CN102315062B - 一种长寿命覆膜浸渍钡钨阴极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长寿命覆膜浸渍钡钨阴极及其制备方法，涉及电真空器件技术，采用了双层膜和双层钨海绵基体的结构设计，该类型阴极具有发射电流密度大、寿命长等特点，加速寿命试验结果表明，阴极工作温度960℃，电流密度2A/cm²，阴极寿命超过150,000小时。本发明提高钡钨阴极的发射电流密度，增加活性物质的储存，延长阴极寿命，寿命达到12～15年，满足了空间行波管对热阴极长寿命的发展需求。

Description

一种长寿命覆膜浸渍钡钨阴极及其制备方法

技术领域

本发明涉及电真空技术领域，特别涉及采用双层膜和双层钨海绵基体结构的长寿命覆膜浸渍钡钨阴极及制备方法，从而提高钡钨阴极的发射电流密度，增加活性物质的储存，延长阴极寿命。

背景技术

随着真空微波器件特别是军用微波器件的发展，对阴极的寿命提出了大于10年的要求。对于长寿命阴极来说要满足以下要求：(1)工作温度低，这样降低了活性物质的蒸发并减轻了热子的负担；(2)逸出功小，这样可在较低工作温度下提供所需发射电流；(3)足够的活性物质的储存，以保证在有效的工作期间内源源不断补充由于蒸发和中毒所造成的活性物质的损失。传统的覆膜浸渍钡钨阴极即M型阴极已经无法满足上述要求。

发明内容

本发明的目的是制备一种双层膜和双层钨海绵基体结构的长寿命覆膜浸渍钡钨阴极，以提高钡钨阴极的发射电流密度，增加活性物质的储存，延长阴极寿命。

为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种长寿命覆膜浸渍钡钨阴极，包括钼筒、热子、阴极；钼筒内的隔断将钼筒内分为两个容腔，一容腔内固接有热子，热子的引线由外端伸出；另一容腔内固接有阴极；其所述阴极采用双层膜和双层钨海绵基体结构；其中，阴极轴向分为两层钨海绵基体(31、32)，底层钨海绵基体(31)与隔断固连，底层孔度为34％-36％；上层钨海绵基体(32)的孔度为22％-24％；在上层钨海绵基体(32)的外端面，顺序覆有两层膜，内层为Re膜(33)，在Re膜(33)外端为一层Os-W膜(34)。

所述的长寿命覆膜浸渍钡钨阴极，其所述两层钨海绵基体(31、32)，上层钨海绵基体(32)厚0.2mm±0.05mm，底层钨海绵基体(31)厚1.4mm±0.05mm。

一种长寿命覆膜浸渍钡钨阴极的制备方法，其包括步骤：

a、首先，在压制模具中先放入平均颗粒度为5μ的钨粉Mmg，再放入平均颗粒度为8μ的钨粉4-5Mmg，然后放在油压机上一次压制成形；

b、将a步压好的钨饼放入氢炉，在氢气中1800℃±100℃下，保温时间10±5分钟，烧结成双层钨海绵基体待用；

c、将b步烧结好的双层钨海绵基体放入氢炉中，在1600℃～1650℃下，保温1～2分钟，将铝酸盐浸渍到双层钨海绵基体中；

d、将氧化铝，硝棉和乙酸丁酯混合物填充于放有热子的钼筒一容腔内，放入烘箱内80℃±10℃烘干60±30分钟，然后放入氢炉中在1700℃±100℃下，保温1～2分钟烧结，制备成热子组件；

e、在带有热子组件的钼筒另一容腔内放入少量钨钴焊料，再放入b步浸渍好盐的双层钨海绵基体，一起放入氢炉中，烧结温度1550℃～1600℃，保温1～2分钟，完成阴极与热子组件的焊接；

f、将e步中制备好的阴极热子组件的阴极外端表面在仪表车床上进行精车，表面粗糙度Ra≤1.6；

g、将外表面车好的阴极放入覆膜台中，在阴极外表面先覆一层厚度为

的Re膜，再覆一层厚度为

0s-W膜，得成品。

所述的方法，其所述的a)步骤中，其上层钨粉的平均颗粒度为5μ，质量Mmg，保证压制烧结后上层孔度为22％-24％，底层钨粉的平均颗粒度为8μ，质量为上层钨粉质量的4-5倍，保证压制烧结后底层孔度为34％-36％。

所述的方法，其所述的g)步骤中，阴极表面先覆Re膜，时间为30分钟，再覆Os-W膜，时间为90分钟。

本发明的有益效果是：实现了双层膜和双层钨海绵基体的阴极结构，可以提高钡钨阴极的发射电流密度、延长阴极寿命。采用双层膜，即在阴极表面先覆一层Re膜，再覆Os-W膜，Re作为扩散阻挡层抑制或减缓了基底钨原子向发射表面的扩散，使得表面合金膜的成分比例在较长时间内维持在最佳范围，从而延长了阴极的寿命。同时采用双层结构钨海绵体制备的阴极由于表层采用小孔度减少了活性物质的蒸发，底层采用大孔度增加了活性物质储存量，使得钨海绵底层的活性物质可在阴极寿命中不断补充表面活性钡的损耗，能够长久地维持高电流密度稳定的电子发射，从而延长阴极的寿命。

