CN116387116A - 浸渍型阴极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种浸渍型阴极，涉及热阴极的领域，其包括，海绵基体，所述海绵基体内浸渍有发射物质；织构层，形成于所述海绵基体表面，所述织构层上具有多个突起。本公开具有提高阴极发射电流密度和降低碱土金属蒸发速率的效果。

Description

浸渍型阴极及其制备方法

技术领域

本公开涉及热阴极的技术领域，尤其涉及浸渍型阴极及其制备方法。

背景技术

微波真空电子技术广泛应用于雷达、卫星通信、电子加速器、全球定位、可控热核聚变及未来军事前沿的高功率微波武器等方面。

电子发射的阴极是微波真空电子器件中的核心部分，电子发射阴极的性能直接影响微波源的输出性能和寿命，进而影响雷达及高功率微波源的性能和寿命。因此研究满足高功率和宽频带微波源的高性能新型阴极，对于推动高功率微波真空电子器件等技术的发展具有十分重要的意义。

随着微波器件对电子束质量要求的进一步提高，对阴极的要求也越来越高。目前，在微波真空电子器件上应用的阴极发射电流密度较低，无法满足制作高性能微波真空电子器件的需求。

发明内容

鉴于上述问题，本公开提供了浸渍型阴极及其制备方法，以改善阴极发射电流密度较低的问题。

本公开的一个方面提供了一种浸渍型阴极，包括：海绵基体，海绵基体内浸渍有发射物质；织构层，形成于海绵基体表面，织构层上具有多个突起。

可选地，海绵基体的材料为铂、钌或铂钌合金中的任意一种。

可选地，海绵基体采用铂、钌或铂钌合金的粉末制备而成。

可选地，铂、钌和铂钌合金的粉末粒度为1μm～10μm。

可选地，织构层由离子束轰击海绵基体表面形成。

可选地，突起呈毛刺状，突起顶端的直径为0.1μm～1μm，突起的高度为0.1μm～1μm。

可选地，发射物质为铝酸盐。

可选地，发射物质为铝酸钡或铝酸钡钙中的一种或多种。

本公开的另一个方面提供了一种浸渍型阴极的制备方法，包括：对海绵基体表面实施离子束轰击，在海绵基体的表面形成织构层

可选地，对海绵基体表面实施离子束轰击时，采用钨靶。

本公开实施例采用的上述至少一个技术方案至少包括以下有益效果：

采用离子溅射率高于钨的铂、钌或铂钌合金制备海绵基体，在海绵基体表面经过离子束轰击后，会在海绵基体的表面形成织构层，织构层中具有多个毛刺状突起，增大了浸渍型阴极的发射表面积，从而提高浸渍型阴极的发射电流密度；

形成的织构层，使浸渍型阴极具有较强的吸附性能，减少浸渍型阴极中碱土金属及其氧化物的蒸发，提高浸渍型阴极的品质；

浸渍型阴极的制备方法简单，便于推广和利用。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了本公开实施例提供的浸渍型阴极的整体结构示意图；

图2示意性示出了本公开实施例提供的一种浸渍型阴极的制备方法的流程图；

图3示意性示出了离子束轰击海绵基体表面的结构示意图；

图4示意性示出了本公开实施例提供的铂海绵基体表面处理后的形貌示意图。

【附图标记说明】

1-海绵基体；2-发射物质；3-织构层；31-毛刺；4-阴极筒；5-阴极热子；6-离子束；7-钨靶；8-待处理阴极。

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，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

本公开实施例提供一种浸渍型阴极。

图1示意性示出了本公开实施例提供的浸渍型阴极的整体结构示意图。

参照图1，该浸渍型阴极可以包括：海绵基体1和织构层3。

海绵基体1内浸渍有发射物质2；织构层3形成于海绵基体1表面，织构层3上具有多个突起。

具体地，海绵基体1的底部设置有阴极筒4，阴极筒4内设置有对海绵基体1进行加热的阴极热子5。

可以理解的是，阴极热子5能够对海绵基体1加热。

根据本公开实施例，海绵基体1采用铂、钌或铂钌合金的粉末制备而成。铂、钌和铂钌合金的粉末粒度为1μm～10μm。

根据本公开实施例，织构层3由离子束6轰击海绵基体1表面形成。

可以理解的是，在离子束6轰击海绵基体1表面形成织构层3的条件下，织构层3与海绵基体1一体成型。通过直接轰击海绵基体1表面即可获得浸渍型阴极，操作便捷，便于进行推广和利用。

