專利名稱：采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子行業(yè)電真空技術領域，尤其涉及一種采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法。
背景技術：
氧化物陰極是應用于電真空器件最為廣泛的熱陰極之一。在氧化物陰極的制備中，通常采用的是涂覆法。在涂覆法中，要把電子發(fā)射材料碳酸鹽涂敷到陰極基底金屬上，必須先把它配成涂料。涂料是用碳酸鹽、粘結劑和有機溶劑混合在一起的漿狀懸濁液。粘結劑是溶在乙酸丁酯里的硝棉溶液，其作用是將碳酸鹽涂層粘接在陰極基底上。有機溶劑是具有一定流動性和揮發(fā)性的有機液體，如甲醇，乙醇，丙酮，其作用是使涂料具有一定的流動性和適當?shù)母稍锼俣龋员阃糠?。這種涂敷方法簡單、易操作。、在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，申請人意識到現(xiàn)有技術存在如下技術問題采用涂覆法制備氧化物陰極的方法中，各種有機添加劑在分解過程中容易殘留碳在氧化物陰極中，殘留的碳在陰極工作過程中可能蒸散到微波管中，從而破壞微波管的性能。

發(fā)明內容
(一 )要解決的技術問題為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法，以避免在所制備氧化物陰極中殘留有害雜質。( 二 )技術方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法。該方法包括制備氧化物噴涂材料；將制備的氧化物噴涂材料置入等離子炬中，裝配陰極基底至噴涂模具；在等離子炬中的等離子氣氛下加熱氧化物噴涂材料，使氧化物噴涂材料撞擊并附著在陰極基底上，形成氧化物陰極。優(yōu)選地，本發(fā)明采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法中，制備氧化物噴涂材料的步驟中，氧化物噴涂材料為由碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣組成的三元碳酸鹽，其中，碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣的摩爾比為X 38 4，其中X介于69至78之間。優(yōu)選地，本發(fā)明采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法中，將氧化物噴涂材料置入等離子炬中的步驟之前還包括在陰極基底上制備毛化層。優(yōu)選地，本發(fā)明采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法中，氧化物噴涂材料為平均長度30 i! m至40 i! m的顆粒狀。優(yōu)選地，本發(fā)明采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法中，制備氧化物噴涂材料的步驟包括將碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣以摩爾比為X 38 4進行均勻混合，其中X介于69至78之間；將混合均勻的三元碳酸鹽放入坩堝置于馬弗爐中，在400°C保溫30分鐘，600°C保溫30分鐘，900°C保溫2小時，而后自然冷卻；將自然冷卻后的三元碳酸鹽進行研磨，過250目的網(wǎng)篩，制備出三元碳酸鹽的氧化物噴涂材料。
優(yōu)選地，本發(fā)明采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法中，毛化層的材料為鎳，其厚度介于50 ii m至100 ii m之間。優(yōu)選地，本發(fā)明采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法中，在陰極基底上制備鎳毛化層的步驟包括在陰極基底上噴硝棉；將過325目篩的鎳粉粘在噴過硝棉的陰極基底上；將粘有鎳粉的陰極基底置入H2爐中進行煅燒。優(yōu)選地，本發(fā)明采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法中，將制備氧化物噴涂材料置入等離子炬中的步驟之前還包括將氧化物噴涂材料置入烘箱中在200°C烘2小時。優(yōu)選地，本發(fā)明采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法中，在等離子炬中的等離子氣氛下加熱氧化物噴涂材料的步驟中，等離子氣氛為主氣為Ar，次氣為H2,噴涂電流為500A。優(yōu)選地，本發(fā)明采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法中，所形成氧化物陰極的厚度介于40 ii m至60 ii m之間。 (三)有益效果本發(fā)明具有以下有益效果(I)本發(fā)明采用等離子噴涂的方法制備氧化物陰極，所制備的氧化物陰極中不會殘留有害雜質，從而提升了微波管的性能；(2)由于在采用等離子噴涂方法中，極易導致鋇元素的流失，故在制備氧化物噴涂材料時，適當提高了三元碳酸鹽最佳配比(碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣摩爾比為58 38 4)中的碳酸鋇的含量，以解決在等離子噴涂過程中鋇的流失問題；(3)等離子噴涂方法對喂料粉末的形狀有一定的要求，本發(fā)明采用造粒、整形等方法制備氧化物噴涂材料，使其符合等離子噴涂對粉末大小和形狀的要求；(4)本發(fā)明在制備氧化物陰極之前，在陰極基底表面制備毛化層。該毛化層能夠增加等離子噴涂的氧化物陰極與陰極基底的粘接性。


圖I為本發(fā)明實施例采用等離子噴涂制備氧化物陰極方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例采用等離子噴涂制備氧化物陰極的流程圖；圖3為本發(fā)明實施例中經(jīng)過造粒、整形的三元碳酸鹽粉末噴涂材料的形貌圖；圖4為采用本發(fā)明實施例制備的氧化物陰極的表面形貌圖；圖5為采用本發(fā)明實施例制備的氧化物陰極的脈沖發(fā)射性能曲線圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。在本發(fā)明的一個基礎實施例中，公開了一種采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法。圖I為本發(fā)明實施例采用等離子噴涂制備氧化物陰極方法的流程圖。如圖I所示，本實施例包括步驟S102，制備氧化物噴涂材料；步驟S104，將制備的氧化物噴涂材料置入等離子炬中，裝配陰極基底至噴涂模亙.
