支承部件，10為支承棒，11為磁控管用陰極構(gòu)造體。上部支承部件8和下部支承部件9通過(guò)支承棒10成為一體。支承棒10的周圍配置有線圈部件7，與上部支承部件8和下部支承部件9成為一體。這樣的磁控管用部件適合于微波爐。較好用線徑0.1?Imm的鶴線材制作線圈部件。線圈部件的直徑較好為2?6mm。在使用實(shí)施方式的鎢合金部件作為磁控管用部件時(shí)，顯示優(yōu)異的發(fā)射特性和高溫強(qiáng)度。為此，能夠提高使用了鎢合金部件的磁控管的可靠性。
[0052]接著，對(duì)實(shí)施方式的鎢合金部件的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方式的鎢合金部件只要具有前述的構(gòu)造，對(duì)其制造方法沒(méi)有特別限定，作為高效的制造方法可例舉以下的方法。
[0053]首先，準(zhǔn)備作為原料的鎢粉末。鎢粉末的平均粒徑較好為I?10 μ m。如果平均粒徑不到I μ m,則鎢粉末容易凝集，很難使ZrO2成分均勻分散。如果平均粒徑超過(guò)10 μ m,作為燒結(jié)體的平均結(jié)晶粒徑則有可能超過(guò)ΙΟΟμπι。鎢粉末的純度根據(jù)用途不同而不同，較好在99.0wt %以上，更好是在99.9wt%以上的高純度。
[0054]接著，準(zhǔn)備作為Zr成分的ZrO2粉末、作為ZrC成分的ZrC粉末。也可使用Zr粉末和碳粉末的混合物以代替ZrC粉末。也可不單獨(dú)使用ZrC粉末，而是使用在ZrC粉末中混合了 Zr粉末或者碳粉末的I?2種的粉末。其中，較好使用ZrO2粉末或ZrC粉末。ZrC粉末在燒結(jié)工序中，一部分碳發(fā)生分解，與鎢粉末中的雜質(zhì)氧反應(yīng)，生成二氧化碳，釋放到系統(tǒng)以外，對(duì)鎢合金的均勻化有貢獻(xiàn)，所以較為理想。在使用Zr粉末和碳粉末的混合粉末的情況下，為了將Zr粉末和碳粉末這兩者均勻混合，增加了制造工序的負(fù)荷。因?yàn)榻饘賈r容易氧化，所以較好使用ZrC粉末。
[0055]如后敘那樣，ZrO2粉末的一次粒子的平均粒徑較好在15 μ m以下，更好為0.5?5 μ m。如果平均粒徑不到0.5 μ m，則ZrO2粉末的凝集增大，很難使其均勻分散。如果平均粒徑超過(guò)15 μ m,則很難使其在鎢結(jié)晶的晶界上均勻分散。ZrC粉末的平均粒徑較好是0.5?5μπι。如果平均粒徑不到0.5 μ m，ZrC粉末的凝集增大，很難使其均勻分散。如果平均粒徑超過(guò)5 μ m，則很難使其在鎢結(jié)晶的晶界上均勻分散。從均勻分散的觀點(diǎn)考慮，較好為ZrO2粉末或ZrC粉末的平均粒徑<鎢粉末的平均粒徑。
[0056]如前所述，在將ZrO2粉末、ZrC粉末和Zr粉末的Zr量記作100質(zhì)量份時(shí)，Hf含量較好在15質(zhì)量份以下，更好在10質(zhì)量份以下。Hf量越少越好，但原料的高純度化會(huì)成為成本上升的主要因素，所以Hf量更好是0.1?3質(zhì)量份。
[0057]根據(jù)需要，添加選自K、Si和Al的至少一種元素的摻雜材料，其添加量較好為0.0lwt% 以下。
[0058]然后將各原料粉末均勻混合。混合工序較好使用球磨機(jī)等的混合機(jī)進(jìn)行?；旌瞎ば蜉^好是進(jìn)行8小時(shí)以上、更好是20小時(shí)以上。根據(jù)需要，也可以與有機(jī)粘合劑、有機(jī)溶劑混合制成漿料。根據(jù)需要也可進(jìn)行造粒工序。
[0059]然后以模具壓制制成成形體。根據(jù)需要對(duì)成形體進(jìn)行脫脂工序。接著，進(jìn)行燒結(jié)工序。燒結(jié)工序較好是在氫、氮等的惰性氣氛或真空中進(jìn)行。燒結(jié)較好在溫度1400?3000°C下進(jìn)行I?20小時(shí)。如果燒結(jié)溫度不到1400°C或燒結(jié)時(shí)間不到I小時(shí)，則燒結(jié)不充分，燒結(jié)體的強(qiáng)度下降。如果燒結(jié)溫度超過(guò)3000°C或者燒結(jié)時(shí)間超過(guò)20小時(shí)，則鎢結(jié)晶可能會(huì)過(guò)度粒生長(zhǎng)。通過(guò)在氫、惰性氣氛或者真空中進(jìn)行燒結(jié)，能夠?qū)Y(jié)體表面部的碳容易地釋放到系統(tǒng)外。燒結(jié)可通過(guò)通電燒結(jié)、常壓燒結(jié)、加壓燒結(jié)等進(jìn)行，對(duì)此無(wú)特別限定。
