用于鋇鎢陰極的活性組合物及其制備方法和鋇鎢陰極的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于鋇鎢陰極的活性組合物及其制備方法和鋇鎢陰極的制備方法。本發(fā)明提供的用于鋇鎢陰極的活性組合物含有碳酸鋇、碳酸鈣以及鋁粉，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的含量可為1200-1500重量份，鋁粉的含量可為80-140重量份；優(yōu)選地，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的含量為1360-1410重量份，鋁粉的含量為100-120重量份。本發(fā)明通過對(duì)碳酸鋇、碳酸鈣和鋁粉的配比的優(yōu)化，同時(shí)簡(jiǎn)化鋇鎢陰極活性物質(zhì)的制備方法及鎢鋇陰極的制備過程，提高了鋁酸鹽鋇鎢陰極的電流發(fā)射能力，同時(shí)也降低工藝難度和成本。
【專利說明】用于鋇鎢陰極的活性組合物及其制備方法和鋇鎢陰極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋇鎢陰極領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于鋇鎢陰極的活性組合物及其制備方法和鋇鎢陰極的制備方法。
【背景技術(shù)】 [0002]微波真空器件在現(xiàn)代衛(wèi)星通訊、衛(wèi)星導(dǎo)航，特別在軍事電子裝備如電子干擾設(shè)備、預(yù)警飛機(jī)、火控雷達(dá)、精密制導(dǎo)中日益顯示出不可取代的作用。作為微波真空器件的“心臟”，陰極發(fā)射能力及壽命的提高，與微波電真空器件，特別是軍用器件的升級(jí)、換代密切相關(guān)。因?yàn)殡S著微波真空器件工作頻率的提高，其電子效率會(huì)迅速下降，因此需要提高陰極的發(fā)射能力。在鋇鎢陰極中活性物質(zhì)的品質(zhì)的高低是決定陰極發(fā)射性能好壞的關(guān)鍵因素。不同配方的活性物質(zhì)的最大發(fā)射電流密度、蒸發(fā)速率、穩(wěn)定性及抗中毒性能均有很大的差別。在現(xiàn)有技術(shù)中，普遍都是采用先將碳酸鋇、碳酸鈣和氧化鋁按一定比例高溫?zé)Y(jié)成鋁酸鹽，然后在氫爐中高溫加熱鋁酸鹽使其熔化來浸澤鎢海綿體，從而制備鋁酸鹽鋇鎢陰極，上述制備鋁酸鹽鋇鎢陰極的方法步驟繁瑣，消耗能量較多，而且制得的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度還不高，所以尋求一種步驟簡(jiǎn)單同時(shí)制得的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度較高的工藝是本領(lǐng)域亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中制備鎢鋇陰極方法繁瑣同時(shí)鋇鎢陰極中的活性物質(zhì)的配方不能制得高品質(zhì)鎢鋇陰極的缺陷，提供一種高品質(zhì)的用于鋇鎢陰極的活性組合物及其制備方法和步驟簡(jiǎn)單、制得最大發(fā)射電流密度較高的鋇鎢陰極的制備方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于鋇鎢陰極結(jié)構(gòu)的活性組合物，其中，所述組合物含有碳酸鋇、碳酸鈣以及鋁粉，所述組合物含有碳酸鋇、碳酸鈣以及鋁粉，以100重量份的碳酸?丐為基準(zhǔn)，碳酸鋇的含量為1200-1500重量份,招粉的含量為80-140重量份；優(yōu)選地，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的含量為1360-1410重量份，鋁粉的含量為100-120重量份。
[0005]本發(fā)明還提供了一種用于鋇鎢陰極結(jié)構(gòu)的活性組合物的制備方法，其中，所述方法包括將碳酸鋇、碳酸鈣以及鋁粉混合并研磨至粒徑為1-10 μ m，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的用量為1200-1500重量份，鋁粉的用量為80-140重量份；優(yōu)選地，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的用量為1360-1410重量份，鋁粉的用量為100-120重量份。
[0006]本發(fā)明還提供了根據(jù)上述的組合物以及根據(jù)上述的方法制得的所述的組合物在一種鋇鎢浸潰陰極結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用制備方法，其中，該方法包括:
[0007]將置于陰極杯中的鎢海綿體進(jìn)行第一熱處理并冷卻；
