张红卫[1]2003年在《微波管钡钨阴极制备和性能的研究》文中研究指明为了适应大功率微波管的发展，本文展开了对高性能(大电流密度、长寿命)阴极的研究，研究工作包括阴极制备工艺、钡钨阴极基金属对阴极发射性能影响、以及钡钨阴极基底内部结构无损检测及表面形貌检测、钡钨阴极发射机理探讨及应用四个方面的实验和理论的研究。 本论文的主要创新点包括： 1)采用压制一次成型的方法制备钡钨阴极的基底，摸索出一套稳定的工艺，这种基底有显着的优点。 2)对不同元素配比的二元和叁元混合阴极基底的制备工艺和发射性能开展了实验研究，在增大发射能力，延长寿命和降低烧结温度等方面有重要进展，取得了有价值的阶段成果。 3)采用CT微焦点系统等检测手段对阴极基底的内部和表面微观结构进行了定量和定性的分析，有望成为控制阴极基底的质量重要手段。 4)就当前钡钨阴极发射机理的两个主要理论模型作了自己的探讨，并初探了钡钨阴极中钡的供应机制及发射寿命预测的问题，而且用理查逊公式的推导和Muller计算机模拟法解释了混合基钡钨阴极的优良性能。
张红卫[2]2007年在《大功率微波管阴极的研制和制备》文中提出阴极作为大功率微波电真空器件的心脏部件，其技术水平对大功率微波电真空器件的性能和寿命具有极其重要的影响。我国在阴极方面的基础研究和制备工艺技术方面与国外相比存在差距。为了适应大功率微波管的发展，本博士后研究展开了对大电流密度阴极的研究，研究工作包括钎焊式钡钨阴极和压制式钡钨阴极，以及高精度多注阴极模具的研究。博士后研究的主要工作和创新点包括：1)对钎焊式钡钨阴极的制备工艺开展了实验研究，取得了有价值的阶段成果；2)研制了钡钨阴极性能测试系统，形成阴极直流发射状态下测试方法；3)研究了大功率微波管阴极结构、阴极多孔金属基体制备工艺、活性物质的制备工艺；4)研究了钡钨阴极基金属对阴极发射性能影响以及探讨了混合基钡钨阴极发射机理；5)研制成功高精度多注阴极模具，不仅精度高，而且简单易行、使用寿命长，可有效地降低生产成本，提高工作效率。
李玉涛[3]2006年在《大电流密度钡钨阴极的研究》文中研究说明为适应大功率微波真空电子器件对大电流密度、高稳定性热阴极的发展要求，本论文研制了一种新型双层膜钡钨阴极(Os-W／Re和Os-Ru／Re双层膜钡钨阴极)。 本文在对覆膜钡钨阴极的构成及其制备、检验技术进行分析研究的基础上，以提供大发射电流密度为目标，对覆膜钡钨阴极的膜层进行了重点研究。 覆膜钡钨阴极具有很强的电子发射能力，但无论是最初的单元膜阴极、双元合金膜阴极，还是后来C．S．AresFang等人提出的叁元合金膜阴极，都为单层膜钡钨阴极。本文选用Re作为双层膜钡钨阴极的底层膜，用Os-W或Os-Ru双元合金膜作阴极的项层膜，研制成功了一种新型的双层膜钡钨阴极——Os-W／Re和Os-Ru／Re双层膜钡钨阴极。 对Os-W、Os-Ru双元合金膜钡钨阴极和OS-W／Re、Os-Ru／Re双层膜钡钨阴极的热电子发射特性进行了测试，并对单层膜钡钨阴极和双层膜钡钨阴极的发射特性测试结果进行了分析，发现Os-W／Re、Os-Ru／Re双层膜阴极的发射性能明显优于双元合金膜阴极。 从分析覆膜钡钨阴极薄膜的机械性能——附着力和内应力入手，分析了薄膜产生开裂的原因。对Os-W、Os-Ru膜钡钨阴极和Os-W／Re、Os-Ru／Re双层膜钡钨阴极老炼前后的表面进行扫描电镜(SEM)分析，发现双层膜阴极老炼后薄膜不开裂，表面薄膜状况好于单层膜阴极表面状况。表明中间膜Re的加入使表面Os-W膜或Os-Ru膜的附着力增加，因此提高阴极工作的稳定性和可靠性。 为了深入理解双层膜钡钨阴极的发射机理，本文对Os-W双元膜和Os-W／Re双层膜钡钨阴极的表面成分及Ba的化合态进行了X射线光电子谱(XPS)分析。结果表明：Os-W／Re双层膜钡钨阴极与Os-W双元膜钡钨阴极相比具有较好的电子发射能力正是由于阴极表面叁元合金膜(Os-W-Re)的形成。
