稀土鎢電極的工作機理主要依靠稀土鎢酸鹽或者是氧化鎢酸鹽在燃弧過程中的遷移和擴散，從而實現電極表層稀土的最佳優化配比，從而降低電極表面的逸出功，促進電子發射，提高焊接性能。

多元複合稀土鎢電極在不同的燃弧時間，其組織形貌及稀土變化情况是不同的。燃弧初期，在高頻引弧的作用下，電極尖端的溫度較高，使得材料的纖維組織發生變化呈現了三個不同的區域特徵。A區域的溫度最高，組織呈現半熔化態，表面由于存在氧化鎢的分解，因此表面有少量的鎢沉積。由于A區域溫度最高，因此在該區域內物質的蒸發量是最大的。B區域發生了再結晶，組織呈現等軸狀。稀土在B區域呈現的是液狀，主要沿晶界向表面發生擴散遷移，但是等軸狀的鎢晶粒會在一定程度上阻礙稀土的擴散遷移，因此在這個區域容易達到擴散與蒸發的平衡，在電極表面形成穩定的活性層，對焊接起到了穩弧的作用。C區域保持電極原有的加工態纖維組織。在複合電極中Ce最先向表面發生擴散遷移，因此在燃弧初期，Ce起的作用最大。另外，稀土的擴散遷移在B區域和C區域相類似，也會發生以Ce爲主的稀土沿晶擴散遷移，但是由于C區域鎢晶粒呈現與電極軸向平行的纖維狀組織，因此稀土主要向B區域遷移。

穩定燃弧後，電極尖端整體溫度較燃弧初期有了明顯的提高，特別是在區域B和C。B區域溫度的上升使得Ce蒸發速率加快，表面含量降低。而La開始向電極表面擴散，能够在電極表面維持較大的覆蓋度，對電極的穩定燃弧起到了主要作用。C區域溫度升高，使得La沿晶界擴散的速率加快，因此La作爲主要的元素沿纖維狀晶界擴散遷移到了B區域，不從稀土的蒸發。

由上分析可知，電極工作是通過稀土氧化物與鎢反應形成熔點較低的鎢酸鹽或氧化鎢酸鹽，幷通過這些鹽的遷移和擴散來實現蒸發和補給的平衡。這些鹽類的合理搭配可以提高複合稀土電極的焊接性能。

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稀土可以有效降低電極表面的逸出功，降低電極的工作溫度，不僅可以促進電子發射，也可以提高焊接性能。因此，稀土在鎢電極工作時的最大作用就是降低表面逸出功，促進電子發射。但是目前對這種電極發射機理却又很多不同的解釋。對于釷鎢電極來說，在燃弧過程中氧化釷被還原成單質釷，所以在電極的表面覆蓋著一層釷原子，釷原子的逸出功較低，因而電極表面的逸出功也較低，促進了電子的發射。但是經過熱力學計算發現，稀土電極跟釷鎢電極的發射機理不同，在燃弧的過程中稀土是不會被還原的，因而原子層發射機理無法解釋稀土鎢電極的稀土的遷移行爲。

通過高溫模擬，對稀土的擴散遷移進行研究。從測試圖可以看出稀土Ce在850℃的時候，其在鎢基體中的含量已經遠超過其理論含量。這說明在升溫前，Ce已經向電極表面擴散，隨著溫度的升高，其含量得到緩慢的增加，在1100℃達到了最大值。但隨著溫度繼續升高，其蒸發速率大于其表面的擴散速率，因此含量開始下降。

稀土La在850℃就開始向表面擴散。在1050℃時，La向表面擴散的速率與蒸發速率達到了平衡，其中La含量達到了最高值25%。當溫度上升至1200℃時，La的蒸發速率高于表面擴散速率，含量開始降低。

