CN110615474A - 一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将Gd2O3或者Y2O3、HfO2粉末按摩尔比混合后，与丙酮或者无水乙醇溶液按重量百分比混合后倒入烧杯中，然后放在磁力搅拌器工作台上进行水浴加热及搅拌均匀，得到混合溶液；（2）将均匀的混合溶液放在红外灯下进行烘烤直至获得干燥的充分混合的Gd2O3或者Y2O3与HfO2，再利用模具将其压制成圆饼；（3）将圆饼装入坩埚，将坩埚放入高温马弗炉中，在合适温度下保温后取出坩埚，再取出圆饼，将圆饼放入玛瑙钵中研磨至颗粒度大小合适，即制备得热阴极用铪酸盐电子发射活性物质。本发明制备得到的铪酸盐电子发射活性物质具有制备工艺简单、成分均匀、物相单一、熔点高、蒸发小、发射性能好等优点。

Description

一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法
技术领域
本发明涉及一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法。
背景技术
目前，微波能大规模工业应用还存在两大技术瓶颈：(1)难以真正实现大功率微波源的高效、安全和可靠的应用。(2)缺少工业用大功率和长寿命的微波源。磁控管作为一种真空电子器件已被证明是最高效和经济的工业用微波发生器。而阴极作为磁控管的“心脏部件”之一，它的品质直接影响到磁控管的输出功率和寿命。传统氧化物阴极和钡钨阴极等采用的电子发射活性物质是铝酸盐，该活性物质虽然具有较大的热发射能力，但是需要在较高的真空度下工作，而且不耐电子轰击、抗中毒性能差，因此不太适合在真空环境恶劣的大功率磁控管中工作。目前急需研制具有较高熔点，较低蒸发，较大热发射能力，较大次级电子发射系数。与此同时，还拥有较好的抗中毒性能，耐电子轰击性能的电子发射活性物质。这将对提高大功率磁控管输出功率，延长其使用寿命具有重要意义。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，解决了传统氧化物阴极和钡钨阴极等采用的电子发射活性物质是铝酸盐，该活性物质虽然具有较大的热发射能力，但是需要在较高的真空度下工作，而且不耐电子轰击、抗中毒性能差，因此不太适合在真空环境恶劣的大功率磁控管中工作的问题。
为实现上述目的而采取的技术方案是，一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，该方法包括以下步骤：（1）将Gd2O3或者Y2O3、HfO2粉末按摩尔比混合后，与丙酮或者无水乙醇溶液按重量百分比混合后倒入烧杯中，然后放在磁力搅拌器工作台上进行水浴加热及搅拌均匀，得到混合溶液；（2）将均匀的混合溶液放在红外灯下进行烘烤直至获得干燥的充分混合的Gd2O3或者Y2O3与HfO2，再利用模具将其压制成圆饼；（3）将圆饼装入坩埚，将坩埚放入高温马弗炉中，在合适温度下保温后取出坩埚，再取出圆饼，将圆饼放入玛瑙钵中研磨至颗粒度大小合适，即制备得热阴极用铪酸盐电子发射活性物质。
有益效果
与现有技术相比本发明具有以下优点。
1.本发明方法制备得到的铪酸盐电子发射活性物质具有制备工艺简单、成分均匀、物相单一、熔点高、蒸发小、发射性能好的优点。
2.本发明方法制备得到的铪酸盐电子发射活性物质与传统钡钨阴极、氧化物阴极等所采用的铝酸盐电子发射活性物质相比，具有有优良的抗中毒性能和耐电子轰击性能。
说明书附图
以下根据附图对本发明做进一步详细说明。
图1为热阴极用Gd2Hf2O7电子发射活性物质的制备流程图；
图2为热阴极用Gd2Hf2O7电子发射活性物质的SEM形貌；
图3为热阴极用Gd2Hf2O7电子发射活性物质EDS谱图；
图4为热阴极用Gd2Hf2O7电子发射活性物质XRD谱图；
图5为热阴极用Gd2Hf2O7电子发射活性物质热发射I-V特性曲线；
图6为热阴极用Y2Hf2O7电子发射活性物质的制备流程图；
图7为热阴极用Y2Hf2O7电子发射活性物质的SEM形貌；
图8为热阴极用Y2Hf2O7电子发射活性物质EDS谱图；
图9为热阴极用Y2Hf2O7电子发射活性物质XRD谱图；