郑强, 阴生毅, 彭真, 王欣欣, 李阳[4]2013年在《含Sc_2O_3和SrO浸渍钡钨阴极电子发射性能的研究》文中研究指明针对毫米波和太赫兹器件对于大电流密度阴极的要求,利用常规工艺制备了含Sc2O3和SrO的浸渍钡钨阴极。电子发射测试结果表明,该阴极具有优异的电子发射性能,在1100℃的发射电流密度达到280A/cm2并且具有较低的蒸发速率2.53×10-8g/cm3s。值得一提的是,该阴极在低温区域(600～800℃)也具有电子发射能力,具体的发射机理有待进一步研究。此外,阴极表面成分和形貌分析结果表明,该类型的阴极存在孔内和孔端共发射。优异的电子发射能力和简单的制备工艺使含Sc2O3和SrO的浸渍钡钨阴极很有可能成为新型真空电子器件的候选阴极之一。
刘冬梅[5]2010年在《阴极热丝组件一致性研究》文中指出阴极是微波电真空器件的核心部件之一。阴极的寿命和可靠性对微波器件具有重要影响,很大程度上决定了微波管的寿命。在目前的阴极生产中,由于工艺过程中的人为因素和条件限制,导致了阴极批量生产中批次间的一致性不能很好地满足要求。本文以覆膜浸渍钡钨阴极(M型)为研究对象,深入分析了组成阴极组件的各个部件对阴极性能一致性的影响;并对各部件的制备工艺进行了研究。研究的主要结果为:1、研究了覆膜浸渍钡钨阴极的结构,将阴极与热丝的温度差降低了100℃,提高了加热效率,增加了热丝的可靠性。2、通过研究得到了有效孔隙均匀、批生产一致的阴极基体;实现了阴极基体孔隙率的最佳化;通过研究,阴极基体的孔度可控制在26～28%。3、通过研究确定了适用于覆膜钡钨阴极的理想的发射物质:配方为2.4:0.6:1的铝酸盐;对发射物质的浸渍工艺进行研究,保证了阴极基体浸渍发射物质的均匀性、一致性。4、通过研究,确定了刻蚀的深度及刻蚀时的工艺参数、膜层的厚度及覆膜时的工艺参数。研制的工艺实现了阴极表面膜层均匀、牢固,厚度一致性好、工艺重复性好等特点。5、研制的热丝组件热丝参数波动范围小于±5%,且阴极温度波动小于±2.5%。6、对阴极在管内的热处理工艺和工作的环境进行了研究。在测试合格的10只管子中,当热丝电压为7.5V时,热丝电流为1.8～1.92A,加热功率为13.5～14.7W,波动范围为±3.2%,整管工作电流为342mA～374mA,波动范围小于±5%。
罗丰廷[6]2018年在《固相合成法制备钡钨阴极用铝酸盐及其发射性能的研究》文中指出回旋管、速调管、行波管、磁控管等具有高功率,高频率的特点,在军事电子领域获得广泛应用。热阴极是真空电子器件的电子发射源,其质量的好坏对器件的性能有十分重要的影响。浸渍型钡钨阴极是真空电子器件的常用热阴极,而发射高、稳定性好的钡钨阴极的核心材料——铝酸盐还依赖进口。因此,继续开展热阴极用铝酸盐的深入、系统研究对提升我国大功率真空器件的性能具有重要的工程价值。性能优良的热阴极需要发射电流密度大,发射电子空间分布均匀,寿命长,激活时间短,活性物质蒸发小,抗离子轰击等优势。本文针对国产铝酸盐批次间发射电流密度不稳定的缺点,研究浸渍型阴极活性物质的成分、工艺、物相结构对试验阴极发射电流密度的影响。612铝酸盐具有发射高,蒸发低等优点,是本文的主要研究对象。首先采用粉末X射线衍射对进口612铝酸盐的物相结构进行分析;然后以512铝酸盐为起点,围绕B5CA相的形成条件,制备了(6-x)BaO·xCaO·2Al_2O_3、xBaO·1CaO·2Al_2O_3等系列铝酸盐,详细研究了材料中BaO、CaO等组元的含量、烧结温度、烧结气氛、烧结时间等参数对产物结构的影响,合成了一系列结构与发射性能不同的铝酸盐和含钪铝酸盐,经过相结构分析与试验阴极电子发射能力测试,建立了612铝酸盐的物相结构随成分、烧结温度等工艺参数变化的关系,获得的612铝酸盐发射电流密度与进口铝酸盐相当,实现了对其结构和性能的控制。