專(zhuān)利名稱(chēng)：一種錸鎢基陰極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陰極材料 及制備方法，特備是一種錸鎢基陰極及制備方法，屬于難容金屬熱陰極材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
陰極是真空電子器件的發(fā)射電子源，是其核心部件，對(duì)真空電子器件的功率輸出和壽命等起著至關(guān)重要的作用。目前，在各種調(diào)速管、行波管中主要使用的是傳統(tǒng)的鋇鎢陰極，隨著真空電子器件的不斷發(fā)展，對(duì)陰極的性能要求越來(lái)越高，尤其是我國(guó)國(guó)防、航天航空科技的發(fā)展，要求真空電子器件在更加惡劣的環(huán)境下工作穩(wěn)定并能大功率輸出，這就要求陰極能夠具有大的發(fā)射電流密度、良好好的抗離子轟擊能力和抗氣體中毒能力。傳統(tǒng)的鋇鎢陰極難以滿足真空電子器件對(duì)陰極的這些要求。目前能夠滿足這些要求的熱陰極是錸鶴陰極。覆錸膜“M”型陰極通過(guò)在鋇鎢陰極表面上沉積一層錸膜也提高了陰極的發(fā)射電流密度和抗離子轟擊，但是這種陰極的制備工藝復(fù)雜，可控性和重復(fù)性差，陰極的壽命比較短。本發(fā)明通過(guò)液固混合的方法制備出了錸包覆于鎢顆粒上的鎢錸粉末材料，再通過(guò)粉末冶金的方法燒結(jié)基體、浸潰鋁酸鋇鈣鹽，制備工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好。它具有較好的熱發(fā)射性能和抗離子轟擊能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種錸鎢基陰極材料及其制備方法，錸均勻地包覆在鎢顆粒上，降低了陰極表面的逸出功，提高了鋇鎢陰極的發(fā)射電流密度，改善了陰極的抗離子轟擊和抗氣體中毒性能。目前未見(jiàn)該種材料研究的報(bào)道。本發(fā)明提供了一種錸鎢基陰極材料，其特征在于陰極材料包括難熔金屬鎢錸顆粒形成的多孔的錸鎢基體、BaO, CaO和Al2O3，其中鎢錸顆粒為錸包覆在鎢顆粒上，BaO, CaO和Al2O3負(fù)載在多孔的錸鎢基體的孔隙中，錸占總質(zhì)量的30——70wt%, BaO, CaO和Al2O3三者含量占陰極總質(zhì)量的5wt%——15wt%，其中Ba0、Ca0和Al2O3的摩爾比為6 : I : 2，其余為鎢。上述錸鎢基陰極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一以高錸酸銨和鎢粉為原料，將高錸酸銨溶于水配成溶液，將鎢粉加入錸酸銨溶液攪拌后形成固液混合物，然后將固液混合物在70——90°C水浴攪拌加熱，水完全蒸發(fā)后將混合粉末進(jìn)行干燥。步驟二 將干燥后的混合粉末在氫氣氣氛下分解還原，分兩步進(jìn)行處理，第一步為400——500°C，保溫時(shí)間為I——2小時(shí)，第二步還原溫度為750——900°C，保溫2——3h，獲得錸鎢粉末。步驟三將用上述方法制備的錸鎢粉末用壓力l-2t/cm2進(jìn)行壓制；然后在氫氣保護(hù)下，采用粉末冶金方法在1500°C -1900°C燒結(jié)，制成多孔基體，燒結(jié)后浸潰熔融的鋁酸鋇鈣鹽。本發(fā)明提供的錸鎢基陰極，制備的錸鎢粉末分布均勻，錸完全包覆在鎢顆粒上，并且包覆均勻。這種方法制備工藝簡(jiǎn)單，避免了在制備過(guò)程中雜質(zhì)元素的引入，可重復(fù)性強(qiáng)，制備出的陰極材料在1000°c有優(yōu)異的發(fā)射性能，增強(qiáng)了傳統(tǒng)鋇鎢陰極的抗離子轟擊能力。


