[發(fā)明專利]一種含鈧擴(kuò)散陰極材料的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910090710.7
• 申請(qǐng)日: 2009-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN101628336A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王金淑;劉偉;崔云濤;王亦曼;趙雷;張喜珠;楊帆;周美玲;左鐵鏞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/16
• 分類號(hào): B22F3/16
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉 萍

技術(shù)領(lǐng)域

一種含鈧擴(kuò)散陰極材料的制備方法屬于熱電子發(fā)射材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

陰極是真空電子器件的電子源，是其核心部分，電子發(fā)射陰極材料是真空電子器件的核心部件，根據(jù)太赫茲真空電子器件整體設(shè)計(jì)需求，要求電子束源提供具有特殊形狀的高電流密度(＞50A/cm²)電子注，如筒狀注、帶狀注等，并且要求電子注良好束流品質(zhì)，如電流密度均勻、束形整齊。目前能夠滿足這一需求的熱陰極只有鈧系陰極材料，其發(fā)射電流密度遠(yuǎn)高于其它類型的熱陰極，其低溫大發(fā)射的特性是其它類型的熱陰極無法比擬的，被認(rèn)為是下一代熱陰極的主要代表。到目前為止，已經(jīng)有各種類型的含鈧擴(kuò)散型陰極問世，根據(jù)制備方法的不同可分為鈧酸鹽陰極、頂層鈧系陰極和含鈧擴(kuò)散基陰極。

在以上不同類型陰極中，鈧鎢基陰極通常是利用粉末冶金工藝制備，其工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，從而備受人們重視。自誕生至今，該種陰極工藝不斷更新，陰極性能不斷提高，主要是前驅(qū)粉體的制備工藝不斷改進(jìn)。

影響其性能的關(guān)鍵因素在于前驅(qū)粉末的質(zhì)量，如含鈧化合物在粉末中分布是否均勻，粉體顆粒大小是否均一，這些因素都嚴(yán)重影響后續(xù)的制備過程，進(jìn)而影響陰極性能。陰極材料是采用粉末冶金的方法燒結(jié)而成，所以粉末的質(zhì)量對(duì)陰極質(zhì)量的影響很大，但是在制備發(fā)射性能良好的陰極粉末工藝較為困難和復(fù)雜，如果能夠解決簡(jiǎn)化陰極粉末制備工藝的問題并且可以提高陰極粉末質(zhì)量，對(duì)推動(dòng)我國(guó)太赫茲真空電子器件的發(fā)展以及陰極水平具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種鈧鎢陰極材料的制備方法。所獲得的陰極材料具有優(yōu)異的熱電子發(fā)射性能，良好的發(fā)射均勻性。目前未見該方法制備陰極材料的報(bào)道。

本發(fā)明采用噴霧干燥的方法，將偏鎢酸銨、硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁按制成陰極材料的比例混合。

(1)將偏鎢酸銨、硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁分別溶于水形成溶液；然后，將硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁和硝酸鈧?cè)芤杭尤肫u酸銨溶液中混合，混合溶液的濃度為20-60g/L；采用噴霧干燥制備陰極材料前驅(qū)粉末，進(jìn)料速度200ml/h-600ml/h、鼓風(fēng)速率0.4m³/min-0.6m³/min；進(jìn)口溫度150℃，出口溫度穩(wěn)定在95℃；

其中Ba∶Ca∶Al摩爾比為4∶1∶1；偏鎢酸銨、硝酸鈧的加入量按照制成陰極材料的比例：W含量85wt％、Sc₂O₃含量5wt％、BaO、CaO和Al₂O₃三者的含量10wt％；

(2)將噴霧干燥法制備的前驅(qū)粉末后大氣氣氛下100℃烘干，隨后粉末在500-550℃，大氣氣氛下分解2小時(shí)獲得復(fù)合氧化物粉末；然后將粉末在氫氣氣氛下進(jìn)行還原；還原分兩步進(jìn)行，首先在500-550℃保溫2-4小時(shí)，再將溫度升至800-950℃保溫2-4小時(shí)，獲得前驅(qū)摻雜鎢粉；

(3)將前驅(qū)摻雜鎢粉在壓制壓力1-4t/cm²進(jìn)行壓制，氫氣爐中1500-1650℃燒結(jié)1-4分鐘，制得陰極材料。

本發(fā)明的有益效果是：

由于采用了噴霧干燥技術(shù)，除了保留液相摻雜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)外，相對(duì)于溶膠-凝膠法，簡(jiǎn)化的前驅(qū)粉末制備工藝，避免了雜質(zhì)元素的引入，工藝可重復(fù)性強(qiáng)，便于規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明提供的壓制型鈧鎢熱電子發(fā)射材料的電流密度在850℃_b時(shí)，可達(dá)39.85A/cm²，遠(yuǎn)高于同溫度下鋇鎢陰極的電流密度，達(dá)到了器件對(duì)陰極電流密度的要求。并且隨著燒結(jié)溫度的提高，陰極的發(fā)射電流密度不斷增長(zhǎng)，優(yōu)異得發(fā)射性能及簡(jiǎn)單的制備工藝，使得噴霧干燥法制備的壓制型陰極材料在各種軍、民用真空電子器件中有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1：a前驅(qū)粉末煅燒前SEM像

b前驅(qū)粉末煅燒后SEM像

c陰極材料粉末的SEM像

圖2：含鈧擴(kuò)散陰極在850℃_b時(shí)的發(fā)射曲線(實(shí)施例1)

圖3：含鈧擴(kuò)散陰極在850℃_b時(shí)的發(fā)射曲線(實(shí)施例2)

圖4：含鈧擴(kuò)散陰極在850℃_b時(shí)的發(fā)射曲線(實(shí)施例3)

圖5：含鈧擴(kuò)散陰極在850℃_b時(shí)的發(fā)射曲線(實(shí)施例4)

圖6：含鈧擴(kuò)散陰極在850℃_b時(shí)的發(fā)射曲線(實(shí)施例5)

圖7：含鈧擴(kuò)散陰極在850℃_b時(shí)的發(fā)射曲線(實(shí)施例6)