钨电极是一类广泛应用于惰性气体保护焊、等离子体切割、喷涂和熔炼等方面的关键热源材料。1913 年发现的钍钨电极材料是当前主要的热电子发射材料。钍钨电极具有起弧容易、电弧稳定、载流量高和抗焊缝污染等优点，但电极烧损和起弧性能难以满足工业日益发展的技术要求。并且钍是天然放射性元素，在生产、使用和废弃等过程中对环境污染十分严重。寻找替代钍钨电极材料一直是各国科学工作者研究的热点和难点。稀土氧化物的熔点高、逸出功低，具有优良的电子发射性能，并且稀土元素无放射性，成为替代钍的理想材料。作者前期工作研究了单元、二元及多元复合稀土钨电极材料。结果表明：以稀土氧化物总量添加 2 . 2 %，且 L a 2 O3∶ Y 2 O3∶ Ce O2 = 1∶ 3∶ 1 ，即 WLa2O3=0 . 44 %、WY2O3=1 . 32 %和 WCeO2=0. 44 % 的钨电极其综合性能最佳。目前三元复合稀土钨电极仅有小坯 条 (≤ 10mm) 生产的报道，而对于大坯条 (≥ 1 6mm) 的生产尚未见报道。无论是小坯条还是大坯条，在垂熔烧结过程中均存在稀土元素的扩散与挥发现象。而对于小坯条的垂熔烧结，由于坯条小，烧结温度低，烧结过程中稀土元素扩散与挥发现象不明显，因此烧结工艺容易控制，烧结后坯条质量较好；对于大坯条的垂熔烧结，因扩散与挥发现象严重，会产生不同程度的分层现象。

对制备的掺杂钨粉末采用不同工艺进行垂熔烧结，在烧结过程中用红外测温仪测量坯条表面的温度，烧结温度2440 ～ 2725 ℃，坯条密度16.4～ 17.3g / cm3, 坯条直径16±1mm。取烧结坯条断口观察，即可发现存在明显的分层现象。由坯条中心到边缘，可分为三层，中心区域晶粒组织偏大，呈深灰色；边缘区域晶粒细小，呈浅灰色；中心区和边缘区的过渡区，晶粒大小位于两者之间，颜色呈灰色。

垂熔烧结是在氢气保护下进行的。在烧结过程中，由于坯条表面的热辐射和保护气体带走了热量，导致坯条中心温度高于表面温度，从中心到表面温度分布不均匀，温度依次降低。由于存在温度梯度 , 使稀土钨酸盐由高温区向低温区扩散迁移。在钨粉还原后稀土元素就以稀土钨酸盐的形式存在，烧结开始后随着温度的升高，W2CeO6、W2YO6、W2LaO6 相继变成液态，原子的扩散速率急剧增大，稀土钨酸盐陆续开始沿晶界以及孔隙开始扩散 。温度继续升高，三种稀土钨酸盐变成气体，开始以气态形式沿孔隙及晶界扩散，并且扩散速率继续加快，同时在原来稀土富集区留下孔隙 。这些孔隙成为后续稀土钨酸盐扩散挥发的通道，所以在坯条的不同区域出现了稀土元素的浓度梯度 。随着烧结过程的不断进行，烧结体内的气体及稀土钨酸盐不断的排出，孔隙数量减少，致密化程度升高。特别是表面致密化的出现，使得后续稀土钨酸盐的扩散挥发通道减少，以至于烧结后期稀土钨酸盐被封闭于坯条内部。

三种稀土钨酸盐中，La2WO6的熔点最高，其次是Y2WO6，最后是Ce2WO6。在垂熔过程中，烧结温度最先达到Ce2WO6 的熔点，所以Ce2WO6最先产生扩散和挥发，即：Ce的损失比较严重，其次是Y，最后是La。

表面与中心存在温度梯度，相应的晶粒长大也就不均匀。坯条中心部分温度较高，晶粒长大速度较快，边缘温度低，晶粒长大速度慢。同时由于不同温度下稀土钨酸盐的扩散驱动力不同，导致稀土元素在钨坯条内部分布不均匀。

温度较高的芯部，稀土元素含量偏低，温度较低的表面区域，由于稀土元素在表面的挥发，导致含量也较低，而邻近表面的则存在一个稀土元素含量偏高的富集区。由于稀土第二相粒子能够阻碍晶界运动，抑制钨晶粒的长大，有细化钨晶粒的作用，因此稀土元素的这种不均匀分布，导致晶粒长大也不均匀，这就加剧了中心和边缘组织大小的差异。邻近坯条表面区域，由于稀土第二相粒子的影响而形成细晶组织，中心稀土第二相粒子影响较小，而组织粗大，表面由于稀土钨酸盐的严重挥发和热辐射所带走的大量热量，导致温度较低形成非完全烧结组织，为未消失的闭合和未闭合的烧结颈孔道结构。这三种不同的组织结构在宏观上即形成了坯条分层现象。