CN115647359A - 一种空间行波管阴极用钨锇混合基体及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于微波真空电子技术及难熔金属粉末冶金领域，具体涉及一种空间行波管阴极用钨锇混合基体及其制备方法和应用，包括粉末预合金、均匀混合、氢气净化、破碎过筛、合批、干袋压制、氢气高温烧结、热等静压合金化、全致密渗铜、机加工、去铜等步骤。本发明锇粉细化和粉末预合金化，这有利于双组元基体成分一致性与合金化进程的改善。压制的坯体密度高而且均匀，能确保产品的直线度及圆度，大大减小了后期钨锇铜材料的加工余量。此外，本发明制备的钨锇混合基体具有孔隙度适中、孔径小且分布窄、骨架成分均匀、闭孔率低等优点，可应用于空间大电流密度、长寿命阴极，有望替代常规空间行波管用M型浸渍钡钨阴极。

Description

一种空间行波管阴极用钨锇混合基体及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于微波真空电子技术及难熔金属粉末冶金领域，具体涉及一种空间行波管阴极用钨锇混合基体及其制备方法和应用。

背景技术

空间行波管是卫星通信系统中重要的高功率放大器件。与固态器件相比，空间行波管具有高效率、高功率、抗宇宙射线等优点，因而广泛应用于卫星通信系统。空间行波管用阴极广泛采用的是浸渍钡钨阴极。浸渍钡钨阴极主要包括覆膜型钡钨阴极（M）和混合基阴极（MM）两种类型。M型阴极由于发射均匀稳定、抗中毒能力强，长期以来国际上一直将其作为大功率微波电真空器件的主力热阴极，但在服役过程中高温离子轰击易使膜蒸散及向基体内扩散，使得表面膜层失稳，进而导致逸出功增加、发射性能衰减，无法完全兼顾大电流、长寿命、稳定发射的要求。相对于M型阴极，MM型阴极的逸出功更低，提高了阴极的发射性能并从根本上提升了阴极的耐离子轰击能力，可以很好地满足航天用大功率空间行波管对大电流和长寿命的高要求。

目前，从国内外的发展现状来看，兼顾大电流、长寿命的阴极基体材料体系已从纯钨逐步扩展至钨混合基。中国科学院空天信息创新研究院（ZL 200310023137.0）发明了一种基于钨铱合金的浸渍钡钨阴极，首先将钨粉、铱粉分别去应力退火，再按一定重量比将两种粉研磨混匀，再经模压—氢气烧结制备出钨铱混合基体，由于模压工序粉料与钢模之间的摩擦阻力极易造成压坯密度分布不均，因此制品尤其是大长径比规格的一致性难以保证，无法实现规模化生产；北京工业大学（ZL 201210109125.9）发明了一种钨铼基阴极材料，将高铼酸铵溶于水配成溶液，将钨粉加入铼酸铵溶液中搅拌，干燥，然后在氢气气氛下分两步分解还原，得到钨铼粉末，将其压制并氢气烧结，得到钨铼混合基体。该发明采用固—液掺杂方式制备钨铼复合粉，由于固—液混合本质上为化学法混合，混合物需要经历结晶沉淀、干燥分解、氢气还原等工序，虽然可以实现所谓的原子级或微观成分均匀，但存在着双组元形核过程中的互相干扰致使混合粉的颗粒形貌难以实现规则可控、溶液或料浆干燥分解还原后板结较重、分解产物对设备腐蚀明显及酸根离子残留会严重影响阴极发射性能等问题。北京工业大学（CN 113936981A）发明了一种浸渍型钨铼锇三元混合基扩散阴极，在具有铼包覆钨结构的微米级颗粒粉体的基础上添加纳米级锇粉，三元混合粉体经过烧结、阴极浸渍过程后内部的钨会向外部扩散，在阴极表面形成稳定的钨铼锇三元合金膜层；然而纳米级锇粉易团聚，若未能有效分散且与铼包覆钨粉均匀混合，将会导致后续阴极表面电子发射不稳定。本申请人前期授权发明专利（ZL 201611236461.4）公开了一种热阴极用钨基体及其制备方法，以湿法分级的窄粒度、中细颗粒钨或钨合金粉为原料，经真空除气、过筛、冷等静压压制、复合烧结，再经热等静压复压复烧改性、全致密渗铜，最后进行精密机加工并高温真空去铜；然而，该专利并未涉及钨掺杂金属粉末的粒度调控及合金粉的制备工艺。研究发现钨掺杂铂族金属元素倾向于形成的钡铂族金属氧负离子化合物是其发射性能提升的关键；铂族金属元素增加钨基体发射能力的大小（锇＞铱＞铼），恰好和形成该种化合物的趋势正相关。因此本发明优选钨锇混合基体材料作为未来大功率空间级行波管阴极的核心部件，并提供其制备方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种空间行波管阴极用钨锇混合基体及其制备方法和应用，本发明制备的钨锇混合基体主要用于空间大电流、长寿命空间行波管阴极中。具体包括以下内容：

