JPH11273618A - 放電電極材料及びその製造方法 - Google Patents

放電電極材料及びその製造方法

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JPH11273618A
JPH11273618A JP7922098A JP7922098A JPH11273618A JP H11273618 A JPH11273618 A JP H11273618A JP 7922098 A JP7922098 A JP 7922098A JP 7922098 A JP7922098 A JP 7922098A JP H11273618 A JPH11273618 A JP H11273618A
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JP
Japan
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electrode material
rare earth
discharge electrode
tungsten
powder
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JP7922098A
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English (en)
Inventor
Yasuyuki Takeuchi
泰之 竹内
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Tokyo Tungsten Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Tungsten Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸化トリウム添加のタングステン電極より高
性能であり,より過酷な条件下における使用に耐えられ
る放電電極材料及びその製造方法とを提供すること。 【解決手段】 放電電極材料は,重量比でReを0.1
〜15.0%,希土類酸化物を0.1〜1.0%,残部
として実質的にタングステンを含有する放電電極材料で
あって,前記希土類酸化物は,La2 3 ,CeO2
2 3 の内の少なくとも1種からなり,アーク点弧性
と耐消耗性に優れている。この放電電極材料を製造する
には,重量比でReを0.1〜15.0%,希土類酸化
物を0.1〜1.0%,残部として実質的にタングステ
ンを含有する組成となるように,タングステン粉末,R
e粉末,及び希土類酸化物粉末を混合,プレス成形,仮
焼結,焼結し得られたインゴットを塑性加工を施すこと
を備えている。前記希土類酸化物は,La2 3 ,Ce
2 ,Y2 3 の内の少なくとも1種からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,アーク放電用電極
材料や高圧水銀灯,キセノンランプ等の放電灯用の電極
材料及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に,アーク放電用電極材料や高圧水
銀灯,キセノンランプ等の放電灯用の電極材料は,アー
ク点弧性と耐消耗性に優れていることが要求されてい
る。
【0003】従来,これらの特性を満たすものとして,
タングステンに酸化トリウムを含有させたトリエーテッ
ドタングステン(以下,ThO2 −Wと呼ぶ)が広く使
用されている。
【0004】このThO2 −Wは,アーク点弧性と耐消
耗性に優れており,各種放電灯用電極をはじめとし,T
IG溶接,プラズマ溶接,プラズマ溶射用電極等に使用
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし,近年,機器の
多様化に伴い,アーク点弧性や耐消耗性のより一層の向
上が求められるようになり,従来の酸化トリウム添加の
タングステン電極材では性能的に不十分になってきてい
る。
【0006】また,ThO2 −Wによる電極材料の原料
として用いられるトリウム粉末は,放射性物質であるた
め,次の問題がある。まず,入手が次第に困難になって
きていること,次に,コストが高くつくこと,法律上そ
の保管や取り扱いに厳重な管理が必要であること,さら
に,使用に際し,消耗が激しいため,酸化トリウムが蒸
発し,作業者の健康管理や大気汚染等が大きな問題にな
っていることの4つの点である。
【0007】一方,トリウムを含有しない電極材料とし
て,Reを含有するタングステン電極材料や希土類元素
を含有するタングステン電極材料が挙げられる。これら
の電極材料は,大気中における,例えば,アーク溶接,
プラズマ溶接,プラズマ溶射等,数百アンペアの電流範
囲での使用では極めて優れた特性を示すことが知られて
いる。しかし,放電灯など高精度を必要とし,過酷な条
件で使用する電極材としては不十分なものとなってい
る。
【0008】そこで,本発明の技術的課題は,酸化トリ
ウム添加のタングステン電極より高性能であり,より過
酷な条件下における使用に耐えられる放電電極材料及び
その製造方法とを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは,より過酷
な条件下における使用に耐えられる電極材を提供するた
めに,タングステンにReと希土類元素の含有量を多く
することを試みた。
【0010】その結果,より過酷な条件下においてもア
ーク点弧性と耐消耗性に優れていることが確認でき,本
発明を為すに至ったものである。
【0011】すなわち,本発明の放電電極材料は,重量
比でReの含有量が0.1〜15.0%,希土類元素の
酸化物(以下,希土類酸化物と呼ぶ)を含む群から選ば
れた少なくとも1種以上の含有量が総量で0.1〜1.