.,N 9步驟S106，在等離子炬中的等離子氣氛下加熱氧化物噴涂材料，使氧化物噴涂材料撞擊并附著在陰極基底上，形成氧化物陰極。本實施例中，采用等離子噴涂的方法制備氧化物陰極。與采用普通涂覆法制備的氧化物陰極相比，所制備的氧化物陰極中不會殘留有害物質-碳，從而提高了氧化物陰極的質量。在本發(fā)明進一步的實施例中，制備氧化物噴涂材料的步驟S102中，氧化物噴涂材料為由碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣組成的三元碳酸鹽，其中，碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣的摩爾比為X 38 4，其中X介于69至78之間。
在現(xiàn)有技術涂覆法制備氧化物陰極方法中，氧化物陰極基本涂層由氧化鋇、氧化鍶和氧化鈣組成，由于氧化鋇鍶鈣在空氣中很不穩(wěn)定，容易吸收水分，所以氧化物陰極一般采用碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣的組合，在裝管子后再進行加熱分解。另外，陰極性能最好時，由碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣組成的三元碳酸鹽的摩爾比為58 : 38 : 4。但是，在采用等離子噴涂制備氧化物陰極的過程中，容易導致鋇離子的流失。本實施例中提高了三元碳酸鹽中碳酸鋇的比例，從而解決在等離子噴涂過程中鋇的損失問題，獲得性能良好的氧化物陰極。在本發(fā)明進一步的實施例中，氧化物噴涂材料為平均長度30 ii m至40 ii m的顆粒狀。為了達到上述要求，本實施例中，制備氧化物噴涂材料的步驟S102包括將碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣以摩爾比為X : 38 : 4進行均勻混合，其中X介于69至78之間；將混合均勻的三元碳酸鹽放入坩堝置于馬弗爐中，在4000C保溫30分鐘，6000C保溫30分鐘，900°C保溫2小時，而后自然冷卻；將自然冷卻后的三元碳酸鹽進行研磨，過250目的網(wǎng)篩，制備出三元碳酸鹽的氧化物噴涂材料。對于針狀的碳酸鹽粉末，其流動性不好，并不適合在等離子噴涂中使用。本實施例通過對氧化物噴涂材料的造粒、整形，以符合等離子噴涂對喂料粉末的要求。在本發(fā)明進一步的實施例中，將氧化物噴涂材料置入等離子炬中的步驟S104之前還包括在陰極基底上制備毛化層。該毛化層的材料可以為鎳，也可以為其他的能夠增強陰極基底粘結性的材料，并且該毛化層的厚度介于50iim至IOOym之間。該在陰極基底上制備鎳毛化層的步驟包括在陰極基底上噴硝棉；將過325目篩的鎳粉均勻的粘在噴過硝棉的陰極基底上；將粘有鎳粉的陰極基底置入H2爐中進行煅燒。本實施例中，采用鎳毛化層來毛化陰極基底，可以進一步增加氧化物陰極和陰極基底之間的粘結性。而鎳毛化層的厚度可以根據(jù)需要進行設置。實驗證明，鎳毛化層的厚度比氧化物陰極的厚度稍厚(優(yōu)選的為介于IOym至30i!m之間)時，其粘結性最好，并且不會影響氧化物陰極的性能。以下將給出本發(fā)明的最優(yōu)實施例采用等離子噴涂制備氧化物陰極方法實施例。需要說明的是，該最優(yōu)實施例僅用于理解本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明的范圍。圖2為本發(fā)明實施例采用等離子噴涂制備氧化物陰極的流程圖。如圖2所示，本實施例包括以下步驟步驟S202，將碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣以摩爾比為75 38 4進行均勻混合；步驟S204，將混合均勻的碳酸鹽放入坩堝置于馬弗爐中，在400°C保溫30分鐘，600°C保溫30分鐘，900°C保溫2小時；
步驟S206，將自然冷卻后的碳酸鹽放入瑪瑙研磨缽里進行研磨，然后過250目的網(wǎng)篩，制得三元碳酸鹽粉末噴涂材料備用，經(jīng)過上述造粒、整形的三元碳酸鹽粉末的形貌如圖3所示，可以看出，三元碳酸鹽粉末變成了顆粒狀，平均長度為30 u m-40 u m,符合等離子噴涂的需要；步驟S208，在陰極基底表面制備一層厚度為50 U m-100 U m的Ni海綿；步驟S210，為了粘接牢固，將粘有Ni海綿層的陰極基底放AH2爐中，在1200°C燒結10分鐘，1000。。燒結10分鐘；步驟S212，為防止粉末受潮，將制備的噴涂材料粉末放入在烤箱中200°C烘2小時；步驟S214，將粘有Ni海綿的陰極基底裝到模具上；步驟S216，在等離子體氣氛(主氣為Ar，次氣為H2)中加入處理好的三元碳酸鹽粉末，在等離子體炬中燃燒并達到7000°C -10000°C的溫度，噴涂電流為500安培，這些熔融的 顆粒撞擊陰極基底，形成密實的氧化物陰極涂層，噴覆氧化物陰極的厚度為40 u m-60 u m,噴涂完的陰極涂層如圖4所示。將根據(jù)本實施例方法制備的氧化物陰極分別裝入水冷陽極動態(tài)測試系統(tǒng)中和晶體振蕩動態(tài)蒸發(fā)測試系統(tǒng)中，陰極分解、激活及老煉10小時后進行陰極脈沖測試和蒸發(fā)測試。用本發(fā)明方法制備氧化物陰極的脈沖發(fā)射性能曲線圖如圖5所示。從圖5中可以看出，陰極在850°C工作溫度下，脈寬為Iy S，頻率為100Hz，脈沖發(fā)射電流密度為30. 9A/cm2，大于相同條件下普通方法噴涂的氧化物陰極脈沖發(fā)射電流密度(一般為十幾A/cm2)。表I為普通噴涂的陰極和等離子噴涂陰極在不同溫度下蒸發(fā)速率的比較，從表I可以看出，相同溫度下，等離子噴涂氧化物陰極的平均蒸發(fā)速率明顯小于普通噴涂的陰極平均蒸發(fā)速率。表I陰極在不同溫度下蒸發(fā)速率
