CN105810531B - 含钪扩散表面车制阴极材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

含钪扩散表面车制阴极材料制备方法，属稀土难熔金属阴极材料领域。本对阴极基体浸渍阴极发射活性盐并进行车制以及表面清洗，阴极基体为Sc2O3和W，其中Sc2O3占阴极总重量的1‑10％wt，其余为钨；浸渍的阴极发射活性盐为铝酸钡钙；首先将浸渍阴极发射活性盐的阴极车制成规定尺寸阴极，并在车制后将阴极置于浓度为0.5‑10％wt酸溶液中，保持10‑60秒；随后分别用去离子水、无水乙醇清洗，最后将阴极在氢气气氛中加热到830‑860℃，保温20‑30分钟后冷却。经过二次处理的阴极脉冲电压测试电流密度在950℃可以达到116A/cm2。

Description

含钪扩散表面车制阴极材料制备方法
技术领域
一种属于稀土难熔金属阴极材料技术领域，具体涉及含钪扩散表面车制阴极材料制备方法。
背景技术
随着真空电子器件不断向高功率、高频率方向发展，对阴极的电流密度和发射均匀性提出了更高的要求。阴极作为核心部件，为器件提供电子源，因此阴极的性能直接决定器件的使用特性。含钪扩散阴极代表着热阴极最高发射水平，是目前唯一有可能达到未来高功率微波器件对电流密度需求的热阴极。
亚微米含钪扩散阴极，平均粒径600-800nm，有利于形成多孔结构，为活性物质提供更多的扩散通道，并且使得氧化钪分布更加均匀，这对于提高阴极发射性能和改善发射均匀性起到了至关重要的作用。但是对于浸渍型阴极而言，为了保持一定的孔度来满足后续浸渍要求，在阴极制备过程中由于粉末粒径细小，不能过高温度烧结，因此使得阴极脆性增加。在实际应用中，为了获得一定尺寸和形貌的阴极，需要对阴极进行机加工。亚微米含钪扩散阴极强度不够，在车制过程中有可能会出现表面及边缘缺陷等，从而不能得到完整的发射表面，无法满足器件的使用要求。同时，对于这种多孔材料，机加工还会带来一个非常致命的问题，就是经过机加工后，阴极表面的孔结构会遭到严重破坏。车制过程中产生的碎屑和浸渍的活性盐将会阴极表面的孔全部堵死，阻止了活性物质在激活过程中向表面扩散，从而降低阴极的发射性能。上述问题均限制了含钪扩散阴极的大规模应用。因此，需要不断完善阴极的制备工艺，在改善阴极机加工性能的同时，进一步提高阴极的发射性能，以满足大功率微波真空器件的实际使用要求。
发明内容
本发明提供一种制备方法，通过调整还原工艺，获得平均粒径2微米左右的钪钨粉末，提高阴极的烧结温度，提高了阴极的机加工性能。阴极在车制作以后进行表面二次处理，对表面残盐以及车制碎屑进行清洗。通过调整清洗液成分以及清洗时间使得二次处理后阴极W颗粒之间的通孔重新打开，使得阴极发射性能改善。
本发明所提供的含钪扩散表面车制阴极制备方法，其特征在于：对阴极基体浸渍阴极发射活性盐并进行车制以及表面清洗，阴极基体为Sc2O3和W，其中Sc2O3占阴极总重量的1-10％wt，其余为钨；浸渍的阴极发射活性盐为铝酸钡钙，优选Ba：Ca：Al摩尔比为4:1:1；首先将浸渍阴极发射活性盐的阴极车制成规定尺寸阴极，并在车制后将阴极置于浓度为0.5-10％wt(优选3-10％wt)酸溶液中，保持10-60秒；随后分别用去离子水、无水乙醇清洗，最后将阴极在氢气气氛中加热到830-860℃(优选850℃)，保温20-30分钟后冷却。
所述的酸溶液选自硫酸、盐酸、硝酸。
其中阴极基体的制备包括以下步骤：
(1)以偏钨酸铵和硝酸钪为原料，分别溶于去离子水配制成水溶液并充分混合，用喷雾干燥方法得到白色前驱粉末。将前驱粉末在120℃干燥24h后置于马弗炉中，加热至600℃煅烧2h。