本文获得的主要结论如下:1.X射线粉末衍射分析和Retvield精修表明,进口高性能612铝酸盐由B5CA+BaCO_3复相组成。2.通过对空气气氛中烧结612及其近邻成分铝酸盐的结构分析表明,CaO含量的增加能稳定B5CA相;而BaO含量的增加,能促进B3CA相的形成;612铝酸盐在空气中烧结后为B3CA单相结构。3.在1200℃温度下,经特殊氧化性气氛烧结,能抑制B3CA相的形成,获得与进口612盐相同的物相结构。4.在同样的温度条件下,612铝酸盐的发射电流密度大于512铝酸盐;而具有B5CA+BaCO_3结构的612铝酸盐1130℃B下的偏离点电流密度高达6.8A/cm~2,与进口铝酸盐发射性能相当,大于具有B5CA+B3CA结构的612铝酸盐(6.3A/cm~2)。5.当在512铝酸盐中添加少量(<7wt.%)Sc_2O_3进行烧结,所得铝酸盐是由B5CA和Ba_2ScAlO_5相;随着Sc_2O_3含量的增多,钪酸盐(Ba_2ScAlO_5)含量也增加。添加Sc_2O_3的铝酸盐的电子发射能力明显强于不含钪的铝酸盐;对于基体成分为512的含钪铝酸盐而言,3%Sc_2O_3铝酸盐的发射电流密度达18A/cm~2(1100℃_B)明显高于5%和7%Sc_2O_3的铝酸盐。含相同比例Sc_2O_3的不同的铝酸盐所浸渍成的阴极电子发射能力差别较大,以Sc_2O_3含量为3%的512盐的发射电流密度大于612盐和812盐。
朱晓策[7]2016年在《含钪扩散阴极实用性能的改进与研究》文中认为真空电子器件在广播、电视、无线电通讯、电子对抗等国民经济中发挥重要的作用。阴极作为真空电子器件的电子源,直接决定真空电子器件的特性和寿命。在电真空器件中应用最多的是热阴极,其中,含钪扩散阴极以其低温大发射特性,被认为是“下一代热阴极的主要代表”,在高功率高频率真空电子器件领域具有广阔的应用背景。本课题组前期研制的溶胶凝胶法制备的亚微米含钪扩散阴极热发射性能虽然达到了很高的发射水平,但阴极在机械加工过程中存在阴极表面缺陷、裂纹等缺点,不利于大规模的应用到实际生产中。本论文通过另一种制粉方法,喷雾干燥法,制备了Sc_2O_3掺杂W粉末。制备的粉末颗粒均匀,通过还原工艺的控制,钨粉粒度的大小可以控制在1-2μm。为了对不同W粒径大小制备的含钪扩散阴极进行对比,同时用液固掺杂的方法制备了4μm左右的Sc_2O_3掺杂W粉末。。利用激光粒度测试仪、X射线衍射仪、扫描电镜等研究了阴极材料的粒度分布、成分、微观形貌等。结果表明,利用喷雾干燥法制备出的微米级钨粉,可以在保持基体所需孔度的前提下,提高烧结温度,从而使阴极的机械加工性能较亚微米含钪扩散阴极改进,可以将阴极车制不同的形状和尺寸。经过充分激活后在900℃b空间电荷区偏离点电流密度为60A/cm2以上,发射性能与亚微米含钪扩散阴极接近。在上述微米级钨粉制备的阴极基础上,对阴极进行了机械加工获得表面车制阴极,对加工后的阴极发射性能进行了全面的评价,对阴极的寿命进行了评估,并对阴极表面元素浓度变化进行了分析研究。结果表明,经过二次处理后的表面车制含钪扩散阴极发射性能优异,经过充分激活后,在900o Cb时偏离点电流密度Jdiv达到62 A/cm2,温度补偿后直流偏离点电流密度可以达到20A/cm2以上,发射斜率1.415,表明发射均匀性良好。阴极在工作温度为970o Cb,电流密度40A/cm2直流负载条件下,寿命已达5000小时以上。研究结果认为,采用微米尺度氧化钪参杂钨粉制备的含钪扩散阴极具有可加工性能,并基本保持亚微米结构阴极的发射特性,可以用于实际生产。