一种空间行波管阴极用钨锇混合基体的制备方法，包括以下步骤：

（1）粉末预合金：将亚微米级锇粉与激光粒度跨度不大于1.4的窄粒度钨粉按照一定比例混合，得到钨锇混合粉，对钨锇混合粉进行预合金化，得到预合金粉；优选的，所述窄粒度钨粉的激光粒度跨度不大于1.2；

（2）均匀混合：将预合金粉与微米级锇粉进行固固混合，得到钨锇混合粉；

（3）氢气净化：将钨锇混合粉在高纯氢气气氛中加热，还原净化；

（4）破碎过筛：将氢气净化后的钨锇混合粉进行破碎、过筛处理；

（5）合批：将过筛后的混合粉进行合批处理；

（6）干袋压制：将合批后的钨锇混合粉装入干袋模具内进行冷等静压；

（7）氢气高温烧结：将冷等静压成形的钨锇合金压坯进行高温氢气烧结，得到钨锇骨架；

（8）热等静压合金化：将钨锇骨架进行热等静压复压复烧合金化改性，得到钨锇多孔体；

（9）全致密渗铜：将钨锇多孔体绑缚铜源，在高纯氢气气氛下通过高温区，进行全致密渗铜，得到含铜钨锇基体；

（10）机加工：将渗铜得到的含铜钨锇基体进行精密机加工；

（11）去铜：将机加工后的含铜钨锇基体进行去铜处理，最终得到空间行波管阴极用钨锇混合基体。

优选的，所述步骤（1）中的窄粒度钨粉是对原料钨粉进行干法射流分级得到的。本发明的制备方法中，采用市售中颗粒规格钨粉、粗颗粒锇粉为原料，其中钨粉粒度为3-6μm，锇粉粒度100-200μm，首先对原料钨粉进行干法射流分级，分级后阴极专用钨粉的激光粒度跨度（SPAN=(D₉₀-D₁₀)/D₅₀）不大于1.4，优选为不大于1.2，具有窄的粒度分布。

优选的，所述步骤（1）中的亚微米级锇粉和步骤（2）中的微米级锇粉是通过球磨得到的，具体方法为：在保护气氛中，对原料锇粉进行球磨，球料比2:1-10:1，球磨时间0.5-4h，速率50-150r/min；所述亚微米级锇粉的粒度为0.4-1.0μm，所述微米级锇粉的粒度为1-3μm。具体的，所述保护气氛为高纯氩气或高纯氮气氛围；所述球料比可以是2:1、3：1、4：1、5：1、6：1、7：1、8：1、9：1、或10:1等，球磨时间可以根据需要的粒度进行调整，具体可以是0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、或4h等，球磨速率具体可以是50r/min、60r/min、80r/min、100r/min、120r/min、140r/min、或150r/min等；所述亚微米级锇粉的粒度具体可以为0.4μm、0.6μm、0.8μm、0.9μm或1.0μm等，所述微米级锇粉的粒度具体可以为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、或3μm等。

优选的，所述步骤（1）中的亚微米级锇粉的占比为总质量的3-10%，其余为钨粉。具体的，亚微米级锇粉的占比为总质量的3%、4%、5%、6%、8%、9%、或10%等。

