GB/T 34498-2017 激光灯用钨阴极材料

　　ICS 77 . 150 . 99 H 63

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 34498—2017

　　激光灯用钨阴极材料

　　Tungstencathodematerialsforlaserlamps

　　2017-10-14 发布 2018-05-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 34498—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国有色金属工业协会提出。

　　本标准由全国有色金属标准化技术委员会(SAC/TC 243)归口 。

　　本标准起草单位：北京矿冶研究总院、北矿新材科技有限公司、北京工业大学、有色金属技术经济研究院。

　　本标准主要起草人：于月光、聂祚仁、王芦燕、彭鹰、章德铭、杨建参、侯玉柏、李曹兵、崔云涛、张江峰。

　　GB/T 34498—20 17

　　激光灯用钨阴极材料

　　1 范围

　　本标准规定了激光灯用钨阴极材料的要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存、质量证明书及合同(或订货单)内容。

　　本标准适用于激光泵浦灯用钨阴极材料，可应用于激光加工(切割、焊接、打孔、热处理、刻线)、大功率激光器、激光美容灯，以及脉冲杀菌灯等领域。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 3789(所有部分) 发射管电性能测试方法

　　GB/T 3850 致密烧结金属材料与硬质合金 密度测定方法

　　GB/T 4197 钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法

　　GB/T 4324(所有部分) 钨化学分析方法

　　GB/T 19258 紫外线杀菌灯

　　GB/T 21650 . 1 压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度 第 1 部分：压汞法GB/T 23139 脉冲氙灯

　　YS/T 500 钨铈合金中铈量的测定 氧化还原滴定法

　　YS/T 501 钨牡合金中二氧化牡量的测定 重量法

　　3 要求

　　3 . 1 产品分类

　　钨阴极材料可分为三类：牡钨阴极材料、稀土钨阴极材料、钨钡阴极材料;产品牌号按化学成分分为

　　WT20、WT40、WC20、WC40、WX、WBa共 6 个牌号。

　　牡钨阴极材料和稀土钨阴极材料牌号表示方法：第一个字母表示钨阴极材料的主要元素钨，标识符号为大写字母 W;第二个字母表示掺杂的氧化物类别，标识符号一般为掺杂元素英文名称的首字母大写，多种氧化物组成的多元复合稀土钨阴极材料为 X;符号中数字表示钨阴极材料中掺杂氧化物名义含量的千分值。

　　× ×× φ ×mm

　　l l l——————长度

　　l———————————数字表示钨阴极材料中掺杂氧化物含量的千分值

　　l————————————————表示钨阴极材料的主要元素钨，标识符号为大写字母 W

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　　示例：

　　直径为 6 mm,长度为 600 mm 的稀土氧化物掺杂量为 20‰的铈钨阴极材料标记为：

　　WC20 φ6 × 600 mm

　　3 . 2 化学成分

　　产品化学成分应符合表 1 的规定。

　　表 1 名称、牌号、掺杂类别及含量

　　3 . 3 规格及尺寸公差

　　产品规格及尺寸公差应符合表 2 规定。

　　表 2 产品规格及尺寸公差 单位为毫米

　　3 . 4 密度

　　WT20、WC20、WX 阴极材料密度应 ≥18. 2 g/cm3 , WT40、WC40 阴极材料密度应 ≥17. 9 g/cm3 ,

　　WBa 阴极基体材料密度提供实测值。

　　3 . 5 外观质量、内部质量及表面粗糙度

　　3 . 5 . 1 外观质量

　　钨阴极材料端面应是平直的切面。 钨阴极材料表面应通过磨光或抛光处理，外观均匀一致，不得有氧化、油脂及因处理而带来的沾污杂质，不准许有毛刺及明显可见的缺陷。

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　　3 . 5 . 2 内部质量

　　对于 WC20、WC40、WT20、WT40、WX等钨阴极材料，不应存在影响使用的内部缺陷(疏松、夹杂、断层、裂缝)。对于 WBa钨阴极材料，基体应存在 15%~30%孔隙率。

　　3 . 5 . 3 表面粗糙度

　　表面粗糙度 Ra≤1.6 μm。

　　3 . 6 直线度

　　产品应是平直的，每 100 mm长(或长度更短)阴极材料其直线度不应超过 0 . 5 mm。

　　3 . 7 电子逸出功

　　产品电子逸出功为非常规检测项 目，客户有需求时，可在合同(或订货单)中约定。

　　3 . 8 使用性能

　　使用性能为非常规检测项 目，客户有需求时，可合同(或订货单)中约定。

　　3 . 9 晶粒度

　　针对牡钨、稀土钨阴极材料，晶粒应分布均匀，横断面晶粒度在 2 000 个/mm2 ~5 000 个/mm2 。客户有需求时，可合同(或订货单)中约定，该项为非常规检测项 目 。

