CN103715032B - 一种覆钪酸盐-钨膜的浸渍型钡钨阴极及其制备方法 - Google Patents

一种覆钪酸盐-钨膜的浸渍型钡钨阴极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种覆钪酸盐-钨膜的浸渍型钡钨阴极及其制备方法，属于阴极材料技术领域。覆钪酸盐-钨膜的主要成分为Ba3Sc409和金属W，其中Ba3Sc409占膜总质量的5%-20%。在钨海绵体中浸渍发射材料后，利用Ba3Sc4O9和金属W靶材，在阴极表面用脉冲激光沉积的方法制备Ba3Sc4O9-金属W膜。用本发明的阴极含钪酸盐-钨膜制备的阴极，可使阴极的发射电流密度明显升高，提高了阴极的热发射能力。

Description

一种覆钪酸盐-钨膜的浸渍型钡钨阴极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种阴极含钪酸盐-钨膜及制备覆膜浸渍扩散阴极的方法，属于阴极材料技术领域。
技术背景
传统的覆膜浸渍扩散阴极（简称M型阴极）其特征是在浸渍钡钨阴极表面沉积一层降低电子逸出功的贵金属或合金（Os、Ir、Ru、Re、Os-W、Re-W、Ir-W等）膜所得到的。此类阴极能够耐高压，直流运用时能提供大发射电流密度，脉冲运用时能用于长脉冲信号，因此被广泛应用于高功率、高频率微波电真空器件中，但其覆膜成分为贵金属或合金，成本也大大提高。
浸渍型钪酸盐扩散阴极其特征是在发射材料（钡铝酸盐）中添加Sc2O3制备成钪酸盐，然后浸渍储存于多孔钨海绵体而成。此类阴极具有优于M型阴极的低温高发射性能，但是此类阴极还存在抗离子轰击能力差等问题。
迄今为止，具有优良发射的M型阴极覆膜成本较高，浸渍型钪酸盐扩散阴极又存在一些缺陷导致实用困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种覆钪酸盐-钨膜的浸渍型钡钨阴极及其制备方法，来在提升覆膜浸渍扩散阴极的发射水平的同时降低其制备成本。
为达到上述目的，本发明的解决方案如下。
一种浸渍型钡钨阴极覆钪酸盐-钨膜，其特征在于，基于钡钨阴极表面的覆钪酸盐-钨膜的主要成分为Ba3Sc409和金属W，其中Ba3Sc409占膜总质量的5%-20%。
包含上述覆钪酸盐-钨膜的浸渍型钡钨阴极。
本发明所提供的包含上述覆钪酸盐-钨膜的浸渍型钡钨阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将Ba3Sc409与金属W粉按一定质量比在真空中用球磨的方法混合均匀，其中Ba3Sc409占粉末总质量的5%-20%，然后将粉末放入磨具中，压制成型，压制压力为10MPa-20MPa，保压时间为1分钟-2分钟，制得所需靶材。
（2）在钨海绵体中浸渍发射材料，利用步骤（1）制备的Ba3Sc409和金属W靶材，在浸渍发射材料的阴极表面采用脉冲激光沉积的方法制备0.1～0.3微米厚的Ba3Sc409和金属W复合膜。
通过控制脉冲激光沉积时间及脉冲激光功率调整膜层厚度。一般激光单脉冲能量70mJ-100mJ，脉宽10ns，频率1-5Hz，优选5Hz。
采用本发明的一种覆钪酸盐-钨膜的浸渍型钡钨阴极及其制备方法，所取得的实际效果为：可使阴极的发射电流密度明显升高，提高了阴极的热发射能力。可使覆膜浸渍扩散阴极实现低温大发射。在850℃时支取的发射电流密度可以达到10A/cm2以上，与常规浸渍扩散阴极950℃支取发射电流密度3～5A/cm2相比，在工作温度降低100℃条件下，发射电流密度成倍增长。
附图说明
图1为未覆膜的浸渍扩散阴极不同温度下的肖特基外推法的零场电流密度。
