[其他]電子槍三氧化二釔-銥陰極的制備

無效

• 申請號: 85108033
• 申請日: 1985-11-01
• 公開（公告）號: CN85108033B
• 公開（公告）日: 1988-10-26
• 發明（設計）人: 陳爾綱
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: H01J9/04
• 分類號: H01J9/04;H01J1/15;H01J3/02;H01J37/06
• 代理公司: 云南省專利事務所
• 代理人: 張晉

發明涉及一種用于電子槍上的Y₂O₃-I_r陰極的制備方法，這種陰極適用于各種電子束儀器，特別適用于電子顯微鏡的電子槍上。

發射電子的“陰極”是各種電子顯微鏡及電子束儀器的重要部件，國內外用于電子顯微鏡及各種電子束儀器的陰極，按發射分有場發射陰極和熱陰極兩種，本發明所制備的陰極屬熱陰極。根據檢索到的現有技術資料，目前國內外用于電子顯微鏡及電子束儀器上的熱陰極概況如下：

〈鎢（W）熱發射陰極〉：熱發射陰極的電子槍是實驗性發展起來的，1938年成為商品的第一臺電子顯微鏡。將原來氣體放電電子槍改為用鎢絲加熱發射電子的電子槍，由于結構上像發叉，以后就稱為W發叉陰極。熱鎢發叉陰極有一系列優點：如價格便宜，制作簡易，在不大高放大倍數（10萬倍以下）亮度也可滿足要求。且電子束能量分散也不大。但是，使用壽命短是這種陰極的主要缺點。在中等亮度（2800°K）可工作20小時，在高亮度（2900°K）只有幾小時壽命。由于壽命短，陰極的消耗量大，一臺電鏡。如果正常工作每天4小時，一年至少也得更換50次以上的陰極，每次更換都要使鏡筒與大氣接觸造成內部污染。每次更換陰極后都需要重新調整使其達到最佳的工作狀態。但調好后又不能工作很長時間。有時正在觀察一重要細微結構時，突然陰極壞了，使觀察記錄失去理想機會。

〈L_aB₆熱發射陰極〉：由于熱鎢陰極壽命短，亮度也不十分理想，因此尋找高亮度長壽命，適合于電鏡使用的新陰極，就是電鏡工作者極為關切的問題。L_aB₆單晶體具有逸出功小，發射常數大的優點。1952年就為德國被阿登納試驗性地用于電子顯微鏡上。但是由于加熱方式復雜（為避免高溫時B的擴散所必要的），沒有能得到推廣，近十年來，這種陰極有了一些改進，但發射體仍是夾持在定向石墨的特殊基座上的L_aB₆單晶，加熱消耗功率大，有的還要改變槍的結構才能適應這種陰極的工作，此外，要得到穩定發射，電子槍室的真空度也比熱鎢陰極要求高（10^-6乇），這就必然使這種陰極的價格昂貴，且不易在一般電鏡上直接替換W-發叉陰極，因此，L_aB₆陰極雖有亮度高、壽命較長的優點。但尚不能為所有電子束儀器所采用，目前國內外各廠家生產的電鏡沒有那一家是以L_aB₆陰極作標準件使用，只是作為附件選購（Option）。

鑒于以上所述國內外關于陰極發展情況，為了解決電子槍亮度與壽命的矛盾，并考慮到結構簡易，價格便宜，便于與常用電鏡上的熱鎢陰極直接置換。1975年我們就致力于新的電子顯微鏡陰極的研究工作。

B_a、S_r、C_a的氧化物是傳統的用于電子管及電子束管的陰極，它的亮度比較高，但是很容易中毒，激活好的氧化物陰極暴露于大氣（這點在電鏡中是不可免的）就會失去發射性能。所以不適宜于電鏡使用。我們也實驗過氧化釷、氧化鈾都不理想，最后選中了氧化釔（Y₂O₃）。有資料說這種陰極以銥（I_r）作基金屬，即是Y₂O₃-I_r，有較小的逸出動，我們測量結果，逸出功φ＝2.6ev，發射常數為7.1A/cm²K²。可見這種陰極的性能很接近L₆B₆。實際測量亮度雖不如L_aB_b陰極，但比熱鎢陰極平均高出五倍，此外，Y₂O₃為白色粉末（微晶體），水解度很低（8×10^-6M/L），不易受水蒸汽侵蝕，熔點為2417℃沸點為4300℃，因此也不易蒸發，作為金屬的I_r具有很好的機械強度，熔點為2450℃，它的化學穩定性也是公認的。因此Y₂O₃-I_r陰極抗中毒，抗腐蝕，抗氧化能力均比熱鎢陰極及L_aB₆要強。我們實驗過Y₂O₃-I_r在大氣中加熱到2000℃小時不但沒有燒壞，而且發射性能也沒有顯著變化。