其中，铂、钌或铂钌合金均为离子溅射率高于钨的耐高温材料，通过离子束6对海绵基体1表面进行改性处理能够得到织构层3。因为离子的溅射率与材料的溅射系数关系很大，当一定能量的离子轰击一个溅射系数高的材料表面时，同时在该表面上沉积一定量的溅射系数低的另一种材料，就有可能形成一种高度织构的表面，这种织构的表面呈现为具有一定间距和高度的突起。在铂、钌或铂钌合金的金属表面受到离子轰击的条件下，沉积一定量的钨原子就会形成这种织构。因为钨原子的溅射系数相对铂、钌或铂钌合金较低，铂、钌或铂钌合金的金属表面上形成了钨原子的微小聚集区域，这些微小聚集区域起着掩模的作用，而其周围的铂、钌原子则被离子较快的溅射掉，从而形成突起结构。多个突起增大了阴极的发射表面积，提高了阴极的发射电流密度。同时多个突起使浸渍型阴极具有较强的吸附性能，减少浸渍型阴极中碱土金属及其氧化物的蒸发，提高浸渍型阴极的品质

例如，海绵基体1可以采用粉末粒度为10μm的金属铂的粉末制备。需要说明的是，上述实施例中采用粉末粒度为10μm的金属铂制备海绵基体1并不构成对本公开实施例的限定，可以根据实际的制备工作选择铂、钌和铂钌合金中的任一种，同时，也可以根据实际的制备工作在1μm～10μm中选择对应材料的粉末粒度。

根据本公开实施例，突起呈毛刺31状，突起顶端的直径为0.1μm～1μm，突起的高度为0.1μm～1μm。

可以理解的是，微米级的突起使海绵基体1的表面积进一步增大，能够进一步提高阴极的发射面积，提高阴极的发射性能。

根据本公开实施例，发射物质2为铝酸盐。

根据本公开实施例，发射物质2为铝酸钡或铝酸钡钙中的一种或多种

例如，发射物质2可以为铝酸钡或铝酸钡钙混合物。需要说明的是，本公开实施例对发射物质2的类型不做具体限定，实际制备中发射物质2可以根据实际需求选择铝酸盐中的任一种。

基于上述发明思路，本公开还提出一种浸渍型阴极的制备方法。

图2示意性示出了本公开实施例提供的一种浸渍型阴极的制备方法的流程图。

参照图2，该方法可以包括。操作S101～操作S104。

在操作S101中，将铂、钌或铂钌合金中的任意一种的金属粉末烧结形成具有大量微孔的多孔基体。

其中铂、钌或铂钌合金金属粉末的粉末粒度为1μm～10μm。

在操作S102中，在多孔基体中浸入发射物质2，得到海绵基体1。

在操作S103中，将海绵基体1放入离子轰击系统中，对海绵基体1表面实施离子束6轰击，在海绵基体1的表面形成织构层3。

图3示意性示出了离子束6轰击海绵基体1表面的结构示意图。

参照图3，根据本公开实施例，对海绵基体1表面实施离子束6轰击时，采用钨靶7。

图4示意性示出了本公开实施例提供的铂海绵基体1表面处理后的形貌示意图。

参照图4，对该方法的制备原理进行说明：采用离子溅射率高于钨的铂、钌或铂钌合金制备海绵基体1，在海绵基体1表面经过离子束6轰击后，会在海绵基体1的表面形成织构层3，织构层3中具有多个毛刺31状突起，增大了浸渍型阴极的发射表面积，从而提高浸渍型阴极的发射电流密度。形成的织构层3，使浸渍型阴极具有较强的吸附性能，减少浸渍型阴极中碱土金属及其氧化物的蒸发，提高浸渍型阴极的品质。该方法制备的浸渍型阴极不仅发射电流密度较高，且制备工艺简单，便于推广和利用。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，为了精简本发明并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本发明示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述的具体实施例，对本发明的技术方案进行了进一步详细说明，所应理解的是，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)

1.一种浸渍型阴极，其特征在于，包括：

海绵基体(1)，所述海绵基体(1)内浸渍有发射物质(2)；

织构层(3)，形成于所述海绵基体(1)表面，所述织构层(3)上具有多个突起。

2.根据权利要求1所述的浸渍型阴极，其特征在于，所述海绵基体(1)的材料为铂、钌或铂钌合金中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的浸渍型阴极，其特征在于，所述海绵基体(1)采用铂、钌或铂钌合金的粉末制备而成。

4.根据权利要求3所述的浸渍型阴极，其特征在于，所述铂、钌和铂钌合金的粉末粒度为1μm～10μm。

5.根据权利要求1所述的浸渍型阴极，其特征在于，所述织构层(3)由离子束(6)轰击所述海绵基体(1)表面形成。

6.根据权利要求5所述的浸渍型阴极，其特征在于，所述突起呈毛刺(31)状，所述突起顶端的直径为0.1μm～1μm，所述突起的高度为0.1μm～1μm。

7.根据权利要求1所述的浸渍型阴极，其特征在于，所述发射物质(2)为铝酸盐。

8.根据权利要求7所述的浸渍型阴极，其特征在于，所述发射物质(2)为铝酸钡或铝酸钡钙中的一种或多种。

9.一种浸渍型阴极的制备方法，其特征在于，包括：

对海绵基体(1)表面实施离子束(6)轰击，在海绵基体(1)的表面形成织构层(3)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对海绵基体(1)表面实施离子束(6)轰击时，采用钨靶(7)。

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