优选的，所述步骤（1）中的预合金化的方法为：将钨锇混合粉在高纯氢气气氛下于800-1500℃松装烧结1-4h，采用臼式研磨仪或高能行星球磨机将烧结粉进行物理法研磨或破碎，然后过200-300目筛（具体可以是200目、250目或300目筛），最后在高纯氩气气氛保护下均匀混合，得到预合金粉。具体的，所述烧结温度可以是800℃、900℃、1000℃、1200℃、1400℃、1500℃等，烧结时间可以是1h、1.5h、2h、3h、3.5h、或4h等；

优选的，步骤（2）所述固固混合的方法为：采用高效三维混合装置将预合金粉与微米级锇粉按一定配比进行充分混合，全程以高纯氩气为保护气体，调整混料速率为30-120r/min，混料时间为30-120min，得到高均匀的阴极专用的钨锇混合粉。具体的，混料速率可以为30 r/min、50 r/min、70 r/min、90 r/min、100 r/min或120r/min，混料时间可以为30 min、50 min、70 min、90 min、100 min、或120min。

优选的，所述步骤（3）中的高纯氢气的露点不高于-60℃，加热温度为400-800℃，保温时间为4-8h。具体的加热温度可以是400℃、500℃、600℃、700℃、800℃等，保温时间可以为4h、5h、6h、7h、8h等。

优选的，所述步骤（4）的破碎方法为：采用臼式研磨仪或高能行星球磨机将净化粉进行物理法研磨，所述过筛处理时所用筛规格为100-200目。

优选的，所述步骤（5）合批处理时，采用高效三维混合装置将过筛后的合金粉进行充分混合，全程以高纯氩气为保护气体，调整混料速率为30-50r/min，混料时间为30-60min，最终得到高均匀净化阴极专用钨锇混合粉。具体的，混料速率可以为30 r/min、35r/min、40 r/min、45 r/min、48r/min或50r/min，混料时间可以为30 min、35 min、40 min、45 min、50 min、60 min等。

优选的，步骤（6）所述冷等静压的压力为150-250MPa，具体可以是150 MPa、180MPa、200 MPa、220 MPa、240 MPa、250 MPa等；保压时间为10-60s，具体可以是10s、20s、30s、40s、50s、60s等。

优选的，步骤（6）所述干袋模具均采用聚氨酯材料制成。

优选的，步骤（7）所述的高温氢气烧结中采用的高纯氢气露点不高于-60℃，烧结温度为1800-2400℃，具体可以是1800℃、1900℃、2000℃、2100℃、2200℃、2300℃、2400℃等；烧结时间为30-120min，具体可以是30 min、50 min、70 min、90 min、110 min、120 min等。

优选的，步骤（8）所述的热等静压复压复烧合金化改性的温度为1500-1800℃，具体可以是1500℃、1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃等；压力为100-150MPa，具体可以是100 MPa、110 MPa、120 MPa、130 MPa、140 MPa、150 MPa等；保温时间为1-4h，具体可以是1h、1.5h、2h、3h、3.5h、4h等。

优选的，步骤（9）所述铜源为铜丝、铜条或铜箔；所述全致密渗铜的方法为：将钨锇多孔体在高纯氢气气氛下以0.5-10mm/min的速度缓慢推舟，具体速度可以为0.5mm/min、1mm/min、2mm/min、4mm/min、6mm/min、8mm/min、10mm/min等；高温区温度为1300-1500℃，具体可以是1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃等；高温区长度为钨锇多孔体长度的1/3-1/10，具体可以是1/3、1/4、1/5、1/6、1/7、1/10等；所述高纯氢气的露点不高于-60℃。

优选的，步骤（11）所述去铜处理的方法为：采用直接高温真空去铜，真空度不低于5×10^-3Pa；温度为1300-1700℃，具体可以是1300℃、1400℃、1500℃、1550℃、1600℃、1650℃、1700℃等；去铜处理时间为30-360min，具体可以是30 min、50 min、100 min、150 min、200 min、300 min、350 min、360 min等；所述得到的空间行波管阴极用钨锇混合基体中的锇含量为20-30wt%，具体可以是20wt%、22wt%、25wt%、28wt%、29wt%、30wt%等。