權利要求
1.一種采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法，其特征在于，該方法包括 制備氧化物噴涂材料； 將制備的所述氧化物噴涂材料置入等離子炬中，裝配陰極基底至噴涂模具； 在所述等離子炬中的等離子氣氛下加熱所述氧化物噴涂材料，使所述氧化物噴涂材料撞擊并附著在所述陰極基底上，形成氧化物陰極。
2.根據(jù)權利要求I所述的采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法，其特征在于，所述制備氧化物噴涂材料的步驟中， 所述氧化物噴涂材料為由碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣組成的三元碳酸鹽，其中，所述碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣的摩爾比為X 38 4，其中X介于69至78之間。
3.根據(jù)權利要求I所述的采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法，其特征在于，所述將氧化物噴涂材料置入等離子炬中的步驟之前還包括 在所述陰極基底上制備毛化層。
4.根據(jù)權利要求2所述的采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法，其特征在于，所述氧化物噴涂材料為平均長度30 ii m至40 ii m的顆粒狀。
5.根據(jù)權利要求4所述的采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法，其特征在于，所述制備氧化物噴涂材料的步驟包括 將碳酸鋇、碳酸鍶和碳酸鈣以摩爾比為X 38 4進行均勻混合，其中X介于69至78之間； 將混合均勻的所述三元碳酸鹽放入坩堝置于馬弗爐中，在400°C保溫30分鐘，600°C保溫30分鐘，900°C保溫2小時，而后自然冷卻； 將自然冷卻后的所述三元碳酸鹽進行研磨，過250目的網(wǎng)篩，制備出三元碳酸鹽的氧化物噴涂材料。
6.根據(jù)權利要求3所述的采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法，其特征在于，所述毛化層的材料為鎳，其厚度介于50 ii m至100 ii m之間。
7.根據(jù)權利要求6所述的采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法，其特征在于，所述在陰極基底上制備鎳毛化層的步驟包括 在所述陰極基底上噴硝棉； 將過325目篩的鎳粉粘在所述噴過硝棉的陰極基底上； 將所述粘有鎳粉的陰極基底置入H2爐中進行煅燒。
8.根據(jù)權利要求I至7中任一項所述的采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法，其特征在于，所述將制備氧化物噴涂材料置入等離子炬中的步驟之前還包括 將氧化物噴涂材料置入烘箱中在200°C烘2小時。
9.根據(jù)權利要求I至7中任一項所述的采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法，其特征在于，所述在等離子炬中的等離子氣氛下加熱氧化物噴涂材料的步驟中， 所述等離子氣氛為主氣為Ar，次氣為H2,噴涂電流為500A。
10.根據(jù)權利要求I至7中任一項所述的采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法，其特征在于， 所形成氧化物陰極的厚度介于40iim至60iim之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用等離子噴涂制備氧化物陰極的方法。該方法包括制備氧化物噴涂材料；將制備的氧化物噴涂材料置入等離子炬中，裝配陰極基底至噴涂模具；在等離子炬中的等離子氣氛下加熱氧化物噴涂材料，使氧化物噴涂材料撞擊并附著在陰極基底上，形成氧化物陰極。本發(fā)明采用等離子噴涂制備氧化物陰極，所制備的氧化物陰極中不會殘留有害物質，從而提升了微波管的性能。
文檔編號C23C4/10GK102737924SQ20111008619
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權日2011年4月7日
發(fā)明者廖顯恒, 張敏, 王小霞, 羅積潤, 趙慶蘭 申請人:中國科學院電子學研究所