[發(fā)明專利]一種用于電子束發(fā)射的碳纖維陰極的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810658086.5
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108878233B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝勝智;盧健
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01J9/02
• 分類號: H01J9/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種用于電子束發(fā)射的碳纖維陰極的制備方法，屬于陰極制備領(lǐng)域，該制備方法：通過在碳纖維中加入少量淀粉粘結(jié)劑，碳纖維在使用前需進行除膠處理；通過淀粉粘結(jié)劑將碳纖維材料粘結(jié)成一個整體，實現(xiàn)碳纖維、粘結(jié)劑間的協(xié)同效應，制成陰極預制體；將陰極預制體碳化，得到碳纖維陰極。本發(fā)明得到的陰極，成型完整、表面平整、強度較好；碳纖維分布均勻、無成束的團聚現(xiàn)象，碳纖維之間搭接良好；陰極在使用過程中損壞后，不需要更換陰極，將其表面層打磨后可重復使用；采用淀粉為粘結(jié)劑，環(huán)保安全，整個制備工藝簡單、制作成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陰極制備領(lǐng)域，涉及一種用于電子束發(fā)射的碳纖維陰極的制備方法。

背景技術(shù)

強流脈沖電子束處理材料表面已成為材料表面改性的有效方法，強流脈沖電子束處理在真空中進行，高能入射的電子束瞬時穿透材料表面，引發(fā)表面快速加熱、冷卻與凝固，從而提高材料表面硬度、耐磨性和耐腐蝕等性能。陰極是電子束發(fā)射的關(guān)鍵部件，陰極材料要求表面平整均勻、強度和抗熱震性好，表面尖端越多發(fā)射的電子束越均勻。碳纖維作為放電材料具備啟動時間短、發(fā)射閾值低、出氣率低、放電穩(wěn)定和使用壽命長等優(yōu)點，是陰極制備的理想材料之一。

中國專利(專利號：201110395868.2)公開了一種發(fā)射大面積均勻電子束的碳纖維陰極及其制備方法，它由碳纖維束、限流電阻、高壓電極和碳纖維束安裝盤組成，制備方法是分別制備碳纖維束安裝盤、碳纖維束和高壓電極，然后將碳纖維束、限流電阻、高壓電極和碳纖維束安裝盤依次組裝焊接在一起，得到發(fā)射大面積均勻電子束的碳纖維陰極。所得的碳纖維陰極為各個部件的組合體，陰極在使用過程中損壞后，需要直接更換陰極或者單獨更換碳纖維束，單獨更換碳纖維束能夠節(jié)省成本。

鄧潘在其碩士學位論文《碳纖維陰極去謝機制及對輸出微波脈寬的影響》(國防科學技術(shù)大學研究生院，2005)中報道了一種金屬基復合碳纖維陰極。其包括單向整列的碳纖維無緯布及預制件的制備、液態(tài)金屬與預制件的復合及機械成型加工、金屬基體的腐蝕四個步驟。

國外采用束絲碳纖維、碳纖維布和碳纖維氈制備碳纖維陰極，主要采用的方法是將成束的碳纖維按一定規(guī)律進行約束，然后將約束好的碳纖維與基板材料組合起來或?qū)⑻祭w維直接塞緊，做成結(jié)構(gòu)類似“毛刷”的碳纖維陰極。

采用以上方法制備的陰極預制體存在以下特點：(1)由碳纖維束、限流電阻、高壓電極和碳纖維束安裝盤組成的陰極，制備工藝復雜，碳纖維束之間存在間隙，限流電阻等本身存在偏差，每束碳纖維不可能完全保證電子束同時發(fā)射，采用該工藝制備的陰極發(fā)射電子束均勻性和穩(wěn)定性難以保證。(2)將碳纖維作為增強材料加入到金屬中，雖能保證碳纖維陰極的強度，但碳纖維和金屬之間的密度和流動性相差較大，碳纖維容易發(fā)生團聚現(xiàn)象，制備工藝復雜，成本高。(3)“毛刷”類碳纖維陰極中，碳纖維束內(nèi)沒有基體支撐，容易松動，碳纖維容易折彎，很難保證每束碳纖維表面平齊，可操作性差。現(xiàn)有技術(shù)制備的碳纖維陰極還不能完全滿足實際需求。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種用于電子束發(fā)射的碳纖維陰極的制備方法。相比已有的制備方法，本發(fā)明整個制備工藝簡單，環(huán)保，成本低，所制備得到的陰極強度足夠，發(fā)射的電子束均勻。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于電子束發(fā)射的碳纖維陰極的制備方法，該制備方法通過在碳纖維中加入少量淀粉粘結(jié)劑，通過淀粉粘結(jié)劑將碳纖維材料粘結(jié)成一個整體，實現(xiàn)碳纖維、粘結(jié)劑間的協(xié)同效應，制成陰極預制體，最后將陰極預制體碳化，得到陰極。本發(fā)明所采用的碳纖維原材料成束狀，表面涂有膠層，其表面能低，表面呈現(xiàn)出憎液性，導致碳纖維和粘結(jié)劑結(jié)合時，兩相界面之間的結(jié)合差，所以碳纖維在使用前需進行除膠處理；同時除膠處理后，成束的碳纖維會分散成更細的碳纖維絲，碳纖維會變得更加粗糙，產(chǎn)生更多有利于發(fā)射電子束的尖端。包括以下步驟：

步驟S10：碳纖維的除膠分散，包括以下子步驟：