[發明專利]含鈧擴散表面車制陰極材料制備方法

有效

• 申請號: 201610162295.1
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105810531B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 王金淑;楊韻斐;楊帆;劉偉;周美玲;左鐵鏞
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01J9/04
• 分類號: H01J9/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

一種屬于稀土難熔金屬陰極材料技術領域，具體涉及含鈧擴散表面車制陰極材料制備方法。

背景技術

隨著真空電子器件不斷向高功率、高頻率方向發展，對陰極的電流密度和發射均勻性提出了更高的要求。陰極作為核心部件，為器件提供電子源，因此陰極的性能直接決定器件的使用特性。含鈧擴散陰極代表著熱陰極最高發射水平，是目前唯一有可能達到未來高功率微波器件對電流密度需求的熱陰極。

亞微米含鈧擴散陰極，平均粒徑600-800nm，有利于形成多孔結構，為活性物質提供更多的擴散通道，并且使得氧化鈧分布更加均勻，這對于提高陰極發射性能和改善發射均勻性起到了至關重要的作用。但是對于浸漬型陰極而言，為了保持一定的孔度來滿足后續浸漬要求，在陰極制備過程中由于粉末粒徑細小，不能過高溫度燒結，因此使得陰極脆性增加。在實際應用中，為了獲得一定尺寸和形貌的陰極，需要對陰極進行機加工。亞微米含鈧擴散陰極強度不夠，在車制過程中有可能會出現表面及邊緣缺陷等，從而不能得到完整的發射表面，無法滿足器件的使用要求。同時，對于這種多孔材料，機加工還會帶來一個非常致命的問題，就是經過機加工后，陰極表面的孔結構會遭到嚴重破壞。車制過程中產生的碎屑和浸漬的活性鹽將會陰極表面的孔全部堵死，阻止了活性物質在激活過程中向表面擴散，從而降低陰極的發射性能。上述問題均限制了含鈧擴散陰極的大規模應用。因此，需要不斷完善陰極的制備工藝，在改善陰極機加工性能的同時，進一步提高陰極的發射性能，以滿足大功率微波真空器件的實際使用要求。

發明內容

本發明提供一種制備方法，通過調整還原工藝，獲得平均粒徑2微米左右的鈧鎢粉末，提高陰極的燒結溫度，提高了陰極的機加工性能。陰極在車制作以后進行表面二次處理，對表面殘鹽以及車制碎屑進行清洗。通過調整清洗液成分以及清洗時間使得二次處理后陰極W顆粒之間的通孔重新打開，使得陰極發射性能改善。

本發明所提供的含鈧擴散表面車制陰極制備方法，其特征在于：對陰極基體浸漬陰極發射活性鹽并進行車制以及表面清洗，陰極基體為Sc₂O₃和W，其中Sc₂O₃占陰極總重量的1-10％wt，其余為鎢；浸漬的陰極發射活性鹽為鋁酸鋇鈣，優選Ba：Ca：Al摩爾比為4:1:1；首先將浸漬陰極發射活性鹽的陰極車制成規定尺寸陰極，并在車制后將陰極置于濃度為0.5-10％wt(優選3-10％wt)酸溶液中，保持10-60秒；隨后分別用去離子水、無水乙醇清洗，最后將陰極在氫氣氣氛中加熱到830-860℃(優選850℃)，保溫20-30分鐘后冷卻。

所述的酸溶液選自硫酸、鹽酸、硝酸。

其中陰極基體的制備包括以下步驟：

(1)以偏鎢酸銨和硝酸鈧為原料，分別溶于去離子水配制成水溶液并充分混合，用噴霧干燥方法得到白色前驅粉末。將前驅粉末在120℃干燥24h后置于馬弗爐中，加熱至600℃煅燒2h。

(2)將煅燒后粉末置于氫氣氣氛中加熱到600℃，保溫1小時。之后繼續加熱到950℃，保溫1小時得到2um粒徑粉末。

(3)將上述還原后的鈧鎢陰極粉末進行基體壓制，端面為光潔平面。將壓制坯體置于氫氣氣氛進行燒結，燒結溫度為1450℃獲得孔度為24％-28％基體，之后浸漬熔融活性鹽。

本發明所提供的含鈧擴散表面車制陰極，陰極加車制加工后依舊保持良好的表面形貌，在經過表面二次處理后陰極電子發射能力能夠達到原有陰極水平。陰極脈沖電流發射密度能夠達到116A/cm²。

附圖說明

圖1：含鈧擴散陰極車制后顯微鏡照片；

圖2：車制后含鈧擴散陰極二次處理前后表面SEM照片；

(a)車制但未清洗陰極 (b)酸清洗車制陰極

圖3：車制后含鈧擴散陰極二次處理前后電子發射能力對比。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。