[0060]接著，進(jìn)行將燒結(jié)體加工為部件的工序。作為加工工序，可例舉鍛造工序、壓延工序、拉絲工序、切割工序、研磨工序等。在加工為線圈部件時(shí)，可例舉盤繞工序(日文:二 4V 工程)。在制作作為發(fā)射管用部件的網(wǎng)狀柵極時(shí)，可例舉將絲極加工成網(wǎng)狀的工序。
[0061]然后根據(jù)需要對(duì)加工好的部件進(jìn)行矯正熱處理。矯正熱處理較好在惰性氣氛或者真空中在1300?2500°C范圍內(nèi)進(jìn)行。通過(guò)矯正熱處理能緩和加工成部件的工序中所產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，以提高部件的強(qiáng)度。
[0062]實(shí)施方式的鎢合金部件較好是含有以ZrO2換算計(jì)為0.1?5wt%的Zr，且ZrO2粒子的一次粒子的平均粒徑在15 μ m以下。
[0063]鶴合金部件較好含有ZrO2和Zr這兩種。對(duì)于ZrO2 (氧化鉿)，Ο/Zr的原子比不限于2，也可在1.6?2的范圍。Zr含量以Zr02(0/Zr原子比=2)換算計(jì)為0.1?5wt%。Zr是在放電燈用電極部件中起到射極材料功能的成分。Zr的含量以ZrO2換算計(jì)不到0.1wt%時(shí)，發(fā)射特性不夠。如果超過(guò)5wt%，則有可能導(dǎo)致強(qiáng)度下降等。為此，Zr以算計(jì)較好為0.3?3.0wt%，更好為0.5?2.5wt%。
[0064]ZrO2以粒子的形態(tài)存在，ZrO2的一次粒子的平均粒徑較好在15 μ m以下。ZrO2粒子存在于鎢結(jié)晶粒子之間的晶界上。為此，如果ZrO2S子過(guò)大，則鎢結(jié)晶粒子之間的間隙會(huì)增大，成為密度下降和強(qiáng)度下降的原因。如果ZrO2粒子存在于鎢結(jié)晶粒子之間的晶界上，不僅起到發(fā)射材料的功能，還能起到分散強(qiáng)化材料的功能，所以對(duì)提高電極部件的強(qiáng)度是有利的。
[0065]ZrO2粒子的一次粒子的平均粒徑較好在5μπι以下、且最大徑在15 μ m以下。另夕卜，ZrO2粒子的一次粒子的平均粒徑較好在0.1 μ m以上3 μ m以下、且最大徑在I μ m以上10 μ m以下。如果使用平均粒徑不到0.1 μ m或最大徑不到I μ m的小的ZrO2粒子，因發(fā)射所產(chǎn)生的消耗會(huì)早早耗盡。為了延長(zhǎng)作為電極的壽命，較好是ZrO2粒子的平均粒徑在0.Ιμπι以上或最大徑在I μ m以上。
[0066]鎢合金部件中的ZrO2粒子的分散狀態(tài)較好為:在長(zhǎng)200 μ m的任意直線上存在有2?30個(gè)ZrO2粒子的范圍。如果ZrO2粒子的個(gè)數(shù)在每長(zhǎng)度200 μ m的直線上不到2個(gè)(O?I個(gè))，部分區(qū)域的ZrO2粒子變少，發(fā)射的不均勻性增大。相反，如果ZrO2粒子的個(gè)數(shù)在每長(zhǎng)度200 μ m的直線上多到超過(guò)30個(gè)(31個(gè)以上)，部分區(qū)域的ZrO2粒子過(guò)多，有可能產(chǎn)生強(qiáng)度下降等的惡劣影響。ZrO2粒子的分散狀態(tài)通過(guò)放大拍攝鎢合金的任意截面進(jìn)行調(diào)查。放大照片的倍率在1000倍以上。在放大照片上畫長(zhǎng)200 μ m的任意直線(線粗度為0.5mm)，計(jì)算該線上所存在的ZrO2粒子的個(gè)數(shù)。
[0067]ZrO2的二次粒子的最大徑較好在100 μ m以下。ZrO2的二次粒子是指一次粒子的凝集體。如果二次粒子大到超過(guò)100 μ m，鎢合金部件的強(qiáng)度則會(huì)下降。為此，ZrO2粒子的二次粒子的最大徑在ΙΟΟμπι以下，較好在50 μ m以下，更好是小到20 μ m以下。
[0068]Zr成分中，關(guān)于Zr (金屬Zr),存在各式各樣的分散狀態(tài)。
[0069]第一分散狀態(tài)是金屬Zr作為粒子存在的狀態(tài)。金屬Zr粒子與ZrO2粒子同樣，存在于鎢結(jié)晶粒子之間的晶界上。通過(guò)存在于鎢結(jié)晶粒子之間的晶界上，金屬Zr粒子也能起到作為發(fā)射材料和分散強(qiáng)化材料的功能。為此，金屬Zr的一次粒子的平均粒徑較好在15 μ m以下，更好在10 μ m以下,進(jìn)一步更好為0.1?3 μ m。金屬Zr的一次粒子的最大徑較好在15 μ m以下,更好在10 μ m以下。在制作鶴合金時(shí)，可預(yù)先將ZrO2粒子和金屬Zr粒子混合，也可在制造工序中將ZrO2粒子脫氧，生成金屬Zr粒子。如果使用對(duì)ZrO2粒子進(jìn)行脫氧的方法，還可獲得鎢中的氧被釋放至系統(tǒng)外的效果，所以較為理想。如果能夠脫氧，則能降低鎢合金的電阻，所以可提高作為電極的導(dǎo)電性。
