CN102628136B - 一种铼钨基阴极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铼钨基阴极材料及制备方法，属于难容金属热阴极材料技术领域。材料为BaO、CaO和Al2O3负载在多孔的铼钨基的孔隙中，铼钨基为铼包覆在钨颗粒形成。将高铼酸铵溶于水配成溶液，将钨粉加入铼酸铵溶液搅拌中，干燥，然后在氢气气氛下分两步分解还原，得到铼钨粉末，将铼钨粉末压制并在氢气范围下烧结，得到铼钨基体并浸渍到熔融的铝酸钡钙盐中。本发明制备工艺简单，避免了在制备过程中杂质元素的引入，可重复性强，制备出的阴极材料优异的发射性能，增强了传统钡钨阴极的抗离子轰击能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种阴极材料及制备方法，特备是一种铼钨基阴极及制备方法，属于难容金属热阴极材料技术领域。
背景技术
阴极是真空电子器件的发射电子源，是其核心部件，对真空电子器件的功率输出和寿命等起着至关重要的作用。目前，在各种调速管、行波管中主要使用的是传统的钡钨阴极，随着真空电子器件的不断发展，对阴极的性能要求越来越高，尤其是我国国防、航天航空科技的发展，要求真空电子器件在更加恶劣的环境下工作稳定并能大功率输出，这就要求阴极能够具有大的发射电流密度、良好好的抗离子轰击能力和抗气体中毒能力。传统的钡钨阴极难以满足真空电子器件对阴极的这些要求。目前能够满足这些要求的热阴极是铼钨阴极。
覆铼膜“M”型阴极通过在钡钨阴极表面上沉积一层铼膜也提高了阴极的发射电流密度和抗离子轰击，但是这种阴极的制备工艺复杂，可控性和重复性差，阴极的寿命比较短。本发明通过液固混合的方法制备出了铼包覆于钨颗粒上的钨铼粉末材料，再通过粉末冶金的方法烧结基体、浸渍铝酸钡钙盐，制备工艺简单，重复性好。它具有较好的热发射性能和抗离子轰击能力。
发明内容
本发明提供了一种铼钨基阴极材料及其制备方法，铼均匀地包覆在钨颗粒上，降低了阴极表面的逸出功，提高了钡钨阴极的发射电流密度，改善了阴极的抗离子轰击和抗气体中毒性能。目前未见该种材料研究的报道。
本发明提供了一种铼钨基阴极材料，其特征在于：阴极材料包括难熔金属钨铼颗粒形成的多孔的铼钨基体、BaO、CaO和Al2O3，其中钨铼颗粒为铼包覆在钨颗粒上，BaO、CaO和Al2O3负载在多孔的铼钨基体的孔隙中，铼占总质量的30——70wt％，BaO、CaO和Al2O3三者含量占阴极总质量的5wt％——15wt％，其中BaO、CaO和Al2O3的摩尔比为6∶1∶2，其余为钨。
上述铼钨基阴极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：以高铼酸铵和钨粉为原料，将高铼酸铵溶于水配成溶液，将钨粉加入铼酸铵溶液搅拌后形成固液混合物，然后将固液混合物在70——90℃水浴搅拌加热，水完全蒸发后将混合粉末进行干燥。
步骤二：将干燥后的混合粉末在氢气气氛下分解还原，分两步进行处理，第一步为400——500℃，保温时间为1——2小时，第二步还原温度为750——900℃，保温2——3h，获得铼钨粉末。
步骤三：将用上述方法制备的铼钨粉末用压力1-2t/cm2进行压制；然后在氢气保护下，采用粉末冶金方法在1500℃-1900℃烧结，制成多孔基体，烧结后浸渍熔融的铝酸钡钙盐。
本发明提供的铼钨基阴极，制备的铼钨粉末分布均匀，铼完全包覆在钨颗粒上，并且包覆均匀。这种方法制备工艺简单，避免了在制备过程中杂质元素的引入，可重复性强，制备出的阴极材料在1000℃有优异的发射性能，增强了传统钡钨阴极的抗离子轰击能力。
附图说明
图1：实施3制备的铼钨粉末(50wt％铼50wt％钨)的XRD；
图2：实施3制备的铼钨粉末(50wt％铼50wt％钨)马尔文激光粒度分析；
图3：实施3制备的铼钨粉末(50wt％铼50wt％钨)的微观形貌；
图4：实施3制备的(50wt％铼50wt％钨)铼钨基阴极的电子发射特性曲线。
具体实施方式
实施例1：将10.824g高铼酸铵溶于水配成溶液，将2.5g钨粉加入铼酸铵溶液搅拌后形成固液混合物，然后将固液混合物在90℃水浴搅拌加热，水完全蒸发后将混合粉末进行干燥。将烘干后的混合粉末放于氢气管式炉中进行还原，第一步还原的温度为400℃，保温时间为1h；第二步还原温度为900℃，保温时间为2h，然后降至室温得到含铼75％的钨铼粉末；将阴极粉末在2t/cm2压力下压制成3mm直径的阴极基体，并用粉末冶金的方法在1500℃烧结；然后在高温条件下浸渍铝酸钡钙盐(BaO、CaO和Al2O3摩尔比为6∶1∶2)，浸渍量为10％，测试不同温度下阴极的发射，见表1。