图2为本发明覆膜的浸渍扩散阴极不同温度下的肖特基外推法的零场电流密度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。以下实施例中在钨海绵体中浸渍发射材料，采用的发射材料优选为612（BaO:CaO:Al2O3摩尔比=6:1:2）钡铝酸盐，激光单脉冲能量70mJ-100mJ，脉宽10ns，频率5Hz。
实施例1、将硝酸钪和硝酸钡以4:3的配比（摩尔比）液液混合，烘干，1300℃焙烧，制成Ba3Sc409粉末。将Ba3Sc409粉末与金属W粉以1：19的配比（重量百分比）混合放入真空球磨罐中，然后按球料比1：1的比例放入球料。放在球磨机上按400rpm的转速球磨两小时。待时间到后放入φ20的模具中压制成所需靶材，压制压力为10MP，保压时间为1分钟。用脉冲激光沉积设备在浸渍扩散阴极表面沉积0.1～0.3微米厚的Ba3Sc409和金属W膜。将覆膜后的阴极在1150℃下激活两个小时，测其发射性能。其各个温度条件下的偏离点发射电流密度如表1所示。
实施例2、将硝酸钪和硝酸钡以4:3的配比（摩尔比）液液混合，烘干，1300℃焙烧，制成Ba3Sc409粉末。将Ba3Sc409粉末与金属W粉以1：9的配比（重量百分比）混合放入真空球磨罐中，然后按球料比1：1的比例放入球料。放在球磨机上按400rpm的转速球磨两小时。待时间到后放入φ20的模具中压制成所需靶材，压制压力为15MP，保压时间为90秒。用脉冲激光沉积设备在浸渍扩散阴极表面沉积0.1～0.3微米厚的Ba3Sc409和金属W膜。将覆膜后的阴极在1150℃下激活四个小时，测其发射性能。其各个温度条件下的偏离点发射电流密度如图2所示。
实施例3、将硝酸钪和硝酸钡以4:3的配比（摩尔比）液液混合，烘干，1300℃焙烧，制成Ba3Sc409粉末。将Ba3Sc409粉末与金属W粉以1:4的配比（重量百分比）混合放入真空球磨罐中，然后按球料比1：1的比例放入球料。放在球磨机上按400rpm的转速球磨两小时。待时间到后放入φ20的模具中压制成所需靶材，压制压力为20MP，保压时间为2分钟。用脉冲激光沉积设备在浸渍扩散阴极表面沉积0.1～0.3微米厚的Ba3Sc409和金属W膜。将覆膜后的阴极在1150℃下激活四个小时，测其发射性能。其各个温度条件下的偏离点发射电流密度如表1所示。
表1不同Ba3Sc409含量覆膜浸渍扩散阴极各温度发射电流密度（A·cm-2）

Claims (4)

1.覆钪酸盐-钨膜的浸渍型钡钨阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将Ba3Sc409与金属W粉按一定质量比在真空中用球磨的方法混合均匀，其中Ba3Sc409占粉末总质量的5％-20％，然后将粉末放入磨具中，压制成型，压制压力为10MPa-20MPa，保压时间为1分钟-2分钟，制得所需靶材；
(2)在钨海绵体中浸渍发射材料，利用步骤(1)制备的Ba3Sc409和金属W靶材，在浸渍发射材料的阴极表面采用脉冲激光沉积的方法制备0.1～0.3微米厚的Ba3Sc409和金属W复合膜。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，激光单脉冲能量70mJ-100mJ，脉宽10ns，频率1-5Hz。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，频率5Hz。
4.按照权利要求1的方法制备得到的覆钪酸盐-钨膜的浸渍型钡钨阴极，其特征在于，基于钡钨阴极表面的覆钪酸盐-钨膜的主要成分为Ba3Sc409和金属W，其中Ba3Sc409占膜总质量的5％-20％。
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