[0070]第二分散狀態(tài)是金屬Zr存在于ZrO2粒子的表面的狀態(tài)。與第一分散狀態(tài)相同，在制作鎢合金的燒結(jié)體時(shí)，氧從ZrO2粒子表面脫氧，形成在表面形成有金屬Zr被膜的狀態(tài)。即使是帶有金屬Zr被膜的ZrO2粒子，也顯示優(yōu)異的發(fā)射特性。此外，帶有金屬Zr被膜的ZrO2的一次粒子的平均粒徑較好在15 μ m以下，更好在10 μ m以下,進(jìn)一步更好為0.1?3 μ m。此外,帶有金屬Zr被膜的ZrO2的一次粒子的最大徑較好在15 μ m以下,更好在10 μ m以下。
[0071]第三分散狀態(tài)是金屬Zr的一部分或者全部固溶在鎢中的狀態(tài)。金屬Zr與鎢形成固溶體。通過(guò)形成固溶體能夠提高鎢合金的強(qiáng)度。固溶的有無(wú)可通過(guò)XRD分析來(lái)判定。首先，測(cè)定Zr成分和氧的含量。將Zr和氧的含量換算為ZrOx,確認(rèn)χ < 2。然后，進(jìn)行XRD分析確認(rèn)沒(méi)有檢出金屬Zr的峰。這樣，盡管ZrOx的χ小于2、以未變成化學(xué)計(jì)量學(xué)上的氧化鋯的鋯存在，沒(méi)有檢出金屬Zr的峰意味著金屬Zr固溶在鎢中。
[0072]另一方面，在ZrOx的χ小于2、以未變成化學(xué)計(jì)量學(xué)上的氧化鋯的鋯存在、且檢出金屬Zr的峰的情況下，意味著是金屬Zr沒(méi)有固溶而是存在于鎢結(jié)晶之間的晶界上的第一分散狀態(tài)。此外，第二分散狀態(tài)可通過(guò)使用EPMA(電子探針顯微分析儀)或TEM(透射型電子顯微鏡)進(jìn)行分析。
[0073]金屬Zr的分散狀態(tài)可以是第一分散狀態(tài)、第二分散狀態(tài)、第三分散狀態(tài)中的任意一種或者兩種以上的組合。
[0074]將Zr的總含量記作100質(zhì)量份時(shí)，成為ZrO2粒子的Zr的比例較好為30?98質(zhì)量份。Zr也可以全部都是ZrO2粒子。如果是ZrO2粒子就能獲得發(fā)射特性。另外，通過(guò)使金屬Zr分散，能夠提高鎢合金的導(dǎo)電性和強(qiáng)度。但是，如果Zr全部都是金屬Zr，則發(fā)射特性和高溫強(qiáng)度降低。金屬Zr的熔點(diǎn)為1850°C，Zr02的熔點(diǎn)為2720°C，金屬鎢的熔點(diǎn)為3400°C。因?yàn)閆rO2的熔點(diǎn)高于金屬Zr的熔點(diǎn)，所以含有ZrO2的鎢合金部件的高溫強(qiáng)度提高。因?yàn)閆rO2的表面電流密度與ThO2基本相同，所以在實(shí)施方式的鎢合金部件中能夠流通與含氧化釷的鎢合金部件同樣的電流。為此，在將實(shí)施方式的鎢合金部件使用在放電燈的電極時(shí)，因能設(shè)定與含氧化釷的鎢合金電極同樣的電流密度，所以不需要變更控制電路等的設(shè)計(jì)。從這些觀點(diǎn)看，在將Zr成分的總含量記作100質(zhì)量份時(shí)，構(gòu)成ZrO2的Zr的含量較好為30?98質(zhì)量份，更好為60?95質(zhì)量份。
[0075]鎢合金中的ZrO2和金屬Zr的含量如下所述進(jìn)行分析。通過(guò)ICP分析法測(cè)定鎢合金中的總Zr量。然后，通過(guò)惰性氣體熔解一紅外線吸收法測(cè)定鎢合金中的總氧量。在鎢合金為鎢和Zr的二元系統(tǒng)時(shí)，可以認(rèn)為所測(cè)得的總氧量實(shí)質(zhì)上全部都變?yōu)榱?Zr02。為此，根據(jù)所測(cè)得的總Zr量和總氧量，就能夠算出ZrO2量。在該方法的情況下，將Ο/Zr設(shè)定為2，計(jì)算ZrO2量。
[0076]關(guān)于ZrO2粒子的尺寸，拍攝鎢合金燒結(jié)體的任意截面的放大照片，測(cè)定該截面中所存在的ZrO2粒子的最長(zhǎng)對(duì)角線，將其作為ZrO2的一次粒子的粒徑。對(duì)50個(gè)的ZrO2粒子進(jìn)行該測(cè)定，將其平均值作為ZrO2的一次粒子的平均粒徑。將ZrO2的一次粒子的粒徑(最長(zhǎng)對(duì)角線)中的最大值作為ZrO2的一次粒子的最大徑。
