CN109920711B - 一种碱金属释放剂所用释放器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碱金属释放剂所用释放器的制备方法，包括以下步骤：(1)清洗和烘干镍铬合金管，镍铬合金管的外径为4.0‑7.0mm，璧厚为0.05‑0.10mm；(2)采用混粉装置将高纯碱金属盐和还原剂粉末混合均匀，并将混合后的粉末灌入镍铬合金管；(3)将装粉后的镍铬合金管冷拉拔，拉拔至外径为1.0‑1.5mm、璧厚0.03‑0.06mm，所需道次为8‑40；(4)在惰性气体保护下激光打孔；(5)释放剂主体部分切割；(6)主体部分两端连接端电极；(7)将制备好的释放器真空封装。采用本发明的制备方法可提高碱金属释放剂所用释放器的生产效率，且显著提高释放剂的释放器的性能一致性和稳定性。进而保证了释放剂薄膜在光电阴极表面的厚度一致性，保证了光电阴极性能的一致性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种碱金属释放剂所用释放器的制备方法，能满足第三代微光夜视仪对碱金属释放剂的使用要求。
背景技术
微光夜视器件性能的优劣首先取决于光电阴极的性能，优良的光电阴极应具有灵敏度高(量子效率高)、光谱响应宽、暗电流小、性能稳定等特性。第三代微光夜视仪的核心部件是负电子亲和势(NEA)光电阴极，而制备高质量NEA光电阴极的关键之一就是阴极的铯(或铷等碱金属)氧激活工艺，在激活时需要采用碱金属释放剂在光电阴极表面蒸镀均匀性好、纯度高的铯或铷蒸气、O蒸气等。
锂、钠、钾、铷、铯等碱金属性质活泼，单质不易保存，碱金属释放剂一般由碱金属盐和还原剂组成。在高真空条件下，通过加热，用还原剂还原出碱金属盐中的碱金属并形成碱金属蒸气，碱金属蒸气通过蒸气逃逸出口逸出后沉积在光电阴极上。申请人所申请的专利文献CN105483397A公开了一种低温可控放铯的铯释放剂和其所用释放器的制备方法，发明了一种高活性的还原剂-改性ZrVFe吸气剂以降低放铯反应温度，使铯释放剂可在300-500℃的低温下放铯，不释放有害的杂质气体。铯蒸气释放速率和释放量可控，蒸镀均匀性好且可多次放铯(300-400次)、铯释放器无颗粒掉落，铯释放过程易于控制。在该专利申请中所采用的释放器的制备方法如下：
(1)在镍铬合金管上进行激光打孔，作为铯蒸气逃逸出口；
(2)清洗和烘干镍铬合金管；
(3)在惰性气体保护下将高纯铯盐与还原剂粉末混合均匀；
(4)将镍铬合金管一端压平，在惰性气体保护下将铯盐与还原剂的混合粉末装入镍铬合金管，然后将另一端压平封口；
(5)在一定压强下将镍铬合金管压制成型；
(6)将制备好的释放器真空封装。
采用该种方法制备的释放器具有设计简单、加工方便，成本低廉等优点，但在释放器的批量生产效率、装粉量、电阻、碱金属蒸气释放电流等参数的一致性及稳定性方面还有待改善。提高批量生产效率才能满足大规模微光夜视仪生产的需求。碱金属释放剂装粉量的不同则造成碱金属蒸气释放量或释放次数的不同。在夜视仪中由几根碱金属释放剂串联起来使用，在同样加热电流下，电阻的不同则造成释放剂温度的不同，导致碱金属蒸气释放量的不同，进而造成在光电阴极表面沉积的碱金属膜厚度的不同。
发明内容
针对现有碱金属释放剂的释放器制备工艺所存在的缺点，本发明的目的在于提供一种碱金属释放剂所用释放器的制备方法，以提高了释放器的生产效率和批量一致性，满足光电阴极发展对释放器性能的需求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种碱金属释放剂所用释放器的制备方法，包括以下步骤：
(1)清洗和烘干镍铬合金管，镍铬合金管的外径为4.0-7.0mm，璧厚为0.05-0.10mm；
(2)采用混粉装置将高纯碱金属盐和还原剂粉末混合均匀，并将混合后的粉末灌入镍铬合金管，装粉量为0.2～10mg/cm；
