專(zhuān)利名稱(chēng)：浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料及其制備方法，屬于稀土難熔金屬陰極材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁控管是目前應(yīng)用較為廣泛的電真空器件之一，其具有效率高、單位重量輸出功率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、制導(dǎo)、導(dǎo)航和電子對(duì)抗等軍事領(lǐng)域，并且在放射醫(yī)療、集裝箱檢測(cè)和微波加熱等各種民事領(lǐng)域同樣具有非常廣闊的應(yīng)用前景。2011年1月觀日，海南低空空域管理改革試飛活動(dòng)在海口市啟動(dòng)，這是迄今中國(guó)最大規(guī)模的一次低空空域管理改革試飛活動(dòng)。低空空域在全國(guó)范圍逐步放開(kāi)，必須要求空域管理系統(tǒng)尤其是雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行新的布局和新的投入。低空空域逐步開(kāi)放對(duì)空域管理信息化提出了更高要求。而磁控管是雷達(dá)系統(tǒng)中的關(guān)鍵且昂貴的器件，它的性能直接決定雷達(dá)的抗干擾能力以及是否能夠發(fā)揮最基本的使用功能。因此，磁控管作為大功率的微波管在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，將在微波電子管領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)，并且仍將在大功率和高頻率的應(yīng)用中繼續(xù)充當(dāng)主要角色。陰極作為磁控管的重要組成部分，它是電子流的發(fā)射體，被喻為磁控管的心臟，其性能直接影響磁控管的壽命、輸出功率和工作穩(wěn)定性。因此，磁控管的發(fā)展很大程度上決定于陰極的發(fā)展水平，陰極技術(shù)是磁控管研制與發(fā)展的核心之一，同時(shí)磁控管的發(fā)展也有力的推動(dòng)著陰極科學(xué)的進(jìn)步。但是隨著雷達(dá)、航天航空、電子對(duì)抗和微波加熱等技術(shù)的不斷發(fā)展，磁控管輸出功率進(jìn)一步提高，這對(duì)陰極的發(fā)射性能也提出了更高的要求，要求陰極兼?zhèn)鋬?yōu)異的二次電子發(fā)射性能和一定的熱電子發(fā)射性能。而目前在中低功率磁控管中使用較多的鋇鎢陰極，其二次電子發(fā)射性能難以滿足大功率磁控管的使用要求。最近開(kāi)發(fā)的復(fù)合稀土-鉬金屬陶瓷陰極材料，其二次電子發(fā)射性能穩(wěn)定，耐電子轟擊能力強(qiáng)，但其熱發(fā)射性能較差，磁控管起振能力差。因此，磁控管的繼續(xù)發(fā)展有賴(lài)于新材料、新工藝應(yīng)用的研究，仍需要繼續(xù)研究新型的陰極材料，要求具有一定的熱發(fā)射性能和優(yōu)異的二次電子發(fā)射性能，以適用于大功率磁控管和毫米波磁控管使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料及其制備方法，陰極基體中的稀土氧化物IO3，提高了陰極材料的二次電子發(fā)射性能，使其二次電子發(fā)射系數(shù)較鋇鎢陰極顯著提高。同時(shí)在浸漬用活性鹽中加入了氧化鈧和氧化釔，用以改善陰極的熱發(fā)射性能和進(jìn)一步提高其二次電子發(fā)射性能，目前對(duì)于該種材料的研究國(guó)內(nèi)外均未見(jiàn)報(bào)道。本發(fā)明所提供的浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料，其特征在于對(duì)陰極基體浸漬陰極發(fā)射活性鹽，陰極基體中含有稀土氧化物IO3，其中稀土氧化物占陰極基體總重量的3-10% wt，其余為鎢；浸漬的陰極發(fā)射活性鹽中^2O3重量含量為2-6%，Y2O3重量含量為3-5%，其余為鋁酸鋇鈣，鋁酸鋇鈣中元素Ba Ca Al摩爾比為4 1 1。本發(fā)明上述所提供的浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將鎢粉和稀土氧化物IO3機(jī)械混合，其中IO3含量為混合粉末總重量的 3-10% wt，之后將粉末在壓制壓力1. 5-4t下進(jìn)行壓制獲得陰極基體，在氫氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1500-1600°C，保溫10-20min，得到陰極基體材料；(2)以硝酸釔、硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁和碳酸銨為原料，按浸漬的陰極發(fā)射活性鹽中金屬元素比例，在硝酸釔溶液中加入硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣和硝酸鋁溶液，充分混合，之后在混合溶液中滴定加入過(guò)量碳酸銨溶液，直至陽(yáng)離子沉淀完全；經(jīng)靜置、抽濾、 烘干后的粉末在650-950°C條件下焙燒制備出浸漬用活性鹽；在氫氣氣氛下對(duì)陰極基體進(jìn)行浸漬以獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。本發(fā)明提供的浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料具有優(yōu)異的二次電子發(fā)射性能，其中陰極基體中IO3含量為10%的陰極材料最大二次電子發(fā)射系數(shù)為3. 51，激活良好的陰極材料900°C時(shí)電流發(fā)射密度能夠達(dá)到20. 99A/cm2，發(fā)射性能均優(yōu)于鋇鎢陰極。


圖1為實(shí)施例1所得的浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料的LogU-LogI曲線.