0%,残部が実質的にタングステンからなることを特徴
としている。
【0012】また,本発明の放電電極材料の製造方法で
は,重量比でReを0.1〜15.0%,希土類酸化物
を0.1〜1.0%,残部として実質的にタングステン
を含有するアーク点弧性と耐消耗性に優れた放電電極材
料を製造する方法であって,前記組成となるように,タ
ングステン粉末,Re粉末,及び希土類酸化物粉末を混
合,プレス成形,仮焼結,焼結し得られたインゴットを
塑性加工を施すことを備え,前記希土類酸化物は,La
2 3 ,CeO2 ,Y2 3 の内の少なくとも1種から
なることを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】まず,本発明の放電電極材料につ
いて,更に詳細に説明する。
【0014】本発明の放電電極材料は,重量比でReの
含有量が0.1〜15.0wt%,La2 3 ,CeO
2 ,Y2 3 の内の希土類元素の酸化物(以下,希土類
酸化物と呼ぶ)群から選ばれた少なくとも1種以上の含
有量が総量で0.1〜1.0wt%,残部がタングステ
ンである合金から実質的になる。
【0015】本発明においては,Reの含有量は0.1
〜15.0wt%の範囲,希土類元素の酸化物の含有量
は0.1〜1.0wt%の範囲とするのが好ましい。そ
の理由は,Reや希土類酸化物の含有量が0.1wt%
より低い場合は,放電性が低下してしまう。また,Re
の含有量が15.0%wtよりも多くなると材料的に極
めて脆くなるので,電極材料の製造時にクラックや断線
が多発して,歩留りの低下をもたらすからである。
【0016】また,本発明の電極材料は,次のように製
造されている。
【0017】まず,原料となる金属タングステン粉末に
レニウム粉末と希土類酸化物からなる粉末を均一に分散
するまで乾式にて混合する。金属タングステン粉末の純
度は99.99%以上で平均粒径3〜5μmであり,レ
ニウム粉末の平均粒径は1〜2μm,希土類元素の酸化
物の平均粒径は1〜3μmである。
【0018】得られた混合粉末は,粉末冶金法により,
プレス成型,仮焼結,焼結を行った後,得られた焼結体
に圧延,鍛造およびスエージング等必要な加工を施して
所望の電極材料とする。
【0019】ここで,従来において,Reの含有量が
3.0wt%よりも多<なると加工が困難であったが,
製造上の工夫により,現在では15.0wt%のものま
で製造可能となっている。
【0020】このタングステン電極材料は,加工形状等
を変えることにより,プラズマ溶解精錬用電極,タンデ
ィッシュ用プラズマ電極,プラズマ溶接用電極,TIG
溶接用電極,および各種照明用放電管の電極等として使
用することができる。
【0021】以下,本発明の実施の形態について説明す
る。
【0022】(第1の実施の形態)市販されている純度
99.99%以上,平均粒径3.5μmのタングステン
粉末に平均粒径1〜2μmのRe粉末を15wt%と平
均粒径1〜3μmの希土類酸化物(La2 3 ,CeO
2 ,Y2 3 )を0.1〜2.0wt%混合し,得られ
たドープドタングステン粉末を294MPaで静水圧プ
レスし丸棒状の圧粉体とした後,約1,250℃の水素
ガス雰囲気で仮焼結し,さらに約3,000℃の水素ガ
ス雰囲気で直接通電焼結を行いインゴットとした。
【0023】得られたインゴットに圧延,鍛造,および
スエージング等の加工を施して,本発明試料を得た。そ
の時の良品の歩留を図1に示す。
【0024】図1からも分かるように,希土類酸化物の
添加量(図1には,希土類添加量として示す)が1.0
wt%を超えると極端に歩留が低下する。
【0025】比較の為に,希土類酸化物を含まない他
は,上記同様に比較試料1を次のように,作製した。
【0026】まず,市販されている純度99.99%以
上,平均粒径3.5μmのタングステン粉末に平均粒径
1〜2μmのRe粉末を0.1〜20.0wt%混合
し,得られたドープドタングステン粉末を294MPa
で静水圧プレスし丸棒状の圧粉体とした後,約1,25
0℃の水素ガス雰囲気で仮焼結し,さらに約3,000
℃の水素ガス雰囲気で直接通電焼結を行いインゴットと
した。得られたインゴットに圧延,鍛造,およびスエー
ジング等の加工を施して比較試料1を得た。その時の良
品の歩留を図2に示す。図2からも分かるように,Re
添加量が15wt%を超えると極端に歩留が低下する。
【0027】更に,比較の為に,レニウムを含まない他
は,上記同様に,比較試料2を次のように,作製した。
【0028】まず,市販されている純度99.99%以
上,平均粒径3.5μmのタングステン粉末に平均粒径
1〜3μmの希土類酸化物(La2 3 ,CeO2 ,Y
2 3 )を0.1〜2.0wt%混合し,得られたドー
プドタングステン粉末を294MPaで静水圧プレスし
丸棒状の圧粉体とした後,約1,250℃の水素ガス雰
囲気で仮焼結し,さらに約3,000℃の水素ガス雰囲
気で直接通電焼結を行いインゴットとした。得られたイ
ンゴットに圧延,鍛造,およびスエージング等の加工を
施して比較試料2を得た。その時の良品の歩留を図3に
示す。図3からも分かるように希土類酸化物添加量(図
3には,希土類添加量として示す)が1.5wt%を超
えると極端に歩留が低下する。
【0029】(第2の実施の形態)上記第1の実施の形
