浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料及其製備方法

2023-07-28 20:41:46 2

專利名稱：浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料及其製備方法
技術領域：
一種浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料及其製備方法，屬於稀土難熔金屬陰極材料技術領域。
背景技術：
磁控管是目前應用較為廣泛的電真空器件之一，其具有效率高、單位重量輸出功率高、結構簡單、可靠性高和價格便宜等優點，廣泛應用於雷達、制導、導航和電子對抗等軍事領域，並且在放射醫療、貨櫃檢測和微波加熱等各種民事領域同樣具有非常廣闊的應用前景。2011年1月觀日，海南低空空域管理改革試飛活動在海口市啟動，這是迄今中國最大規模的一次低空空域管理改革試飛活動。低空空域在全國範圍逐步放開，必須要求空域管理系統尤其是雷達系統進行新的布局和新的投入。低空空域逐步開放對空域管理信息化提出了更高要求。而磁控管是雷達系統中的關鍵且昂貴的器件，它的性能直接決定雷達的抗幹擾能力以及是否能夠發揮最基本的使用功能。因此，磁控管作為大功率的微波管在今後相當長的一段時期內，將在微波電子管領域繼續發揮它的優勢，並且仍將在大功率和高頻率的應用中繼續充當主要角色。陰極作為磁控管的重要組成部分，它是電子流的發射體，被喻為磁控管的心臟，其性能直接影響磁控管的壽命、輸出功率和工作穩定性。因此，磁控管的發展很大程度上決定於陰極的發展水平，陰極技術是磁控管研製與發展的核心之一，同時磁控管的發展也有力的推動著陰極科學的進步。但是隨著雷達、航天航空、電子對抗和微波加熱等技術的不斷發展，磁控管輸出功率進一步提高，這對陰極的發射性能也提出了更高的要求，要求陰極兼備優異的二次電子發射性能和一定的熱電子發射性能。而目前在中低功率磁控管中使用較多的鋇鎢陰極，其二次電子發射性能難以滿足大功率磁控管的使用要求。最近開發的複合稀土-鉬金屬陶瓷陰極材料，其二次電子發射性能穩定，耐電子轟擊能力強，但其熱發射性能較差，磁控管起振能力差。因此，磁控管的繼續發展有賴於新材料、新工藝應用的研究，仍需要繼續研究新型的陰極材料，要求具有一定的熱發射性能和優異的二次電子發射性能，以適用於大功率磁控管和毫米波磁控管使用要求。

發明內容
本發明的目的是提供一種浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料及其製備方法，陰極基體中的稀土氧化物IO3，提高了陰極材料的二次電子發射性能，使其二次電子發射係數較鋇鎢陰極顯著提高。同時在浸漬用活性鹽中加入了氧化鈧和氧化釔，用以改善陰極的熱發射性能和進一步提高其二次電子發射性能，目前對於該種材料的研究國內外均未見報導。本發明所提供的浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料，其特徵在於對陰極基體浸漬陰極發射活性鹽，陰極基體中含有稀土氧化物IO3，其中稀土氧化物佔陰極基體總重量的3-10% wt，其餘為鎢；浸漬的陰極發射活性鹽中^2O3重量含量為2-6%，Y2O3重量含量為3-5%，其餘為鋁酸鋇鈣，鋁酸鋇鈣中元素Ba Ca Al摩爾比為4 1 1。本發明上述所提供的浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)將鎢粉和稀土氧化物IO3機械混合，其中IO3含量為混合粉末總重量的 3-10% wt，之後將粉末在壓制壓力1. 5-4t下進行壓制獲得陰極基體，在氫氣氣氛下進行燒結，燒結溫度為1500-1600°C，保溫10-20min，得到陰極基體材料；(2)以硝酸釔、硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁和碳酸銨為原料，按浸漬的陰極發射活性鹽中金屬元素比例，在硝酸釔溶液中加入硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣和硝酸鋁溶液，充分混合，之後在混合溶液中滴定加入過量碳酸銨溶液，直至陽離子沉澱完全；經靜置、抽濾、 烘乾後的粉末在650-950°C條件下焙燒製備出浸漬用活性鹽；在氫氣氣氛下對陰極基體進行浸漬以獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。本發明提供的浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料具有優異的二次電子發射性能，其中陰極基體中IO3含量為10%的陰極材料最大二次電子發射係數為3. 51，激活良好的陰極材料900°C時電流發射密度能夠達到20. 99A/cm2，發射性能均優於鋇鎢陰極。


圖1為實施例1所得的浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料的LogU-LogI曲線.
