[發明專利]一種錸鎢基陰極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210109125.9
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102628136A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 王金淑;劉偉;王茜;崔云濤;王凱風;梁文龍;周美玲;左鐵鏞
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C22C27/04
• 分類號: C22C27/04;C22C32/00;C22C1/08;B22F9/22;B22F3/11
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明涉及一種陰極材料及制備方法，特備是一種錸鎢基陰極及制備方法，屬于難容金屬熱陰極材料技術領域。

背景技術

陰極是真空電子器件的發射電子源，是其核心部件，對真空電子器件的功率輸出和壽命等起著至關重要的作用。目前，在各種調速管、行波管中主要使用的是傳統的鋇鎢陰極，隨著真空電子器件的不斷發展，對陰極的性能要求越來越高，尤其是我國國防、航天航空科技的發展，要求真空電子器件在更加惡劣的環境下工作穩定并能大功率輸出，這就要求陰極能夠具有大的發射電流密度、良好好的抗離子轟擊能力和抗氣體中毒能力。傳統的鋇鎢陰極難以滿足真空電子器件對陰極的這些要求。目前能夠滿足這些要求的熱陰極是錸鎢陰極。

覆錸膜“M”型陰極通過在鋇鎢陰極表面上沉積一層錸膜也提高了陰極的發射電流密度和抗離子轟擊，但是這種陰極的制備工藝復雜，可控性和重復性差，陰極的壽命比較短。本發明通過液固混合的方法制備出了錸包覆于鎢顆粒上的鎢錸粉末材料，再通過粉末冶金的方法燒結基體、浸漬鋁酸鋇鈣鹽，制備工藝簡單，重復性好。它具有較好的熱發射性能和抗離子轟擊能力。

發明內容

本發明提供了一種錸鎢基陰極材料及其制備方法，錸均勻地包覆在鎢顆粒上，降低了陰極表面的逸出功，提高了鋇鎢陰極的發射電流密度，改善了陰極的抗離子轟擊和抗氣體中毒性能。目前未見該種材料研究的報道。

本發明提供了一種錸鎢基陰極材料，其特征在于：陰極材料包括難熔金屬鎢錸顆粒形成的多孔的錸鎢基體、BaO、CaO和Al₂O₃，其中鎢錸顆粒為錸包覆在鎢顆粒上，BaO、CaO和Al₂O₃負載在多孔的錸鎢基體的孔隙中，錸占總質量的30——70wt％，BaO、CaO和Al₂O₃三者含量占陰極總質量的5wt％——15wt％，其中BaO、CaO和Al₂O₃的摩爾比為6∶1∶2，其余為鎢。

上述錸鎢基陰極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：以高錸酸銨和鎢粉為原料，將高錸酸銨溶于水配成溶液，將鎢粉加入錸酸銨溶液攪拌后形成固液混合物，然后將固液混合物在70——90℃水浴攪拌加熱，水完全蒸發后將混合粉末進行干燥。

步驟二：將干燥后的混合粉末在氫氣氣氛下分解還原，分兩步進行處理，第一步為400——500℃，保溫時間為1——2小時，第二步還原溫度為750——900℃，保溫2——3h，獲得錸鎢粉末。

步驟三：將用上述方法制備的錸鎢粉末用壓力1-2t/cm²進行壓制；然后在氫氣保護下，采用粉末冶金方法在1500℃-1900℃燒結，制成多孔基體，燒結后浸漬熔融的鋁酸鋇鈣鹽。

本發明提供的錸鎢基陰極，制備的錸鎢粉末分布均勻，錸完全包覆在鎢顆粒上，并且包覆均勻。這種方法制備工藝簡單，避免了在制備過程中雜質元素的引入，可重復性強，制備出的陰極材料在1000℃有優異的發射性能，增強了傳統鋇鎢陰極的抗離子轟擊能力。

附圖說明

圖1：實施3制備的錸鎢粉末(50wt％錸50wt％鎢)的XRD；

圖2：實施3制備的錸鎢粉末(50wt％錸50wt％鎢)馬爾文激光粒度分析；

圖3：實施3制備的錸鎢粉末(50wt％錸50wt％鎢)的微觀形貌；

圖4：實施3制備的(50wt％錸50wt％鎢)錸鎢基陰極的電子發射特性曲線。

具體實施方式

實施例1：將10.824g高錸酸銨溶于水配成溶液，將2.5g鎢粉加入錸酸銨溶液攪拌后形成固液混合物，然后將固液混合物在90℃水浴攪拌加熱，水完全蒸發后將混合粉末進行干燥。將烘干后的混合粉末放于氫氣管式爐中進行還原，第一步還原的溫度為400℃，保溫時間為1h；第二步還原溫度為900℃，保溫時間為2h，然后降至室溫得到含錸75％的鎢錸粉末；將陰極粉末在2t/cm²壓力下壓制成3mm直徑的陰極基體，并用粉末冶金的方法在1500℃燒結；然后在高溫條件下浸漬鋁酸鋇鈣鹽(BaO、CaO和Al₂O₃摩爾比為6∶1∶2)，浸漬量為10％，測試不同溫度下陰極的發射，見表1。