[0008]將活性物質(zhì)覆蓋在經(jīng)過熱處理的鎢海綿體的表面并壓實(shí)，并進(jìn)行第二熱處理并冷卻；[0009]所述活性物質(zhì)為上述的用于鋇鎢陰極的活性組合物或者由上述的方法制備得到的用于鋇鎢陰極的活性組合物。
[0010]本發(fā)明通過對(duì)碳酸鋇、碳酸鈣和鋁粉的配比的優(yōu)化，同時(shí)簡(jiǎn)化鋇鎢陰極活性物質(zhì)的制備方法及鎢鋇陰極的制備過程，提高了鋁酸鹽鋇鎢陰極的電流發(fā)射能力，同時(shí)也降低工藝難度和成本。
[0011]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0013]圖1是實(shí)施例1中制備的鎢鋇陰極表面的活性物質(zhì)經(jīng)過第二熱處理后的XRD衍射圖；以及
[0014]圖2是測(cè)量鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明提供了一種用于鋇鎢陰極的活性組合物，其中，所述組合物含有碳酸鋇、碳酸鈣以及鋁粉，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的含量可為1200-1500重量份，鋁粉的含量可為80-140重量份；優(yōu)選地，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的含量為1360-1410重量份，鋁粉的含量為100-120重量份。
[0017]本發(fā)明提供的用于鋇鎢陰極的活性組合物的配方中直接采用鋁粉作為其中一組分，高純度的鋁粉(純度為99.99%)十分易得，含雜質(zhì)量少，對(duì)制得鎢鋇陰極的質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用，同時(shí)各組分的配比更加合理，制取鎢鋇陰極后殘留的雜質(zhì)少。
[0018]上述活性組合物的中各組分的粒徑大小具有十分廣泛的選擇范圍，優(yōu)選地，所述組合物的粒徑為1-10 μ m,采用微米級(jí)別的顆粒，更能夠使得在制備鎢鋇陰極的過程中，各組分更易燒結(jié)進(jìn)入鎢鋇陰極中。
[0019]本發(fā)明還提供了一種用于鋇鎢陰極的活性組合物的制備方法，其中，所述方法包括將碳酸鋇、碳酸鈣以及鋁粉混合并研磨，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的用量為1200-1500重量份，鋁粉的用量為80-140重量份；優(yōu)選地，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的用量為1360-1410重量份，鋁粉的用量為100-120重量份。
[0020]上述方法中，優(yōu)選地，研磨的條件使得到的組合物的粒徑為1-10 μ m。
[0021]上述方法中，優(yōu)選地，所述方法還包括在將碳酸鋇、碳酸鈣以及鋁粉混合并研磨前將碳酸鈣和碳酸鋇在180-200°C下干燥20-30h，優(yōu)選為24h，這是為了避免碳酸鋇、碳酸鈣以及鋁粉中含有水分而導(dǎo)致活性組合物的活性不高。
[0022]上述方法中，所述碳酸鋇、碳酸鈣和鋁粉的混合順序沒有特別限定，既可以是一起混合，也可以是按順序混合。例如，先混合碳酸鋇和碳酸鈣再加入鋁粉進(jìn)行混合，但是混合順序?qū)τ诒景l(fā)明制得的活性物質(zhì)的品質(zhì)影響不大。
[0023]本發(fā)明還提供了一種鋇鎢陰極的制備方法，其中，該方法包括:將置于陰極杯中的鎢海綿體進(jìn)行第一熱處理并冷卻；將活性物質(zhì)覆蓋在經(jīng)過熱處理的鎢海綿體的表面并壓實(shí)，并進(jìn)行第二熱處理并冷卻；所述活性物質(zhì)為上述的用于鋇鎢陰極的活性組合物或者由上述的方法制備得到的用于鋇鎢陰極的活性組合物。采用兩步熱處理的方法制取鎢鋇陰極，步驟簡(jiǎn)單，同時(shí)制得鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度大。
[0024]所述的第一熱處理的目的為了收縮鎢海綿體的孔隙度，同時(shí)達(dá)到了對(duì)鎢海綿體進(jìn)行排氣和凈化的作用，第一熱處理既可以是一步升溫也可采用逐步升溫進(jìn)行處理，優(yōu)選地，采用逐步升溫的熱處理的方法，包括:將容納有鎢海綿體的陰極杯置于鑰舟中，將鑰舟置于氫爐中，先以3-4°C /min的升溫速度升溫至200_250°C，然后再以22_37°C /min的升溫速度升溫至1200-1600°C，并保溫5-20分鐘。
[0025]經(jīng)過第一熱處理后的冷卻方法和條件為本領(lǐng)域技術(shù)人員常規(guī)使用的方法和條件，例如，自然冷卻，冷卻的溫度通常為室溫如20-30°C即可。
[0026]所述第二熱處理是將活性物質(zhì)燒結(jié)并浸澤進(jìn)入鎢海綿體中，從而得到具有電流發(fā)射能力的鎢鋇電極。優(yōu)選情況下，第二熱處理采用逐步升溫的熱處理的方法，該方法包括:將容納有覆蓋活性物質(zhì)的鎢海綿體的陰極杯置于鑰舟中，將鑰舟置于氫爐中，在氫氣的存在下進(jìn)行熱處理，所述熱處理的過程包括:先以390-640°C /min的升溫速度升溫至1200-1300°C，并保溫5-15分鐘，然后再以265-600°C /min的升溫速度升溫至1700-1800°C，并保溫 1-3 分鐘。