一种采用本发明公开的方法制备得到的空间行波管阴极用钨锇混合基体。

优选的，所述钨锇混合基体的通孔孔度为18-28%，具体可以是18%、20%、22%、24%、26%、28%等；平均孔径为0.5-1.8μm，具体可以是0.5μm、0.7μm、0.9μm、1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm等；锇含量为20-30wt%，具体可以是20 wt%、22 wt%、24 wt%、25 wt%、26 wt%、28wt%、30 wt%等；闭孔率＜1.5%，具体可以是小于等于0.5%、或0.6%、0.8%、0.9%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%等。

一种采用本发明公开的空间行波管阴极用钨锇混合基体制备得到的空间行波管。

本发明的有益效果：

本发明的制备方法中，首先将锇粉细化，然后将亚微米锇粉与窄粒度钨粉的混合粉末预合金化，锇粉粒度的减小增加了钨锇颗粒间的扩散界面并且缩短了扩散路程，有利于双组元基体成分一致性与合金化进程的改善。因此，为了确保基体表面组分的稳定，使阴极具有优异的发射性能，在制备过程中必须严格控制钨粉和掺入其中的一定量锇粉的粒度及其分布状态。钨锇粉末预合金化（预固溶）是将不超过饱和固溶度（3-10wt%）的少量锇较均匀分布于钨粉或钨相中，减弱一步高温烧结时局部区域和点位的自稳定硬脆西格玛相的形成条件和概率，使得高温烧结收缩更稳定可控，同时可加工性能得以改善。

本发明的制备方法中，不同于常规工艺之处在于，采用步骤（6）对钨锇复合粉末进行干袋式冷等静压压制成形，干袋和模具都是用聚氨酯材料制成，可以很好的传递液体压强。模具放在干袋里，干袋的唇边紧贴高压腔的内壁和高压腔形成密闭的空间，使高压腔内的工作介质可以直接加压在干袋表面上，通过干袋把压力传递到模具周围，在模腔里填充待压的粉体，高压腔里的工作介质升压即可压出所需要的工件。压制的坯体密度高而且均匀，能确保产品的直线度及圆度，大大减小了后期钨锇铜材料的加工余量，节约珍贵的锇资源；且该压制工艺可提高自动化水平，减轻人工劳动强度，压坯表面质量明显优于湿袋等静压制品，同时避免了等静压模具漏液污染制品的问题，为后续高品质钨锇混合基体材料制备奠定了良好基础，且适合批量化生产。

本发明制备的钨锇混合基体的通孔孔度为18-28%，平均孔径为0.5-1.8μm，锇含量为20-30wt%，闭孔率＜1.5%，具有孔隙度适中、孔径小且分布窄、骨架成分均匀、闭孔率低等优点，可应用于空间大电流密度、长寿命阴极，有望替代常规空间行波管用M型浸渍钡钨阴极。

附图说明

图1为本发明公开的方法的工艺流程图；

图2为本发明对比例1市售锇粉颗粒（200倍）的场发射扫描电子显微镜（FESEM）照片；

图3为本发明实施例1球磨细化锇粉颗粒（2,000倍）的场发射扫描电子显微镜（FESEM）照片；

图4为本发明实施例1的钨锇混合基体显微组织的场发射扫描电子显微镜（FESEM）2,000倍照片；

图5为本发明对比例1的钨锇混合基体显微组织的场发射扫描电子显微镜（FESEM）2,000倍照片；

图6为本发明实施例2的热阴极用多孔钨锇混合基体的压汞法孔径分布曲线图。

具体实施方式

下面结合附图1-6和具体实施方式对本发明进行详细说明。下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

本发明的一种空间行波管阴极用钨锇混合基体，具体组分及其质量百分含量为：Os为20-30wt%、其余为钨；混合基体的通孔孔度为18-28%，平均孔径在0.5-1.8μm，闭孔率低于1.5%。参见图1，空间行波管阴极用钨锇混合基体的制作方法，包括以下步骤：

