一種氧化物陰極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]
本發(fā)明涉及電氣原件，具體涉及一種氧化物陰極。
【背景技術(shù)】
[0002]
氧化物陰極制造的廣泛做法是采用模制法在基金屬(鎳或鎢)上制備金屬海綿層，再在海綿層內(nèi)填充堿土金屬碳酸鹽(二元鹽碳酸鋇、碳酸鍶；三元鹽碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣；四元鹽碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣、氧化鈧)制成發(fā)射層，使用前預(yù)分解。氧化物陰極發(fā)射層表面的平整度、粗糙度、潔凈度，直接影響著發(fā)射電子的電流大小、穩(wěn)定度、密度分布和陰極壽命。為了改善發(fā)射層表面的物理狀態(tài)，現(xiàn)已公開的做法有兩種:一種做法是將發(fā)射層分成頂層和底層，頂層發(fā)射材料粒子小于底層粒子。另一種做法是將發(fā)射層在預(yù)分解前進行壓制。這些做法雖然對陰極發(fā)射層表面粗糙度和平整度有所改善，但是發(fā)射層表面仍然不光滑，有一定幾何缺陷，非發(fā)射層表面有發(fā)射物殘留。陰極抗粒子轟擊性能差，工作中容易打火，有雜散電流，影響陰極工作穩(wěn)定度和壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種強抗粒子轟擊，長壽命氧化物陰極。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種氧化物陰極，具體包括以下步驟制備而成:
A.制作陰極基金屬:制作陰極基金屬時在發(fā)射層周邊表面預(yù)留0.1?0.15mm的幾何余量;
B.制作發(fā)射層:用模制法將平均粒度為20?60μπι的鎳粉灌注在步驟A制備的陰極基金屬上，同模具整體置于氫爐中在1250±20°C的溫度下燒結(jié)20min氫氣流量彡0.4L/min,露點彡-65°C，燒結(jié)鎳海綿層，制成的鎳海綿層留有0.3?0.4mm的幾何余量，鎳海綿層孔度為45%?50%，冷卻、脫模，然后在鎳海綿層內(nèi)填充堿土金屬碳酸鹽，直到堿土金屬碳酸鹽不再滲入鎳海綿層停止填充形成陰極發(fā)射層；
C.機械壓制發(fā)射層:機械壓制步驟B制成的陰極發(fā)射層的發(fā)射面，壓力為(2.5±0.1) X 106Pa,去除 0.2 ?0.25mm 的幾何余量；
D.裝管前對陰極進行預(yù)分解:將陰極置于氫爐中，在1050±20°C的溫度下保溫5?8min，氫氣流量彡0.4L/min,露點彡_65°C，冷卻后取出；
E.車床車制:將步驟D得到的陰極夾持在車床卡盤上，車床卡盤跳動量<0.02mm，車制發(fā)射層及周邊表面，去除剩余的幾何余量，然后拭盡陰極表面粘附微粒。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過對陰極表面預(yù)留幾何余量，車床車制發(fā)射層表面及周邊使得陰極表面變得平整規(guī)則、光潔干凈。減小了熱粒子發(fā)射角，限制了發(fā)射電子密度分布的變形，提高了陰極抗粒子轟擊能力，減小了陰極發(fā)射面打火幾率，提高陰極工作穩(wěn)定度及壽命。
【附圖說明】
[0006]
圖1.本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2.本發(fā)明的燒結(jié)的發(fā)射層；
圖3.本發(fā)明的燒結(jié)后的發(fā)射層表面圖；
圖4.本發(fā)明的圖3的側(cè)面示意圖；
圖5.本發(fā)明壓制發(fā)射層的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6.本發(fā)明壓制后的發(fā)射層表面圖；
圖7.本發(fā)明圖6的側(cè)面示意圖；
圖8.本發(fā)明車制發(fā)射層表面的示意圖；
圖9.本發(fā)明車制后的發(fā)射層表面圖；
圖10.本發(fā)明圖8的側(cè)面示意圖；
圖11.本發(fā)明車制的發(fā)射層與未車制的發(fā)射層使用壽命曲線對比示意圖。
【具體實施方式】