(2)将煅烧后粉末置于氢气气氛中加热到600℃，保温1小时。之后继续加热到950℃，保温1小时得到2um粒径粉末。
(3)将上述还原后的钪钨阴极粉末进行基体压制，端面为光洁平面。将压制坯体置于氢气气氛进行烧结，烧结温度为1450℃获得孔度为24％-28％基体，之后浸渍熔融活性盐。
本发明所提供的含钪扩散表面车制阴极，阴极加车制加工后依旧保持良好的表面形貌，在经过表面二次处理后阴极电子发射能力能够达到原有阴极水平。阴极脉冲电流发射密度能够达到116A/cm2。
附图说明
图1：含钪扩散阴极车制后显微镜照片；
图2：车制后含钪扩散阴极二次处理前后表面SEM照片；
(a)车制但未清洗阴极 (b)酸清洗车制阴极
图3：车制后含钪扩散阴极二次处理前后电子发射能力对比。
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。
实施例1 将146.7g偏钨酸铵、16.7g硝酸钪分别溶于水中，充分搅拌后混合。用喷雾干燥制粉，并将所制粉末置于马弗炉中于600℃煅烧分解2小时。将分解所的产物在管式炉中用氢气还原，还原温度为由室温缓慢加热到600℃，保温1小时，继续缓慢加热到950℃，保温1小时，然后缓慢冷却。之后进行压制、烧结、浸渍过程，烧结温度为1450℃。之后对阴极进行机械加工，将阴极加工成直径2mm、厚度2mm的圆柱形阴极(见图1)。将车制好阴极置于浓度为2％稀硝酸水溶液中保持15秒并用去离子水以及无水乙醇清洗。之后将阴极置于氢气气氛中加热至850℃，保温20分钟。对阴极电子发射能力进行测试并进行表面形貌观察。阴极表面形貌见图2，测试结果见图3。
实施例2 将152.9g偏钨酸铵、3.34g硝酸钪分别溶于水中，充分搅拌后混合。用喷雾干燥制粉，并将所制粉末置于马弗炉中于600℃煅烧分解2小时。将分解所的产物在管式炉中用氢气还原，还原温度为由室温缓慢加热到600℃，保温1小时，继续缓慢加热到950℃，保温1小时，然后缓慢冷却。之后进行压制、烧结、浸渍过程，烧结温度为1450℃。之后对阴极进行机械加工，将阴极加工成直径2mm、厚度2mm的圆柱形阴极(见图1)。将车制好阴极置于浓度为2％稀硝酸水溶液中保持15秒并用去离子水以及无水乙醇清洗。之后将阴极置于氢气气氛中加热至850℃，保温20分钟。对阴极电子发射能力进行测试，测试结果见表1。
实施例3 将139.0g偏钨酸铵、33.5g硝酸钪分别溶于水中，充分搅拌后混合。用喷雾干燥制粉，并将所制粉末置于马弗炉中于600℃煅烧分解2小时。将分解所的产物在管式炉中用氢气还原，还原温度为由室温缓慢加热到600℃，保温1小时，继续缓慢加热到950℃，保温1小时，最后缓慢冷却。之后进行压制、烧结、浸渍过程，烧结温度为1450℃。之后对阴极进行机械加工，将阴极加工成直径2mm、厚度2mm的圆柱形阴极(见图1)。将车制好阴极置于浓度为2％稀硝酸水溶液中保持15秒并用去离子水以及无水乙醇清洗。之后将阴极置于氢气气氛中加热至850℃，保温20分钟。对阴极电子发射能力进行测试，测试结果见表1。
实施例4 将146.7g偏钨酸铵、16.7g硝酸钪分别溶于水中，充分搅拌后混合。用喷雾干燥制粉，并将所制粉末置于马弗炉中于600℃煅烧分解2小时。将分解所的产物在管式炉中用氢气还原，还原温度为由室温缓慢加热到600℃，保温1小时，继续缓慢加热到950℃，保温1小时，然后缓慢冷却。之后进行压制、烧结、浸渍过程，烧结温度为1450℃。之后对阴极进行机械加工，将阴极加工成直径2mm、厚度2mm的圆柱形阴极(见图1)。将车制好阴极置于浓度为5％稀硫酸水溶液中保持15秒并用去离子水以及无水乙醇清洗。之后将阴极置于氢气气氛中加热至850℃，保温20分钟。对阴极电子发射能力进行测试，测试结果见表2。