　　4 试验方法

　　4 . 1 化学成分

　　WC20、WC40 阴极材料中氧化铈含量按照 YS/T 500 测定;WT20、WT40 阴极材料中氧化牡含量按照 YS/T 501 测定;钡盐及其他稀土氧化物按照供需双方协商确定的方法进行测定;杂质元素按照GB/T 4324 的规定进行测定。

　　4 . 2 规格及尺寸公差

　　产品规格及尺寸公差用相应精度的量具进行测量。

　　4 . 3 密度

　　密度按照 GB/T 3850 的规定进行测定。

　　4 . 4 外观质量、内部质量及表面粗糙度

　　4 . 4 . 1 产品的外观质量用目视检验，并采用放大镜对产品端部进行检查是否存在劈裂缺陷。

　　4 . 4 . 2 非钨钡阴极材料内部缺陷采用涡流探伤仪进行检测，检测方法供需双方协商确定。 钨钡阴极材料基体孔隙率采用压汞仪按 GB/T 21650 . 1 的规定进行检测或采用工业 CT进行检测。

　　4 . 4 . 3 表面粗糙度用表面粗糙度测量仪或比较法检测。

　　4 . 5 直线度

　　直线度按圆弦法检测，借助光滑平整的平面进行。

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　　4 . 6 电子逸出功

　　电子逸出功按照附录 A 的规定进行测定。

　　4 . 7 使用性能

　　按照表 3 试验条件，先将钨阴极材料进行加工并装灯，然后进行光电使用性能测试。 根据灯的型号不同，分别根据 GB/T 23139、GB 19258 等技术条件进行光电性能试验，观察弧光稳定性，并记录电压、能量值，测试使用寿命等。

　　表 3 试验条件

　　4 . 8 晶粒度

　　横断面晶粒度按照 GB/T 4197 的规定进行测定。

　　5 检验规则

　　5 . 1 检查和验收

　　5 . 1 . 1 产品应由供方进行检验，保证产品质量符合本标准及合同(或订货单)的规定，并填写质量证明书。

　　5 . 1 . 2 需方应对收到的产品按本标准的规定进行检验。 检验结果与本标准及合同(或订货单)的规定不符时，应以书面形式向供方提出，由供需双方协商解决。 属于外观质量及尺寸外形的异议，应在收到产品之日起一个月内提出，属于其他性能的异议，应在收到产品之 日起三个月内提出。 如需仲裁，可委托供需双方认可的单位进行，仲裁取样由供需双方共同进行。

　　5 . 2 组批

　　产品应成批提交验收。 每批应由同一牌号、掺杂批次、规格、生产工艺、状态和生产周期的产品组成。

　　5 . 3 检验项目

　　每批产品应进行化学成分、规格及尺寸公差、密度、外观质量、内部质量、表面粗糙度、直线度的检验 。如合同(或订货单)有要求时，还应进行电子逸出功、使用性能、晶粒度等检验。

　　5 . 4 取样

　　产品的取样应符合表 4 的规定。

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　　表 4 取样规定

　　5 . 5 检验结果的判定

　　5 . 5 . 1 产品的化学成分、密度以及双方约定检测的晶粒度、电子逸出功、使用性能检验结果不合格时，应另取双倍数量的试样对该不合格项进行重复试验，若仍有一次结果不合格，则判该批产品为不合格。

　　5 . 5 . 2 产品的尺寸及公差、外观及内部质量、直线度不合格时，判单件不合格，但允许供方剔除不合格者后，重新组批交货。

　　6 标志、包装、运输、贮存和质量证明书

　　6 . 1 产品标志

　　在检验合格的每箱产品外包装上应标记如下内容，并印有“防潮”标志。

　　a) 供方名称;

　　b ) 产品名称或牌号;

　　c) 规格 ;

　　d) 批号 ;

　　e) 数量。

　　6 . 2 包装、运输、贮存

　　6 . 2 . 1 包装

　　钨阴极材料的包装应保证可以合理地运输和贮存，产品表面不得受任何损伤和沾污。 一般采用以下包装方式，特殊产品可按供需双方协议供应。

　　对于长度 ≤175 mm 的产品，可采用盒装或使用塑料袋简易封装，外包装采用纸箱或木箱。 对于长度 >175 mm 的产品，采用简易包装，外包装采用纸箱或木箱。

　　对于 WT 电极应采用铁桶或铁盒包装。

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　　6 . 2 . 2 运输

　　产品运输时，应防止潮湿，不得剧烈碰撞。

　　6 . 2 . 3 贮存

　　产品应存放在干燥、通风和无酸碱的房间。 对于 WT 电极应贮存在铁桶或铁盒中。

　　6 . 3 质量证明书

　　每批产品应附有产品质量证明书，其上注明：

　　a) 供方名称;

