專利名稱：熱電子發(fā)射材料合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電真空技術(shù)，特別是涉及采用氣-液相合成技術(shù)合成氧化物陰極熱電子發(fā)射材料，進而實現(xiàn)提高氧化物陰極的發(fā)射電流密度，降低陰極工作溫度，延長陰極壽命的一種新工藝。
背景技術(shù)：
氧化物陰極是應(yīng)用于電真空器件最為廣泛的熱陰極之一。在氧化物陰極的研究中，電子發(fā)射材料一般都采用液-液相合成方法合成，即用易溶于水的碳酸鹽與堿土金屬的硝酸鹽發(fā)生化學反應(yīng)合成不溶于水的堿土金屬碳酸鹽，這種合成方式參與反應(yīng)的化合物多，合成產(chǎn)物通常要進行多次洗滌(一般需洗滌7以上)，才能達到一定的純度(碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣含量大于99.9％)，而隨著洗滌次數(shù)的增加，合成產(chǎn)物的產(chǎn)率降低，而且實驗發(fā)現(xiàn)碳酸鍶損失的最快，造成產(chǎn)物中碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣比例失調(diào)，影響碳酸鹽的發(fā)射性能，所以氧化物陰極發(fā)射材料的傳統(tǒng)制備技術(shù)較難掌握。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服液-液相合成碳酸鹽工藝復雜，技術(shù)難度大，以及產(chǎn)率低、產(chǎn)物中碳酸鹽各成份比例的失調(diào)等缺點，本發(fā)明采用氣-液相合成技術(shù)合成多元碳酸鹽，實現(xiàn)了簡捷工藝合成高發(fā)射性能的碳酸鹽。用于制備氧化物陰極直流發(fā)射電流大、低溫支取大電流壽命長等特點。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種熱電子發(fā)射材料合成方法，用于氧化物陰極熱電子發(fā)射材料的合成，其采用氣-液相合成技術(shù)合成熱電子發(fā)射材料；其包括下列步驟
a.首先將99.9％的Ba(OH)2、Ca(OH)2、Sr(OH)2按摩爾比(45～58)∶(35～50)∶(3～8)混合后，溶于50℃～90℃的去離子水中；b.然后從溶液底部通入CO2氣體，同時檢測溶液的PH值，當溶液PH值為7±0.1時，停止通氣；c.再采用耐酸過濾漏斗過濾去溶液中的水分；d.最后將沉淀物在200℃～250℃溫度條件下烘干，完成碳酸鹽的合成。
所述的方法，其所述b)步中，其通氣速率為2～3L/min，保證在通氣過程中氣體始終從溶液底部通入。
所述的方法，其所述d)步中，沉淀物在200℃～250℃溫度條件下烘干的時間，為≥5小時。
所述的方法，其所述b)步中，采用CO2與Ba(OH)2、Ca(OH)2、Sr(OH)2發(fā)生化學反應(yīng)生成BaCO3、CaCO3、SrCO3。
所述的方法，其所述d)步中，最后所得到的碳酸鹽形貌呈細絲狀。
所述的方法，其所得到的碳酸鹽用于提高氧化物陰極的發(fā)射性能，其陰極直流發(fā)射電流密度大，低溫支取大電流密度時壽命長，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的有益效果是，可以避免碳酸鹽在液-液相合成中技術(shù)難度大，工藝復雜等一系列技術(shù)困難，實現(xiàn)了簡捷工藝合成高發(fā)射性能的碳酸鹽，而且采用這種方式合成細絲狀結(jié)構(gòu)的碳酸鹽，比液-液相合成碳酸鹽的晶粒小，當陰極發(fā)射表面碳酸鹽結(jié)晶粒度減少時，大部分晶粒中的原子都集中在晶粒界面上，易于陰極涂層中電子的傳輸，從而提高陰極發(fā)射能力。


圖1本發(fā)明合成碳酸鹽形貌圖(2800X)；圖2合成碳酸鹽的陰極直流伏安特性曲線圖；
圖3合成碳酸鹽的陰極壽命曲線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的具體工藝過程是首先將99.9％的Ba(OH)2、Ca(OH)2、Sr(OH)2按摩爾比50∶44∶6混合后，溶于70℃的去離子水中，然后通入CO2，其通氣速率為2.5L/min，保證在通氣過程中氣體從溶液底部通入，溶液的PH值逐漸從堿性變?yōu)橹行裕斎芤篜H值為7±0.1時，停止通氣體。采用耐酸濾過漏斗過濾去溶液中的水分，沉淀物在200℃溫度條件下烘干(需5小時以上)，完成碳酸鹽的合成。本發(fā)明方法合成的碳酸鹽的形貌如圖1所示，從圖中可以看出，用氣-液相法合成的碳酸鹽呈絲狀，絲長5-8μm，絲徑1-2μm，比采用傳統(tǒng)液-液相方式合成的碳酸鹽的結(jié)晶小。