（1）钨粉分级：以3-6μm的中颗粒规格钨粉为原料，采用射流分级技术进行钨粉的粒度调控，分级后的阴极专用钨粉具有窄的粒度分布。

（2）锇粉细化：将原料锇粉在惰性气体（高纯氩气或高纯氮气）的保护下进行球磨，调整球料比2:1-10:1，球磨时间0.5-4h，速率50-150r/min。

（3）粉末预合金：按质量含量3-10%的亚微米锇粉（0.4-1.0μm）、余量为钨粉进行粉末预合金化，钨锇混合粉在高纯氢气气氛下于800-1500℃松装烧结1-4h；采用臼式研磨仪或高能行星球磨机将烧结粉进行物理法研磨或破碎，过200目筛得到均匀的钨锇预合金粉末，并在高纯氩气气氛保护下均匀混合。

（4）均匀混合：采用高效三维混合装置将预合金粉末与微米锇粉（1-3μm）按一定配比进行充分固-固混合，全程以高纯氩气为保护气体，通过调整混料速率（30-120r/min）与时间（30-120min）最终得到高均匀的阴极专用钨锇混合粉。

（5）氢气净化：将钨锇混合粉在高纯氢气（露点不高于-60℃）气氛中进行还原净化，加热温度为400-800℃，保温时间为4-8h。

（6）破碎过筛：烧氢净化后的钨锇混合粉中含有较高比例的软团聚，在后续的压制过程中将会产生明显的拱桥效应，进而影响压制的均匀性和一致性；首先采用臼式研磨仪或高能行星球磨机将净化粉进行物理法研磨或破碎，再进行100-200目的过筛处理。

（7）合批：采用高效三维混合装置将过筛粉进行充分混合，全程以高纯氩气为保护气体，通过调整混料速率（30-50r/min）与时间（30-60min）最终得到高均匀净化阴极专用钨锇混合粉。

（8）干袋压制：将过筛后的钨锇混合粉均匀装入一定尺寸规格的聚氨酯模具内，于150-250MPa压力下冷等静压压制10-60s，得到外形规整的钨锇混合坯。

（9）氢气高温烧结：将冷等静压钨锇混合坯置于高温钨丝网电阻式加热炉内，于1800-2400℃高温烧结30-120min，得到具有适宜孔隙度、孔径分布的钨锇骨架。

（10）热等静压合金化：将上述钨锇骨架于温度1500-1800℃、压力100-150MPa进行热等静压复压复烧1-4h。通过压力辅助下的高温原子扩散加快钨锇骨架的合金化程度，使钨锇颗粒之间的烧结颈发育更为完善，从而使得钨锇骨架本身具有更高的强度和致密性。

（11）全致密渗铜：将绑缚铜源（丝、条或箔）的钨锇多孔体于高纯氢气气氛下按0.5-10mm/min的速度缓慢推舟并全部通过1300-1500℃的高温区，高温区长度为多孔体长度的1/3-1/10。

（12）机加工：全致密钨锇铜合金具有良好的切削加工性能，可根据所需阴极基体的规格尺寸进行自由加工。

（13）去铜：将加工后的钨锇铜件，在真空度优于5×10^-3Pa、温度1300-1700℃的条件下去铜处理30-360min，最终得到空间行波管阴极用钨锇混合基体。