圖I :實(shí)施3制備的錸鎢粉末(50被％錸50被％鎢)的XRD ；圖2 :實(shí)施3制備的錸鎢粉末(50被％錸50被％鎢)馬爾文激光粒度分析；圖3 :實(shí)施3制備的錸鎢粉末(50被％錸50被％鎢)的微觀形貌； 圖4 :實(shí)施3制備的(50被％錸50被％鎢)錸鎢基陰極的電子發(fā)射特性曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :將10. 824g高錸酸銨溶于水配成溶液，將2. 5g鎢粉加入錸酸銨溶液攪拌后形成固液混合物，然后將固液混合物在90°C水浴攪拌加熱，水完全蒸發(fā)后將混合粉末進(jìn)行干燥。將烘干后的混合粉末放于氫氣管式爐中進(jìn)行還原，第一步還原的溫度為400°C，保溫時(shí)間為Ih ;第二步還原溫度為900°C，保溫時(shí)間為2h，然后降至室溫得到含錸75%的鎢錸粉末；將陰極粉末在2t/cm2壓力下壓制成3mm直徑的陰極基體，并用粉末冶金的方法在1500°C燒結(jié)；然后在高溫條件下浸潰鋁酸鋇鈣鹽(BaO、CaO和Al2O3摩爾比為6 : I : 2)，浸潰量為10%，測(cè)試不同溫度下陰極的發(fā)射，見(jiàn)表I。實(shí)施例2 :將3. 608g高錸酸銨溶于水配成溶液，將7. 5g鎢粉加入錸酸銨溶液攪拌后形成固液混合物，然后將固液混合物在70°C水浴攪拌加熱，水完全蒸發(fā)后將混合粉末進(jìn)行干燥。將烘干后的混合粉末放于氫氣管式爐中進(jìn)行還原，第一步還原的溫度為400°C，保溫時(shí)間為Ih ;第二步還原溫度為900°C，保溫時(shí)間為2h，然后降至室溫得到含錸25wt%的鎢錸粉末；將陰極粉末在2t/cm2壓力下壓制成3mm直徑的陰極基體，并在1700°C燒結(jié)；然后在高溫條件下浸潰鋁酸鋇鈣鹽(BaO、CaO和Al2O3摩爾比為6 : I : 2)，浸潰量為10%，測(cè)試不同溫度下陰極的發(fā)射，見(jiàn)表I。實(shí)施例3 :將7. 216g高錸酸銨溶于水配成溶液，將5g鎢粉加入錸酸銨溶液攪拌后形成固液混合物，然后將固液混合物在80°C水浴攪拌加熱，水完全蒸發(fā)后將混合粉末進(jìn)行干燥。將烘干后的混合粉末放于氫氣管式爐中進(jìn)行還原，第一步還原的溫度為400°C，保溫時(shí)間為Ih ;第二步還原溫度為900°C，保溫時(shí)間為2h，然后降至室溫得到含錸50wt%的鎢錸粉末；將陰極粉末在2t/cm2壓力下壓制成3mm直徑的陰極基體，并用粉末冶金的方法在1900°C燒結(jié)；然后在高溫條件下浸潰鋁酸鋇鈣鹽(BaO、CaO和Al2O3摩爾比為6 : I : 2)，浸潰量為10%，測(cè)試不同溫度下陰極的發(fā)射，見(jiàn)表I。所制備的錸鎢粉末的XRD見(jiàn)圖I ;錸鎢粉末馬爾文激光粒度分析見(jiàn)圖2 ;錸鎢粉末的微觀形貌見(jiàn)圖3 ;錸鎢基陰極的電子發(fā)射特性曲線見(jiàn)圖4。實(shí)施例4 :將7. 216g高錸酸銨溶于水配成溶液，將5g鎢粉加入錸酸銨溶液攪拌后形成固液混合物，然后將固液混合物在80°C水浴攪拌加熱，水完全蒸發(fā)后將混合粉末進(jìn)行干燥。將烘干后的混合粉末放于氫氣管式爐中進(jìn)行還原，第一步還原的溫度為450°C，保溫時(shí)間為2h ;第二步還原溫度為950°C，保溫時(shí)間為2h，然后降至室溫得到鎢錸粉末；將陰極粉末在2t/cm2壓力下壓制成3mm直徑的陰極基體，并用粉末冶金的方法在1500°C燒結(jié)；然后在高溫條件下浸潰鋁酸鋇鈣鹽(BaO、CaO和Al2O3摩爾比為6 I 2)，浸潰量為10%，測(cè)試不同溫度下陰極的發(fā)射，見(jiàn)表I。實(shí)施例5 :將3. 608g高錸酸銨溶于水配成溶液，將7. 5g鎢粉加入錸酸銨溶液攪拌后形成固液混合物，然后將固液混合物在80°C水浴攪拌加熱，水完全蒸發(fā)后將混合粉末進(jìn)行干燥。