一入 ，圖2為鋇鎢陰極在不同溫度下的LogU-LogI曲線；圖3為實(shí)施例5所得的浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料在不同激活溫度的δ &曲線；圖4為鋇鎢陰極在不同激活溫度的δ &曲線；
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將0. 90克氧化釔和29. 10克鎢粉進(jìn)行機(jī)械混合，混合后粉末在壓制壓力為4t/cm2的條件下壓制成Φ3Χ 1. 5mm的陰極基體，在氫氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 1500°C，保溫IOmin0將3. 11克硝酸釔，2. 17克硝酸鈧，24. 94克硝酸鋇，5. 63克硝酸鈣，
17.90克硝酸鋁和22. 00克碳酸銨分別溶于水中，然后在硝酸釔水溶液中加入硝酸鈧水溶液、硝酸鋇水溶液、硝酸鈣水溶液和硝酸鋁溶液充分混合，最后在混合溶液中滴定加入過(guò)量碳酸銨水溶液，使陽(yáng)離子沉淀完全。經(jīng)靜置、抽濾、烘干后的粉末在650°C條件下焙燒制備出浸漬用活性鹽。對(duì)陰極基體進(jìn)行浸漬，獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。經(jīng)高溫1150°C激活處理，測(cè)試不同溫度下陰極的熱發(fā)射性能，見(jiàn)圖1。實(shí)施例2將1. 50克氧化釔和28. 50克鎢粉進(jìn)行機(jī)械混合，混合后粉末在壓制壓力為3t/cm2的條件下壓制成Φ IOX 1. 5mm的陰極基體，在氫氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 1550°C，保溫15min。將1. 86克硝酸釔，1. 44克硝酸鈧，25. 75克硝酸鋇，5. 82克硝酸鈣，
18.48克硝酸鋁和22. 00克碳酸銨分別溶于水中，然后在硝酸釔水溶液中加入硝酸鈧水溶液、硝酸鋇水溶液、硝酸鈣水溶液和硝酸鋁溶液充分混合，最后在混合溶液中滴定加入過(guò)量碳酸銨水溶液，使陽(yáng)離子沉淀完全。經(jīng)靜置、抽濾、烘干后的粉末在750°C條件下焙燒制備出浸漬用活性鹽。對(duì)陰極基體進(jìn)行浸漬，獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。高溫激活處理后，在600 V下測(cè)試其二次電子發(fā)射系數(shù)，見(jiàn)表1。實(shí)施例3將2. 10克氧化釔和27. 90克鎢粉進(jìn)行機(jī)械混合，混合后粉末在壓制壓力為2t/cm2的條件下壓制成Φ IOX 1. 5mm的陰極基體，在氫氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 1600°C，保溫20min。將2. 49克硝酸釔，2. 89克硝酸鈧，24. 94克硝酸鋇，5. 63克硝酸鈣， 17. 90克硝酸鋁和22. 00克碳酸銨分別溶于水中，然后在硝酸釔水溶液中加入硝酸鈧水溶液、硝酸鋇水溶液、硝酸鈣水溶液和硝酸鋁溶液充分混合，最后在混合溶液中滴定加入過(guò)量碳酸銨水溶液，使陽(yáng)離子沉淀完全。經(jīng)靜置、抽濾、烘干后的粉末在850°C條件下焙燒制備出浸漬用活性鹽。對(duì)陰極基體進(jìn)行浸漬，獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。高溫激活處理后，在60(TC下測(cè)試其二次電子發(fā)射系數(shù)，見(jiàn)表1。實(shí)施例4將2. 70克氧化釔和27. 30克鎢粉進(jìn)行機(jī)械混合，混合后粉末在壓制壓力為1. 5t/cm2的條件下壓制成Φ IOX 1. 5mm的陰極基體，在氫氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1500 0C，保溫15min。將2. 49克硝酸釔，3. 61克硝酸鈧，24. 66克硝酸鋇，5. 57克硝酸鈣， 17. 70克硝酸鋁和22. 00克碳酸銨分別溶于水中，然后在硝酸釔水溶液中加入硝酸鈧水溶液、硝酸鋇水溶液、硝酸鈣水溶液和硝酸鋁溶液充分混合，最后在混合溶液中滴定加入過(guò)量碳酸銨水溶液，使陽(yáng)離子沉淀完全。經(jīng)靜置、抽濾、烘干后的粉末在950°C條件下焙燒制備出浸漬用活性鹽。對(duì)陰極基體進(jìn)行浸漬，獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。高溫激活處理后，在600 V下測(cè)試其二次電子發(fā)射系數(shù)，見(jiàn)表1.實(shí)施例5將3. 00克氧化釔和27. 00克鎢粉進(jìn)行機(jī)械混合，混合后粉末在壓制壓力為4t/cm2的條件下壓制成Φ IOX 1. 5mm的陰極基體，在氫氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 1550°C，保溫IOmin0將1. 86克硝酸釔，4. 33克硝酸鈧，24. 66克硝酸鋇，5. 57克硝酸鈣， 17. 