CN105788999A - 一种浸渍式钨酸钡锶阴极及其制备方法 - Google Patents

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王小霞
罗积润
漆世锴
李云
张琪
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Abstract

本发明公开了一种浸渍式钨酸钡锶阴极及其制备方法。该方法包括步骤：(1)将BaCO3、SrCO3及WO6按摩尔比(4.8～5.2)：(0.9～1.1)：(1.8～2.2)球磨混合65～75小时后压制成块状；(2)将块状物于1400±50℃烧结3～4小时，合成钨酸盐；(3)将钨酸盐与激活剂混合后研磨，得到活性物质；(4)将顶端焊有钨海绵体的阴极埋入活性物质中并于氢炉中高温浸渍；(5)将获得的阴极置于数控车床车削去除残留钨酸盐使其露出光滑端面，得到浸渍式钨酸钡锶阴极。本发明的制备方法可以提高钨酸钡锶阴极的发射电流密度、改善钨酸钡锶阴极的可靠性及延长其寿命，从而解决传统钨酸盐阴极较难实用的问题。

Description

一种浸渍式钨酸钡锶阴极及其制备方法
技术领域
本发明属于电真空技术领域，特别涉及一种浸渍式钨酸钡锶阴极及其制备方法。
背景技术
随着真空电子器件向高功率、高频率、高可靠及长寿命方向的发展，要求进一步提高阴极的发射电流密度、降低阴极工作温度、减小阴极蒸发率、延长阴极寿命。目前在真空电子器件中应用最为广泛的是氧化物阴极及浸渍覆膜钡钨阴极。这类阴极发射所用活性物质为活性Ba盐，如铝酸盐、钪酸盐、钨酸盐。激活后的阴极将从内部不断提供盈余Ba扩散至阴极表面，从而使阴极持续发射电子。
钨酸钡锶阴极作为钨酸盐阴极最早以压制式阴极的形式出现于上世纪60年代，该阴极是由钨酸钡锶(Ba5Sr(WO6)2)作为发射用活性物质，制作时将合成的钨酸钡锶与激活剂以及一定粒度钨粉压制后在氢气中高温烧结而成。由于采用压制工艺制作，阴极不宜加工成各种不同形状，并且受烧结温度及压力的影响，烧结后阴极发射体容易发生收缩，从而导致阴极表面开裂等问题，这使得此种阴极的应用受到限制。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种浸渍式钨酸钡锶阴极的制备方法，以提高钨酸钡锶阴极的发射电流密度、改善钨酸钡锶阴极的可靠性以及延长其寿命，从而解决传统钨酸盐阴极较难实用的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供一种浸渍式钨酸钡锶阴极的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将BaCO3、SrCO3及WO6按摩尔比(4.8～5.2)：(0.9～1.1)：(1.8～2.2)球磨混合65～75小时后压制成块状；
(2)将步骤(1)获得的块状物于1400±50℃烧结3～4小时，合成主要相为钨酸钡锶(Ba5Sr(WO6)2)的钨酸盐；
(3)将步骤(2)得到的钨酸盐与激活剂混合后研磨，得到浸渍所用的活性物质；
(4)将顶端焊有钨海绵体的阴极埋入步骤(3)获得的活性物质中，并将体系置于氢炉中高温浸渍；
(5)将步骤(4)获得的阴极置于数控车床车削去除残留钨酸盐使其露出光滑端面，得到浸渍式钨酸钡锶阴极。
其中，步骤(1)中，所述的BaCO3、SrCO3及WO6的摩尔比优选5：1：2，所述球磨混合的时间优选72小时。所述的球磨混合为本领域常规的技术，即以球磨(也称球磨机)对物料进行研磨混合。所述球磨混合优选在玛瑙球磨罐中进行。
步骤(2)中，所述的块状物优选于马弗炉中进行烧结。所述烧结的气氛优选空气气氛。为了实现更好的技术效果，本发明所述烧结优选先升温至400±25℃保温30分钟，然后逐步升温至800±50℃保温1小时，最后再升温至1400±50℃保温3～4小时。
步骤(3)中，所述激活剂的用量优选为所述钨酸盐的10～15％，更优选12.5％，所述百分比为质量百分比。
所述激活剂为本领域常规所述，即本领域一般常用的激活剂均适用于本发明，但为了实现更优异的效果，所述激活剂优选为ZrH2粉。
所述研磨优选在玛瑙研钵中进行。
步骤(4)中，所述高温浸渍为本领域使用氢炉高温浸渍的常规操作，为了实现更好的技术效果，本发明优选所述高温浸渍是在氢炉中加热至1850±20℃，使钨酸盐熔化，依靠毛细作用渗入到海绵体内。
所述阴极的直径优选2.5mm，所述钨海绵体的孔度优选为24～26％。
本发明还提供上述制备方法制得的浸渍式钨酸钡锶阴极。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提出了一种浸渍钨酸盐作为活性物质的钡钨阴极，扩充了钡钨系阴极的种类，提高了发射电流密度。采用饱和蒸汽压较低的钨酸盐降低了活性物质的蒸发率进而延长了阴极寿命，解决了传统压制式钨酸盐阴极较难实用的问题。本发明采用Ba5Sr(WO6)2钨酸盐制备浸渍式钡钨阴极，提高了浸渍式钡钨阴极的发射电流密度，降低阴极活性物质的蒸发率，改善了阴极可靠性并延长了阴极寿命。
附图说明
图1是本发明的浸渍式钨酸钡锶阴极的制备方法的工艺流程图。
图2是实施例1中烧结得到的钨酸盐XRD的分析结果。