　　b) 产品名称;

　　c) 牌号 ;

　　d) 规格 ;

　　e) 批号 ;

　　f) 净重和件数;

　　g) 本标准编号;

　　h) 各项分析项目的检验结果和技术监督部门的印记;

　　i) 包装 日期(或出厂日期)。

　　7 合同(或订货单)内容

　　订购本标准所列产品的合同(或订货单)内应包括如下内容：

　　a) 产品名称;

　　b) 牌号 ;

　　c) 尺寸规格;

　　d) 数量 ;

　　e) 特殊要求;

　　f) 本标准编号;

　　g) 其他。

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　　附 录 A

　　(规范性附录)

　　钨阴极材料电子逸出功测定

　　A.1 原理

　　采用国际通用的二极管方法进行电子逸出功测定，即使阴极与阳极端面平行，阳极施加电压时，能够使阴极与阳极之间形成均匀电场，其伏安特性曲线满足理想二极管伏安曲线，从而根据理想二极管加速场中电流与电压的关系式，计算出材料的电子逸出功。

　　A.2 测试电路示意图及要求

　　钨阴极材料电子逸出功测试电路如图 A. 1 所示。

　　图 A.1 测试电路示意图

　　脉冲电源内阻应满足：当测试电流由零变至最大值时，输出电压的变化不应大于 5%。

　　取样电阻的阻值应符合式(A. 1) 。

　　犝

　　犚 …………………………( A.1 )

　　式中：

　　犝a — 阳极电压，单位为伏(V) ;

　　犐min — 阴极发射电流的最小值，单位为安(A) 。

　　A.3 测试设备及测试规则

　　测试设备及测试规则应符合 GB/T 3789 的规定。

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　　A.4 测试方法

　　A.4 . 1 根据阴极类型选择合适的热子，将安装有热子的阴极装入测量系统。

　　A.4 . 2 抽真空 24 h,测量系统内真空度不低于 1 × 10 - 5 Pa。

　　A.4 . 3 根据不同的热子采用不同的升温步骤对阴极升温去气，并注意除气过程中，真空度不低于 8 × 10 - 5 Pa 。

　　A.4 . 4 采用光学高温计进行温度测定，当温度达到预定测量温度时，使用脉冲电源进行 I-V 曲线测量。记录脉冲电压和脉冲电流值。

　　A.5 电子逸出功的计算

　　A.5. 1 根据测量的脉冲电压和脉冲电流数据，以 lnIa 为纵坐标，以槡ua 为横坐标绘制 I-V 曲线，将 I-V曲线的直线部分延长与纵坐标相交，交点即为在一定温度下加速电场为零时的发射电流 I0 。

　　A.5 . 2 依据式(A. 2),可求得零场发射电流密度 J0 。

　　J …………………………( A.2 )

　　式中：

　　J0 —零场发射电流密度，单位为安每平方厘米(A/cm2 ) ;

　　S — 阴极发射面积，单位为平方厘米(cm2 ) 。

　　A.5 . 3 将 J0 代入热电子发射方程式(A. 3) 。

　　J0 = AT2 e …………………………( A.3 )

　　式中：

　　J0 —零场发射电流密度，单位为安每平方厘米(A/cm2 ) ;

　　A — 阴极发射常数，单位是安每平方厘米二次方开 A/(cm2 · K2 ) ;

　　T — 阴极温度，单位是开(K) ;

　　φ — 阴极的电子逸出功，单位是电子伏(eV) ;

　　k 为波尔兹曼常数。

　　对其两边取对数，并把常数 k 代入得式(A. 4) :

　　ln(J0/T2 ) = lnA- 11 605φ× (1/T)…………………………( A.4 )

　　把不同温度下的零场发射电流密度值画在 ln(J0/T2 ) -(1/T)的坐标系统中，就可以得到一条直线，即里查森直线，直线的斜率 tg(π-θ) = -11 605φ, 因此可以求得材料的电子逸出功。

　　A.6 测试报告

　　测试报告应当包括如下内容：

　　a) 测试日期;

　　b ) 仪器设备型号;

　　c) 测试者姓名;

　　d) 灯丝电流;

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　　e) 电压与温度的对应关系;

　　f) 测量的 I-V 数值等原始数据;

　　g) 逸出功。 可以直接标注电子逸出功，也可以由送样者根据测试数据自行计算得到阴极的电子逸出功。