態で得られた棒状の材料本発明試料1を加工し,電極と
した。また,複数の希土類元素を添加し,同様の棒状に
した材料も電極とした。この電極は,外径が3.5mm
で先端を約45゜の角度で円錐状に尖らせた。この電極
棒をチャンバー内トーチに陰極として保持し,純タング
ステンを陽極としてアルゴンガス雰囲気中にてアークを
発生させた。
【0030】電極の長さは20mm,アーク長さ5mm
にてアークスタートさせ,20分通電,10分休止を1
サイクルとして,点弧性の良,不良を調べた。その結果
を下記表1に示す。また,比較例としてThO2 −W電
極を用いて同一条件における点弧性も併記した。
【0031】
【表1】
【0032】その結果,各材料は比較例の2.0wt%
ThO2 −W電極より良好な結果を示した。同様の電極
棒を使用し,耐消耗性を調べた結果を図4〜7に示す。
図4から図7において,曲線7,11,15,及び19
は,同じ比較例であり,曲線8,9,10,12,1
3,14,16,17,18,20,21,22は本発
明例である。図4乃至図7から分るように,特にRe%
の増加に伴い酎消耗性が向上する。また,従来のThO
2 −W電極材に比ベ,特に長時間における耐消耗性が極
めて優れていた。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によるドー
プドタングステン電極材料では,Reの含有量を重量比
で最大15%とすることで,ThO2 −W電極材料と比
較し,アーク点弧性において,点弧不良回数は1/3以
下となり,耐消耗性では,その消耗量は通電時間5時間
において1/3以下にすることができ,過酷な放電条件
において,ThO2 −W電極材料以上に良好な点弧性と
耐消耗性を備えた放電電極材料及びその製造方法とを提
供することができる。
【0034】また,本発明の放電電極材料においては,
ThO2 −W電極材料の代替となる材料であり,重量比
でReの含有量が0.1〜15.0%,希土類元素およ
び,それらの酸化物を含む群から選ばれた少なくとも1
種の含有量が総量で0.1〜1.0%,残部がタングス
テンである合金から実質的になる電極材料であり,添加
材はThO2 のように放射性物質ではないので,製造上
および使用上安全で管理も容易である放電電極材料を提
供することができる。
【0035】また,本発明では,添加材として入手も容
易なものを用い,放射性物質を使用せず,通常の粉末冶
金法で製造可能であるので,製造上および使用上安全で
管理も容易である放電電極材料の製造方法を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態によるRe15.0
%を含有するタングステン放電電極材料への希土類酸化
物の添加量と素材の歩留りとの関係を示す図である。
【図2】比較の為のタングステン材料へのRe添加量と
素材の歩留りとの関係を示す図である。
【図3】比較の為のタングステン材料への希土類酸化物
添加量と素材の歩留りとの関係を示す図である。
【図4】各種の放電電極材料の電極耐摩耗性を示す図で
ある。
【図5】各種の放電電極材料の電極耐摩耗性を示す図で
ある。
【図6】各種の放電電極材料の電極耐摩耗性を示す図で
ある。
【図7】各種の放電電極材料の電極耐摩耗性を示す図で
ある。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比でReを0.1〜15.0%,希
    土類酸化物を0.1〜1.0%,残部として実質的にタ
    ングステンを含有する放電電極材料であって,前記希土
    類酸化物は,La2 3 ,CeO2 ,Y2 3 の内の少
    なくとも1種からなり,アーク点弧性と耐消耗性に優れ
    ていることを特徴とする放電電極材料。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の放電電極材料において,
    前記希土類酸化物は,La2 3 からなることを特徴と
    する放電電極材料。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の放電電極材料において,
    前記希土類酸化物は,CeO2 からなることを特徴とす
    る放電電極材料。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の放電電極材料において,
    前記希土類酸化物は,Y2 3 からなることを特徴とす
    る放電電極材料。
  5. 【請求項5】 重量比でReを0.1〜15.0%,希
    土類酸化物を0.1〜1.0%,残部として実質的にタ
    ングステンを含有するアーク点弧性と耐消耗性に優れた
    放電電極材料を製造する方法であって,前記組成となる
    ように,タングステン粉末,Re粉末,及び希土類酸化
    物粉末を混合,プレス成形,仮焼結,焼結し得られたイ
    ンゴットを塑性加工を施すことを備え,前記希土類酸化
    物は,La2 3 ,CeO2 ,Y2 3 の内の少なくと
    も1種からなることを特徴とする放電電極材料の製造方
    法。
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