將烘干后的混合粉末放于氫氣管式爐中進(jìn)行還原，第一步還原的溫度為500°C，保溫時(shí)間為Ih ;第二步還原溫度為950°C，保溫時(shí)間為2h，然后降至室溫得到鎢錸粉末；將陰極粉末在2t/cm2壓力下壓制成3mm直徑的陰極基體，并用粉末冶金的方法在1700°C燒結(jié)；然后在高溫條件下浸潰招酸鋇I丐鹽(B a Ca Al摩爾比為6 I 2),浸潰量為10%,測(cè)試不同溫度下陰極的發(fā)射，見(jiàn)表I。實(shí)施例6 :將10. 824g高錸酸銨溶于水配成溶液，將2. 5g鎢粉加入錸酸銨溶液攪拌后形成固液混合物，然后將固液混合物在80°C水浴攪拌加熱，水完全蒸發(fā)后將混合粉末進(jìn)行干燥。將烘干后的混合粉末放于氫氣管式爐中進(jìn)行還原，第一步還原的溫度為550°C，保溫時(shí)間為Ih ;第二步還原溫度為1000°C，保溫時(shí)間為2h，然后降至室溫得到鎢錸粉末；將陰極粉末在2t/cm2壓力下壓制成3mm直徑的陰極基體，并用粉末冶金的方法在1900°C燒結(jié)；然后在高溫條件下浸潰招酸鋇I丐鹽(BaO、CaO和Al2O3摩爾比為6 I 2),浸潰量為10%，測(cè)試不同溫度下陰極的發(fā)射，見(jiàn)表I。表I不同樣品在1000°C b下的脈沖發(fā)射電流密度
權(quán)利要求
1.一種錸鎢基陰極材料，其特征在于陰極材料包括難熔金屬鎢錸顆粒形成的多孔的錸鎢基體、BaO, CaO和Al2O3，其中鎢錸顆粒為錸包覆在鎢顆粒上，BaO, CaO和Al2O3負(fù)載在多孔的錸鎢基體的孔隙中，錸占總質(zhì)量的30-70wt%，BaO, CaO和Al2O3三者含量占陰極總質(zhì)量的5wt%-15wt%，其中Ba0、Ca0和Al2O3的摩爾比為6 I 2，其余為鎢。
2.權(quán)利要求I所述的陰極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一以高錸酸銨和鎢粉為原料，將高錸酸銨溶于水配成溶液，將鎢粉加入錸酸銨溶液攪拌后形成固液混合物，然后將固液混合物在70-90°C水浴攪拌加熱，水完全蒸發(fā)后將混合粉末進(jìn)行干燥； 步驟二 將干燥后的混合粉末在氫氣氣氛下分解還原，分兩步進(jìn)行處理，第一步還原溫度為400-550°C，保溫時(shí)間為1-2小時(shí)，第二步還原溫度為750-1000°C，保溫2_3h，獲得錸鎢粉末； 步驟三將用上述方法制備的錸鎢粉末用壓力l-2t/cm2進(jìn)行壓制；然后在氫氣保護(hù)下，采用粉末冶金方法在1500°C -1900°C燒結(jié)，制成多孔基體，燒結(jié)后浸潰熔融的鋁酸鋇鈣鹽。
全文摘要
一種錸鎢基陰極材料及制備方法，屬于難容金屬熱陰極材料技術(shù)領(lǐng)域。材料為BaO、CaO和Al2O3負(fù)載在多孔的錸鎢基的孔隙中，錸鎢基為錸包覆在鎢顆粒形成。將高錸酸銨溶于水配成溶液，將鎢粉加入錸酸銨溶液攪拌中，干燥，然后在氫氣氣氛下分兩步分解還原，得到錸鎢粉末，將錸鎢粉末壓制并在氫氣范圍下燒結(jié)，得到錸鎢基體并浸漬到熔融的鋁酸鋇鈣鹽中。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，避免了在制備過(guò)程中雜質(zhì)元素的引入，可重復(fù)性強(qiáng)，制備出的陰極材料優(yōu)異的發(fā)射性能，增強(qiáng)了傳統(tǒng)鋇鎢陰極的抗離子轟擊能力。
文檔編號(hào)B22F3/11GK102628136SQ20121010912
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者劉偉, 周美玲, 崔云濤, 左鐵鏞, 梁文龍, 王凱風(fēng), 王茜, 王金淑 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)