專利名稱：一種大電流密度的鋇鎢陰極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋇鎢陰極，尤其是涉及一種大電流密度的鋇鎢陰極及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著時(shí)代的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，微波器件越來越朝著大功率、高頻率的方向邁進(jìn)，這對作為微波器件電子源的陰極是一個(gè)巨大的考驗(yàn)，尤其是進(jìn)入毫米波段、太赫茲波段后，對電子注的電流密度需求非常大，需要陰極能穩(wěn)定的提供幾十甚至上百安培每平方厘米的電流密度。傳統(tǒng)的鋇鎢陰極由于陰極海綿體的盲孔較多，孔隙結(jié)構(gòu)不均勻，陰極活性物質(zhì)的儲備不夠豐富，陰極活性物質(zhì)中的鋇含量低，且陰極活性物質(zhì)與傳統(tǒng)的純鎢陰極基底反應(yīng)過快，大量的活性物質(zhì)很快蒸發(fā)了，陰極不僅發(fā)射電流偏小，在支取大電流的狀態(tài)下，還不能持久穩(wěn)定工作，難以滿足微波器件大功率、高頻率發(fā)展的需要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題提供一種大電流密度的鋇鎢陰極及其制備方法，其目的是使得電流密度能達(dá)lOOA/cm2，滿足微波器件大功率、高頻率發(fā)展的需要。本發(fā)明的技術(shù)方案是該種大電流密度的鋇鎢陰極包括陰極鑰筒和填充在陰極鑰筒內(nèi)的雙層基底，所述的雙層基底包括上層和下層，上層是采用圓球形狀的鎢粉做為基底材料壓制而成的球形鎢粉層，下層是采用鎢粉與錸粉混合做為基底材料壓制而成的鎢錸合金層。所述的上層球形鶴粉的粒徑是2 μ m 10 μ m,優(yōu)選為4 μ m。所述的鎢錸合金層中的鎢粉和錸粉按照10 % 50 % 90 % 50 %的比例混合均勻，鎢粉和錸粉的配比優(yōu)選為20% 80%。
—種用于制備上述鋇鎢陰極的方法包括I)取任意形狀的、顆粒度小于50 μ m的鎢粉和錸粉在氫氣中凈化退火，在800°C 950°C環(huán)境中保溫20min 30min ；2)將凈化后的鎢粉和錸粉按照10 % 50 % : 90 % 50 %的比例混合均勻，優(yōu)選比例為20%: 80%，制備出鎢錸合金粉料；3)取粒徑2μπι ΙΟμπκ類似圓球形狀的球形鎢粉，在氫氣中凈化退火，800°C 950°C環(huán)境中保溫20min 30min,球形鶴粉的優(yōu)選粒徑4 μ m ;4)稱取適量球形鎢粉，填充在陰極鑰筒中，并使粉料平實(shí)；5)再稱取適量鎢錸混合粉料，填充在步驟4)后的陰極鑰筒中，并使粉料平實(shí)；6)使用8 15T/cm2的壓力對陰極進(jìn)行壓制,將陰極基底的孔度控制在28% 40%，優(yōu)選控制在33% 35% ;7)在氫氣中對壓制后的陰極進(jìn)行燒結(jié)，1400°C 1600°C環(huán)境中保溫30 70min ；
8)采用3. 5BaC03 · O. 5CaC03 · 2A1的鋁酸鹽在露點(diǎn)低于_60°C的干燥氫氣中對燒結(jié)后的陰極進(jìn)行浸潰，浸潰工藝是在1250°C 1300°C時(shí)保溫7min 12min，然后在2min之內(nèi)升至1740°C 1780°C，保溫30s 70s，隨后降溫；9)去除陰極表面多余的陰極鹽，并根據(jù)圖紙尺寸進(jìn)行機(jī)械加工；10)使用氮?dú)庾鰹榻橘|(zhì)，對陰極表面進(jìn)行離子刻蝕清洗，使陰極發(fā)射表面露出新鮮的開孔。