(3)将装粉后的镍铬合金管冷拉拔，拉拔至外径为1.0-1.5mm、璧厚0.03-0.06mm，所需道次为8-40；
(4)在惰性气体保护下激光打孔；
(5)释放剂主体部分切割；
(6)主体部分两端连接端电极；
(7)将制备好的释放器真空封装。
其中，所采用的镍铬合金管的成份为Ni-20wt.％Cr，为拉制的无缝管。
在所述步骤(1)中，采用稀硫酸对镍铬合金管进行清洗并烘干，然后在氢气气氛下退火。稀硫酸浓度为2％-10％(体积浓度)，氢气气氛退火条件为800-950℃保温10-30分钟。
在所述步骤(2)中，所述碱金属盐为铯盐或铷盐，其中铯盐为铬酸铯或钨酸铯，铷盐为铬酸铷；选用ZrAl16、ZrVFe或改性ZrVFe吸气剂作为还原剂。为了促进碱金属盐和还原剂的接触，使用粉末形式的材料进行混合。还原剂粉末的粒径为10-40μm；混合粉末中碱金属盐中Cs(或Rb)与还原剂中Zr的原子比(Cs/Zr或Rb/Zr)的范围为0.1-1.0。
在所述步骤(3)中，对装粉镍铬合金管进行有润滑冷拉拔，根据起始管径和壁厚设计拉拔道次和模具。所述有润滑冷拉拔采用硬质合金模具，模角为6～9°，拉拔速度为5mm/s～100mm/s，采用油基润滑剂。镍铬合金管装粉后冷拉拔是本发明最具特色的一个方面，对于提高生产效率和释放器的性能一致性具有显著效果。
在所述步骤(4)中，激光打孔的孔径为30-200μm，孔径太大会造成微粒泄露，太小则吸气剂与光电阴极中活性杂质气体的接触面积小，对活性杂质气体的吸收性能减弱；蒸气逃逸出口个数和位置根据实际需要来确定。
在所述步骤(5)中，采用剪切机来进行释放器主体部分的切割，中心主体放碱金属区长度为27.5±0.1mm；主体部分两端连接端电极成型，两端电极总长度均为6.5mm±0.2mm，其中压扁端部分长度均为3.5mm±0.2mm，与中心主体放碱金属区重叠部分的长度均为3.0mm±0.2mm。
本发明的优点在于：
采用本发明的制备方法可提高碱金属释放剂所用释放器的生产效率，且显著提高释放剂的释放器的性能一致性和稳定性。
采用本发明的方法制备的碱金属释放剂所用释放器保证了释放剂薄膜在光电阴极表面的厚度一致性，进而保证了光电阴极性能的一致性和稳定性。
附图说明
图1为采用本发明的方法制备得到的释放器的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
如图1所示，为采用本发明的方法制备得到的释放器的结构示意图。该释放器的主体部分为中心主体放碱金属区1，中心主体放碱金属区1上面的孔为激光打的孔；中心主体放碱金属区1两端连接端电极2，端电极2由压扁端部分3和与中心主体放碱金属区1的重叠部分4构成。
实施例1
选用ZrAl16吸气剂作为还原剂，所选铯盐为铬酸铯，还原剂粉末的粒径为10-40μm；混合粉末中铯盐中Cs与还原剂中Zr的原子比(Cs/Zr)为0.7。将混合粉末装入外径5.0mm、璧厚0.05mm的镍铬合金管，拉拔至外径为1.05mm、璧厚0.04mm时，所需道次为23次，拉拔速度为10mm/s～30mm/s。最终得到的释放器装粉量为50±1mg，样品质量为80±1mg，电阻为0.3±0.02Ω。将制备的释放器装入微光夜视仪中进行碱金属释放性能测试，结果表明：不同批次6根串联使用的释放器的铯蒸气释放电流1.8±0.1A，对应的铯释放剂工作时加热功率为4.5±0.2W。
实施例2
选用ZrAl16吸气剂作为还原剂，所选铯盐为铬酸铯，还原剂粉末的粒径为10-40μm；混合粉末中铯盐中Cs与还原剂中Zr的原子比(Cs/Zr)为0.7。将混合粉末装入外径7.0mm、璧厚0.06mm的镍铬合金管，拉拔至外径为1.15mm、璧厚0.05mm，所需道次为28次，拉拔速度为35mm/s～70mm/s。最终Cs释放器装粉量为55±1mg，样品质量为95±1mg，电阻为0.23±0.02Ω。将制备的释放器装入微光夜视仪中进行碱金属释放性能测试，结果表明：不同批次6根串联使用的释放器的铯蒸气释放电流2.1±0.1A，对应的铯释放剂工作时加热功率为4.9±0.2W。
