[发明专利]电子收集极材料及电子收集极的制备方法

说明书

本发明公开了一种电子收集极材料及电子收集极的制备方法，电子收集极材料包括石墨基体以及相对石墨基体表面渗入石墨基体内部的TiC，TiC为单质Ti与石墨基体中的碳原位反应形成，且形成于石墨基体的表面和填充于石墨基体的孔隙中。电子收集极的制备方法包括以下步骤：（1）制备收集极预制体：将钛源和熔盐介质混合后在惰性气氛下加热至熔融状态，得到熔融混合物，将石墨收集极坯体浸没于熔融混合物中，取出冷却后得到收集极预制体；（2）烧结：将步骤（1）所得的收集极预制体进行烧结，得到电子收集极。该电子收集极材料具有耐电子轰击、清洁性好、使用寿命长、导热及导电性好等优点，该电子收集极的制备方法工艺简单、成本低廉、可操作性强。

技术领域

本发明属于真空电子技术领域，尤其涉及一种电子收集极材料及电子收集极的制备方法。

背景技术

高功率微波（HPM: High Power Microwave）是通过强流电子束在一定电磁结构中进行束波能量交换而产生的，由于电子束的能量转化效率较低，携带有大部分剩余能量的电子束需由收集极收集。强流电子通过与收集极材料的相互作用逐步损失能量，并最终沉积在材料内部，从而实现电子束的收集。收集极长期受到强流电子束重复轰击，会使收集极表面产生电子发射、韧致辐射和严重的温升甚至熔化现象。由于电子束能量沉积导致的材料表层和亚表层的温升是非均匀的，由此会导致材料变形不均匀，从而产生热力波。当应力波大于材料破坏强度时，会使收集级表层剥落；若电子束能量沉积引起收集极材料的熔化，熔融汽化的物质在强电场作用下形成等离子体，而等离子体的膨胀会使得二极管间隙缩短，导致微波源的阻抗变小；从收集极表面发射的自由电子进入束波耦合区，会降低阴极发射的强流电子束速度，展宽其电子能量分布，从而降低了束波耦合效率和微波输出功率；韧致辐射所产生的X射线能够使物质产生电离，并对设备和人员均会产生损伤。总之，高能量电子束辐照收集极产生的材料温升、电子发射、韧致辐射等复杂的物理现象对束波耦合作用不利，从而导致高功率微波源的束波作用效率降低，微波脉冲缩短，甚至造成收集极结构的破坏。随着HPM技术朝更高峰值功率和高能量方向发展，HPM源用收集极问题越发凸显，并成为HPM技术发展的制约点。