CN103050354A - 一种储存式覆膜浸渍钡钨阴极及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储存式覆膜浸渍钡钨阴极，涉及电真空器件技术，阴极采用小室钨海绵基体结构：阴极分为内外两层钨海绵基体，内层钨海绵基体内端面与隔断固连，其余各面以外层钨海绵基体包覆，外层钨海绵基体侧面与另一容腔内壁固接，内层钨海绵基体的孔度为40％-45％，外层钨海绵基体的孔度为20％-22％；在外层钨海绵基体的外端面，覆有一层0s-Ir-Al膜。本发明阴极具有发射电流密度大、寿命长等特点，直流发射伏安特性曲线结果表明，阴极工作温度为950℃时，偏离点电流可达5A/cm2。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，延长阴极寿命达到12～15年，满足空间行波管对热阴极长寿命的发展需求。

Description

一种储存式覆膜浸渍钡钨阴极及制备方法
技术领域
本发明涉及电真空技术领域，特别涉及采用小室钨海绵基体结构的储存式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
本发明的目的是公开一种储存式覆膜浸渍钡钨阴极及制备方法，制备一种小室钨海绵基体结构的储存式覆膜浸渍钡钨阴极，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：
一种储存式覆膜浸渍钡钨阴极，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；其阴极采用小室钨海绵基体结构；其中，阴极分为内外两层钨海绵基体，内层钨海绵基体内端面与隔断固连，其余各面以外层钨海绵基体包覆，外层钨海绵基体侧面与另一容腔内壁固接，内层钨海绵基体的孔度为40％-45％，外层钨海绵基体的孔度为20％-22％；在外层钨海绵基体的外端面，覆有一层Os-Ir-Al膜。
所述的储存式覆膜浸渍钡钨阴极，其所述内外两层钨海绵基体，外层钨海绵基体厚0.3mm±0.05mm，内层钨海绵基体厚1.2mm±0.05mm。
一种所述的储存式覆膜浸渍钡钨阴极的制备方法，其包括步骤：
1)首先，用孔度为20％-22％钨铜棒按照另一容腔的尺寸进行车制，然后以钡钨阴极钨海绵制备方法进行化学去铜和高频去铜，得到所需的外层钨海绵基体；
2)将平均颗粒度为3-4μ的钨粉70mg-75mg放入事先制备好的外层钨海绵基体内，用模具将外层钨海绵基体内的钨粉压平，得到一个外层钨海绵基体内凹面和侧面把内部钨粉包覆起来的钨海绵基体；
3)将2)步压好的钨海绵基体放入氢炉，在氢气中2000℃±100℃温度下，保温时间30±5分钟，烧结成小室钨海绵基体待用；
4)将3)步烧结好的小室钨海绵基体放入氢炉中，在1600℃～1650℃温度下，保温1～2分钟，将铝酸盐浸渍到小室钨海绵基体中；
5)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，放入烘箱内用80℃±10℃温度烘干60±30分钟，然后放入氢炉中在1700℃±100℃温度下，保温1～2分钟烧结，制备成热子组件；
6)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4)步浸渍好盐的小室钨海绵基体，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；
7)将6)步中制备好的阴极热子组件的阴极的内凹球面外端表面在仪表车床上进行精车，球面半径R＝6.5±0.05，表面粗糙度Ra≤1.6；
8)将外表面车好的阴极放入覆膜台中，在阴极外表面覆一层厚度为
Figure BDA0000099200290000021
的Os-Ir-Al膜33，得成品。
所述的方法，其所述1)步骤中，其内层钨粉的平均颗粒度为3-4μ，质量＞70mg，保证压制烧结后内层孔度为40％-45％。
所述的方法，其所述8)步骤中，阴极表面采用直流四极溅射法覆Os-Ir-Al膜33，覆膜时间为20分钟。
本发明的有益效果是：实现了小室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Os-Ir-Al三元合金膜提高阴极的发射电流密度；同时采用小室钨海绵体制备的阴极，由于外层采用小孔度减少了活性物质的蒸发，内层采用大孔度增加了活性物质储存量，使得钨海绵内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为本发明的储存式覆膜浸渍钡钨阴极结构示意图；
图2为本发明的储存式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，是本发明的储存式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轴向分为内外两层钨海绵基体31、32，内层钨海绵基体31与隔断11固连，内层孔度为40％-45％；外层钨海绵基体32的孔度为22％-24％。在外层钨海绵基体32的外端面，覆有一层Os-Ir-Al膜33。
本发明的储存式覆膜浸渍钡钨阴极制备的具体工艺过程是：
首先，先用孔度为20％-22％钨铜棒按照另一容腔的尺寸进行车制，然后以钡钨阴极钨海绵制备方法进行化学去铜和高频去铜，得到所需的外层钨海绵基体。再将平均颗粒度为3-4μ的钨粉放入事先制备好的外层钨海绵基体32内，用模具将钨粉压平，填粉质量达到70mg-75mg为止，此时外层钨海绵基体内凹面和侧面把内部钨粉包覆起来。将填好粉的钨饼放入高频炉，在氢气中2000℃下，保温时间30分钟，烧结成小室钨海绵基体待用。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:iCaO: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3放入覆膜台中，在阴极表面覆Os-Ir-Al膜33，时间为20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5A/cm2，结果如图2所示。