实施例5 将146.7g偏钨酸铵、16.7g硝酸钪分别溶于水中，充分搅拌后混合。用喷雾干燥制粉，并将所制粉末置于马弗炉中于600℃煅烧分解2小时。将分解所的产物在管式炉中用氢气还原，还原温度为由室温缓慢加热到600℃，保温1小时，继续缓慢加热到950℃，保温1小时，然后缓慢冷却。之后进行压制、烧结、浸渍过程，烧结温度为1450℃。之后对阴极进行机械加工，将阴极加工成直径2mm、厚度2mm的圆柱形阴极(见图1)。将车制好阴极置于浓度为5％稀盐酸水溶液中保持15秒并用去离子水以及无水乙醇清洗。之后将阴极置于氢气气氛中加热至850℃，保温20分钟。对阴极电子发射能力进行测试，测试结果见表2。
实施例6 将146.7g偏钨酸铵、16.7g硝酸钪分别溶于水中，充分搅拌后混合。用喷雾干燥制粉，并将所制粉末置于马弗炉中于600℃煅烧分解2小时。将分解所的产物在管式炉中用氢气还原，还原温度为由室温缓慢加热到600℃，保温1小时，继续缓慢加热到950℃，保温1小时，然后缓慢冷却。之后进行压制、烧结、浸渍过程，烧结温度为1450℃。之后对阴极进行机械加工，将阴极加工成直径2mm、厚度2mm的圆柱形阴极(见图1)。将车制好阴极置于浓度为5％稀硝酸水溶液中保持15秒并用去离子水以及无水乙醇清洗。之后将阴极置于氢气气氛中加热至850℃，保温20分钟。对阴极电子发射能力进行测试并进行表面形貌观察。阴极表面形貌见图2，测试结果见表3。
实施例7 将146.7g偏钨酸铵、16.7g硝酸钪分别溶于水中，充分搅拌后混合。用喷雾干燥制粉，并将所制粉末置于马弗炉中于600℃煅烧分解2小时。将分解所的产物在管式炉中用氢气还原，还原温度为由室温缓慢加热到600℃，保温1小时，继续缓慢加热到950℃，保温1小时，然后缓慢冷却。之后进行压制、烧结、浸渍过程，烧结温度为1450℃。之后对阴极进行机械加工，将阴极加工成直径2mm、厚度2mm的圆柱形阴极(见图1)。将车制好阴极置于浓度为0.5％稀硝酸水溶液中保持15秒并用去离子水以及无水乙醇清洗。之后将阴极置于氢气气氛中加热至850℃，保温20分钟。对阴极电子发射能力进行测试并进行表面形貌观察。阴极表面形貌见图2，测试结果见表3。
表1不同Sc2O3含量表面车制含钪扩散阴极清洗后电子发射性能对比
表2不同种类酸性溶液清洗后阴极电子发射性能对比
表3不同浓度硝酸清洗后阴极电子发射性能对比
。

Claims (5)

1.含钪扩散表面车制阴极制备方法，其特征在于：对阴极基体浸渍阴极发射活性盐并进行车制以及表面清洗，阴极基体为Sc2O3和W，其中Sc2O3占阴极总重量的1-10wt% ，其余为钨；浸渍的阴极发射活性盐为铝酸钡钙；首先将浸渍阴极发射活性盐的阴极车制成规定尺寸阴极，并在车制后将阴极置于浓度为0.5-10wt% 酸溶液中，保持10-60秒；随后分别用去离子水、无水乙醇清洗，最后将阴极在氢气气氛中加热到830-860℃，保温20-30分钟后冷却。
2.按照权利要求1所述的含钪扩散表面车制阴极制备方法，其特征在于，铝酸钡钙中Ba：Ca：Al摩尔比为4:1:1。
3.按照权利要求1所述的含钪扩散表面车制阴极制备方法，其特征在于，酸溶液浓度3-10wt% 。
4.按照权利要求1所述的含钪扩散表面车制阴极制备方法，其特征在于，最后将阴极在氢气气氛中加热到850℃，保温20分钟后冷却。
5.按照权利要求1所述的含钪扩散表面车制阴极制备方法，其特征在于，阴极基体的制备包括以下步骤：
