[发明专利]一种热阴极用钨基体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种热阴极用钨基体及其制备方法，属于微波真空电子技术及难熔金属粉末冶金领域。本发明的热阴极用钨基体为纯钨、钨铱、钨锇或钨铼合金，它的总孔隙度为13～22％，平均孔径为0.2～1.5μm，闭孔率＜0.5％，骨架抗拉强度为150～300MPa。其制备方法是以湿法分级的窄粒度、中细颗粒钨或钨合金粉为原料，经真空除气、过筛、冷等静压压制、复合烧结，再经热等静压复压复烧改性、全致密渗铜，最后机加工和高温真空去铜。本发明的热阴极用钨基体孔隙度适宜、孔径小且分布窄、闭孔率极低、骨架强度高，可用于制作低温大电流、高可靠和长寿命阴极；其制备方法工艺可控度高，产品一致性好，容易实现规模化生产。

技术领域

本发明涉及一种热阴极用钨基体及其制备方法，属于微波真空电子技术及难熔金属粉末冶金领域。

技术背景

微波真空电子技术是一个历史悠久、富有活力且发展潜力巨大的研究领域，其涵盖微波电子学、阴极电子学、电磁场理论、新材料技术、真空技术、数值计算及模拟仿真技术等学科，综合性极强。发展历程表明，微波真空电子技术的发展取决于一个国家的综合实力，并决定着该国微波真空电子器件的发展水平。目前，美国、俄罗斯、英国、法国、日本、德国、中国等综合科技实力较强的国家具有高性能微波真空电子器件研制、生产和应用的能力。

微波真空电子器件作为各种雷达、通信、遥感遥测遥控、电子对抗和精密制导设备的功率型发射源，是现代及未来国防电子装备的“心脏”。核心部件热阴极是微波真空电子器件的电子发射源，其性能和质量直接影响到器件和系统的工作特性和使用寿命。热阴极研究是微波电真空器件研制与发展的核心之一，低工作温度、大电流密度、高可靠、长寿命是阴极研制追求的目标。目前，基于多孔钨海绵基体的掺杂扩散型热阴极具有较高的热电子发射能力。多孔钨基体是热阴极的骨架，基体中的孔隙可储备大量活性发射物质，并提供巨大的反应接触表面；多孔钨为反应生成的活性钡原子提供迁移扩散的通道；多孔钨基体表面和迁移来的活性钡原子还一起组成了表面电子发射系统。理想的钨海绵基体应具有孔隙均匀弥散、孔径分布窄、闭孔率低、骨架强度高等特点；否则，骨架强度不够，阴极可靠性无从谈起；孔隙大小不一、闭孔率高、分布不均等，将导致钨多孔体储存、激活和输运发射物质的能力下降，阴极难以获得均匀的电子发射从而性能、寿命受限。因此，热阴极专用高质量多孔钨基体的制备技术及方法至关重要。

热阴极用钨基体材料一般选用钨或钨合金，其制备常采用如下的难熔金属粉末冶金方法：

(1)过筛

(2)烧氢：高纯氢气，露点低于-40℃，1150℃，15min；

(3)压制：冷等静压压制，200MPa；

(4)低温氢气烧结：高纯氢气，1300～1450℃，60min；

(5)粗加工：对预烧结坯进行粗车加工以规整外形；

(6)高温氢气烧结：高纯氢气，1800～2300℃，20～40min；

(7)渗铜：高温烧结成的多孔钨毛坯性脆，无法车加工，浸铜后则可改善其车削性能；采用浸渗或熔渗法进行渗铜；

(8)机加工

(9)去铜：化学法结合高温真空去铜，或直接高温真空去铜。

基于上述制备方法，热阴极用多孔钨基体最常见的问题是孔隙分布不均匀、孔径及孔口口径偏大且分布宽、闭孔率偏高、骨架强度低等，使得阴极发射不均匀、蒸发较大，最终影响阴极工作的低温大电流能力、可靠性和寿命特性。