[发明专利]一种大电流密度的钡钨阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钡钨阴极，尤其是涉及一种大电流密度的钡钨阴极及其制备方法。

背景技术

随着时代的发展，科学的进步，微波器件越来越朝着大功率、高频率的方向迈进，这对作为微波器件电子源的阴极是一个巨大的考验，尤其是进入毫米波段、太赫兹波段后，对电子注的电流密度需求非常大，需要阴极能稳定的提供几十甚至上百安培每平方厘米的电流密度。传统的钡钨阴极由于阴极海绵体的盲孔较多，孔隙结构不均匀，阴极活性物质的储备不够丰富，阴极活性物质中的钡含量低，且阴极活性物质与传统的纯钨阴极基底反应过快，大量的活性物质很快蒸发了，阴极不仅发射电流偏小，在支取大电流的状态下，还不能持久稳定工作，难以满足微波器件大功率、高频率发展的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题提供一种大电流密度的钡钨阴极及其制备方法，其目的是使得电流密度能达100A/cm²，满足微波器件大功率、高频率发展的需要。

本发明的技术方案是该种大电流密度的钡钨阴极包括阴极钼筒和填充在阴极钼筒内的双层基底，所述的双层基底包括上层和下层，上层是采用圆球形状的钨粉做为基底材料压制而成的球形钨粉层，下层是采用钨粉与铼粉混合做为基底材料压制而成的钨铼合金层。

所述的上层球形钨粉的粒径是2μm～10μm，优选为4μm。

所述的钨铼合金层中的钨粉和铼粉按照10％～50％∶90％～50％的比例混合均匀，钨粉和铼粉的配比优选为20％∶80％。

一种用于制备上述钡钨阴极的方法包括：

1)取任意形状的、颗粒度小于50μm的钨粉和铼粉在氢气中净化退火，在800℃～950℃环境中保温20min～30min；

2)将净化后的钨粉和铼粉按照10％～50％∶90％～50％的比例混合均匀，优选比例为20％∶80％，制备出钨铼合金粉料；

3)取粒径2μm～10μm、类似圆球形状的球形钨粉，在氢气中净化退火，800℃～950℃环境中保温20min～30min，球形钨粉的优选粒径4μm；

4)称取适量球形钨粉，填充在阴极钼筒中，并使粉料平实；

5)再称取适量钨铼混合粉料，填充在步骤4)后的阴极钼筒中，并使粉料平实；

6)使用8～15T/cm2的压力对阴极进行压制，将阴极基底的孔度控制在28％～40％，优选控制在33％～35％；

7)在氢气中对压制后的阴极进行烧结，1400℃～1600℃环境中保温30～70min；

8)采用3.5BaCO₃·0.5CaCO₃·2Al的铝酸盐在露点低于-60℃的干燥氢气中对烧结后的阴极进行浸渍，浸渍工艺是在1250℃～1300℃时保温7min～12min，然后在2min之内升至1740℃～1780℃，保温30s～70s，随后降温；

9)去除阴极表面多余的阴极盐，并根据图纸尺寸进行机械加工；

10)使用氮气做为介质，对阴极表面进行离子刻蚀清洗，使阴极发射表面露出新鲜的开孔。

具有上述特殊结构的该种大电流密度的钡钨阴极采用双层基底，上层采用特定形状特定颗粒的钨粉做为基底材料压制而成，下层采用钨粉与铼粉混合做为基底材料压制而成，可稳定地提供100A/cm²的电流密度，满足大功率、高频率微波器件对阴极的需求，为微波器件的发展提供强有力的保障。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明中钡钨阴极的结构示意图。

在图1中，1：球形钨粉层；2：钨铼合金层；3：阴极钼筒。

具体实施方式

图1所示为本发明中钡钨阴极的结构示意图，该种大电流密度的钡钨阴极包括阴极钼筒3和填充在阴极钼筒3内的双层基底，双层基底包括上层和下层，上层是采用圆球形状的钨粉做为基底材料压制而成的球形钨粉层1，下层是采用钨粉与铼粉混合做为基底材料压制而成的钨铼合金层2。

上层球形钨粉层1的球形钨粉的粒径是2μm～10μm，优选为4μm；下层钨铼合金层2中的钨粉和铼粉按照10％～50％∶90％～50％的比例混合均匀，配比优选为20％∶80％。

一种用于制备大电流密度的钡钨阴极的方法包括：

1)取任意形状的、颗粒度小于50μm的钨粉和铼粉在氢气中净化退火，在800℃～950℃环境中保温20min～30min；