图10为热阴极用Y2Hf2O7电子发射活性物质热发射I-V特性曲线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细描述。
一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
（1）将Gd2O3或者Y2O3、HfO2粉末按摩尔比混合后，与丙酮或者无水乙醇溶液按重量百分比混合后倒入烧杯中，然后放在磁力搅拌器工作台上进行水浴加热及搅拌均匀，得到混合溶液；
（2） 将均匀的混合溶液放在红外灯下进行烘烤直至获得干燥的充分混合的Gd2O3或者Y2O3与HfO2，再利用模具将其压制成圆饼；
（3）将圆饼装入坩埚，将坩埚放入高温马弗炉中，在合适温度下保温后取出坩埚，再取出圆饼，将圆饼放入玛瑙钵中研磨至颗粒度大小合适，即制备得热阴极用铪酸盐电子发射活性物质。
所述步骤（1）中Gd2O3或者Y2O3、HfO2粉末的纯度为4N，颗粒度小于1μm，所述Gd2O3或者Y2O3粉末和HfO2粉末的摩尔配比为（0.8～1.2）：（1.8～2.2），Gd2O3粉末和HfO2粉末按摩尔比混合后与丙酮或者无水乙醇按重量百分比为（10～20）%：（80～90）%进行混合。
所述步骤（1）中磁力搅拌器的水浴加热温度为50～90℃，磁力搅拌器的搅拌时间为12～48小时直至Gd2O3或者Y2O3与HfO2混合均匀。
所述步骤（2）中的烘烤是在100～300W红外灯下进行烘烤2～24小时直至获得干燥的充分混合的Gd2O3或者Y2O3与HfO2。
所述步骤（2）中压制成圆饼时采用压力机的压力为（1～6）吨/cm2，圆饼的直径为10～20mm，高度为1～5mm。
所述步骤（3）中马弗炉的烧结温度为1200～1600℃，保温时间为1～9小时；所述马弗炉在升温时，耗时0.5～3小时从常温线性升至工作温度，降温时，从工作温度耗时2～12小时线性降至常温。
所述步骤（3）中将圆饼放入玛瑙钵中研磨至颗粒度为1～10μm即为合适。
所述铪酸盐电子发射活性物质为Gd2Hf2O7电子发射活性物质或Y2Hf2O7电子发射活性物质。
实施例一
如图1所示为热阴极用Gd2Hf2O7电子发射活性物质的制备流程图。
首先，按（0.8～1.2）：（1.8～2.2）的摩尔比称取纯度为4N，颗粒度小于1μm的Gd2O3粉末36g、HfO2粉末21g混合后，与丙酮或者无水乙醇溶液228g按（10～20）%：（80～90）%的重量百分比混合后倒入烧杯中，然后放在磁力搅拌器工作台上进行水浴加热至50～90℃，并用磁力搅拌器搅拌12～48小时直至Gd2O3与HfO2混合均匀；接着将上述获得的均匀混合的溶液放在100～300W红外灯下进行烘烤2～24小时直至获得干燥的充分混合的Gd2O3与HfO2；接着将Gd2O3与HfO2放入模具中在压力机中在（1～6）吨/cm2压力下压制成直径为10～20mm，高度为1～5mm的圆饼；最后，压制好的圆饼装入坩埚，将坩埚放入高温马弗炉中；耗时0.5～3小时从常温线性升至1200～1600℃后，保温1～9小时，接着耗时2～12小时线性降至常温，取出坩埚、取出圆饼，如图2所示为高温烧结后圆饼表面的微观形貌；图3所示为圆饼表面EDS谱图，由图3可知，未见任何杂质，且粉末混合较为均匀；将圆饼放入玛瑙钵中研磨至颗粒度大小为1～10μm即为合适，即制备得到热阴极用Gd2Hf2O7电子发射活性物质，图4所示为活性物质粉末XRD谱图，由图4可知，生成了单一的Gd2Hf2O7物相。图5所示为一种热阴极用Gd2Hf2O7电子发射活性物质热发射I-V特性曲线，由图5可知，该电子发射活性物质在1600℃工作温度，300V阳极电压下，可以提供2A/cm2的直流发射电流密度。
实施例二
如图6所示为热阴极用Y2Hf2O7电子发射活性物质的制备流程图。