[0007]—種氧化物陰極:①在發(fā)射層周邊表面預(yù)留(0.1?0.15) _的幾何余量，制作陰極(鎢基)基金屬。對陰極基金屬進行清洗、除氣處理。②用模制法將平均粒度為40 μm(最小不超過20 μ m，最大不超過60 μ m)的鎳粉I (純度多99.9%)灌注在陰極基金屬上。將灌注好鎳粉I的陰極基金屬3同模具整體置于氫爐中在(1250±20) °C的溫度下燒結(jié)20min(氫氣流量多0.4L/min,露點彡_65°C )，冷卻后脫模。如圖2所示，制成的鎳海綿層表面應(yīng)留有高出基金屬0.3?0.4mm的幾何余量(實際高出基金屬的尺寸應(yīng)是所述的0.3?0.4mm減去發(fā)射層周邊表面預(yù)留的0.1?0.15mm的差值)，孔度在(45%?50%)之間(圖2、圖3、圖4)。將按比例配好的三元碳酸鹽(BaCo3、SrCo3, CaCo3)溶液不斷地用毛筆均勻地涂在鎳海綿層上，直到碳酸鹽2不再滲入鎳海綿層。③如圖5所示，在壓結(jié)模4的作用下機械壓制，壓力:(2.5±0.I) XlO6Pa陰極發(fā)射面，去除0.2?0.25mm余量。(圖5、圖6、圖7)。④裝管前對陰極進行預(yù)分解:氧化物陰極作成發(fā)射層前不預(yù)分解未產(chǎn)生活性物質(zhì)可長期貯存，只有在裝管也就是使用前才預(yù)分解生成活性物質(zhì)，這就要求必須迅速裝管使用，以防止在大氣中活性物質(zhì)被氧化污染失效；裝管前，將陰極置于氫爐中，在(1050±20) °(:的溫度下保溫(5?8)min (氫氣流量彡0.4L/min,露點彡_65°C )，冷卻后取出。⑤將陰極夾持在車床卡盤上(跳動量< 0.02mm)，在車刀5的作用下車制發(fā)射層及周邊表面，去除剩余的幾何余量，使尺寸符合要求(圖8、圖9、圖10)。用干凈毛刷和綢布拭去陰極表面殘留物。將本發(fā)明制得的車制陰極與傳統(tǒng)工藝制得的未車陰極進行二極管實驗對比(陰陽極間距1.5mm，在真空度P < I X 10 5Pa的條件下，分解30min,激活2min,老練1min后，選取陰極溫度在800°C，陽極電壓在400V時測試發(fā)射電流)(圖11)。二者的差異是:(I)未車陰極初始發(fā)射電流稍大，這是由于未車陰極預(yù)分解后表面有蒸散的發(fā)射物殘留；且發(fā)射層表面較粗糙，有輕微打火現(xiàn)象，因而夾雜著輕微的雜散電流。車制陰極初始電流小，未有雜散電流及打火現(xiàn)象。(2)2600h后，未車陰極發(fā)射電流略有下降，3500h后低于初始值的80%，而車制陰極發(fā)射電流始終未有明顯下降，說明車制陰極壽命高于未車陰極。此外，實驗中兩種陰極均未檢測到發(fā)射層有過熱現(xiàn)象。
【主權(quán)項】
1.種氧化物陰極，其特征在于:具體包括以下步驟制備而成: A.制作陰極基金屬:制作陰極基金屬時在發(fā)射層周邊表面預(yù)留0.1?0.15mm的幾何余量; B.制作發(fā)射層:用模制法將平均粒度為20?60μ m的鎳粉灌注在步驟A制備的陰極基金屬上同模具整體置于氫爐中燒結(jié)鎳海綿層，制成的鎳海綿層留有0.3?0.4mm的幾何余量，鎳海綿層孔度為45%?50%，冷卻、脫模，然后在鎳海綿層內(nèi)填充堿土金屬碳酸鹽，直到堿土金屬碳酸鹽不再滲入鎳海綿層停止填充形成陰極發(fā)射層； C.機械壓制發(fā)射層:機械壓制步驟B制成的陰極發(fā)射層的發(fā)射面，去除0.2?0.25mm的幾何余量； D.裝管前對陰極進行預(yù)分解:將陰極置于氫爐中，在1050±20°C的溫度下保溫5?8min，氫氣流量彡0.4L/min,露點彡_65°C，冷卻后取出； E.車床車制:將步驟D得到的陰極夾持在車床卡盤上，車床卡盤跳動量<0.02mm，車制發(fā)射層及周邊表面，去除剩余的幾何余量，然后拭盡陰極表面粘附微粒。2.如權(quán)利要求1所述的一種氧化物陰極，其特征在于:步驟B所述的將灌注好鎳粉的陰極基金屬同模具整體置于氫爐中在1250±20°C的溫度下燒結(jié)20min，氫氣流量彡0.4L/min,露點< -65°C。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種氧化物陰極，其特征在于:步驟B所述的機械壓制陰極發(fā)射面的壓力為(2.5±0.1) X 106Pao
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氧化物陰極，具體包括以下步驟：制作陰極基金屬在發(fā)射層周邊表面預(yù)留幾何余量；用模制法將鎳粉灌注在陰極底金屬上同模具整體置于氫爐中燒結(jié)鎳海綿層，制成的鎳海綿層留有一定幾何余量，然后在鎳海綿層內(nèi)填充堿土金屬碳酸鹽，機械壓制陰極發(fā)射層的發(fā)射面，去除剩余的幾何余量；裝管前對氧化物陰極進行預(yù)分解：將氧化物陰極夾持在車床卡盤上，車制發(fā)射層及周邊表面，去除剩余的幾何余量，然后拭盡陰極表面粘附微粒。本發(fā)明的陰極表面變得平整規(guī)則、光潔干凈，減小了熱粒子發(fā)射角，限制了發(fā)射電子密度分布的變形，提高了陰極抗粒子轟擊能力，減小了陰極發(fā)射面打火幾率，提高陰極工作穩(wěn)定度及壽命。
【IPC分類】H01J9/02, H01J1/20, H01J1/14
【公開號】CN105244244
【申請?zhí)枴緾N201510668734
【發(fā)明人】何擎
【申請人】甘肅虹光電子有限責(zé)任公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月13日