[0077]實(shí)施方式的鎢合金部件可含有2wt%以下的選自T1、V、Nb、Ta、Mo和稀土元素的至少一種元素。選自T1、V、Nb、Ta、Mo和稀土元素的至少一種元素以金屬單質(zhì)、氧化物、碳化物中的任一種形態(tài)存在。也可含有這些元素中的兩種以上的元素。即使在含有兩種以上的元素的情況下，其總量也較好在2wt%以下。這些元素主要起到分散強(qiáng)化材料的功能。ZrO2粒子因?yàn)槠鸬桨l(fā)射材料的功能，所以長(zhǎng)時(shí)間使用放電燈時(shí)就會(huì)被消耗。另一方面，T1、V、Nb、Ta、Mo和稀土元素的發(fā)射特性弱，所以因發(fā)射引起的消耗少，可長(zhǎng)期維持作為分散強(qiáng)化材料的功能。對(duì)于這些元素的含量的下限無(wú)特別限定，但較好為0.01wt%以上。這些元素中較好為稀土元素。稀土元素的原子半徑在0.16nm以上，較大，所以在增大表面電流密度上是有利的。換言之，較好使用含有原子半徑在0.16nm以上的元素的金屬單質(zhì)或者其化合物作為分散強(qiáng)化材料。
[0078]圖5和圖6顯示了實(shí)施方式的放電燈用電極部件的一例。圖中，21是放電燈用電極部件，22是具有錐形的前端部的放電燈用電極部件，23是前端部，24是主體部。放電燈用電極部件21是圓柱狀，將其前端部23加工為錐形，形成放電燈用電極部件22。加工為錐形之前的放電燈用電極部件21通常為圓柱形狀，但也可以是四棱柱形狀。
[0079]放電燈用電極部件較好是具有將其前端制成錐形的前端部和圓柱狀的主體部的部件。通過(guò)形成錐形，即形成將前端部削尖的形狀就能夠提高作為放電燈用電極部件的特性。如圖6所示，對(duì)于前端部23和主體部24的長(zhǎng)度比例沒(méi)有特別限定，可根據(jù)用途進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。
[0080]放電燈用電極部件的線徑Φ較好為0.1?30mm。如果不到0.1mm,則不能具有作為電極部件的強(qiáng)度，在組裝到放電燈中時(shí)，有可能發(fā)生折斷，或在將前端部加工為錐形時(shí)，有可能發(fā)生折斷。如果大到超過(guò)30_時(shí)，如后敘那樣，控制鎢結(jié)晶組織的均勻性變得困難。
[0081]在觀察主體部的橫截面(徑向截面)的結(jié)晶組織時(shí)，每單位面積(例如300 UmX 300 μ m)上，具有I?80 μ m的結(jié)晶粒徑的鎢結(jié)晶的面積率較好在90%以上。圖7顯示了主體部的橫截面的一例。圖中，24是主體部，25是橫截面。在測(cè)定橫截面的結(jié)晶組織時(shí)，拍攝主體部的長(zhǎng)度的中央的徑向截面的放大照片。在線徑細(xì)、一個(gè)視野內(nèi)無(wú)法拍攝例如300μπιΧ300μπι的單位面積時(shí)，可多次拍攝任意的橫截面。在放大照片中，將該截面中所存在的鎢結(jié)晶粒子中的最長(zhǎng)的對(duì)角線作為最大徑。在該截面中,算出最大徑在I?80 μ m的范圍內(nèi)的鶴結(jié)晶粒子的面積率。
[0082]在主體部的橫截面的每單位面積上，具有I?80 μ m的結(jié)晶粒徑的鎢結(jié)晶的面積率在90%以上，表不結(jié)晶粒徑不到I μ m的小的鶴結(jié)晶以及超過(guò)80 μ m的大的鶴結(jié)晶少。如果不到Iym的鎢結(jié)晶過(guò)多，則鎢結(jié)晶粒子之間的晶界會(huì)變得過(guò)小。鎢結(jié)晶晶界中ZrO2S子的比例如果增大，則在因發(fā)射而ZrO2粒子消耗時(shí)，成為大的缺陷，鎢合金的強(qiáng)度降低。另一方面，如果超過(guò)80 μ m的大的鎢結(jié)晶粒子多，則晶界變得過(guò)大，鎢合金的強(qiáng)度下降。在主體部的橫截面的每單位面積上，具有I?80 μ m的結(jié)晶粒徑的鎢結(jié)晶的面積率較好在96%以上，更好為100%。
[0083]橫截面中的鎢結(jié)晶粒子的平均粒徑較好在50 μ m以下，更好在20 μ m以下。橫截面中的鎢結(jié)晶粒子的平均長(zhǎng)寬比較好小于3。長(zhǎng)寬比如下算出。拍攝單位面積(例如300 UmX 300 μ m)的放大照片，將該截面中存在的鶴結(jié)晶粒子的最大徑(弗雷特直徑)作為長(zhǎng)徑L，將自長(zhǎng)徑L的中心垂直延伸的粒徑作為短徑S，將長(zhǎng)徑L/短徑S作為長(zhǎng)寬比。對(duì)50個(gè)鎢結(jié)晶粒子進(jìn)行該測(cè)定，將其平均值作為平均長(zhǎng)寬比。另外，將(長(zhǎng)徑L+短徑S)/2作為粒徑，將50個(gè)鎢結(jié)晶粒子的平均值作為平均粒徑。