在稀土鎢電極中，其含量的變化主要是由La、Ce和O的變化引起的。對于O而言，在850℃-1200℃，電極表面O是緩慢上升，在1000℃時達到最高值。

結合燃弧過程中電極形貌的變化可知，電極尖端的溫度很高，所以在高溫的作用下可以促進稀土向表面擴散。其中Ce最先開始遷移，且速率最快。因此在燃弧時，Ce最早開始擴散，在表面形成活性層，促進電子發射，使起弧成功。而La擴散的比較晚，其的是穩弧的作用。而O的作用主要在引弧初期，一部分O用于表面活性層的形成，另一部分則可以與鎢反應，生成氣態氧化物揮發或者沉積到電弧的尖端，形成凸起，有利于高頻引弧和穩弧。

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熱絲法中的熱解源——鎢絲一般採用螺旋狀（鎢加熱子）。但是螺旋狀鎢絲很容易在沉積的過程中受碳化影響而產生形變。大面積金剛石薄膜需要有比較均勻的熱解源溫度場，熱解絲的變形會破壞原設計溫度場的均勻性。用直線鎢絲作熱解絲能比較好地解決螺旋鎢絲的下垂變形。除此之外，單根直線熱解絲的熱解能量密度比螺旋絲要低，要保證較高的熱解能量密度，需要更多熱解絲進行密集的排列。用並聯法連接熱解絲雖然可以解決密排的問題，但是由於熱解電流很大，需要專用的低電壓大電流設備進行供電，並且需要對引線觸點水冷。而串聯法要做到密排連接目前在工程上仍然存在一定的困難。

金剛石的硬度在固體材料中最高，達HV100GPa，熱導率為20W·cm-l·K-1，為銅的5倍，禁帶寬度為5.47eV，室溫電阻率高達1016Ω·cm，通過摻雜可以形成半導體材料。

熱絲法化學氣相合成金剛石中的樣品基片溫度受熱解絲溫度及熱解絲與樣品基片距離影響很大。熱解絲溫度、熱解絲與樣品基片距離和樣品基片溫度很難同時在各自最佳的參數下運作。所以要將採用∅0.3mm直徑的鎢絲，這樣可以將鎢絲下垂變形減小到最低程度。採用獨立的電爐加熱裝置，使樣品保持一定的溫度，當樣品基片靠近熱解絲的時候，熱解絲有效大的熱量輻射到樣品基片，這個時候就可以將加熱功率調小，或者不用電爐加熱而直接用冷卻水的流量來控制樣品基片溫度。

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蒸發鍍膜的原理是：先把鍍膜室內的氣體抽到10^-2Pa以下的氣壓，通過加熱蒸發源使放在蒸發源中的物質蒸發，蒸汽的原子或者分子從蒸發源表面逸出，沉積到基片上凝結形成薄膜，包括抽氣，蒸發，沉積等基本過程。鍍膜機主要由鍍膜室，真空獲得系統，真空測量系統和電路控制系統組成。其中鎢加熱子主要是放置在鍍膜室中作為蒸發加熱器。

可以選用電阻式加熱蒸發源——螺旋形鎢加熱子製備鋁膜。螺旋形鎢絲加熱子等同於一個電阻，通電後會產生熱量，電阻率也會相應的增加，當溫度為1000℃左右的時候，蒸發源的電阻率是室溫的5倍，蒸發源產生的焦耳熱就是能夠讓鋁原子得到充分的動能從而蒸發。

當鍍膜室抽到高真空的時候，將擋板遮蓋好鎢絲，避免預熔的時候，蒸散的鋁會噴到基片上。然後慢慢通電加熱鎢絲，這樣鋁就會熔化然後粘附在螺旋鎢絲上，這個過程就叫做預熔。其目的是將原來吸收在鋁中的雜質排除出去，這樣鋁在蒸發的時候就不會產生大量的放氣從而導致真空度得到破壞，這樣一來也保證了膜層的純度。

鋁熔化的溫度約為670℃，選用絲狀蒸發源是因為鋁對鎢絲有濕潤的作用，蒸發是從大的表面上進行，而且比較穩定，這種濕潤性和鎢絲表面的溫度有關。如果溫度過高，鋁和鎢在高溫下都會產生合金，極易造成鎢絲嚴重變形甚至燒斷以及鋁的噴濺。