一入 ，圖2為鋇鎢陰極在不同溫度下的LogU-LogI曲線；圖3為實施例5所得的浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料在不同激活溫度的δ &曲線；圖4為鋇鎢陰極在不同激活溫度的δ &曲線；
具體實施例方式實施例1將0. 90克氧化釔和29. 10克鎢粉進行機械混合，混合後粉末在壓制壓力為4t/cm2的條件下壓製成Φ3Χ 1. 5mm的陰極基體，在氫氣氣氛下進行燒結，燒結溫度為 1500°C，保溫IOmin0將3. 11克硝酸釔，2. 17克硝酸鈧，24. 94克硝酸鋇，5. 63克硝酸鈣，
17.90克硝酸鋁和22. 00克碳酸銨分別溶於水中，然後在硝酸釔水溶液中加入硝酸鈧水溶液、硝酸鋇水溶液、硝酸鈣水溶液和硝酸鋁溶液充分混合，最後在混合溶液中滴定加入過量碳酸銨水溶液，使陽離子沉澱完全。經靜置、抽濾、烘乾後的粉末在650°C條件下焙燒製備出浸漬用活性鹽。對陰極基體進行浸漬，獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。經高溫1150°C激活處理，測試不同溫度下陰極的熱發射性能，見圖1。實施例2將1. 50克氧化釔和28. 50克鎢粉進行機械混合，混合後粉末在壓制壓力為3t/cm2的條件下壓製成Φ IOX 1. 5mm的陰極基體，在氫氣氣氛下進行燒結，燒結溫度為 1550°C，保溫15min。將1. 86克硝酸釔，1. 44克硝酸鈧，25. 75克硝酸鋇，5. 82克硝酸鈣，
18.48克硝酸鋁和22. 00克碳酸銨分別溶於水中，然後在硝酸釔水溶液中加入硝酸鈧水溶液、硝酸鋇水溶液、硝酸鈣水溶液和硝酸鋁溶液充分混合，最後在混合溶液中滴定加入過量碳酸銨水溶液，使陽離子沉澱完全。經靜置、抽濾、烘乾後的粉末在750°C條件下焙燒製備出浸漬用活性鹽。對陰極基體進行浸漬，獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。高溫激活處理後，在600 V下測試其二次電子發射係數，見表1。實施例3將2. 10克氧化釔和27. 90克鎢粉進行機械混合，混合後粉末在壓制壓力為2t/cm2的條件下壓製成Φ IOX 1. 5mm的陰極基體，在氫氣氣氛下進行燒結，燒結溫度為 1600°C，保溫20min。將2. 49克硝酸釔，2. 89克硝酸鈧，24. 94克硝酸鋇，5. 63克硝酸鈣， 17. 90克硝酸鋁和22. 00克碳酸銨分別溶於水中，然後在硝酸釔水溶液中加入硝酸鈧水溶液、硝酸鋇水溶液、硝酸鈣水溶液和硝酸鋁溶液充分混合，最後在混合溶液中滴定加入過量碳酸銨水溶液，使陽離子沉澱完全。經靜置、抽濾、烘乾後的粉末在850°C條件下焙燒製備出浸漬用活性鹽。對陰極基體進行浸漬，獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。高溫激活處理後，在60(TC下測試其二次電子發射係數，見表1。實施例4將2. 70克氧化釔和27. 30克鎢粉進行機械混合，混合後粉末在壓制壓力為1. 5t/cm2的條件下壓製成Φ IOX 1. 5mm的陰極基體，在氫氣氣氛下進行燒結，燒結溫度為1500 0C，保溫15min。將2. 49克硝酸釔，3. 61克硝酸鈧，24. 66克硝酸鋇，5. 57克硝酸鈣， 17. 70克硝酸鋁和22. 00克碳酸銨分別溶於水中，然後在硝酸釔水溶液中加入硝酸鈧水溶液、硝酸鋇水溶液、硝酸鈣水溶液和硝酸鋁溶液充分混合，最後在混合溶液中滴定加入過量碳酸銨水溶液，使陽離子沉澱完全。經靜置、抽濾、烘乾後的粉末在950°C條件下焙燒製備出浸漬用活性鹽。對陰極基體進行浸漬，獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。高溫激活處理後，在600 V下測試其二次電子發射係數，見表1.實施例5將3. 00克氧化釔和27. 00克鎢粉進行機械混合，混合後粉末在壓制壓力為4t/cm2的條件下壓製成Φ IOX 1. 5mm的陰極基體，在氫氣氣氛下進行燒結，燒結溫度為 1550°C，保溫IOmin0將1. 86克硝酸釔，4. 33克硝酸鈧，24. 66克硝酸鋇，5. 57克硝酸鈣， 17. 70克硝酸鋁和22. 00克碳酸銨分別溶於水中，然後在硝酸釔水溶液中加入硝酸鈧水溶液、硝酸鋇水溶液、硝酸鈣水溶液和硝酸鋁溶液充分混合，最後在混合溶液中滴定加入過量碳酸銨水溶液，使陽離子沉澱完全。