[0027]經(jīng)過第二熱處理后的冷卻方法和條件為本領(lǐng)域技術(shù)人員常規(guī)使用的方法和條件，例如，自然冷卻，冷卻的溫度通常為室溫如20_30°C即可。
[0028]按照本發(fā)明，所述第一熱處理和第二熱處理中的氫氣的流量只要保證所述熱處理在氫氣氣氛中進(jìn)行即可，例如，所述氫氣的流量可以為80-120L/min。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是，為了防止氫爐在使用過程中發(fā)生爆炸，通常在通入氫氣之前將氫爐抽真空以排出空氣，所述抽真空的條件通常為真空度為5-15Pa。
[0029]上述鎢鋇陰極的制備方法中，鎢海綿體和活性物質(zhì)的質(zhì)量比的可選擇范圍較寬，為了既能夠得到最大發(fā)射電流密度大的鎢鋇陰極又能節(jié)省活性物質(zhì)，避免造成浪費(fèi)，優(yōu)選地，相對(duì)于100重量份的鎢海綿體來說，活性物質(zhì)的用量為10-12重量份。
[0030]此外，上述將活性物質(zhì)覆蓋在經(jīng)過熱處理的鎢海綿體的表面并壓實(shí)的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，只要保證使得活性物質(zhì)附著在鎢海綿體的表面并不會(huì)溢出陰極杯即可。
[0031]上述的鎢海綿體可以通過壓制的方式而成，例如，可以在液壓機(jī)中或者直接在陰極杯中壓制鎢錸混合物得到鎢海綿體。所述鎢錸混合物為將鎢粉和錸粉混合并球磨后得至|J。優(yōu)選情況下，以100重量份的鎢粉為基準(zhǔn)，錸粉的用量為300-550重量份；優(yōu)選地，以100重量份的鎢粉為基準(zhǔn)，錸粉的用量為380-430重量份。壓力的大小直接決定鎢海綿體的質(zhì)量的高低，鎢海綿體壓制的不結(jié)實(shí)不利于發(fā)射電流，壓力太大導(dǎo)致鎢海綿體的空隙太小，不利于第二步熱處理過程中活性物質(zhì)進(jìn)入鎢海綿體中，優(yōu)選地，所述鎢海綿體是在
0.5-1.5Mpa，更優(yōu)選為0.9-1.1Mpa壓力下將鎢錸混合物壓制后得到的多孔基體。因此，在上述優(yōu)選的條件下壓制得到的鎢海綿體的孔隙率為25-35%。
[0032]以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0033]下述實(shí)施例和對(duì)比例中所用的鎢粉的純度為99.99%，錸粉的純度為99.99%，鋁粉的純度為99.99%。
[0034]實(shí)施例1
[0035]活性物質(zhì)的制備:稱取25g碳酸鋇和IOg碳酸鈣，將其放在各自的瓷杯中；將分別裝有碳酸鋇和碳酸鈣的杯子放在干燥柜中，在180°C下干燥24小時(shí)。用蘸酒精的白棉布清洗研缽，杵和鏟刀；用稱量紙?jiān)诜治鎏炱缴戏Q量干燥后的碳酸鋇6.9g，干燥后的碳酸鈣
0.5g和鋁粉0.54g ;將稱量好的化學(xué)物質(zhì)按碳酸鋇、碳酸鈣、鋁粉的順序倒入研缽中；用鏟刀攪拌混合物I分鐘；用杵研磨混合物30分鐘；研磨好便得到活性組合物Al (組合物粒徑為5 μ m)，并倒入有磨砂塞的稱量杯中待用，套上橡膠并貼上說明混合物成份和日期的標(biāo)簽，存儲(chǔ)時(shí)間一般不超過3個(gè)月，否則活性物質(zhì)的活性將大大降低。
[0036]第一熱處理:將混合好的鎢錸混合物(取20重量份的鎢粉與80重量份的錸粉混合并球磨攪拌)置于鑰質(zhì)的陰極杯中并在1.0Mpa的壓力下進(jìn)行壓制得到鎢海綿體(孔隙率30%)，并將含有鎢海綿體的陰極杯置于鑰舟中進(jìn)行熱處理，具體過程為:先抽真空至IOPa排出空氣，然后通入氫氣，氫氣流的流量為100L/min，在60分鐘內(nèi)從20°C升溫至230°C ；繼續(xù)升溫，在40分鐘內(nèi)從230°C升溫至1500°C并保溫10分鐘；隨氫爐降溫冷卻15分鐘至20°C，并取出鎢海綿體 。