具有上述特殊結(jié)構(gòu)的該種大電流密度的鋇鎢陰極采用雙層基底，上層采用特定形狀特定顆粒的鎢粉做為基底材料壓制而成，下層采用鎢粉與錸粉混合做為基底材料壓制而成，可穩(wěn)定地提供lOOA/cm2的電流密度，滿足大功率、高頻率微波器件對陰極的需求，為微波器件的發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明圖I為本發(fā)明中鋇鎢陰極的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖I中，I :球形鶴粉層；2 :鶴鍊合金層；3 :陰極鑰筒。
具體實(shí)施例方式圖I所示為本發(fā)明中鋇鎢陰極的結(jié)構(gòu)示意圖，該種大電流密度的鋇鎢陰極包括陰極鑰筒3和填充在陰極鑰筒3內(nèi)的雙層基底，雙層基底包括上層和下層，上層是采用圓球形狀的鎢粉做為基底材料壓制而成的球形鎢粉層1，下層是采用鎢粉與錸粉混合做為基底材料壓制而成的鎢錸合金層2。上層球形鎢粉層I的球形鎢粉的粒徑是2μπι ΙΟμπι，優(yōu)選為4μπι;下層鎢錸合金層2中的鎢粉和錸粉按照10% 50% 90% 50%的比例混合均勻，配比優(yōu)選為20% 80%。一種用于制備大電流密度的鋇鎢陰極的方法包括I)取任意形狀的、顆粒度小于50 μ m的鎢粉和錸粉在氫氣中凈化退火，在800°C 950°C環(huán)境中保溫20min 30min ；2)將凈化后的鎢粉和錸粉按照10 % 50 % : 90 % 50 %的比例混合均勻，制備出鎢錸合金粉料；鎢粉和錸粉的配比優(yōu)選為20% 80%。3)取粒徑2μπι ΙΟμπι、類似圓球形狀的球形鎢粉，在氫氣中凈化退火，800°C 950°C環(huán)境中保溫20min 30min，球形鎢粉的粒徑優(yōu)選為4 μ m ;4)稱取適量球形鎢粉，填充在陰極鑰筒3中，并使粉料平實(shí)；5)再稱取適量鎢錸混合粉料，填充在步驟4)后的陰極鑰筒3中，并使粉料平實(shí)；6)使用8 15T/cm2的壓力對陰極進(jìn)行壓制,將陰極基底的孔度控制在28% 40%，優(yōu)選控制在33% 35% ;7)在氫氣中對壓制后的陰極進(jìn)行燒結(jié)，1400°C 1600°C環(huán)境中保溫30 70min ；8)采用3. 5BaC03 · O. 5CaC03 · 2A1的鋁酸鹽在露點(diǎn)低于_60°C的干燥氫氣中對燒結(jié)后的陰極進(jìn)行浸潰，浸潰工藝是在1250°C 1300°C時(shí)保溫7min 12min，然后在2min之內(nèi)升至1740°C 1780°C，保溫30s 70s，隨后降溫；
9)去除陰極表面多余的陰極鹽，并根據(jù)圖紙尺寸進(jìn)行機(jī)械加工；10)使用氮?dú)庾鰹榻橘|(zhì)，對陰極表面進(jìn)行離子刻蝕清洗，使陰極發(fā)射表面露出新鮮的開孔。
該種大電流密度的鋇鎢陰極采用雙層基底，上層采用特定形狀特定顆粒的鎢粉做為基底材料壓制而成，下層采用鎢粉與錸粉混合做為基底材料壓制而成，可穩(wěn)定地提供lOOA/cm2的電流密度，滿足大功率、高頻率微波器件對陰極的需求，為微波器件的發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。
權(quán)利要求
1.一種大電流密度的鋇鎢陰極，其特征在于所述的鋇鎢陰極包括陰極鑰筒(3)和填充在陰極鑰筒(3)內(nèi)的雙層基底，所述的雙層基底包括上層和下層，上層是采用圓球形狀的鎢粉做為基底材料壓制而成的球形鎢粉層(I)，下層是采用鎢粉與錸粉混合做為基底材料壓制而成的鎢錸合金層(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大電流密度的鋇鎢陰極，其特征在于所述的上層球形鶴粉的粒徑是2 μ m 10 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種大電流密度的鋇鎢陰極，其特征在于所述的鎢錸合金層⑵中的鎢粉和錸粉按照10 % 50% 90 % 50 %的比例混合均勻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大電流密度的鋇鎢陰極，其特征在于所述的上層球形鶴粉的粒徑優(yōu)選為4 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大電流密度的鋇鎢陰極，其特征在于所述的鎢錸合金層(2)中的鎢粉和錸粉的配比優(yōu)選為20% 80%。
