混合基含钪扩散阴极微观结构与性能研究

为了获得发射性能优异,均匀性良好的热电子发射阴极,本文采用液-液掺杂结合两步氢还原法制备出氧化钪掺杂钨粉,并在此基础上通过压制、烧结和浸渍工艺制备出浸渍型扩散阴极。采用SEM、电子发射测量装置和AES对阴极微观结构、发射性能和激活期间阴极表面活性元素的变化进行了研究。研究结果显示:阴极孔度合适,孔结构良好,孔分布均匀,颗粒达到亚微米级。该阴极的发射测试结果显示在850℃b时Jdiv为51A.cm-2。分析认为阴极的亚微米结构有利于激活和工作过程中活性物质的扩散和在表面的均匀分布,对阴极的发射起促进作用。

含钪扩散阴极电子发射研究

采用水冷阳极平板二极管结构测试了含钪扩散阴极,结果表明,它有比其它扩散阴极更大的发射电流密度。在849℃(亮度温度),利用亚微米粉体制备的含钪阴极的功函数约为1.55 eV,电子发射常数为1.126 A/cm2K2。同时,采用米拉曲线讨论了这类阴极的欠热特性和电子发射性能。

亚微米钨基含钪扩散阴极的性能研究

研究了具有超细微观基体结构的含钪扩散阴极的性能。采用溶胶-凝胶的方法来制备阴极基体粉末,通过改善阴极基体粉末的均匀性从而改善浸渍后阴极表面的均匀性。研究表明,通过对基体粉末的压制及烧结工艺的控制,能够获得具有合适孔度的亚微米结构的多孔钨基。浸渍发射活性物质即钪酸盐后,得到含钪扩散阴极。阴极的孔度及浸渍率可以达到实验及常规生产中要求的水平。发射测试结果表明,阴极在相同的测试温度下的发射水平明显高于普通基体结构的浸渍式钪酸盐阴极。且在1000℃时,亚微米基含钪扩散阴极测得的最高测试电流密度为62.95A/cm2(未测到拐点)。

喷雾干燥纳米氧化钪粒子掺杂含钪扩散阴极的发射特性

采用喷雾干燥法制备氧化钪掺杂钨粉。用这种钨粉制作基体并浸渍铝酸钡、钙,研制了大电流密度含钪扩散阴极。分别在平板二极管和电子枪内研究了阴极的脉冲与直流发射性能以及寿命,并对高直流电流密度下的电子冷却效应和温度补偿进行了探讨。结果表明,阴极在二极管结构内,温度为950℃时,空间电荷限制区偏离点脉冲电流密度可达到122 A/cm^2,直流电流密度可达到60 A/cm^2以上。在初始直流载荷20 A/cm^2的条件下进行寿命试验,电流逐步上升至30 A/cm^2,连续工作2000 h,提升电流密度至40 A/cm^2后,继续稳定工作达3000 h以上。在电子枪内,初始脉冲电流58 A/cm^2时的欠热特性膝点温度仅为900℃,阴极在50 A/cm^2的电流密度下稳定工作1000 h,并仍在继续。上述结果表明,所研制的阴极优于当前所用的其他各类热阴极,工艺可控,具有在太赫兹领域等新型连续波微波真空电子器件内实际应用的能力。

冷冻干燥法制取扩散阴极含钪活性物质

借助液相合成法中的冷冻干燥法,制备出了高发射扩散阴极所需的含钪多元金属氧化物活性物质,其中Ba与Sc的原子比接近2∶1。应用该活性物质的浸渍阴极,取得了超过500 A/cm;的二极管脉冲发射电流密度和218.5 A/cm;的电子枪脉冲发射电流密度。在二极管直流测试条件(950°C,10 A/cm;)下,阴极的寿命测试进行了10500 h后仍未出现发射电流下降的现象;而在电子枪中的大工作比(5%)脉冲测试条件下,阴极在工作了2010 h后仍维持了超过50 A/cm;的较大发射电流密度。冷冻干燥法有效解决了传统固相合成方法在机械式破碎、研磨和混合等工序中存在的原料混合不可控、成分分布不均匀等问题,能够缩短工艺流程、节约工艺设备,有着良好的生产推广价值。