[0037]第二熱處理:將上述制備好的活性物質(zhì)倒入壓制好鎢海綿體的表面并壓實(shí)，使得壓實(shí)后的活性混合物的表面與陰極杯的邊緣在一個(gè)水平面上或低于該水平面0.1-0.2mm ；用刷子清潔陰極杯的外表面，將多余的活性物質(zhì)去除，相對(duì)于100重量份的鎢海綿體，活性物質(zhì)的用量為10重量份。并將容納有壓實(shí)有活性物質(zhì)的鎢海綿體的陰極杯放入鑰舟中，然后放入干燥瓶?jī)?nèi)備用。將裝有陰極杯的鑰舟放入氫爐內(nèi)，對(duì)氫爐膛用前級(jí)真空泵抽真空至10Pa，并維持該真空度10分鐘；關(guān)閉真空閥，關(guān)閉前級(jí)真空泵，通氫氣，設(shè)定氫氣流量100L/min，凈化爐膛5-6分鐘；檢查氫氣純度，點(diǎn)燃出氫口氫氣，檢查氫氣漏點(diǎn)溫度；對(duì)裝有陰極的氫爐加熱升溫，浸澤鎢海綿體。具體升溫過程如下:繼續(xù)在氫氣氣氛中，在3分鐘內(nèi)將溫度從20°C升至1270°C ;保溫9分鐘；繼續(xù)升溫，在1.5分鐘內(nèi)從1270°C升溫至1760°C ；保溫70秒；隨爐降溫冷卻10分鐘至20°C ;關(guān)閉氫氣進(jìn)出口，將氫爐爐膛抽真空，抽至壓強(qiáng)為10Pa，然后關(guān)閉前級(jí)真空泵；對(duì)氫爐放氣，取出陰極并用顯微鏡觀察陰極浸潰情況，浸鹽后的陰極在鎢海綿體的背部和發(fā)射面上會(huì)形成一些灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)BI。對(duì)該物質(zhì)BI進(jìn)行XRD分析，得到如圖1所示的XRD圖，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98。,31.30° ,38.6° ,44.88° ,50.50° 以及 55.72°。
[0038]將上述制得鎢鋇陰極裝入電子槍中進(jìn)行檢測(cè)，圖2為對(duì)陰極進(jìn)行檢測(cè)原理示意圖，圖中的陰極即是鎢鋇陰極，鎢鋇陰極發(fā)射出的電子被圖中的收集極收集，陰極發(fā)射區(qū)域截面尺寸為0.14mmX 2.5mm,計(jì)算公式為:
[0039]
E3 I rt I rh Λ rtf ( Λ / ，、 收集極的電流(A) , ?n
取大發(fā)射電流岔度(A/cm-)=,-^xlOO

鎢鋇陰極發(fā)射面的橫截面積(mnr)
[0040]因?yàn)殛帢O發(fā)射電流Ik與陰極和陽極之間的加速電壓Ua有關(guān)，會(huì)隨著加速電壓Ua的增大而增大，但當(dāng)增大到一定值時(shí)便不會(huì)再隨著加速電壓Ua的增加而增加,而是保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定值，該值為陰極的最大發(fā)射電流Ik。從而由上述公式計(jì)算出鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為70A/cm2。[0041]實(shí)施例2
[0042]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，在活性物質(zhì)的制備過程中，倒入研缽中各組分的質(zhì)量發(fā)生改變，碳酸鋇6.9g，碳酸鈣0.5g和鋁粉0.6g，本實(shí)施例制得活性組合物A2 (組合物粒徑為9 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)B2。B2經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98° ,31.30°、38.6。,44.88° ,50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為68A/cm2。
[0043]實(shí)施例3
[0044]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，在活性物質(zhì)的制備過程中，倒入研缽中各組分的質(zhì)量發(fā)生改變，碳酸鋇6.9g，碳酸鈣0.5g和鋁粉0.5g，本實(shí)施例制得活性組合物A3 (組合物粒徑為3 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)B3。B3經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98° ,31.30°、38.6。,44.88° ,50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為69A/cm2。
[0045]實(shí)施例4
[0046]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，在活性物質(zhì)的制備過程中，倒入研缽中各組分的質(zhì)量發(fā)生改變，碳酸鋇7.05g,碳酸鈣0.5g和鋁粉0.54g，本實(shí)施例制得活性組合物A4 (組合物粒徑為5 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)B4。B4經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98° ,31.30°、38.6。,44.88° ,50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為67A/cm2。
[0047]實(shí)施例5