70克硝酸鋁和22. 00克碳酸銨分別溶于水中，然后在硝酸釔水溶液中加入硝酸鈧水溶液、硝酸鋇水溶液、硝酸鈣水溶液和硝酸鋁溶液充分混合，最后在混合溶液中滴定加入過(guò)量碳酸銨水溶液，使陽(yáng)離子沉淀完全。經(jīng)靜置、抽濾、烘干后的粉末在700°C條件下焙燒制備出浸漬用活性鹽。對(duì)陰極基體進(jìn)行浸漬，獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。高溫激活處理后，在600 V下測(cè)試其二次電子發(fā)射系數(shù)，見(jiàn)表1，見(jiàn)圖3。如表1所示，浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料具有優(yōu)異的二次電子發(fā)射性能，其最大二次電子發(fā)射系數(shù)可以達(dá)到3. 51，激活溫度為1150°C，90(TC的電流發(fā)射密度為 20. 99A/cm2。鋇鎢陰極的熱發(fā)射性能和二次電子發(fā)射性能測(cè)試結(jié)果如圖2和圖4所示，最大二次電子發(fā)射系數(shù)為2. 13，900°C的零場(chǎng)電流密度Jtl僅為3.48A/cm2。相同測(cè)試溫度下，浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料的發(fā)射性能均遠(yuǎn)高于鋇鎢陰極。并且鋇鎢陰極的激活溫度為1200°C，本發(fā)明提供的陰極材料激活溫度比鋇鎢陰極要低50°C，激活溫度過(guò)高會(huì)給燈絲帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)，這也為浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。表1浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料二次電子發(fā)射性能比較
權(quán)利要求
1.一種浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料，其特征在于對(duì)陰極基體浸漬陰極發(fā)射活性鹽，陰極基體中含有稀土氧化物IO3，其中稀土氧化物占陰極基體總重量的3-10% wt，其余為鎢；浸漬的陰極發(fā)射活性鹽中^2O3重量含量為2-6%，Y2O3重量含量為3-5%，其余為鋁酸鋇鈣，鋁酸鋇鈣中元素Ba Ca Al摩爾比為4 1 1。
2.按照權(quán)利要求1的一種浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將鎢粉和稀土氧化物Y2O3機(jī)械混合，其中^O3含量為混合粉末總重量的3-10%wt， 之后將粉末在壓制壓力1. 5-4t下進(jìn)行壓制獲得陰極基體，在氫氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1500-1600°C，保溫10-20min，得到陰極基體材料；(2)以硝酸釔、硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁和碳酸銨為原料，按浸漬的陰極發(fā)射活性鹽中金屬元素比例，在硝酸釔溶液中加入硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣和硝酸鋁溶液，充分混合，之后在混合溶液中滴定加入過(guò)量碳酸銨溶液，直至陽(yáng)離子沉淀完全；經(jīng)靜置、抽濾、烘干后的粉末在650-950°C條件下焙燒制備出浸漬用活性鹽；在氫氣氣氛下對(duì)陰極基體進(jìn)行浸漬以獲得浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料。
全文摘要
浸漬型氧化釔-鎢基釔、鈧酸鹽陰極材料及其制備方法，屬于稀土難熔金屬陰極材料技術(shù)領(lǐng)域。陰極基體中稀土氧化物為3-10％wt，其余為鎢；對(duì)其浸漬的陰極發(fā)射活性鹽中Sc2O3重量含量為2-6％，Y2O3重量含量為3-5％，其余為鋁酸鋇鈣，鋁酸鋇鈣中元素Ba∶Ca∶Al摩爾比為4∶1∶1。制備方法為將鎢粉和稀土氧化物Y2O3機(jī)械混合、壓制、燒結(jié)得到基體；以硝酸釔、硝酸鈧、硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁和碳酸銨為原料，焙燒制備出浸漬用活性鹽；在氫氣氣氛下對(duì)陰極基體進(jìn)行浸漬以獲得陰極材料。測(cè)試其二次電子發(fā)射系數(shù)明顯高于鋇鎢陰極的二次電子發(fā)射系數(shù)，且熱發(fā)射電流密度可以達(dá)到20.99A/cm2。
文檔編號(hào)H01J9/02GK102394208SQ201110341108
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者劉偉, 劉祥, 周美玲, 左鐵鏞, 楊帆, 楊韻斐, 王金淑, 趙雪薇 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)