[发明专利]高功率磁控管用直热式阴极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高功率磁控管用直热式阴极及其制备方法，该制备方法包括如下步骤，将金属钨粉和氧化钍粉混合研磨得到钨钍合金粉末，钨钍合金粉末与1.5～3wt%的硝化棉溶液混合得到混合溶液，将混合溶液喷覆在钨丝阴极基底表面，置于红外灯下烘烤，得到表面有钨钍合金粉的钨丝阴极，然后放入高温氢气炉中烧结，再进行高温去污及碳化，即制备得到高功率磁控管用直热式阴极。本发明的高功率磁控管用直热式阴极能够提高磁控管用纯钨丝阴极的发射电流密度，降低纯钨丝阴极的工作温度及表面蒸发率，从而延长阴极及磁控管的寿命。

技术领域

本发明涉及电真空技术领域，具体来说，涉及高功率磁控管用直热式阴极及其制备方法。

背景技术

目前磁控管正朝着高输出功率的方向发展，普通的钡钨阴极、氧化物阴极等因其不耐电子、离子轰击，不耐阳极高压，易于发生打火等缺点，几乎不能在大功率连续波磁控管中应用。因此，在高阳极电压的大功率连续波磁控管中，发射本领较弱的直热式纯钨(W)丝阴极获得广泛应用。和普通氧化物阴极和钡钨阴极相比，纯W丝阴极具有发射稳定性高，耐电子、离子轰击能力强，抗中毒性强等优点。但是，在正常输出功率情况下，大功率连续波磁控管的阴极一般工作在2450K温度以上，过高的阴极工作温度将会导致阴极表面蒸发过快，当阴极的直径低于起始直径的90％时，该磁控管的阴极寿命即宣告结束。因此在大功率连续波磁控管中纯W丝阴极寿命的终结是导致磁控管寿命结束的主要原因之一。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种高功率磁控管用直热式阴极及其制备方法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高功率磁控管用直热式阴极的制备方法，该方法包括如下步骤：

a、将金属钨粉和氧化钍粉混合倒入玛瑙钵中研磨充分，得到均匀混合的钨钍合金粉末；

b、将所述钨钍合金粉末与1.5～3wt％的硝化棉溶液均匀混合得到混合溶液，将所述混合溶液喷覆在钨丝阴极基底表面，置于红外灯下烘烤，使硝化棉溶液完全蒸发，得到表面有钨钍合金的钨丝阴极；

c、将步骤b得到的表面有钨钍合金的钨丝阴极放入高温氢气炉中烧结，在2000±50℃下保温5～10分钟，即得到表面烧结了钨钍合金层的钨丝阴极；

d、将表面烧结了钨钍合金层的钨丝阴极置于真空度优于10^-4Pa的真空中，然后充入纯度为99.999％的H₂，在1800℃±50℃下，对表面烧结了钨钍合金层的钨丝阴极进行高温去污；

e、高温去污完成之后，再次将真空度抽至优于10^-4Pa，然后充入纯度为99.99％的苯蒸气，在电流为10～20A，表面烧结了钨钍合金层的钨丝阴极温度为1900±50℃的条件下进行碳化，碳化时间为30～100秒，即制备得到高功率磁控管用直热式阴极。

进一步的，所述步骤a中钨粉的纯度为99.9％，钨粉的平均粒径为1～3μm。

进一步的，所述步骤a中的钨粉和氧化钍粉是按照重量比为97:3～99:1的比例混合的。

进一步的，所述步骤a中研磨的时间为24～48小时。

进一步的，所述步骤b中的钨钍合金粉末与硝化棉溶液是按重量比为1:(2～4)的比例混合的，混合时间为0.5～2小时。

进一步的，所述步骤b中的烘烤时间≥1小时。

进一步的，所述步骤c中的烧结过程为耗时1～2小时从常温线性升至2000±50℃，在2000±50℃下保温5～10分钟，从2000±50℃耗时1～4小时线性降至常温，钨丝表面烧结的钨钍合金层的厚度为50～300μm之间。