[0048]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，在活性物質(zhì)的制備過程中，倒入研缽中各組分的質(zhì)量發(fā)生改變，碳酸鋇6.Sg,碳酸鈣0.5g和鋁粉0.54g，本實(shí)施例制得活性組合物A5 (組合物粒徑為5 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)B5。B5經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98° ,31.30°、38.6。,44.88° ,50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為68A/cm2。
[0049]實(shí)施例6
[0050]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，在活性物質(zhì)的制備過程中，倒入研缽中各組分的質(zhì)量發(fā)生改變，碳酸鋇6.0g,碳酸鈣0.5g和鋁粉0.7g，本實(shí)施例制得活性組合物A6 (組合物粒徑為5 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)B6。B6經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98° ,31.30°、38.6。,44.88° ,50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為60A/cm2。
[0051]實(shí)施例7
[0052]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，在活性物質(zhì)的制備過程中，倒入研缽中各組分的質(zhì)量發(fā)生改變，碳酸鋇7.5g，碳酸鈣0.5g和鋁粉0.4g，本實(shí)施例制得活性組合物A7 (組合物粒徑為5 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)B7。B7經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98° ,31.30°、38.6。,44.88° ,50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為62A/cm2。
[0053]實(shí)施例8
[0054]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，第二熱處理的過程中的具體升溫過程中的溫度作了改變，具體升溫過程如下:
[0055]在3分鐘內(nèi)將溫度從20°C升至1210°C ;保溫9分鐘；繼續(xù)升溫，在1.5分鐘內(nèi)從1210°C升溫至1700°C ;保溫70秒；隨爐降溫冷卻10分鐘至20°C ;關(guān)閉氫氣進(jìn)出口，將氫爐爐膛抽真空，抽至壓強(qiáng)為10Pa，然后關(guān)閉前級(jí)真空泵；對(duì)氫爐放氣，取出陰極并用顯微鏡觀察陰極浸潰情況，浸鹽后的陰極在鎢海綿體的背部和發(fā)射面上會(huì)形成一些灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)。
[0056]本實(shí)施例制得活性組合物A8(組合物粒徑為9 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)B8A8經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98°、31.30°、38.6°、44.88°、50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為61A/cm2。
[0057]實(shí)施例9
[0058]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本實(shí)施例與實(shí)施例1所不同的是，鎢鋇陰極制備的過程中的具體升溫過程中采取一步升溫的方式，具體升溫過程如下:
[0059]在4.5分鐘內(nèi)將溫度從20°C升至1700°C ;保溫10分鐘；隨爐降溫冷卻10分鐘至20°C;關(guān)閉氫氣進(jìn)出口，將氫爐爐膛抽真空，抽至壓強(qiáng)為10Pa，然后關(guān)閉前級(jí)真空泵；對(duì)氫爐放氣，取出陰極并用顯微鏡觀察陰極浸潰情況，浸鹽后的陰極在鎢海綿體的背部和發(fā)射面上會(huì)形成一些灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)。
[0060]本實(shí)施例制得活性組合物A9(組合物粒徑為9 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)BLB9經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98°、31.30°、38.6°、44.88°、50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為45A/cm2。