实施例1

将市售平均粒度为5.5μm的钨粉进行干法射流分级，分级后的钨粉激光粒度跨度（SPAN）为1.15；将市售锇粉进行球磨细化，球料比5:1，速率100/min，球磨2.5h，得到平均粒度0.8μm的锇粉；球料比3:1，速率100 r/min，球磨2h，得到平均粒度2.8μm的锇粉。按质量含量5%的亚微米锇粉（0.8μm）、余量为钨粉进行粉末预合金化，钨锇混合粉在高纯氢气气氛下于1000℃松装烧结3h；采用高能行星球磨机将烧结粉进行物理法破碎，过200目筛得到均匀的钨锇预合金粉末，并在高纯氩气气氛保护下均匀混合。采用高效三维混合装置将预合金粉末与微米锇粉（2.8μm）进行充分混合，其中微米锇粉质量分数17.2%，全程以高纯氩气为保护气体，混料速率60r/min与时间120min，最终得到高均匀的阴极专用钨锇混合粉。于700℃保温4h进行烧氢（露点不高于-60℃）净化，经物理法破碎、过200目筛、合批得到高均匀净化阴极专用钨锇混合粉，将其均匀装入φ12×150mm的聚氨酯模具内，于250MPa压力下冷等静压压制20s得到外形规整的钨锇棒坯；将钨锇棒坯置于高温钨网炉，在高纯氢气气氛下于1900℃烧结30min，得到孔隙度、孔径分布适宜的多孔钨锇骨架；再将该骨架于1700℃、压力100MPa进行热等静压复压复烧2 h；将绑缚铜条的钨锇多孔体于高纯氢气气氛下按1.5mm/min的速度缓慢推舟并全部通过1300℃的高温区，高温区长度为多孔体长度的1/5；将渗铜毛坯棒经机加工得到钨锇铜棒，在真空度优于5×10^-4Pa、1550℃条件下去铜处理120min，最终得到锇含量21.3wt%、通孔孔度27%、平均孔径（压汞法）1.8μm、闭孔率0.9%的钨锇混合基体。图4为本实施例制备的钨锇混合基体显微组织的场发射扫描电子显微镜（FESEM）2,000倍照片。

实施例2

将市售平均粒度为4.5μm的钨粉进行干法射流分级，分级后的钨粉激光粒度跨度（SPAN）为1.20；将市售锇粉进行球磨细化，球料比6:1，速率120r/min，球磨4h，得到平均粒度0.45μm的锇粉；球料比6:1，速率120 r/min，球磨1h，得到平均粒度2.0μm的锇粉。按质量含量7%的亚微米锇粉（0.45μm）、余量为钨粉进行粉末预合金化，钨锇混合粉在高纯氢气气氛下于1200℃松装烧结2h；采用高能行星球磨机将烧结粉进行物理法破碎，过200目筛得到均匀的钨锇预合金粉末，并在高纯氩气气氛保护下均匀混合。采用高效三维混合装置将预合金粉末与微米锇粉（2.0μm）进行充分混合，其中微米锇粉质量分数20.0%，全程以高纯氩气为保护气体，混料速率90r/min与时间90min，最终得到高均匀的阴极专用钨锇混合粉。于600℃保温6h进行烧氢（露点不高于-60℃）净化，经物理法破碎、过200目筛、合批得到高均匀净化阴极专用钨锇混合粉，将其均匀装入φ14×150mm的聚氨酯模具内，于200MPa压力下冷等静压压制30s得到外形规整的钨锇棒坯；将钨锇棒坯置于高温钨网炉，在高纯氢气气氛下于2100℃烧结30min，得到孔隙度、孔径分布适宜的多孔钨锇骨架；再将该骨架于1600℃、压力120MPa进行热等静压复压复烧3h；将绑缚铜条的钨锇多孔体于高纯氢气气氛下按1.0mm/min的速度缓慢推舟并全部通过1400℃的高温区，高温区长度为多孔体长度的1/5；将渗铜毛坯棒经机加工得到钨锇铜棒，在真空度优于3×10^-3Pa、1300℃条件下去铜处理300min，最终得到锇含量25.6wt%、通孔孔度22.9%、平均孔径（压汞法）1.2μm、闭孔率1.1%的钨锇混合基体。图6为本实施例制备的热阴极用多孔钨锇混合基体的压汞法孔径分布曲线图。