实施例3
选用ZrAl16吸气剂作为还原剂，所选铷盐为铬酸铷。为了促进铷化合物和还原剂的接触，使用粉末形式的材料进行混合。还原剂粉末的粒径为10-40μm；混合粉末中铯盐中Rb与还原剂中Zr的原子比(Rb/Zr)为0.6。将混合粉末装入外径6.0mm、璧厚0.05mm的镍铬合金管，拉拔至外径为1.2mm、璧厚0.035mm，所需道次为28次，拉拔速度为20mm/s～50mm/s。最终Rb释放器装粉量为48±1.0mg，样品质量为79±1.0mg，电阻为0.29±0.02Ω。将制备的释放器装入微光夜视仪中进行碱金属释放性能测试，结果表明：不同批次6根串联使用的释放器的铷蒸气释放电流1.9±0.1A；对应的铷释放剂工作时加热功率为5.0±0.2W。
通过以上实施例可以看出，依据本发明的方法制备的释放器，其中碱金属释放剂的电阻误差为±0.02Ω，装粉量及总质量误差均为±1mg。将制备的释放器装入微光夜视仪中进行碱金属释放性能测试，结果表明：不同批次6根串联使用的释放器的碱金属蒸气释放电流误差为±0.1A，工作时加热功率误差为±0.2W。
Claims (7)
1.一种碱金属释放剂所用释放器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)清洗和烘干镍铬合金管，镍铬合金管的外径为4.0-7.0mm，璧厚为0.05-0.10mm；
(2)采用混粉装置将高纯碱金属盐和还原剂粉末混合均匀，并将混合后的粉末灌入镍铬合金管，装粉量为0.2～10mg/cm；
(3)将装粉后的镍铬合金管进行有润滑冷拉拔，采用硬质合金模具，模角为6～9°，拉拔速度为5mm/s～100mm/s，采用油基润滑剂；拉拔至外径为1.0-1.5mm、璧厚0.03-0.06mm，所需道次为8-40；
(4)在惰性气体保护下激光打孔；
(5)释放剂主体部分切割；
(6)主体部分两端连接端电极；
(7)将制备好的释放器真空封装。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所采用的镍铬合金管的成份为Ni-20wt.％Cr，为拉制的无缝管。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，采用稀硫酸对镍铬合金管进行清洗并烘干，然后在氢气气氛下退火；稀硫酸浓度为2％-10％(体积浓度)，氢气气氛退火条件为800-950℃保温10-30分钟。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述碱金属盐为铯盐或铷盐，其中铯盐为铬酸铯或钨酸铯，铷盐为铬酸铷；选用ZrAl16、ZrVFe或改性ZrVFe吸气剂作为还原剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂粉末的粒径为10-40μm；混合粉末中碱金属盐中Cs或Rb与还原剂中Zr的原子比为0.1-1.0。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，激光打孔的孔径为30-200μm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，采用剪切机来进行释放器主体部分的切割，中心主体放碱金属区长度为27.5±0.1mm；主体部分两端连接端电极成型，两端电极总长度均为6.5mm±0.2mm，其中压扁端部分长度均为3.5mm±0.2mm，与中心主体放碱金属区重叠部分的长度均为3.0mm±0.2mm。
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