6.一種用于制備權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的大電流密度的鋇鎢陰極的方法，其特征在于所述的制備方法包括， 1)取任意形狀的、顆粒度小于50μ m的鎢粉和錸粉在氫氣中凈化退火，在800°C 950°C環(huán)境中保溫20min 30min ； 2)將凈化后的鎢粉和錸粉按照10% 50% 90% 50%的比例混合均勻，制備出鎢錸合金粉料； 3)取粒徑2μ m 10 μ m、類似圓球形狀的球形鎢粉，在氫氣中凈化退火，800°C 950°C環(huán)境中保溫20min 30min ； 4)稱取適量球形鎢粉，填充在陰極鑰筒(3)中，并使粉料平實(shí)； 5)再稱取適量鎢錸混合粉料，填充在步驟4)后的陰極鑰筒(3)中，并使粉料平實(shí)； 6)使用8 15T/cm2的壓力對陰極進(jìn)行壓制，將陰極基底的孔度控制在28% 40%； 7)在氫氣中對壓制后的陰極進(jìn)行燒結(jié)，1400°C 1600°C環(huán)境中保溫30 70min； 8)采用3.5BaC03 · O. 5CaC03 · 2A1的鋁酸鹽在露點(diǎn)低于_60°C的干燥氫氣中對燒結(jié)后的陰極進(jìn)行浸潰，浸潰工藝是在1250°C 1300°C時(shí)保溫7min 12min，然后在2min之內(nèi)升至1740°C 1780°C，保溫30s 70s，隨后降溫； 9)去除陰極表面多余的陰極鹽，并根據(jù)圖紙尺寸進(jìn)行機(jī)械加工； 10)使用氮?dú)庾鰹榻橘|(zhì)，對陰極表面進(jìn)行離子刻蝕清洗，使陰極發(fā)射表面露出新鮮的開孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述的上層球形鎢粉的粒徑優(yōu)選為4 μ m0
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述的鎢錸合金層(2)中的鎢粉和錸粉的配比優(yōu)選為20% 80%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于所述的陰極基底的孔度優(yōu)選控制在33% 35%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大電流密度的鋇鎢陰極及其制備方法，鋇鎢陰極包括陰極鉬筒(3)和填充在陰極鉬筒(3)內(nèi)的雙層基底，雙層基底包括上層和下層，上層是采用圓球形狀的鎢粉做為基底材料壓制而成的球形鎢粉層(1)，且鎢粉的粒徑是4μm；下層是采用鎢粉與錸粉混合做為基底材料壓制而成的鎢錸合金層(2)，且鎢粉和錸粉按照20％∶80％比例混合均勻。具有上述特殊結(jié)構(gòu)的該種大電流密度的鋇鎢陰極采用雙層基底，上層采用特定形狀特定顆粒的鎢粉做為基底材料壓制而成，下層采用鎢粉與錸粉混合做為基底材料壓制而成，可穩(wěn)定地提供100A/cm2的電流密度，滿足大功率、高頻率微波器件對陰極的需求，為微波器件的發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。
文檔編號B22F7/04GK102637566SQ20121009081
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者吳華夏, 宋田英, 張麗, 賀兆昌, 鄧清東 申請人:安徽華東光電技術(shù)研究所