首次研究了含钪扩散阴极暴露大气和在残余气体作用下的抗中毒能力。研究发现,激活后的阴极暴露大气后,可经再激活完全恢复发射性能。与钡钨阴极单原子偶极层相比,含钪扩散阴极表面活性层对大气不敏感,因而阴极具有优异的抗暴露大气性能,在实际应用时,可用于可拆卸装置中的电子源,也可实施预加热处理以缩短激活时间。与其他热阴极相同,氧气、空气对含钪扩散阴极有中毒作用,中毒阈值压力随温度升高而提高;氮气对阴极发射基本没有不良作用。但是,含钪扩散阴极在1000℃b情况下,氧中毒的阈值为6×10-7Torr。比同等温度下钡钨阴极的氧中毒阈值高半个数量级,甚至高于钡钨阴极在1100℃b时的氧分压阈值。在1000℃b温度下,初始发射为(10-80)A/cm2时,含钪扩散阴极的空气中毒阈值为2×10-6Torr,比相应温度下保证10A/cm2发射时311-XM“M”型阴极所需环境的气压高至少一个数量级。说明含钪扩散阴极具有比钡钨类阴极优异的抗中毒能力。此外,阴极对氧和空气的中毒是可逆中毒,通过短暂时间的激活发射性能可以恢复。微米粒径含钪扩散阴极具有一定的抗离子轰击能力,阴极遭受严重离子轰击,致使活性层部分溅射后,经充分激活,发射性能仍可得到部分恢复。
李鹤[8]2015年在《扩散式钡钨阴极性能研究》文中提出作为大功率微波源—回旋管的核心部件,阴极提供高质量的电子注参与注波互作用,直接影响回旋管的整管性能。受限于工艺条件和阴极理论尚未成熟,影响阴极发射性能和工作稳定性的因素往往很复杂。本文从多孔钨基体、活性发射物质、阴极组件结构、电泳沉积工艺等方面入手,研究了各关键工艺机理及其对阴极性能的影响。主要研究内容如下:1、确定了制备多孔钨基体的最佳工艺参数,成功地采用模压方法制备出满足要求的多孔钨基体,设计的锥度CrWMn钢模具解决了钨饼脱模过程存在的崩角、断层等问题,将脱模造成的钨饼损坏降为零。2、采用化学沉积方法取代传统机械混合方法制备活性发射物质原料,直流发射性能测试结果表明,阴极在1000℃时偏离点电流密度为为3.26A/cm2,优于普通B型阴极2 A/cm2的发射能力。3、确定了阴极组件模型的接触条件:发射带与支撑筒理想接触、填充物与热子及填充物与支撑筒接触面热导系数为0.001 W/(mm2˙K)。在此基础上模拟热子圈数、热子丝径和填充高度对热场分布影响,并设计新的组件结构。仿真结果显示,新结构的热子工作温度下降200多度,组件温度分布更加均匀,这对提高热子的工作寿命和阴极的工作稳定性具有重要意义。4、利用静电场边界条件建立电泳沉积模型,推导出沉积量与电压和沉积时间的二次关系式。根据关系式,在不同的电泳条件下得到相同厚度的氧化铝绝缘层。热处理后测得40V电压下沉积6s得到的氧化铝热子绝缘层电阻率最高。老炼结果显示,热子可以在1100℃下连续工作超过3000h。5、采用排气台二极管测试系统和回旋管整管测试系统对阴极发射性能进行验证。结果表明:阴极在温度为1100℃时,偏离点电流大于5.05 A/cm2。在40kV工作电压下,加载功率43.5W时,脉冲电流发射密度达到13.1 A/cm2,阴极性能满足回旋管要求。
杜支波[9]2008年在《钡钨阴极电子显微分析研究》文中认为随着微波技术的发展,大功率微波真空电子器件所要求的大电流密度、高稳定性的钡钨阴极被广泛应用,并越来越获得研究学者的重视。为了提高其性能,国内外许多研究学者一般从理论、配方、工艺和材料等方面进行实验研究。而在实际生产过程中,影响阴极发射性能的因素众多,如阴极的微观结构、成分、污染、覆膜等,有关此方面的系统研究相对较少。某国营厂生产的钡钨阴极材料是采用浸渍工艺将铝酸盐或者添加Sc2O3的发射物质浸渍入钨海绵体的孔中,而覆膜阴极则在以上工艺的基础上再进行离子溅射一层金属薄膜或合金膜,以提高阴极发射性能。