实施例2：将3.608g高铼酸铵溶于水配成溶液，将7.5g钨粉加入铼酸铵溶液搅拌后形成固液混合物，然后将固液混合物在70℃水浴搅拌加热，水完全蒸发后将混合粉末进行干燥。将烘干后的混合粉末放于氢气管式炉中进行还原，第一步还原的温度为400℃，保温时间为1h；第二步还原温度为900℃，保温时间为2h，然后降至室温得到含铼25wt％的钨铼粉末；将阴极粉末在2t/cm2压力下压制成3mm直径的阴极基体，并在1700℃烧结；然后在高温条件下浸渍铝酸钡钙盐(BaO、CaO和Al2O3摩尔比为6∶1∶2)，浸渍量为10％，测试不同温度下阴极的发射，见表1。
实施例3：将7.216g高铼酸铵溶于水配成溶液，将5g钨粉加入铼酸铵溶液搅拌后形成固液混合物，然后将固液混合物在80℃水浴搅拌加热，水完全蒸发后将混合粉末进行干燥。将烘干后的混合粉末放于氢气管式炉中进行还原，第一步还原的温度为400℃，保温时间为1h；第二步还原温度为900℃，保温时间为2h，然后降至室温得到含铼50wt％的钨铼粉末；将阴极粉末在2t/cm2压力下压制成3mm直径的阴极基体，并用粉末冶金的方法在1900℃烧结；然后在高温条件下浸渍铝酸钡钙盐(BaO、CaO和Al2O3摩尔比为6∶1∶2)，浸渍量为10％，测试不同温度下阴极的发射，见表1。
所制备的铼钨粉末的XRD见图1；铼钨粉末马尔文激光粒度分析见图2；铼钨粉末的微观形貌见图3；铼钨基阴极的电子发射特性曲线见图4。
实施例4：将7.216g高铼酸铵溶于水配成溶液，将5g钨粉加入铼酸铵溶液搅拌后形成固液混合物，然后将固液混合物在80℃水浴搅拌加热，水完全蒸发后将混合粉末进行干燥。将烘干后的混合粉末放于氢气管式炉中进行还原，第一步还原的温度为450℃，保温时间为2h；第二步还原温度为950℃，保温时间为2h，然后降至室温得到钨铼粉末；将阴极粉末在2t/cm2压力下压制成3mm直径的阴极基体，并用粉末冶金的方法在1500℃烧结；然后在高温条件下浸渍铝酸钡钙盐(BaO、CaO和Al2O3摩尔比为6∶1∶2)，浸渍量为10％，测试不同温度下阴极的发射，见表1。
实施例5：将3.608g高铼酸铵溶于水配成溶液，将7.5g钨粉加入铼酸铵溶液搅拌后形成固液混合物，然后将固液混合物在80℃水浴搅拌加热，水完全蒸发后将混合粉末进行干燥。将烘干后的混合粉末放于氢气管式炉中进行还原，第一步还原的温度为500℃，保温时间为1h；第二步还原温度为950℃，保温时间为2h，然后降至室温得到钨铼粉末；将阴极粉末在2t/cm2压力下压制成3mm直径的阴极基体，并用粉末冶金的方法在1700℃烧结；然后在高温条件下浸渍铝酸钡钙盐(Ba∶Ca∶Al摩尔比为6∶1∶2)，浸渍量为10％，测试不同温度下阴极的发射，见表1。
实施例6：将10.824g高铼酸铵溶于水配成溶液，将2.5g钨粉加入铼酸铵溶液搅拌后形成固液混合物，然后将固液混合物在80℃水浴搅拌加热，水完全蒸发后将混合粉末进行干燥。将烘干后的混合粉末放于氢气管式炉中进行还原，第一步还原的温度为550℃，保温时间为1h；第二步还原温度为1000℃，保温时间为2h，然后降至室温得到钨铼粉末；将阴极粉末在2t/cm2压力下压制成3mm直径的阴极基体，并用粉末冶金的方法在1900℃烧结；然后在高温条件下浸渍铝酸钡钙盐(BaO、CaO和Al2O3摩尔比为6∶1∶2)，浸渍量为10％，测试不同温度下阴极的发射，见表1。
表1不同样品在1000℃b下的脉冲发射电流密度
Claims (1)
1.一种阴极材料的制备方法，阴极材料包括难熔金属钨铼颗粒形成的多孔的铼钨基体、BaO、CaO和Al2O3，其中钨铼颗粒为铼包覆在钨颗粒上，BaO、CaO和Al2O3负载在多孔的铼钨基体的孔隙中，铼占总质量的30—70wt%，BaO、CaO和Al2O3三者含量占阴极总质量的5wt%—15wt%，其中BaO、CaO和Al2O3的摩尔比为6：1：2，其余为钨，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：以高铼酸铵和钨粉为原料，将高铼酸铵溶于水配成溶液，将钨粉加入铼酸铵溶液搅拌后形成固液混合物，然后将固液混合物在70—90℃水浴搅拌加热，水完全蒸发后将混合粉末进行干燥；
步骤二：将干燥后的混合粉末在氢气气氛下分解还原，分两步进行处理，第一步还原温度为400—550℃，保温时间为1—2小时，第二步还原温度为750—1000℃，保温2—3h，获得铼钨粉末；
步骤三：将用上述方法制备的铼钨粉末用压力1—2t/cm2进行压制；然后在氢气保护下，采用粉末冶金方法在1500℃-1900℃烧结，制成多孔基体，烧结后浸渍熔融的铝酸钡钙盐。
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