[0061]對(duì)比例I
[0062]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本對(duì)比例與實(shí)施例1所不同的是，倒入研缽中各組分的質(zhì)量發(fā)生改變，碳酸鋇8.0g，碳酸鈣0.5g和鋁粉0.54g，本實(shí)施例制得活性組合物Cl(組合物粒徑為5 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)Dl15Dl經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98°、31.30°、38.6°、44.88°、50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為3 5 A/cm2。
[0063]對(duì)比例2
[0064]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本對(duì)比例與實(shí)施例1所不同的是，倒入研缽中各組分的質(zhì)量發(fā)生改變，碳酸鋇5.5g,碳酸I丐0.5g和招粉0.54g,本實(shí)施例制得活性組合物C2(組合物粒徑為5 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)D2A2經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98°、31.30°、38.6°、44.88°、50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為34A/cm2。
[0065]對(duì)比例3
[0066]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本對(duì)比例與實(shí)施例1所不同的是，倒入研缽中各組分的質(zhì)量發(fā)生改變，碳酸鋇6.9g，碳酸鈣0.5g和鋁粉0.35g，本實(shí)施例制得活性組合物C3(組合物粒徑為5 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)D3A3經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98°、31.30°、38.6°、44.88°、50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為3IA/cm2。
[0067]對(duì)比例4
[0068]按照實(shí)施例1的方法制備活性物質(zhì)、鎢海綿體以及鋇鎢陰極，本對(duì)比例與實(shí)施例1所不同的是，倒入研缽中各組分的質(zhì)量發(fā)生改變，碳酸鋇6.9g，碳酸鈣0.5g和鋁粉0.72g，本實(shí)施例制得活性組合物C4(組合物粒徑為5 μ m)，經(jīng)過第二熱處理后得到灰色半透明玻璃狀的物質(zhì)DLD4經(jīng)過XRD分析，得到標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98°、31.30°、38.6°、44.88°、50.50°以及55.72°。本實(shí)施例中的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度為3 3 A/cm2。
[0069]通過檢索得知，XRD衍射圖中標(biāo)志性的峰的對(duì)應(yīng)的衍射角分別為:21.98°、31.30。,38.6° ,44.88° ,50.50° 以及 55.72° 的物質(zhì)是 2.4Ba0.0.6Ca0.Α1203。通過實(shí)施例1-9和對(duì)比例1-4可知，實(shí)施例中和對(duì)比例中制得鎢鋇電極均為鋁酸鋇鎢鋇電極?，F(xiàn)有技術(shù)中鋁酸鋇鎢鋇電極的最大電流發(fā)射密度為30A/cm2，實(shí)施例1-5中的活性組合物的配方是本發(fā)明的優(yōu)選范圍，制得的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度接近于70A/cm2，是現(xiàn)有技術(shù)中同類鎢鋇電極的最大發(fā)射電流密度1.5倍以上；實(shí)施例6-7中的活性組合物的配方是本發(fā)明的非優(yōu)選范圍，制得的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流密度接近于60A/cm2 ;說明優(yōu)選范圍得到的鎢鋇電極的性能更佳；實(shí)施例9中的第二熱處理采用一步升溫的方法，制得的鎢鋇電極的最大發(fā)射電流密度為45A/cm2，說明采用優(yōu)選的第二熱處理方式能夠使鎢鋇電極具有更佳的性能；由對(duì)比例1-4可知，活性組合物的配方不在本發(fā)明的范圍內(nèi)時(shí)，制得的鎢鋇陰極的最大發(fā)射電流能力較差，雖然效果較現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)或稍高但是明顯低于實(shí)施例1-7中制得鎢鋇電極的性能從而說明本發(fā)明的優(yōu)越性。