經靜置、抽濾、烘乾後的粉末在700°C條件下焙燒製備出浸漬用活性鹽。對陰極基體進行浸漬，獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。高溫激活處理後，在600 V下測試其二次電子發射係數，見表1，見圖3。如表1所示，浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料具有優異的二次電子發射性能，其最大二次電子發射係數可以達到3. 51，激活溫度為1150°C，90(TC的電流發射密度為 20. 99A/cm2。鋇鎢陰極的熱發射性能和二次電子發射性能測試結果如圖2和圖4所示，最大二次電子發射係數為2. 13，900°C的零場電流密度Jtl僅為3.48A/cm2。相同測試溫度下，浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料的發射性能均遠高於鋇鎢陰極。並且鋇鎢陰極的激活溫度為1200°C，本發明提供的陰極材料激活溫度比鋇鎢陰極要低50°C，激活溫度過高會給燈絲帶來很大負擔，這也為浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料的應用奠定了基礎。表1浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料二次電子發射性能比較
權利要求
1.一種浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料，其特徵在於對陰極基體浸漬陰極發射活性鹽，陰極基體中含有稀土氧化物IO3，其中稀土氧化物佔陰極基體總重量的3-10% wt，其餘為鎢；浸漬的陰極發射活性鹽中^2O3重量含量為2-6%，Y2O3重量含量為3-5%，其餘為鋁酸鋇鈣，鋁酸鋇鈣中元素Ba Ca Al摩爾比為4 1 1。
2.按照權利要求1的一種浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)將鎢粉和稀土氧化物Y2O3機械混合，其中^O3含量為混合粉末總重量的3-10%wt， 之後將粉末在壓制壓力1. 5-4t下進行壓制獲得陰極基體，在氫氣氣氛下進行燒結，燒結溫度為1500-1600°C，保溫10-20min，得到陰極基體材料；(2)以硝酸釔、硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁和碳酸銨為原料，按浸漬的陰極發射活性鹽中金屬元素比例，在硝酸釔溶液中加入硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣和硝酸鋁溶液，充分混合，之後在混合溶液中滴定加入過量碳酸銨溶液，直至陽離子沉澱完全；經靜置、抽濾、烘乾後的粉末在650-950°C條件下焙燒製備出浸漬用活性鹽；在氫氣氣氛下對陰極基體進行浸漬以獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。
全文摘要
浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料及其製備方法，屬於稀土難熔金屬陰極材料技術領域。陰極基體中稀土氧化物為3-10％wt，其餘為鎢；對其浸漬的陰極發射活性鹽中Sc2O3重量含量為2-6％，Y2O3重量含量為3-5％，其餘為鋁酸鋇鈣，鋁酸鋇鈣中元素Ba∶Ca∶Al摩爾比為4∶1∶1。製備方法為將鎢粉和稀土氧化物Y2O3機械混合、壓制、燒結得到基體；以硝酸釔、硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁和碳酸銨為原料，焙燒製備出浸漬用活性鹽；在氫氣氣氛下對陰極基體進行浸漬以獲得陰極材料。測試其二次電子發射係數明顯高於鋇鎢陰極的二次電子發射係數，且熱發射電流密度可以達到20.99A/cm2。
文檔編號H01J9/02GK102394208SQ201110341108
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者劉偉, 劉祥, 周美玲, 左鐵鏞, 楊帆, 楊韻斐, 王金淑, 趙雪薇 申請人:北京工業大學