利用活性浸渍物质提高热阴极电流密度的实验研究和理论模型

通过发展新的活性物质成分系统及其制备方法以提升钪系阴极的电子发射性能,是当今热阴极特别是大电流密度阴极领域的研究重点。该文提出一种由多元金属氧化物构成的新型高活性浸渍物质,显著提升了钪在阴极中的添加比例,大幅提高了阴极的发射电流密度。将冷冻干燥法应用到该活性物质前驱体的制备过程中,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不可控、不均匀等问题。采用了新的成分系统与新的制备方法制得活性物质的阴极,在真空二极管测试和电子枪测试中分别取得了超过500 A/cm²和218.5 A/cm²的脉冲发射电流密度。在二极管直流测试条件下,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/cm²的较大发射电流密度。借助深紫外—光/热发射电子显微镜(DUV-PEEM/TEEM)分析发现,相较传统的钪系阴极,新制备的大电流密度阴极表面的热电子发射位点数量增加,微区发射面积显著增大。最后,提出一种“二叉树”发射模型,以期阐释钪系阴极采用新活性物质后获得高发射特性的物理机制。     

利用活性浸渍物质提高热阴极电流密度的实验研究和理论模型

通过发展新的活性物质成分系统及其制备方法以提升钪系阴极的电子发射性能,是当今热阴极特别是大电流密度阴极领域的研究重点.该文提出一种由多元金属氧化物构成的新型高活性浸渍物质,显著提升了钪在阴极中的添加比例,大幅提高了阴极的发射电流密度.将冷冻干燥法应用到该活性物质前驱体的制备过程中,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不可控、不均匀等问题.采用了新的成分系统与新的制备方法制得活性物质的阴极,在真空二极管测试和电子枪测试中分别取得了超过500 A/cm2和218.5 A/cm2的脉冲发射电流密度.在二极管直流测试条件下,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/cm2的较大发射电流密度.借助深紫外—光/热发射电子显微镜(DUV-PEEM/TEEM)分析发现,相较传统的钪系阴极,新制备的大电流密度阴极表面的热电子发射位点数量增加,微区发射面积显著增大.最后,提出一种"二叉树"发射模型,以期阐释钪系阴极采用新活性物质后获得高发射特性的物理机制.     

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1．55eV，电子发射常数为1．126A／cm^2K^2。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）。     

氧化钪掺杂钨基扩散阴极的结构、表面与发射特性的研究

以钪盐的水溶液与氧化钨液-固掺杂法制备了氧化钪掺杂钨基扩散阴极，利用扫描电镜、能谱分析仪和原位俄歇电子谱仪等现代分析技术研究了烧结体的形貌、Sc的分布及阴极的表面特性。用自行研制的微机控制全自动电子发射测量装置检测了阴极发射性能。研究表明，与Sc2O3与W机械混合制备的混合基含Sc阴极相比，采用液固掺杂法制备的阴极，Sc2O3分布均匀，阴极耐高温和抗离子轰击能力强，发射性能优异。     

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Co₃W(Mo)、Co₇(W)Mo₆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Co₃Mo与Co₃W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。     

亚微米结构新型含钪扩散阴极性能的研究

本文研究具有氧化钪掺杂钨基体钪酸盐阴极的性能.为了改进氧化钪的分布均匀性及提高阴极表面钪的扩散补充能力,分别采用液固掺杂和液液掺杂的方法制备了Sc2O3掺杂W粉基材,研究了利用这种钨粉制作多孔钨基体的工艺技术和多孔体的微观结构.研究表明在改进压制、烧结技术的基础上,可以获得具有适当孔度的亚微米结构多孔基体,氧化钪在基体中的分布得到进一步改善,在这种基体中铝酸盐的浸渍率可以达到常规浸渍阴极的要求.发射试验结果表明,这种阴极在850 ℃的工作温度下空间电荷限制的电流密度超过30 A/cm2,在超过2000 h的寿命实验过程中发射仍持续上升,因而在要求高电流密度和一定寿命的微波电子管中具有光明的应用前景.研究还证实多孔体的结构越趋细微,越有利于阴极的发射均匀性和耐离子轰击的性能改善.     

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。     

钪酸盐阴极发射物质相的研究

用多晶X射线衍射方法,研究钪酸盐阴极发射材料在烧结过程中物理化学变化。由BaO-CaO-Al2O3-Sc2O3组成的发射材料中,在10001300℃内,是Ba-Al-O和Ba-Sc-O体系与CaO的混合物;在13001500℃内,是Ba-Al-O和Ba-Sc-O体系互溶生成热力学上的亚稳定态的Ba-Al-Sc-O固溶体。先形成组成约为5BaO-Al2O3-Sc2O3物相,属正交晶系,a=9.725(2),b=8.698(3),c=6.152(3);最后生成组成约为4BaO-Al2O3-0.5Sc2O3物相,属四方晶系,a=14.4996(19),b=4.4996(19),c=5.0265(8).CaO呈游离状态。     