[0084]在觀察主體部的縱截面的結(jié)晶組織時(shí)，每單位面積(例如300 μ mX300 μ m)上，具有2?120 μ m的結(jié)晶粒徑的鶴結(jié)晶的面積率較好在90%以上。圖8顯不了縱截面的一例。圖中，24是主體部，26是縱截面。在測(cè)定縱截面的結(jié)晶組織時(shí)，拍攝通過(guò)主體部的直徑的中心的縱截面的放大照片。另外，在一個(gè)視野內(nèi)不能拍攝例如300 μ mX300 μ m的單位面積時(shí)，可多次拍攝任意的縱截面。在放大照片中，將該截面中所存在的鎢結(jié)晶粒子中的最長(zhǎng)的對(duì)角線作為最大徑。在該截面中，算出最大徑在2?120 μ m的范圍內(nèi)的鎢結(jié)晶粒子的面積率。
[0085]主體部的縱截面的每單位面積上，具有2?120 μ m的結(jié)晶粒徑的鎢結(jié)晶的面積率在90%以上表不:結(jié)晶粒徑不到2 μ m的小的鶴結(jié)晶和超過(guò)120 μ m的大的鶴結(jié)晶少。如果不到2 μ m的鎢結(jié)晶過(guò)多，則鎢結(jié)晶粒子之間的晶界會(huì)變得過(guò)小。鎢結(jié)晶晶界中ZrO2粒子的比例如果增大，則在因發(fā)射而ZrO2粒子消耗時(shí)，成為大的缺陷，鎢合金的強(qiáng)度降低。另一方面，如果超過(guò)120 μ m的大的鎢結(jié)晶粒子多，則晶界變得過(guò)大，鎢合金的強(qiáng)度下降。主體部的縱截面的每單位面積上，具有2?120 μ m的結(jié)晶粒徑的鎢結(jié)晶的面積率較好在96%以上，更好為100%。
[0086]縱截面中的鎢結(jié)晶粒子的平均粒徑較好在70 μ m以下，更好在40 μ m以下。縱截面中的鎢結(jié)晶粒子的平均長(zhǎng)寬比較好在3以上。另外，平均粒徑以及平均長(zhǎng)寬比的測(cè)定方法與對(duì)橫截面所述的方法相同。
[0087]如上所述，通過(guò)控制鎢結(jié)晶粒子的尺寸、ZrO2粒子的尺寸和比例，就能夠提供放電特性優(yōu)異、且強(qiáng)度尤其是高溫強(qiáng)度的鎢合金。因此，放電燈用電極部件的特性也提高。
[0088]鎢合金部件的相對(duì)密度較好在95.0%以上，更好在98.0%以上。如果相對(duì)密度不到95.0%，則氣泡增加，有可能產(chǎn)生強(qiáng)度下降和部分放電等的惡劣影響。相對(duì)密度可根據(jù)基于阿基米德法的實(shí)測(cè)密度和理論密度，通過(guò)(實(shí)測(cè)密度/理論密度)X 100 (% )=相對(duì)密度的算式求得。理論密度由已知成分的密度和質(zhì)量比通過(guò)計(jì)算求得。這里，鎢的密度是19.3g/cm3，鋯的密度是6.51g/cm3，氧化鋯的密度是6.52g/cm3。例如，在由^^%的2102、0.2界七％的Zr、其余為鎢構(gòu)成的鎢合金的情況下，理論密度是6.52X0.01+6.51X0.002+19.3X0.988=19.14662g/cm3。此外，計(jì)算理論密度時(shí)，可以不考慮雜質(zhì)的存在。
[0089]實(shí)施方式的鎢合金部件的維氏硬度Hv較好在330以上，更好在Hv330~700的范圍內(nèi)。如果維氏硬度Hv不到330，則鎢合金過(guò)于柔軟，強(qiáng)度降低。另一方面，如果Hv超過(guò)700，則鎢合金過(guò)硬，難以將前端部加工成錐形狀。此外，如果過(guò)硬，則在主體部長(zhǎng)的電極部件的情況下，沒(méi)有柔軟性而有可能容易折斷。如果維氏硬度Hv在330以上，可以使鎢合金的3點(diǎn)彎曲強(qiáng)度高達(dá)400MPa以上。
[0090]在將實(shí)施方式的鎢合金部件用作放電燈用電極的情況下，表面粗糙度Ra較好在5μπι以下。特別是電極前端部的表面粗糙度Ra較好在5μπι以下，更好在3μπι以下。如果表面凹凸大，則發(fā)射特性下降。 [0091 ] 上述的鎢合金部件可應(yīng)用于各種各樣的放電燈，例如低壓放電燈或者高壓放電燈等，對(duì)此沒(méi)有特別的限定。為此，即使施加100V以上的高電壓，也能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命。主體部的線徑可為0.1~30mm的范圍，從線徑為0.1mm以上3mm以下的細(xì)尺寸，超過(guò)3mm且在IOmm以下的中等尺寸，到超過(guò)IOmm且在30mm以下的粗線徑都適用。電極主體部的長(zhǎng)度較好是
10~600mm。
[0092]圖9顯示了放電燈的一例。圖中22為電極部件(已對(duì)前端部進(jìn)行錐形加工)，27為放電燈，28為電極支承棒,29為玻璃管。放電燈27中，以使電極前端部相向的方式配置一對(duì)電極部件22。電極部件22與電極支承棒28接合。在玻璃管29的內(nèi)面設(shè)置有未圖示的熒光體層。根據(jù)需要在玻璃管29的內(nèi)部封入汞、鹵素、氬氣(或者氖氣)等。