图3是实施例1制得的浸渍式钨酸钡锶阴极结构的示意图。
图4是效果实施例1中阴极直流伏安特性测试的结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例的制备方法的工艺流程图如图1所示。
具体地，本实施例的制备浸渍式钨酸钡锶阴极的方法包括如下步骤：
(1)将BaCO3、SrCO3及WO6按摩尔比5：1：2球磨混合72小时后，在20kg/cm2的压力下，将混合好的粉末材料压制成直径为20mm、厚为2-3mm的小饼。
(2)再将压好的小饼放入坩埚并置入空气气氛的马弗炉中烧结。先升温至400±25℃保温30分钟，然后逐步升温至800±50℃保温1小时，最后再升温至1400±50℃保温3～4小时，合成主要相为钨酸钡锶(Ba5Sr(WO6)2)的钨酸盐，获得的钨酸盐XRD分析结果如图2所示。
(3)将步骤(2)得到的钨酸盐与12.5％重量比的ZrH2放入玛瑙钵中研磨混合2小时，得到浸渍所用的活性物质盐粉末。
(4)将顶端焊有钨海绵体的阴极埋入步骤(3)获得的盐粉末中，并将体系置于氢炉中加热至1850±20℃，使钨酸盐熔化，依靠毛细作用渗入到海绵体内；该阴极的直径为2.5mm，钨海绵体的孔度为24～26％；
(5)阴极饼浸盐后，将步骤(4)获得的阴极在车床上车掉阴极面及边缘多余的盐并保证阴极表面的光洁度及尺寸，完成阴极制备，阴极结构示意图如图3所示。
效果实施例1
实施例1制备得到的阴极的技术效果的实验验证如下：
将阴极装入水冷阳极二极管动态测试系统中，阴阳极之间的距离1mm～1.2mm，阴极激活及老炼30小时后进行阴极直流伏安特性测试。测试中对电子冷却效应引起的阴极温度下降不进行温度补偿。测试结果如图4所示。从图4可以看出，阴极在950℃br、1000℃br、1050℃br直流发射电流密度分别可达3.26A/cm2、6.72A/cm2、8.83A/cm2，明显大于一支未覆膜浸渍式612铝酸盐阴极的发射电流密度。
采用石英晶振法对阴极进行蒸发率特性测试，选用高质量石英晶振片和对其进行强制冷却的情况下，即使晶振片近距离承受阴极的高温热辐射，晶振片频率降低趋势与阴极蒸发物增加的趋势保持良好的一致性，计算所得阴极平均蒸发率如表1所示。
表1.本发明钨酸钡锶阴极平均蒸发率和612铝酸盐阴极蒸发率对比
从表1可以看出，本发明的钨酸钡锶阴极和未覆膜的612铝酸盐阴极相比蒸发率明显降低，约为后者的一半，这将在很大程度上有利于阴极寿命的延长。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浸渍式钨酸钡锶阴极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将BaCO3、SrCO3及WO6按摩尔比(4.8～5.2)：(0.9～1.1)：(1.8～2.2)球磨混合65～75小时后压制成块状；
(2)将步骤(1)获得的块状物于1400±50℃烧结3～4小时，合成主要相为钨酸钡锶的钨酸盐；
(3)将步骤(2)得到的钨酸盐与激活剂混合后研磨，得到浸渍所用的活性物质；
(4)将顶端焊有钨海绵体的阴极埋入步骤(3)获得的活性物质中，并将体系置于氢炉中高温浸渍；
(5)将步骤(4)获得的阴极置于数控车床车削去除残留钨酸盐使其露出光滑端面，得到浸渍式钨酸钡锶阴极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的BaCO3、SrCO3及WO6的摩尔比为5：1：2，所述球磨混合的时间为72小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述球磨混合在玛瑙球磨罐中进行。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的块状物于马弗炉中进行烧结；所述烧结的气氛为空气气氛。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述烧结先升温至400±25℃保温30分钟，然后逐步升温至800±50℃保温1小时，最后再升温至1400±50℃保温3～4小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述激活剂的用量为所述钨酸盐的10～15％，所述百分比为质量百分比；
所述激活剂为ZrH2粉；
所述研磨在玛瑙研钵中进行。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述激活剂的用量为所述钨酸盐的12.5％，所述百分比为质量百分比。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述高温浸渍是在氢炉中加热至1850±20℃，使钨酸盐熔化，依靠毛细作用渗入到海绵体内。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述阴极的直径为2.5mm，所述钨海绵体的孔度为24～26％。
10.权利要求1～9任一项所述的制备方法制得的浸渍式钨酸钡锶阴极。
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