覆膜浸渍扩散阴极表面微区电子发射像研究

覆膜对浸渍扩散热阴极表面电子发射的影响一直是热阴极研究领域的重点课题。该文采用最新研制的深紫外激光光发射电子显微镜/热发射电子显微镜(DUV-PEEM/TEEM),对一半覆膜、另一半未覆膜的浸渍扩散阴极试样作了1150 ℃×2 h激活,并对其表面微区的热电子发射像及其随温度的变化作了比较。结果发现,两种阴极的热电子发射均主要位于孔隙及其邻近颗粒边缘;随温度升高,未覆膜阴极发射主要集中于孔隙内及周边有限区域内,发射面积增量较小,覆膜则使阴极有效发射区域得以由孔隙及其边缘向距孔隙更远的区域延伸,发射面积大幅增加。上述结果首次给出了覆膜浸渍扩散阴极微区的电子发射特征,对于理解该类型阴极发射机理有一定参考价值。     

用于浸渍阴极的钨海绵基体制备

微波真空电子器件广泛应用于卫星通信及未来军事前沿的高功率微波武器等方面,这些器件需要电流发射稳定、蒸发小、寿命长的浸渍阴极,进而对浸渍阴极钨海绵基体制备工艺提出了很高要求。本文首先利用分级技术对钨粉进行了分级,制备出流动性好颗粒均匀的钨粉。采用气体纯化与检测系统,可以除掉氢气中残余的氧和水,使氢气的露点降至-90℃以下,为制备无氧化的钨海绵基体提供良好的烧结气氛。采用真空去铜技术,制备出表面非常光洁,没有任何污渍和杂质沉淀的阴极基体,利用X射线能量色散谱(EDX)分析了制备的阴极基体断面,结果表明新方法达到了传统化学去铜及再高温去铜后的效果,新方法更节省时间,更环保。通过调节烧结时间和烧结气氛可以制备出微波器件所需的孔度适宜、闭孔率低的阴极基体,为制备低蒸发、长寿命微波器件的阴极打下基础。     

孔度可控扩散式阴极研制进展

扼要地阐述了孔度可控扩散式阴极的发展与特性。着重介绍Ｗ＋２５ｗｔ％Ｒｅ合金箔孔度可控扩散式阴极工作范围宽（８５０～１１００℃），发射电流密度大（３～５０Ａ／ｃｍ２）、蒸发少，抗中毒，耐轰击，长寿命的特点。     

无机溶胶凝胶法制备铝酸盐对钡钨阴极性能的影响研究

针对高性能、长寿命空间行波管对阴极性能的苛刻需求,本文采用一种新型无机溶胶凝胶法制备钡钨阴极用铝酸盐,利用扫描电镜、X射线衍射仪分析铝酸盐的微观形貌、物相结构,并研究不同工艺路径制备铝酸盐对阴极发射性能、蒸发性能、寿命的影响。相比固相法制备的铝酸盐及阴极,无机溶胶凝胶法制备的铝酸盐烧结温度低、结晶性好、颗粒尺寸小(约1μm)且均匀性分散;无机溶胶凝胶法制备的阴极发射得到提高,发射拐点电流密度约为32.91 A/cm2,发射斜率约为1.403(1050℃(光亮温度));阴极蒸发速率较低,为2.5×10^-10 g/cm²·s(1050℃),同时阴极寿命提高了1.43倍。     

Design of Sheet-Beam Electron Gun with Planar Cathode for Terahertz Devices

The design of a sheet-beam electron gun with planar cathode was made with the help of a three-dimensional electrostatic field solver that was capable of forming a sheet-beam of 19 mA at 12 kV. It uses one-dimensional three-fold beam cross-sectional area compression meets the specific requirement of a beam to be formed of height 30 μm and width 600 μm at the beam–waist position with over 100 A/cm² uniform current density and 0.068 π-mm-mrad emittance, typically, for 0.5 THz devices. A novel beam focusing electrode (BFE) provided with extended-corner rectangular-aperture geometry alleviating the commonly encountered sheet-beam formation problem with a gun that uses a conventional BFE, as well as it reduced beam emittance more than 50%. The practicability of the design was tested by the high-voltage, the thermal and structural analyses. Work has been initiated to test the performance of special high current scandate cathode using anode-aperture mapping.     

氧化物阴极中毒的化学机理

本文从化学反应平衡观点出发，应用平衡常数的统计表达式，说明了阴极“中毒”与阴极发射物质化学反应内能的关系，解释了阴极中毒的实验曲线，进而得到测量反应内能的一个方法。     

阴极与发射的研究

从固体材料的热发射机理开始分析,引出彩色显像管中最常用的氧化物阴极和浸渍式阴极,并对它们的结构、发射机理、激活过程以及工作做了详尽的分析和对比,并对其前景作了可观的描述.