[0093]實(shí)施方式的放電燈是使用了實(shí)施方式的鎢合金部件的放電燈。對(duì)于放電燈的種類無(wú)特別限定，可以適用于低壓放電燈和高壓放電燈中的任一種。低壓放電燈可列舉普通照明、使用在道路或者隧道等的特殊照明、涂料固化裝置、U V固化裝置、殺菌裝置、半導(dǎo)體等的光清潔裝置等的各種各樣的電弧放電型的放電燈。高壓放電燈可列舉:供水和排水的處理裝置、普通照明、競(jìng)技場(chǎng)等的室外照明、U V固化裝置、半導(dǎo)體或者印刷基板等的曝光裝置、晶片檢查裝置、投影儀等的高壓汞燈、金屬鹵化物燈、超高壓汞燈、氙燈、鈉燈等。此外，因?yàn)樘岣吡随u合金的強(qiáng)度，所以也可應(yīng)用于如汽車用放電燈那樣的伴隨移動(dòng)(振動(dòng))的領(lǐng)域。
[0094]接著，對(duì)制造方法進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方式的鎢合金只要具有前述的構(gòu)造，對(duì)其制造方法就沒(méi)有特別限定，作為高效獲得制品的制造方法可例舉以下的方法。
[0095]首先，調(diào)制含有Zr成分的鎢合金粉末。準(zhǔn)備ZrO2粉末以作為Zr成分。ZrO2粉末的一次粒子的平均粒徑較好在15 μ m以下，更好在5 μ m以下。較好是使用篩預(yù)先將最大徑超過(guò)15 μ m的粒子除去。在欲使最大徑在10 μ m以下時(shí)，使用具有目標(biāo)篩孔徑的篩除去大的ZrO2粒子。在欲除去小粒徑的ZrO2粒子時(shí)，也使用具有目標(biāo)篩孔徑的篩進(jìn)行除去。在進(jìn)行過(guò)篩前，較好是利用球磨機(jī)等對(duì)ZrO2粒子進(jìn)行粉碎工序。通過(guò)進(jìn)行粉碎工序，能夠破壞凝集體，所以容易進(jìn)行基于過(guò)篩的粒徑控制。
[0096]接下來(lái)，混合金屬鎢粉末。金屬鎢粉末的平均粒徑較好是0.5?10 μ m。金屬鎢粉末較好是純度在98.0wt %以上，氧含量在Iwt %以下，雜質(zhì)金屬成分在Iwt %以下。與ZrO2S子同樣，較好是通過(guò)預(yù)先利用球磨機(jī)等進(jìn)行粉碎、過(guò)篩的工序，預(yù)先除去小粒子和大粒子。
[0097]為了使Zr含量以ZrO2換算計(jì)為0.1?5wt%，添加金屬鎢粉末。將ZrO2粒子和金屬鎢粉末的混合粉末投入混合容器，使混合容器旋轉(zhuǎn)進(jìn)行均勻混合。此時(shí)，通過(guò)使用圓筒形狀的容器作為混合容器，使其沿圓周方向旋轉(zhuǎn)，能夠使其順利地混合。通過(guò)該工序，可制備含有ZrO2S子的鎢粉末。此外，考慮到在后述的燒結(jié)工序時(shí)進(jìn)行脫氧，還可以添加微量的碳粉末。
[0098]接著，使用所得的含有ZrO2粒子的鎢粉末來(lái)制備成形體。在形成成形體時(shí)，根據(jù)需要使用粘合劑。在形成圓柱形狀的成形體的情況下，較好將其直徑形成為0.1?40mm。此夕卜，如后述從板狀的燒結(jié)體切割出成形體的情況下，成形體的尺寸是任意的。此外，成形體的長(zhǎng)度(厚度)是任意的。
[0099]接著,預(yù)燒結(jié)成形體。預(yù)燒結(jié)較好是在1250?1500°C下進(jìn)行。通過(guò)該工序,能夠得到預(yù)燒結(jié)體。接著，通電燒結(jié)預(yù)燒結(jié)體。通電燒結(jié)較好是以燒結(jié)體達(dá)到2100?2500°C的溫度的條件進(jìn)行。如果溫度不到2100°C，則無(wú)法達(dá)到充分的致密化，強(qiáng)度降低。如果超過(guò)2500°C，則ZrO2粒子和鎢粒子的粒生長(zhǎng)過(guò)度，無(wú)法得到目標(biāo)結(jié)晶組織。
[0100]作為其他方法，可使用將成形體在溫度1400?3000°C下燒結(jié)I?20小時(shí)的方法。如果燒結(jié)溫度不到1400°C或燒結(jié)時(shí)間不到I小時(shí)，則燒結(jié)不充分，燒結(jié)體的強(qiáng)度下降。如果燒結(jié)溫度超過(guò)3000°C或者燒結(jié)時(shí)間超過(guò)20小時(shí)，則鎢結(jié)晶可能會(huì)過(guò)度粒生長(zhǎng)。
[0101]作為燒結(jié)氣氛，可例舉在氮或氬等的惰性氣氛中、氫等的還原氣氛中、真空中。如果是這些氣氛，在燒結(jié)工序時(shí)ZrO2粒子的碳會(huì)脫碳。在脫碳時(shí)將鎢粉末中的雜質(zhì)氧一起除去，所以能夠?qū)㈡u合金中的氧含量減小到lwt%以下，進(jìn)一步減小到0.5wt%以下。如果鎢合金中的氧含量減少，則導(dǎo)電性提高。
