CN1389890A - 三元稀土钼次级发射材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种三元稀土钼次级发射材料及其制备方法属于稀土难熔金属阴极材料技术领域。本发明的三元稀土钼次级发射材料,其特征在于:它含有La2O3、Y2O3、Gd2O3三种稀土氧化物,上述稀土氧化物重量百分比为15－30%;其中,La2O3∶Y2O3∶Gd2O3重量比为1∶3∶1或1∶2∶1。该三元稀土钼次级发射材料的制备方法是在钼的氧化物或钼粉中,以稀土硝酸盐水溶液形式加入重量比为1∶3∶1或1∶2∶1的La2O3、Y2O3、Gd2O3,在500－550℃下氢气中保温1－5个小时,然后在800－1000℃下氢气中进行1－5个小时还原处理,得到掺杂稀土氧化物的钼粉,采用粉末冶金的方法制备三元稀土钼次级发射材料。该材料次级发射系数大、发射稳定性好、易于加工、抗暴露大气能力好,可应用于磁控管阴极材料领域。
Description
一、技术领域
一种三元稀土钼次级发射材料及其制备方法属于稀土难熔金属阴极材料技术领域。
二、背景技术
传统的磁控管阴极材料采用Ba-W阴极，还有少量采用Th-W阴极。Ba-W阴极经过渗铜、加工、预烧、去铜和渗盐等多种工艺过程，制作工艺繁琐，该种阴极虽然次级发射系数在2.0以上，但因为该阴极为涂层型厚膜阴极，抗轰击性能较差，因而发射稳定性较差。而且其由于金属基体硬度高，无法对烧结体进行机加工。Th-W阴极由于Th是一种放射性元素，在材料制备、装管及废弃过程中会对人体造成放射性危害，因此需要研制新型磁控管用阴极材料。我们在研究二元稀土钼次级发射材料的基础上，研究了三元稀土钼次级发射材料，其发射性能比二元的好。
三、发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种具有次级发射系数大、发射稳定性好、易于加工、抗暴露大气能力好的三元稀土钼次级发射材料。
本发明所提供的三元稀土钼次级发射材料，其特征在于：它含有La2O3、Y2O3、Gd2O3三种稀土氧化物，占三元稀土钼次级发射材料总量的15-30％(重量百分比)，其中，La2O3∶Y2O3∶Gd2O3＝1∶3∶1或1∶2∶1(重量比)。
发明所提供的三元稀土钼次级发射材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：
(1)该三元稀土钼次级发射材料的制备方法是在钼的氧化物或钼粉中，以稀土硝酸盐水溶液形式加入一定量的三元稀土氧化物La2O3、Y2O3、Gd2O3，其中La2O3∶Y2O3∶Gd2O3＝1∶3∶1或1∶2∶1(重量比)，然后在500-550℃的氢气中处理1-5h；
(2)经过800-1000℃氢气气氛还原处理1-5h，得到掺杂稀土氧化物的钼粉，然后采用普通粉末冶金的方法制备稀土钼次级发射材料；
(3)采用常规机加工法制备筒、片状材料。
由于在钼中掺杂了一定含量的稀土氧化物，本发明所制备的稀土钼次级发射材料与Ba-W阴极相比，稀土钼阴极具有良好的机加工性能，可根据用户要求加工成任意形状，而Ba-W阴极因具有很高的硬度无法进行机加工。该种材料经过一年的保存后，重新测试其发射性能，次级发射系数不变。该稀土钼阴极还具有可暴露大气的优点，即经过在真空系统中的测试后，重新暴露于大气中，再次测试其次级发射系数，发射性能没有变化；该稀土钼阴极还具有较高的次级发射性能，其次级发射系数最大为3.24。
实验证明，采用本发明方法制备的三元稀土钼次级发射材料，其硬度可以满足机加工的要求，测试数据见表1；其次级发射性能可以满足实际应用的要求(次级发射系数大于2.0)且具有良好的稳定性，次级发射系数测试数据见表2；其随原初电子能量之间的关系曲线见图1-4，由图1-4可知曲线趋于平缓，说明材料在较宽的能量范围内能保持高的次级发射系数，这些都是二次发射性能改善的表现。
四、附图说明
图1：实施例1发射系数曲线图；
图2：实施例2发射系数曲线图；
图3：实施例3发射系数曲线图；
图4：实施例4发射系数曲线图。
图中RT指的是室温。
五、具体实施方式例1、将3.752克硝酸镧、14.364克硝酸钇、3.514克硝酸钆分别溶
于水中，加入到53.3克粉状MoO2中(其中La2O3，Y2O3，Gd2O3
分别占三元稀土钼次级发射材料的3％，9％及3％)，将掺杂后
的MoO2粉末在500℃下保温5h以使稀土硝酸盐分解为稀土氧化
物，然后在1000℃的多段氢气炉中保温1h将MoO2粉还原成掺
杂La2O3、Y2O3和Gd2O3的复合稀土钼粉，经压型、烧结处理后，
制成具有一定尺寸的稀土钼棒。经机加工后，制成φ10×1mm
的稀土钼片材。然后采用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、用于
加热的金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土钼
实验磁控管。用标准方法测定经过不同激活温度处理、在600
℃下测试的次级发射系数，见图1，寿命实验数据见表2。例2、将7.973克硝酸镧、30.524克硝酸钇、7.468克硝酸钆分别溶