計算碳酸鹽產(chǎn)率，分析碳酸鹽純度、形貌，取得良好結(jié)果，合成碳酸鹽純度99.9％以上，產(chǎn)率99％以上，結(jié)晶??；取20克加入溶劑及粘接劑配制成碳酸鹽漿，噴涂于貯存式氧化物陰極發(fā)射表面，陰極分解、激活、老煉30小時后進行直流測試及壽命測試。
用本發(fā)明方法制得的細絲狀碳酸鹽，制備氧化物陰極的直流發(fā)射性能及低溫支取大電流的壽命曲線圖分別如圖2、圖3所示(普通試驗二極管，陰極直徑3mm，陰陽極之間距離0.9mm～1.1mm)。從圖2中可以看出，陰極在850℃、800℃工作溫度下，直流發(fā)射大于2.8A/cm2，在750℃時，直流發(fā)射大于2.3A/cm2。從圖3中可以看出，陰極在800℃時，支取初始直流發(fā)射電流1.75A/cm2，在壽命1500小時之內(nèi)，陰極發(fā)射電流沒有明顯降低，說明陰極在1500小時之內(nèi)保持初始活性不變，壽命3300小時以后，發(fā)射電流逐漸降為初始發(fā)射電流的80％，壽命結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種熱電子發(fā)射材料合成方法，用于氧化物陰極熱電子發(fā)射材料的合成，其特征在于，采用氣-液相合成技術(shù)合成熱電子發(fā)射材料；其包括下列步驟a.首先將99.9％的Ba(OH)2、Ca(OH)2、Sr(OH)2按摩爾比(45～58)∶(35～50)∶(3～8)混合后，溶于50℃～90℃的去離子水中；b.然后從溶液底部通入CO2氣體，同時檢測溶液的PH值，當溶液PH值為7±0.1時，停止通氣；c.再采用耐酸過濾漏斗過濾去溶液中的水分；d.最后將沉淀物在200℃～250℃溫度條件下烘干，完成碳酸鹽的合成。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述b)步中，其通氣速率為2～3L/min，保證在通氣過程中氣體始終從溶液底部通入。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述d)步中，沉淀物在200℃～250℃溫度條件下烘干的時間，為≥5小時。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述b)步中，采用CO2與Ba(OH)2、Ca(OH)2、Sr(OH)2發(fā)生化學反應(yīng)生成BaCO3、CaCO3、SrCO3。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述d)步中，最后所得到的碳酸鹽形貌呈細絲狀。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征在于，所得到的碳酸鹽用于提高氧化物陰極的發(fā)射性能，其陰極直流發(fā)射電流密度大，低溫支取大電流密度時壽命長，便于工業(yè)化生產(chǎn)。
全文摘要
本發(fā)明熱電子發(fā)射材料合成方法涉及電真空器件技術(shù)，特別是涉及采用氣－液相合成技術(shù)合成氧化物陰極熱電子發(fā)射材料的一種新工藝，進而實現(xiàn)提高氧化物陰極的發(fā)射電流密度，降低陰極工作溫度，延長陰極壽命。本發(fā)明采用氣－液相合成技術(shù)合成多元碳酸鹽，合成的碳酸鹽結(jié)晶小，形貌呈細絲狀，純度高，工藝流程少，可以避免在碳酸鹽液－液相合成中存在的一些技術(shù)困難。本發(fā)明工藝簡捷，操作方便，成品率高，便于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C04B35/622GK1877773SQ20051001189
公開日2006年12月13日 申請日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月9日
發(fā)明者王小霞, 廖顯恒, 羅積潤, 王勇, 趙青蘭 申請人:中國科學院電子學研究所