[0102]通過(guò)該燒結(jié)工序，可得到含Zr的鎢燒結(jié)體。如果預(yù)燒結(jié)體是圓柱形狀，則燒結(jié)體也會(huì)成為圓柱狀燒結(jié)體(鑄錠)。在板狀燒結(jié)體的情況下，通過(guò)切割出規(guī)定尺寸的工序就能夠得到圓柱狀燒結(jié)體(鑄錠)。
[0103]然后將圓柱狀燒結(jié)體(鑄錠)進(jìn)行鍛造加工、壓延加工、拉絲加工等以調(diào)整線徑。此時(shí)的加工率較好在30?90%的范圍。該加工率是指將加工前的圓柱狀燒結(jié)體的截面積記作A，將加工后的圓柱狀燒結(jié)體的截面積記作B時(shí)，根據(jù)加工率=[(A-B)/A] X 100%算出的值。線徑較好通過(guò)多次加工進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)進(jìn)行多次加工，可將加工前的圓柱狀燒結(jié)體的孔隙破壞，得到密度高的電極部件。
[0104]例如，利用將直徑25mm的圓柱狀燒結(jié)體加工成直徑20mm的圓柱狀燒結(jié)體的情況進(jìn)行說(shuō)明。直徑25mm的圓的截面積A是460.6mm2,直徑20mm的圓的截面積B是314mm2,所以加工率是[(460.6-314) /460.6] X 100 = 32%。此時(shí)，較好通過(guò)多次的拉絲加工等將直徑25mm加工為直徑20mm。
[0105]如果加工率低到不足30 %，則結(jié)晶組織在加工方向上無(wú)法充分延伸，鎢結(jié)晶和ZrO2粒子難以達(dá)到目標(biāo)的尺寸。此外，如果加工率小到不足30%，則不能充分破壞加工前的圓柱狀燒結(jié)體內(nèi)部的孔隙，有可能原樣地殘存。如果殘存內(nèi)部孔隙，則會(huì)成為陰極部件的耐久性等下降的原因。另一方面，如果加工率大到超過(guò)90%，由于過(guò)度加工有可能斷線而成品率下降。為此，加工率較好為30~90%，更好為35~70 %。另外，燒結(jié)完成后(日文:焼結(jié)上#>9 )的鎢合金的相對(duì)密度在95%以上的情況下，也可以不一定以前述的加工率進(jìn)行加工。
[0106]將燒結(jié)體的線徑加工至0.1~30mm后，通過(guò)切割成需要的長(zhǎng)度，制成電極部件。根據(jù)需要，將前端部加工成錐形狀。此外，根據(jù)需要進(jìn)行研磨加工、熱處理(重結(jié)晶熱處理等)、形狀加工。
[0107]重結(jié)晶熱處理較好是在還原氣氛、惰性氣氛或真空中以1300~2500°C的范圍進(jìn)行。通過(guò)重結(jié)晶熱處理能獲得緩和在加工成電極部件的工序中所產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力的矯正熱處理的效果，提高部件的強(qiáng)度。
[0108]通過(guò)前述的制造方法，能夠高效制造實(shí)施方式的放電燈用電極部件。
[0109]實(shí)施例
[0110](實(shí)施例1)
[0111]作為原料粉末，在平均粒徑2μπι的鎢粉末(純度99.99wt% )中，添加平均粒徑2μπι的ZrO2粉末(純度99.0% )以使其達(dá)到1.5wt%。另外，在ZrO2粉末中，將Zr量記作100質(zhì)量份時(shí)，雜質(zhì)Hf量為1.0質(zhì)量份。
[0112]將原料粉末用球磨機(jī)混合10小時(shí)，制得了混合原料粉末。接著，將混合原料粉末投入模具中，制作成形體。對(duì)所得的成形體在氫中進(jìn)行1800°C XlO小時(shí)的爐燒結(jié)。通過(guò)該工序，得到縱16mmX橫16mmX長(zhǎng)420mm的燒結(jié)體。
[0113]通過(guò)鍛造加工等，制作截面為四角形狀或圓形狀的棒，接著切割出直徑2.4mmX長(zhǎng)150mm的圓柱體的試樣。對(duì)于試樣實(shí)施無(wú)心研磨加工,使表面粗糙度Ra在5 μ m以下。接著，在氫中實(shí)施了 1600°C的矯正熱處理。
[0114]藉此，作為實(shí)施例1的鎢合金部件，制成發(fā)射特性測(cè)定用電極，進(jìn)行了發(fā)射電流測(cè)定。
[0115](比較例I)
[0116]制作了由含有2?七％的ThO2的鎢合金構(gòu)成的同尺寸的放電燈用陰極部件。