首先，按（0.8～1.2）：（1.8～2.2）的摩尔比称取纯度为4N，颗粒度小于1μm的Y2O3粉末23g、HfO2粉末21g混合后，与丙酮或者无水乙醇溶液180g按（10～20）%：（80～90）%的重量百分比混合后倒入烧杯中，然后放在磁力搅拌器工作台上进行水浴加热至50～90℃，并用磁力搅拌器搅拌12～48小时直至Y2O3与HfO2混合均匀；接着将上述获得的均匀混合的溶液放在100～300W红外灯下进行烘烤2～24小时直至获得干燥的充分混合的Y2O3与HfO2；接着将Y2O3与HfO2放入模具中在压力机中在（1～6）吨/cm2压力下压制成直径为10～20mm，高度为1～5mm的圆饼；最后，压制好的圆饼装入坩埚，将坩埚放入高温马弗炉中；耗时0.5～3小时从常温线性升至1200～1600℃后，保温1～9小时，接着耗时2～12小时线性降至常温，取出坩埚、取出圆饼，如图7所示为高温烧结后圆饼表面的微观形貌，由图7可知，粉末颗粒大小均匀，直径为1μm以下，且烧结良好；图8所示为圆饼表面EDS谱图，由图8可知，未见任何杂质，且粉末混合较为均匀；将圆饼放入玛瑙钵中研磨至颗粒度大小为1～10μm即为合适，即制备得到热阴极用Y2Hf2O7电子发射活性物质，图9所示为活性物质粉末XRD谱图，由图9可知，生成了单一的Y2Hf2O7物相；图10所示为一种热阴极用Y2Hf2O7电子发射活性物质热发射I-V特性曲线，由图10可知，该电子发射活性物质在1600℃工作温度，300V阳极电压下，可以提供3.5A/cm2的直流发射电流密度。

Claims (8)

1.一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将Gd2O3或者Y2O3、HfO2粉末按摩尔比混合后，与丙酮或者无水乙醇溶液按重量百分比混合后倒入烧杯中，然后放在磁力搅拌器工作台上进行水浴加热及搅拌均匀，得到混合溶液；
将均匀的混合溶液放在红外灯下进行烘烤直至获得干燥的充分混合的Gd2O3或者Y2O3与HfO2，再利用模具将其压制成圆饼；
将圆饼装入坩埚，将坩埚放入高温马弗炉中，在合适温度下保温后取出坩埚，再取出圆饼，将圆饼放入玛瑙钵中研磨至颗粒度大小合适，即制备得热阴极用铪酸盐电子发射活性物质。
2.根据权利要求1所述的一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中Gd2O3或者Y2O3、HfO2粉末的纯度为4N，颗粒度小于1μm，所述Gd2O3或者Y2O3粉末和HfO2粉末的摩尔配比为（0.8～1.2）：（1.8～2.2），Gd2O3或者Y2O3粉末和HfO2粉末按摩尔比混合后与丙酮或者无水乙醇按重量百分比为（10～20）%：（80～90）%进行混合。
3.根据权利要求1所述的一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中磁力搅拌器的水浴加热温度为50～90℃，磁力搅拌器的搅拌时间为12～48小时直至Gd2O3或者Y2O3与HfO2混合均匀。
4.根据权利要求1所述的一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的烘烤是在100～300W红外灯下进行烘烤2～24小时直至获得干燥的充分混合的Gd2O3或者Y2O3与HfO2。
5.根据权利要求1所述的一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中压制成圆饼时采用压力机的压力为（1～6）吨/cm2，圆饼的直径为10～20mm，高度为1～5mm。
6.根据权利要求1所述的一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中马弗炉的烧结温度为1200～1600℃，保温时间为1～9小时；所述马弗炉在升温时，耗时0.5～3小时从常温线性升至工作温度，降温时，从工作温度耗时2～12小时线性降至常温。
7.根据权利要求1所述的一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中将圆饼放入玛瑙钵中研磨至颗粒度为1～10μm即为合适。
8.根据权利要求1所述的一种热阴极用铪酸盐电子发射活性物质的制备方法，其特征在于，所述的铪酸盐电子发射活性物质为Gd2Hf2O7电子发射活性物质或Y2Hf2O7电子发射活性物质。
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