附图说明

图1.本发明的长寿命覆膜浸渍钡钨阴极结构示意图；

图2.本发明的长寿命阴极寿命与工作温度关系曲线图；

图3.本发明的长寿命覆膜浸渍钡钨阴极的电压-电流曲线图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明的长寿命覆膜浸渍钡钨阴极结构示意图，由钼筒1、热子2、阴极3组成，钼筒1内的隔断11将钼筒1内分为两个容腔，一容腔内固接有热子2，热子2的引线由外端伸出；另一容腔内固接有阴极3。其中，阴极3轴向分为两层钨海绵基体31、32，底层钨海绵基体31与隔断11固连，底层孔度为34％-36％；上层钨海绵基体32的孔度为22％-24％。在上层钨海绵基体32的外端面，顺序覆有两层膜，内层为Re膜33，在Re膜33上再覆一层Os-W膜34。Os-W膜34位于最外端。

本发明的长寿命覆膜浸渍钡钨阴极制备的具体工艺过程是：

首先，在直径2.3mm压制模具中先放入平均颗粒度为5μ的钨粉18mg，再放入平均颗粒度为8μ的钨粉80mg，在油压机上一次压制成形，压力为13T/cm²。将压好的钨饼放入高频炉，在氢气中1800℃下保温10分钟烧结成形。将烧结好的钨饼放入氢炉中，在1620℃下保温2分钟浸渍铝酸盐(6BaO:1CaO:2Al₂O₃)。将氧化铝，硝棉和乙酸丁酯混合物填充于放有3mm热子的钼筒内，放入烘箱中80℃烘干1小时，然后放入氢炉中在1700℃烧结1分钟，完成热子组件的制备。在制备好的热子组件钼筒内放入少量钨钴焊料，再放入浸渍好盐的钨海绵，一起放入氢炉中，1550℃保温1分钟，完成阴极与钼筒焊接。将焊接好的阴极热子组件的阴极表面在仪表车床上进行精车，车好的阴极放入覆膜台中，在阴极表面先覆Re膜，时间为30分钟，再覆Os-W膜，时间为90分钟，完成阴极的制备。

将阴极放进动态系统中进行直流测试，选用空间电荷偏离点电流作为标准来检验阴极的发射能力，在阴极工作温度为950℃时，偏离点电流可达5.6A/cm²，结果如图3所示。

将阴极装入普通试验二极管中，其中阴极直径2.3mm，阴阳极之间的距离0.2m～0.3mm，阴极激活及老炼200小时后进行阴极寿命试验。

寿命试验方法：将阴极分成四组，每组3只，分别工作在(1170℃，1130℃，1090℃，1050℃)温度下，支取2A/cm²对阴极进行寿命试验。根据阴极寿命与工作温度的关系，以温度作为加速变量建立加速寿命方程，通过加速寿命试验推出阴极在正常工作温度下的寿命，如图2所示。

加速寿命试验结果表明，该阴极在960℃工作温度下，当阴极负荷为2A/cm²时，阴极预估寿命可达150,000小时。

Claims (4)

1.一种长寿命覆膜浸渍钡钨阴极，包括钼筒、热子、阴极；钼筒内的隔断将钼筒内分为两个容腔，一容腔内固接有热子，热子的引线由外端伸出；另一容腔内固接有阴极；其特征在于，所述阴极采用双层膜和双层钨海绵基体结构；其中，阴极轴向分为两层钨海绵基体(31、32)，底层钨海绵基体(31)与隔断固连，底层孔度为34％-36％；上层钨海绵基体(32)的孔度为22％-24％；在上层钨海绵基体(32)的外端面，顺序覆有两层膜，内层为Re膜(33)，在Re膜(33)外端为一层Os-W膜(34)；

其中，所述两层钨海绵基体(31、32)，上层钨海绵基体(32)厚0.2mm±0.05mm，底层钨海绵基体(31)厚1.4mm±0.05mm。

2.一种长寿命覆膜浸渍钡钨阴极的制备方法，其特征在于，包括步骤：

a、首先，在压制模具中先放入平均颗粒度为5μ的钨粉Mmg，再放入平均颗粒度为8μ的钨粉4-5Mmg，然后放在油压机上一次压制成形；

b、将a步压好的钨饼放入氢炉，在氢气中1800℃±100℃下，保温时间10±5分钟，烧结成双层钨海绵基体待用；

c、将b步烧结好的双层钨海绵基体放入氢炉中，在1600℃～1650℃下，保温1～2分钟，将铝酸盐浸渍到双层钨海绵基体中；

d、将氧化铝，硝棉和乙酸丁酯混合物填充于放有热子的钼筒一容腔内，放入烘箱内80℃±10℃烘干60±30分钟，然后放入氢炉中在1700℃±100℃下，保温1～2分钟烧结，制备成热子组件；

e、在带有热子组件的钼筒另一容腔内放入少量钨钴焊料，再放入b步浸渍好盐的双层钨海绵基体，一起放入氢炉中，烧结温度1550℃～1600℃，保温1～2分钟，完成阴极与热子组件的焊接；

f、将e步中制备好的阴极热子组件的阴极外端表面在仪表车床上进行精车，表面粗糙度Ra≤1.6；

g、将外表面车好的阴极放入覆膜台中，在阴极外表面先覆一层厚度为

的Re膜，再覆一层厚度为

Os-W膜，得成品。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的a)步骤中，其上层钨粉的平均颗粒度为5μ，质量Mmg，保证压制烧结后上层孔度为22％-24％，底层钨粉的平均颗粒度为8μ，质量为上层钨粉质量的4-5倍，保证压制烧结后底层孔度为34％-36％。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的g)步骤中，阴极表面先覆Re膜，时间为30分钟，再覆Os-W膜，时间为90分钟。

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