[發明專利]一種稀土六硼化物場發射尖錐陣列的加工方法

在審

• 申請號: 201911133362.7
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110808198A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 張偉;李元成;張曉兵;蔡敏;紀亮;焦佳能
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: H01J9/02
• 分類號: H01J9/02;H01J1/304
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的一種稀土六硼化物場發射尖錐陣列的加工方法，是通過激光復合電化學刻蝕加工稀土六硼化物場發射尖錐陣列，利用激光加工技術加工尖錐結構的雛形，再利用電化學刻蝕法進一步提高尖錐結構的曲率半徑和表面質量，將激光加工技術和電化學刻蝕法有機復合到稀土六硼化物場發射尖錐陣列加工中，從而充分利用了激光加工技術和電化學刻蝕法的優點。本發明實現了對稀土六硼化物表面尖錐陣列高效加工，并且制得尖錐陣列形貌均勻、曲率半徑小。

技術領域

本發明屬于稀土六硼化物材料加工技術領域，具體涉及一種通過激光復合電化學刻蝕加工稀土六硼化物場發射尖錐陣列的方法。

背景技術

稀土六硼化物REB₆(RE＝La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Yb)是一種優異的電子發射陰極材料，具有熔點高、導電率高、熱穩定性和化學穩定性良好、活性陰極表面等性能特征。為了獲得大的發射電流密度以保證REB6在大電流發射領域得到應用，必須在REB6表面加工出數量密度大、曲率半徑小的尖錐陣列。由于REB₆硬脆的力學特性導致用機械微加工時極易發生硬脆或尖錐陣列數量密度、曲率半徑不能達到使用要求，同時REB6具有穩定的物理化學性能，離子束刻蝕、電子束曝光、化學刻蝕等微加工技術也很難對該材料進行加工，探索新工藝和新方法加工出數量密度大、曲率半徑小的尖錐陣列具有重大的實用價值。

發明內容

(1)要解決的技術問題

鑒于現有機械加工、離子束刻蝕、電子束曝光、化學刻蝕等微加工技術難以滿足稀土六硼化物表面尖錐陣列的加工需求，本發明提供了一種激光復合電化學刻蝕加工REB₆場發射尖錐陣列的方法，可以實現對稀土六硼化物表面尖錐陣列高效加工、并且形貌均勻、曲率半徑小。

(2)技術方案

一種稀土六硼化物場發射尖錐陣列的加工方法，包括以下步驟：

(1)將稀土六硼化物待加工表面進行機械拋光和清潔預處理；

(2)將抗電化學腐蝕掩膜沉積到步驟(1)預處理后的稀土六硼化物待加工表面；

(3)利用激光加工技術對步驟(2)中沉積了抗電化學腐蝕掩膜的稀土六硼化物待加工表面進行加工，形成具有三維形貌特征陣列單元的陣列結構；

(4)采用電化學刻蝕法對步驟(3)形成的陣列結構表面進行進一步刻蝕加工，形成尖錐陣列；

(5)去除步驟(4)中電化學刻蝕后稀土六硼化物表面的抗電化學腐蝕掩膜，進行表面清潔，獲得稀土六硼化物場發射尖錐陣列。

進一步地，步驟(1)所述的稀土六硼化物包括：LaB₆、CeB₆、PrB₆、NdB₆、SmB₆、GdB₆和YbB₆中的任意一種。

進一步地，上述步驟(1)中，清潔預處理的具體操作為：將稀土六硼化物放入丙酮溶液中超聲10min后用酒精沖洗去掉表面的油污雜質，最后用去離子水沖洗后，烘干。

進一步地，上述步驟(2)中，所述抗電化學腐蝕掩膜的厚度大于100納米。

進一步地，所述抗電化學腐蝕掩膜采用等離子體增強化學氣相沉積制得。

進一步地，所述步驟(3)中的激光，脈沖寬度為≤100納秒，波長≤1064納米。

進一步地，所述步驟(3)中的三維形貌特征陣列單元中的三維形狀一般為圓柱形、方柱形、類圓柱、類方柱和類圓錐形狀。

進一步地，步驟(4)中所述的電化學刻蝕法中所用的電解液包括磷酸、乙醇、水制成的電解液，鹽酸、乙醇、水制成的電解液和氯化鈉、乙醇、水制成的電解液中的任意一種。