[0070]以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0071]另外需要說明的是，在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說明。
[0072]此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種用于鋇鎢陰極的活性組合物，其特征在于，所述組合物含有碳酸鋇、碳酸鈣以及鋁粉，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的含量為1200-1500重量份，鋁粉的含量為80-140重量份；優(yōu)選地，以100重量份的碳酸I丐為基準(zhǔn),碳酸鋇的含量為1360-1410重量份，鋁粉的含量為100-120重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述組合物的粒徑為1-10μ m。
3.一種用于鋇鎢陰極的活性組合物的制備方法，其特征在于，所述方法包括將碳酸鋇、碳酸鈣以及鋁粉混合并研磨，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的用量為1200-1500重量份，鋁粉的用量為80-140重量份；優(yōu)選地，以100重量份的碳酸鈣為基準(zhǔn)，碳酸鋇的用量為1360-1410重量份，鋁粉的用量為100-120重量份。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其中，研磨的條件使得到的組合物的粒徑為1-10 μ m0
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其中，所述方法還包括在將碳酸鋇、碳酸鈣以及鋁粉混合并研磨前將碳酸鈣和碳酸鋇在180-200°C下干燥20-30h，優(yōu)選為24h。
6.一種鋇鎢陰極的制備方法，其特征在于，該方法包括: 將置于陰極杯中的鎢海綿體進(jìn)行第一熱處理并冷卻； 將活性物質(zhì)覆蓋在經(jīng)過熱處理的鎢海綿體的表面并壓實(shí)，并進(jìn)行第二熱處理并冷卻； 所述活性物質(zhì)為權(quán)利要求1-2中任意一項(xiàng)所述的用于鋇鎢陰極的活性組合物或者由權(quán)利要求3-5中任意一項(xiàng)所述的方法制備得到的用于鋇鎢陰極的活性組合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第一熱處理的方法包括:將容納有鎢海綿體的陰極杯置于鑰舟中，將鑰舟置于氫爐中，在氫氣的存在下進(jìn)行熱處理，所述熱處理的過程包括:先以3-4°C /min的升溫速度升溫至200_250°C，然后再以22_37°C /min的升溫速度升溫至1200-1600°C，并保溫5-20分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第二熱處理的方法包括:將容納有覆蓋活性物質(zhì)的鎢海綿體的陰極杯置于鑰舟中，將鑰舟置于氫爐中，在氫氣的存在下進(jìn)行熱處理，所述熱處理的過程包括:先以390-640°C /min的升溫速度升溫至1200-1300°C，并保溫5_15分鐘，然后再以265-600°C /min的升溫速度升溫至1700-1800°C，并保溫1_3分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的方法，其中，相對(duì)于100重量份的鎢海綿體，活性物質(zhì)的用量為10-12重量份。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的方法，其中，所述鎢海綿體是在0.5-1.5Mpa壓力下將鎢錸混合物壓制后得到的多孔基體，多孔基體的孔隙率為25-35% ;所述鎢錸混合物為將鎢粉和錸粉混合并球磨后得到，以100重量份的鎢粉為基準(zhǔn)，錸粉的用量為300-550重量份；優(yōu)選地，以100重量份的鎢粉為基準(zhǔn)，錸粉的用量為380-430重量份。
【文檔編號(hào)】H01J9/02GK103700561SQ201310732969
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】吳華夏, 溫旭杰, 尚吉花, 席洪柱, 張建成, 賀兆昌, 余正紅 申請(qǐng)人:安徽華東光電技術(shù)研究所