实施例3

将市售平均粒度为3μm的钨粉进行干法射流分级，分级后的钨粉激光粒度跨度（SPAN）为1.25；将市售锇粉进行球磨细化，球料比10:1，速率150r/min，球磨2h，得到平均粒度0.4μm的锇粉；球料比6:1，速率120 r/min，球磨2h，得到平均粒度1.5μm的锇粉。按质量含量10%的亚微米锇粉（0.4μm）、余量为钨粉进行粉末预合金化，钨锇混合粉在高纯氢气气氛下于1500℃松装烧结1h；采用高能行星球磨机将烧结粉进行物理法破碎，过200目筛得到均匀的钨锇预合金粉末，并在高纯氩气气氛保护下均匀混合。采用高效三维混合装置将预合金粉末与微米锇粉（1.5μm）进行充分混合，其中微米锇粉质量分数21.7%，全程以高纯氩气为保护气体，混料速率120r/min与时间60min，最终得到高均匀的阴极专用钨锇混合粉。于500℃保温8h进行烧氢（露点不高于-60℃）净化，经物理法破碎、过200目筛、合批得到高均匀净化阴极专用钨锇混合粉，将其均匀装入φ20×150mm的聚氨酯模具内，于180MPa压力下冷等静压压制50s得到外形规整的钨锇棒坯；将钨锇棒坯置于高温钨网炉，在高纯氢气气氛下于2400℃烧结30min，得到孔隙度、孔径分布适宜的多孔钨锇骨架；再将该骨架于1500℃、压力150MPa进行热等静压复压复烧4h；将绑缚铜条的钨锇多孔体于高纯氢气气氛下按0.5mm/min的速度缓慢推舟并全部通过1500℃的高温区，高温区长度为多孔体长度的1/5；将渗铜毛坯棒经机加工得到钨锇铜棒，在真空度优于4×10^-4Pa、1650℃条件下去铜处理90min，最终得到锇含量29.5wt%、通孔孔度18.5%、平均孔径（压汞法）0.65μm、闭孔率1.3%的钨锇混合基体。

将本发明实施例制备的空间行波管阴极用钨锇混合基体应用于空间大电流密度、长寿命空间行波管的制备之中， 可以得到性能优异的空间行波管。

对比例1

采用粗颗粒市售锇粉为原料，粒度分布宽，通过锇粉颗粒的扫描电镜照片对比，可以看到，市售锇粉（图2）的颗粒大小不均匀且存在较多的硬团聚，而实施例1球磨细化锇粉（图3）的颗粒大小较为均匀且分散性好；除所用锇粉原料不同于实施例1之外，其它同实施例1。最终得到通孔孔度36%，平均孔径2.6μm、闭孔率2.7%的多孔钨锇基体。对比例1中钨锇混合基体的闭孔率要高出一个数量级，这说明对原料锇粉进行球磨细化，调控出窄的粒度分布是获得高质量钨锇混合基体的必要条件之一。高质量钨锇混合基体的获得，必须以前期钨粉、锇粉粒度调控为基础，因为热等静压改性只能基本消除多孔钨锇骨架内部的细小孔隙，而无法彻底消除尺寸较大的闭孔。图5为本对比例制备的钨锇混合基体显微组织的场发射扫描电子显微镜（FESEM）2,000倍照片。

对比例2

除不对钨锇混合粉进行预合金处理之外，其它均同实施例2。最终得到通孔孔度24.1%、平均孔径（压汞法）1.4μm、闭孔率1.3%的钨锇混合基体，其机加工性能明显低于实施例2钨锇混合基体。实施例2中，由于钨锇预固溶将不超过饱和固溶度的少量锇较均匀分布于钨粉或钨相中，减弱一步高温烧结时局部区域和点位的自稳定硬脆西格玛相的形成条件和概率，使得高温烧结收缩更稳定可控，同时可加工性能得以改善。

对比例3

除钨锇混合粉采用湿袋式冷等静压（压力200MPa，时间10min）成形方式之外，其它均同实施例3。最终得到通孔孔度18.7%、平均孔径0.68μm、闭孔率1.35%的钨锇混合基体。需特别指出的是，钨锇混合粉采用干袋冷等静压成形工艺得到的棒坯表面更为光洁；且棒坯直线度、圆度更佳，后续机加工工序中实施例3钨锇铜棒的见光直径为18.5mm，明显高于对比例3的15.8mm，极大缩减机加工量、提升机加工效率，同时节约了宝贵的锇资源。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种空间行波管阴极用钨锇混合基体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）粉末预合金：将亚微米级锇粉与激光粒度跨度不大于1.4的窄粒度钨粉按照一定比例混合，得到钨锇混合粉，对钨锇混合粉进行预合金化，得到预合金粉；