[0117]對(duì)于實(shí)施例1的鎢合金部件調(diào)查其ZrO2的含量、表面部和中心部的碳量、鎢結(jié)晶的平均粒徑。ZrO2的含量的分析是通過(guò)ICP分析、惰性氣體熔解一紅外線吸收法來(lái)分析Zr量、氧量，將其換算為ZrOx。此外，表面部和中心部的碳量是自表面10 μ m的范圍切取測(cè)定用試樣以及自圓柱截面切取測(cè)定用試樣，通過(guò)燃燒一紅外線吸收法分別進(jìn)行測(cè)定。鎢結(jié)晶粒子的平均結(jié)晶粒徑是在任意的截面組織中測(cè)定的100個(gè)鎢結(jié)晶粒子的結(jié)晶粒徑的平均值。其結(jié)果不于表1。
[0118][表1]
[0119]
【權(quán)利要求】
1.一種鎢合金部件，其特征在于，包含鎢、和選自Zr、ZrO2, ZrC及C的至少兩種成分，并含有以ZrO2換算計(jì)為0.1?5被％的Zr。
2.如權(quán)利要求1所述的鎢合金部件，其特征在于，含有以ZrO2換算計(jì)為0.1?3wt%的Zr。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鎢合金部件，其特征在于，將Zr和O的含量以ZrOx換算時(shí)，χ < 2。
4.如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的鎢合金部件，其特征在于，將Zr和O的含量以ZrOx換算時(shí)，O < χ < 2。
5.如權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的鎢合金部件，其特征在于，還以0.01wt%以下含有選自K、Si和Al的至少一種元素。
6.如權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的鎢合金部件，其特征在于，將Zr的含量記作100質(zhì)量份時(shí)，含有15質(zhì)量份以下的Hf。
7.如權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的鶴合金部件,其特征在于,所述ZrO2的一次粒子的平均粒徑在15 μ m以下。
8.如權(quán)利要求7所述的鎢合金部件，其特征在于，所述ZrO2的一次粒子的平均粒徑在5 μ m以下，最大徑在15 μ m以下。
9.如權(quán)利要求7或8所述的鎢合金部件，其特征在于，所述ZrO2的二次粒子的最大徑在100 μ m以下。
10.如權(quán)利要求1?9中任一項(xiàng)所述的鶴合金部件,其特征在于,金屬Zr的至少一部分固溶在鶴中。
11.如權(quán)利要求1?10中任一項(xiàng)所述的鎢合金部件，其特征在于，金屬Zr存在于所述鎢合金部件的表面。
12.如權(quán)利要求1?11中任一項(xiàng)所述的鎢合金部件，其特征在于，將Zr的含量記作100質(zhì)量份時(shí)，構(gòu)成ZrO2的Zr的含量為30?98質(zhì)量份。
13.如權(quán)利要求1?12中任一項(xiàng)所述的鎢合金部件，其特征在于，所述鎢合金部件的維氏硬度Hv在330以上。
14.如權(quán)利要求1?13中任一項(xiàng)所述的鎢合金部件，其特征在于，所述鎢合金部件的線徑為0.1?30mm。
15.如權(quán)利要求1?13中任一項(xiàng)所述的鎢合金部件，其特征在于，所述鎢合金部件含有平均結(jié)晶粒徑為I?100 μ m的鎢結(jié)晶。
16.如權(quán)利要求15所述的鎢合金部件，其特征在于，所述鎢合金部件的橫截面的每單位面積上，具有I?80 μ m的結(jié)晶粒徑的鶴結(jié)晶的面積率在90%以上。
17.如權(quán)利要求15或16所述的鎢合金部件，其特征在于，所述鎢合金部件的縱截面的每單位面積上，具有2?120 μ m的結(jié)晶粒徑的鶴結(jié)晶的面積率在90%以上。
18.如權(quán)利要求1?17中任一項(xiàng)所述的鎢合金部件，其特征在于，該鎢合金部件被用于放電燈用部件、發(fā)射管用部件或磁控管用部件。
19.一種放電燈，其特征在于，使用權(quán)利要求18的鎢合金部件。
20.一種發(fā)射管，其特征在于，使用權(quán)利要求18的鎢合金部件。
21.一種磁控管，其特征在于，使用權(quán)利要求18的鎢合金部件。
【文檔編號(hào)】H01J61/073GK103975414SQ201280060372
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月3日
【發(fā)明者】山本慎一, 中野佳代, 堀江宏道 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝, 東芝高新材料公司