直流アークにおける酸化物入りタングステン電極の性能｜Nippon Tungusten Review

Key words	direct current arcs, CeO2-W, Nd2O3-W, La2O3-W, plasma torches
キーワード	直流アーク，CeO2-W, Nd2O3-W, La2O3-W，プラズマトーチ

Key words

direct current arcs, CeO2-W, Nd2O3-W, La2O3-W, plasma torches

キーワード

直流アーク，CeO2-W, Nd2O3-W, La2O3-W，プラズマトーチ

We developed cerium-oxide-containing tungsten (CeO2-W) as an alternative for thorium-oxide-containing tungsten (ThO2-W) used as cathode of plasma torches. We evaluated the performance of neodymium-oxide-containing tungsten (Nd2O3-W), lanthanum-oxide-containing tungsten (La2O3-W) and CeO2-W as cathode electrodes for DC arcs under a nitrogen atmosphere and analyzed the consumption mechanism. Under a nitrogen atmosphere, CeO2-W showed lower erosion than ThO2-W. This is because the surface temperature of cathode of CeO2-W was lower than that of ThO2-W. On the other hand, the erosion rate using Nd2O3-W and La2O3-W as the cathode was higher than that using ThO2-W, unlike the results under argon atmosphere reported previously [1]. We inferred that this is caused by the decomposition of these oxides (Nd2O3, La2O3) by nitrogen radicals.
We compared the erosion rate using CeO2-W as a cathode under an argon atmosphere with the erosion rate of the cathode (Pure-W, Nd2O3-W, ThO2-W, La2O3-W) under an argon atmosphere in a previous report [1]. The erosion rate using CeO2-W as the cathode was also the lowest under an argon atmosphere.
The factors that cause consumption of electrodes are different in argon and nitrogen atmospheres. Among the tungsten materials currently used industrially, CeO2-W is the most effective material in terms of erosion resistance under both atmospheres.

プラズマトーチなどの陰極として使用されている，ThO2-Wの代替材として，CeO2-W， Nd2O3-W，およびLa2O3-Wを直流アーク用の陰極電極として使用し，窒素雰囲気下における性能評価及び，消耗のメカニズム解析を行った．窒素雰囲気下にて，CeO2-WはThO2-Wよりも低い消耗量を示した．CeO2-WはThO2-Wより陰極電極の表面温度が低下しており，この効果により電極消耗量が減少したと推察される．
一方，Nd2O3-W とLa2O3-Wは前回報告［1］したアルゴン雰囲気下の結果とは異なり，ThO2-Wと比較して消耗量が増加した．これは窒素ラジカルによる酸化物（Nd2O3、La2O3-W）の分解が起因していると推察される．
さらに，アルゴン雰囲気下におけるCeO2-Wの陰極電極の消耗量についても同様の測定を行い，前回報告［1］したアルゴン雰囲気下におけるその他の陰極電極 (Pure-W, Nd2O3-W, ThO2-W, La2O3-W) の消耗量と比較した．その結果，CeO2-Wの消耗量は最も低くなった．
使用する雰囲気下によって電極消耗要因が異なるため，現在工業的に使用されているタングステン材料の中で，どちらの雰囲気下においても耐消耗性に有効な材料は，Ce2O3-Wと考えられる．

3.Electrode_Performance_of_Oxide-Containing_Tungsten_Materials_in_Direct_Current_Arcs.pdf

2024 Volume 42

Abstract

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