（2）均匀混合：将预合金粉与微米级锇粉进行固固混合，得到钨锇混合粉；

（3）氢气净化：将钨锇混合粉在高纯氢气气氛中加热，还原净化；

（4）破碎过筛：将氢气净化后的钨锇混合粉进行破碎、过筛处理；

（5）合批：将过筛后的混合粉进行合批处理；

（6）干袋压制：将合批后的钨锇混合粉装入干袋模具内进行冷等静压；

（7）氢气高温烧结：将冷等静压成形的钨锇合金压坯进行高温氢气烧结，得到钨锇骨架；

（8）热等静压合金化：将钨锇骨架进行热等静压复压复烧合金化改性，得到钨锇多孔体；

（9）全致密渗铜：将钨锇多孔体绑缚铜源，在高纯氢气气氛下通过高温区，进行全致密渗铜，得到含铜钨锇基体；

（10）机加工：将渗铜得到的含铜钨锇基体进行精密机加工；

（11）去铜：将机加工后的含铜钨锇基体进行去铜处理，最终得到空间行波管阴极用钨锇混合基体。

2.根据权利要求1所述的一种空间行波管阴极用钨锇混合基体的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的窄粒度钨粉是对原料钨粉进行干法射流分级得到的。

3.根据权利要求1所述的一种空间行波管阴极用钨锇混合基体的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的亚微米级锇粉和步骤（2）中的微米级锇粉是通过球磨得到的，具体方法为：在保护气氛中，对原料锇粉进行球磨，球料比2:1-10:1，球磨时间0.5-4h，速率50-150r/min；所述亚微米级锇粉的粒度为0.4-1.0μm，所述微米级锇粉的粒度为1-3μm。

4.根据权利要求1所述的一种空间行波管阴极用钨锇混合基体的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的亚微米级锇粉的占比为总质量的3-10%，其余为钨粉。

5.根据权利要求1所述的一种空间行波管阴极用钨锇混合基体的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的预合金化的方法为：将钨锇混合粉在高纯氢气气氛下于800-1500℃松装烧结1-4h，采用臼式研磨仪或高能行星球磨机将烧结粉进行物理法研磨或破碎，然后过200-300目筛，最后在高纯氩气气氛保护下均匀混合，得到预合金粉。

6.根据权利要求1所述的一种空间行波管阴极用钨锇混合基体的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述固固混合的方法为：采用高效三维混合装置将预合金粉与微米级锇粉按一定配比进行充分混合，全程以高纯氩气为保护气体，调整混料速率为30-120r/min，混料时间为30-120min，得到高均匀的阴极专用的钨锇混合粉。

7.根据权利要求1所述的一种空间行波管阴极用钨锇混合基体的制备方法，其特征在于，步骤（6）所述冷等静压的压力为150-250MPa，保压时间为10-60s。

8.根据权利要求1所述的一种空间行波管阴极用钨锇混合基体的制备方法，其特征在于，步骤（6）所述干袋模具均采用聚氨酯材料制成。

9.根据权利要求1所述的一种空间行波管阴极用钨锇混合基体的制备方法，其特征在于，步骤（7）所述的高温氢气烧结中采用的高纯氢气露点不高于-60℃，烧结温度为1800-2400℃，烧结时间为30-120min。

10.一种采用权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的空间行波管阴极用钨锇混合基体。

11.根据权利要求10所述的一种空间行波管阴极用钨锇混合基体，其特征在于，所述钨锇混合基体的1）通孔孔度为18-28%，平均孔径为0.5-1.8μm，锇含量为20-30wt%，闭孔率＜1.5%。

12.一种采用权利要求11所述的空间行波管阴极用钨锇混合基体制备得到的空间行波管。

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