在使用过程中,出现性能下降或者发射电流不稳定等现象。本课题根据出现的这些状况,围绕阴极微观结构对其性能的影响为中心,采用各种现代微观分析手段,从微结构的角度对影响钡钨阴极性能的工作条件、焊接质量、覆膜质量及厚度及均匀性等方面进行了如下系列分析研究:1.阴极作为电真空器件的核心部分,要求发射电流密度高,性能稳定性好,使用寿命长,保持其苛刻的工作条件至关重要。针对钡钨阴极在工作过程中出现发射电流下降的现象,采用扫描电子显微镜、电子探针X射线等作为显微分析手段,对阴极在使用过程中出现的龟裂、阴极表面污染、海绵体孔洞口的堆积物等微结构变化及形成原因进行分析研究,结果表明阴极工作温度、环境气氛和表面清洁是形成以上典型微观结构的主要原因,建立了阴极失效分析的有效方法。对阴极套筒焊接微缺陷进行研究,分析了焊接区内的气隙对焊接质量和套筒热传导性的影响,提出了配合尺寸对焊接可靠性的重要性。2.介绍了覆膜阴极的工艺过程和成膜机理,研究了钡钨阴极表面不同薄膜的微观结构以及成分表征。对Os、Ir等单质膜和Os-Ir-Al、Os-Re等合金膜的显微结构及其在1200℃老炼后的微结构变化进行研究,结果表明Os-Ir-Al膜阴极表面在老炼前后的微观形貌变化最小,但晶粒尺寸较大,单层Os膜和Os-Re合金膜次之,溅射Ir膜的阴极表面薄膜老炼前后微结构变化最大。对单质膜和合金膜进行微区成分分析表征,通过选择入射电压和同一元素不同线系特征谱线,可以避免衬底元素产生的X射线对表面薄膜的二次激发,从而获得较准确的表面成分分析结果。3.研究了电子探针无损测量钡钨阴极表面覆膜厚度的分析测试技术。根据入射到阴极表面的电子束作用深度与入射电压的关系计算、模拟阴极表面覆膜厚度。通过加速电压与衬底WL和薄膜IrL特征X射线强度之间的关系,外推W衬底的X射线强度为“0”或者薄膜X射线强度为“1”时获得入射电压Ed。运用蒙特卡罗模拟,固定入射电压Ed,通过改变假定的薄膜厚度,使W衬底的X射线强度为“0”或者薄膜X射线强度为“1”,可实现薄膜厚度的无损测量,且操作方便。
王玉春, 陆卫元, 谢启辉[10]2006年在《正交实验法在阴极研究中的应用》文中进行了进一步梳理本文介绍了正交实验法在阴极研究中的应用。实验结果表明,正交实验法的使用可以为科研工作指明方向,减少科学实验的次数,提高实验效率,加快研制进度。本次实验结果还表明,影响阴极发射性能的因素依次为:涂层种类、基体是否掺杂和盐的种类,最优条件为:A282C2。
参考文献：
[1]. 微波管钡钨阴极制备和性能的研究[D]. 张红卫. 中国科学院研究生院（电子学研究所）. 2003
[2]. 大功率微波管阴极的研制和制备[D]. 张红卫. 合肥工业大学. 2007
[3]. 大电流密度钡钨阴极的研究[D]. 李玉涛. 中国科学院研究生院（电子学研究所）. 2006
[4]. 含Sc_2O_3和SrO浸渍钡钨阴极电子发射性能的研究[C]. 郑强, 阴生毅, 彭真, 王欣欣, 李阳. 中国电子学会真空电子学分会第十九届学术年会论文集（下册）. 2013
[5]. 阴极热丝组件一致性研究[D]. 刘冬梅. 电子科技大学. 2010
[6]. 固相合成法制备钡钨阴极用铝酸盐及其发射性能的研究[D]. 罗丰廷. 电子科技大学. 2018
[7]. 含钪扩散阴极实用性能的改进与研究[D]. 朱晓策. 北京工业大学. 2016
[8]. 扩散式钡钨阴极性能研究[D]. 李鹤. 电子科技大学. 2015
[9]. 钡钨阴极电子显微分析研究[D]. 杜支波. 电子科技大学. 2008
[10]. 正交实验法在阴极研究中的应用[C]. 王玉春, 陆卫元, 谢启辉. 第九届真空技术应用学术年会论文集. 2006