(1)以偏钨酸铵和硝酸钪为原料，分别溶于去离子水配制成水溶液并充分混合，用喷雾干燥方法得到白色前驱粉末；将前驱粉末在120℃干燥24h后置于马弗炉中，加热至600℃煅烧2h；
(2)将煅烧后粉末置于氢气气氛中加热到600℃，保温1小时；之后继续加热到950℃，保温1小时得到2um粒径粉末；
(3)将上述还原后的钪钨阴极粉末进行基体压制，端面为光洁平面；将压制坯体置于氢气气氛进行烧结，烧结温度为1450℃获得孔度为24％-28％基体，之后浸渍熔融活性盐。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108766859B (zh) * 2018-04-13 2020-02-21 南京工业大学 铝酸盐电子发射材料共沉淀合成用混合盐溶液的制备方法
CN109926591B (zh) * 2019-03-21 2020-11-27 北京工业大学 一种钡钨阴极的简易制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5236382A (en) * 1991-10-24 1993-08-17 Samsung Electron Devices Co., Ltd. Method for manufacturing an impregnated cathode structure
CN101509093A (zh) * 2009-03-23 2009-08-19 西安理工大学 毫米及亚毫米级CuW70Cr/Ti合金板材的制备方法
CN101764006A (zh) * 2010-01-08 2010-06-30 北京工业大学 一种浸渍型钪钨扩散式阴极材料的制备方法
CN102329978A (zh) * 2011-10-09 2012-01-25 上海大学 利用非固溶合金腐蚀烧结制备多孔材料的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5236382A (en) * 1991-10-24 1993-08-17 Samsung Electron Devices Co., Ltd. Method for manufacturing an impregnated cathode structure
CN101509093A (zh) * 2009-03-23 2009-08-19 西安理工大学 毫米及亚毫米级CuW70Cr/Ti合金板材的制备方法
CN101764006A (zh) * 2010-01-08 2010-06-30 北京工业大学 一种浸渍型钪钨扩散式阴极材料的制备方法
CN102329978A (zh) * 2011-10-09 2012-01-25 上海大学 利用非固溶合金腐蚀烧结制备多孔材料的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
含钪扩散阴极电子发射研究;王辉, 等;《真空电子技术》;20061025(第5期);全文 *
喷雾干燥纳米氧化钪粒子掺杂含钪扩散阴极的发射特性;朱晓策, 等;《真空科学与技术》;20151231;第35卷(第12期);第1节 *
复合稀土-钨基扩散阴极的研究;高涛;《优秀硕士学位论文》;20061215;第2章 *
钨基钪酸盐钡钨阴极孔度对发射的影响;白振纲;《真空电子技术》;19871028(第5期);全文 *

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