含钪型阴极粉的研制

本文介绍了含钪型阴极的发展和目前使用情况，讲述了含钪型阴极粉的研制方法及测试结果分析，同时对阴极粉中含钪量对阴极初期发射特性和阴极寿命的影响进行了讨论。

氧化钪混合钨基扩散型阴极表面结构的研究

采用XRD、SEM和AES等分析方法对氧化钪混合钨基及浸渍后的阴极微观结构及表面活性元素的行为进行研究。结果表明:基体内Sc2O3弥散均匀分布。在阴极激活过程中,Ba和Sc从内部向表面扩散,在阴极表面形成含Ba、Sc、O的表面活性层,其厚度为M型阴极活性层厚度的10倍以上。对自由钪的产生机制进行了探讨。

高温钎焊对氧化钪掺杂钨基扩散阴极的影响

含钪扩散阴极由于其钎焊工序不同于传统的钡钨阴极,需要研究新的钎焊材料。本文通过浆混方式结合化学还原的方法制备出了Co-W/Co-Mo二元焊料以及新型Co-W-Mo三元合金焊料,其主要由Co 3 W(Mo)、Co 7(W)Mo 6物相组成。研究结果显示,Mo含量的增加降低了Co-W-Mo三元合金焊料的熔点,采用Co 3 Mo与Co 3 W摩尔比1∶1所制备焊料高温钎焊后的阴极,经过激活处理后,阴极表面未发现Co元素的存在,表明该类焊料在高温高真空状态下具有较好的稳定性,且对阴极发射性能也未造成明显影响。

脉冲氙灯阴极制备及性能研究

为提高脉冲氙灯的工作性能,降低脉冲氙灯的着火电压。文章围绕提高脉冲氙灯阴极的电子发射性能,采用等静压制、高温烧结、化学共沉淀法制备掺氧化钪铝酸盐、高温浸渍发射物质等工艺,制备出含钪钡钨阴极。对该阴极的热电子发射性能测试结果显示,在阴极温度分别为950℃、1 050℃和1 100℃时,阴极脉冲发射零场电流密度分别为23.6 A/cm^2、35.7 A/cm^2和49 A/cm^2。在铝酸盐中掺入一定量的氧化钪,其作用在于和铝酸盐中的氧化钡结合为2BaO+0.5Sc_2O_3,它成为氧化钡或钡原子的载体,起控制和补充发射源的作用。因此,在铝酸盐中掺一定量的氧化钪能显著提高阴极的电子发射能力,该阴极具有均匀性良好的热电子发射能力和较好的抗离子轰击能力。

等离子喷涂含钪氧化物阴极制备及发射特性研究

在三元碳酸盐中加入微量钪,利用大气等离子喷涂方法制备出含钪等离子喷涂氧化物阴极.制备过程中,在三元碳酸盐原来配比基础上增加12%—22%(摩尔百分比)的碳酸钡进行混合,并将该混合物进行造粒,在造粒过程中加入微量的钪.利用扫描电子显微镜分析了等离子喷涂材料的形态和分布,表明符合等离子喷涂对粉末大小和形状的要求,并解决了等离子喷涂过程中钡的损失问题.对这种新型氧化物阴极的分解排气过程进行详细分析,结果表明,排气时这种阴极比普通喷涂阴极出气少且分解时间短.对发射性能及寿命进行测试,结果显示这种新型氧化物阴极的性能显著提高,阴极寿命延长.

微波烧结法制备含钪扩散阴极及其发射性能研究

采用溶胶凝胶结合氢还原法制备出Sc均匀掺杂的钨粉,随后采用微波烧结法成功制备出浸渍型含钪扩散阴极。对Sc掺杂钨粉特性、Sc掺杂钨海绵基体微观结构、阴极发射性能和阴极表面活性物质分布进行了分析,结果显示:Sc以Sc2O3的形态均匀分布于平均粒径1μm的钨粉中,海绵体骨架主要由大小均匀的亚微米级准球形颗粒构成,表面孔结构良好,孔分布均匀,平均孔径在0.46μm左右,Sc2O3均匀分布于基体之中。电子发射测试结果表明,该阴极950℃b时脉冲偏离点电流密度Jdiv为137.59 A/cm2,发射斜率1.431。激活后的阴极表面Ba:Sc:O的原子比例为1.8:1:2.2,同时阴极表面存在大量的纳米粒子,对阴极发射有促进作用。