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硬質合金化纖切斷刀因其優良的性能在紡織化纖工業中有著廣泛運用。但是刀具在長時間處於切割纖維的過程中容易發生磨損，因而一般採用高性能整體硬質合金燒結或整體高速鋼需經滲碳、滲氮、碳氮共滲等化學熱處理方法來進行製備。而這些工藝相對複雜且造價相對較高，這也成為了阻礙硬質合金化纖切斷刀發展的一個重要因素。經過多次的實驗研究，相關研究人員研發出一種極具應用前景的材料表面處理技術—鐳射熔覆技術。其將硬質合金作為高性能的熔覆層與基體材料形成牢固的冶金結合。鐳射熔覆過程本質上是一種快速加熱融化與快速冷卻凝固的過程，偏離平衡狀態，使熔覆層組織細化，在硬度、強度以及耐磨耐蝕性等方面顯著優於其他工藝方法。

將鐳射熔覆技術引入到硬質合金化纖切斷刀的製備中，在刀具基體的刃口部位鐳射熔覆硬質合金層，不僅將金屬基體良好的強韌性、工藝性與硬質合金高硬度、優良的耐磨耐蝕性以及化學穩定性有機結合起來，還有效提高了化纖切斷刀刃口的硬度與耐磨性，延長了使用壽命，降低了生產成本。熔覆時，先將樣品在200℃的烘箱中烘乾4h，選用氮氣作為熔池保護氣體與雷射光束同步吹氣保護。熔覆完成後用事先配好的溶液蝕磨拋好的試樣並進行金相觀察組織形貌。此外，WC硬質合金鐳射熔覆層中產生氣孔的主要原因是WC的溶解和分解為氣孔的生成提供了碳源，同時Co極容易發生氧化，引起激烈的造氣反應，而所形成的氣體來不及逸出會導致氣孔的出現。而加入適量的Al粉能夠有效抑制氣孔的生成，加入TiC粉末能夠提高熔覆層的硬度，使之達到硬質合金化纖切斷刀的性能要求。

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在紡織化纖等行業中，為了將棉毛等天然纖維或其他品種的化學纖維混紡，經過牽引、捲曲和熱定型處理後的連續化纖絲束，需要由切斷刀切割成規定長度的短纖維。切割過程中，隨著使用時間的延長，切斷刀的性能會逐漸發生鈍化，直接影響了纖維的切割品質和效率。硬質合金化纖切斷刀具有高硬度、高強度、高衝擊韌性以及優良的耐磨耐蝕性，對紡織和化纖行業的實際應用有著重大意義。纖維切割過程中，是靠切斷刀和絲束間的相互接觸運動來完成的，本質上是切斷刀施力與纖維，使其發生變形和斷裂。

通常用於化纖切斷刀的材料有模具鋼、高速鋼、超硬高速鋼以及硬質合金等。模具鋼在工作時需要經過多次刃磨，頻繁換刀也會造成纖維產品切割品質的不穩定，勞動強度大、生產效率低，如今已經逐漸被淘汰；而高速鋼組織中存在一定高度彌散且穩定的VC硬質點。彌散強化提高了基體的硬度，穩定的VC硬質點極大地提高了材料的耐磨性。另外，在高速鋼中加入一定量的Si和Al可有效提高其硬度和耐磨性，加入Nb可與C發生反應生成彌散細小的NbC，能夠有效阻止晶粒長大；超硬高速鋼與硬質合金材料都是由W、Mo、Co等稀貴金屬組成的，其切割性能優良、使用壽命也較長，但是通常造價較高，工藝相對複雜，因而難以得到推廣使用。因此，研究人員開發出一種鐳射熔覆技術，將硬質合金材料作為一種高性能覆層與基材牢固結合起來，從而改善基體材料表面的耐熱性、抗氧化性、電氣特性、耐磨耐蝕性等。

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