Claims (5)

1.一种储存式覆膜浸渍钡钨阴极，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，阴极采用小室钨海绵基体结构；其中，阴极分为内外两层钨海绵基体，内层钨海绵基体(31)内端面与隔断(11)固连，其余各面以外层钨海绵基体(32)包覆，外层钨海绵基体(32)侧面与另一容腔内壁固接，内层钨海绵基体(31)的孔度为40％-45％，外层钨海绵基体(32)的孔度为20％-22％；在外层钨海绵基体(32)的外端面，覆有一层Os-Ir-Al膜(33)。
2.如权利要求1所述的储存式覆膜浸渍钡钨阴极，其特征在于，所述内外两层钨海绵基体，外层钨海绵基体(32)厚0.3mm±0.05mm，内层钨海绵基体(31)厚1.2mm±0.05mm。
3.一种如权利要求1所述的储存式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，用孔度为20％-22％钨铜棒按照另一容腔的尺寸进行车制，然后以钡钨阴极钨海绵制备方法进行化学去铜和高频去铜，得到所需的外层钨海绵基体；
b、将平均颗粒度为3-4μ的钨粉70mg-75mg放入事先制备好的外层钨海绵基体内，用模具将外层钨海绵基体内的钨粉压平，得到一个外层钨海绵基体内凹面和侧面把内部钨粉包覆起来的钨海绵基体；
c、将b步压好的钨海绵基体放入氢炉，在氢气中2000℃±100℃温度下，保温时间30±5分钟，烧结成小室钨海绵基体待用；
d、将c步烧结好的小室钨海绵基体放入氢炉中，在1600℃～1650℃温度下，保温1～2分钟，将铝酸盐浸渍到小室钨海绵基体中；
e、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，放入烘箱内用80℃±10℃温度烘干60±30分钟，然后放入氢炉中在1700℃±100℃温度下，保温1～2分钟烧结，制备成热子组件；
f、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d步浸渍好盐的小室钨海绵基体，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；
g、将f步中制备好的阴极热子组件的阴极的内凹球面表面在仪表车床上进行精车，球面半径R＝6.5±0.05，表面粗糙度Ra≤1.6；
h、将外表面车好的阴极放入覆膜台中，在阴极外表面覆一层厚度为
Figure FDA0000099200280000021
的Os-Ir-Al膜(33)，得成品。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述a)步骤中，其内层钨粉的平均颗粒度为3-4μ，质量＞70mg，保证压制烧结后内层孔度为40％-45％。
5.如权利要求3所述的方法，其表征在于，所述h)步骤中，阴极表面采用直流四极溅射法覆Os-Ir-Al膜(33)，覆膜时间为20分钟。
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