于水中，加入到80克粉状MoO2中(其中La2O3，Y2O3，Gd2O3
分别占三元稀土钼次级发射材料的4％，12％及4％)，将掺杂后的
MoO2粉末在525℃下保温2小时以使稀土硝酸盐分解为稀土氧
化物，然后在800℃的多段氢气炉中保温5h将MoO2粉还原成掺
杂La2O3、Y2O3和Gd2O3的复合稀土钼粉，经压型、烧结处理后，
制成具有一定尺寸的稀土钼棒。经机加工后，制成φ10×1mm
的稀土钼片材。然后采用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、用于
加热的金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土钼
实验磁控管。用标准方法测定经过不同激活温度处理、在600
℃下测试的次级发射系数，见图2，寿命实验数据见表2。例3、将7.087克硝酸镧和27.13克硝酸钇、6.64克硝酸钆分别溶于
水中，加入到53.34克粉状MoO2中(其中La2O3，Y2O3，Gd2O3
分别占三元稀土钼次级发射材料的5％，15％及5％)，将掺杂后
的MoO2粉末在550℃下保温1小时以使稀土硝酸盐分解为稀土
氧化物，然后在900℃的多段氢气炉中将MoO2粉还原成掺杂
La2O3、Y2O3和Gd2O3的复合稀土钼粉，经压型、烧结处理后，制
成具有一定尺寸的稀土钼棒。经机加工后，制成φ10×1mm的
稀土钼片材。然后采用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、用于加
热的金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土钼实
验磁控管。用标准方法测定经过不同激活温度处理、在600℃
下测试的次级发射系数，见图3，寿命实验数据见表2。例4、将13.29克硝酸镧、33.916克硝酸钇、12.447克硝酸钆分别溶
于水中，加入到80克粉状MoO2中(其中La2O3，Y2O3，Gd2O3
分别占三元稀土钼次级发射材料的6.25％，12.5％及6.25％)，
将掺杂后的MoO2粉末在500℃下保温3小时以使稀土硝酸盐分
解为稀土氧化物，然后在950℃的多段氢气炉中保温3h将MoO2
粉还原成掺杂La2O3、Y2O3和Gd2O3的复合稀土钼粉，经压型、烧
结处理后，制成具有一定尺寸的稀土钼棒。经机加工后，制成
φ10×1mm的稀土钼片材。然后采用激光焊接法将稀土钼片与
钼筒、用于加热的金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后
制成稀土钼实验磁控管。用标准方法测定经过不同激活温度处
理、在600℃下测试的次级发射系数，见图4，寿命实验数据见
表2。
表1 维式硬度表(HV5)
| 样品名称 | 维式硬度值 |
| Mo85％wt-3％wtLa2O3-9％wtY2O3-3％wtGd2O3 | 392 |
| Mo80％wt-4％wtLa2O3-12％wtY2O3-4％wtGd2O3 | 401 |
| Mo75％wt-5％wtLa2O3-15％wtY2O3-5％wtGd2O3 | 435 |
| Mo75％wt-6.25wt％La2O3-12.5wt％Y2O3-6.25wt％Gd2O3 | 360 |
表2 复合稀土钼材料的次级发射寿命实验
Claims (3)
1、一种三元稀土钼次级发射材料，其特征在于：它含有La2O3、Y2O3、Gd2O3三种稀土氧化物，上述三种稀土氧化物在三元稀土钼次级发射材料重量百分比为15-30％；其中，La2O3∶Y2O3∶Gd2O3重量比为1∶3∶1或1∶2∶1。
2、一种三元稀土钼次级发射材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)在钼的氧化物或钼粉中，以稀土硝酸盐水溶液形式加入重量比为1∶3∶1或1∶2∶1的La2O3、Y2O3、Gd2O3，在500-550℃氢气中保温1-5个小时；
(2)在800-1000℃下氢气中进行1-5个小时还原处理，得到掺杂稀土氧化物的钼粉，采用粉末冶金的方法制备三元稀土钼次级发射材料；
(3)采用常规机加工法制备满足要求的筒、片状材料。
3、根据权力要求2所述的三元稀土钼次级发射材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)最佳温度范围为500-525℃，最佳时间范围为2-3小时：步骤(2)最佳温度范围为900-950℃，最佳时间范围为2-3小时。
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| US10388484B2 (en) | 2016-08-26 | 2019-08-20 | Beijing University Of Technology | Carburized La2O3 and Lu2O3 co-doped Mo filament cathode |
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