[发明专利]一种发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维阴极及其制备方法。

背景技术

高能脉冲电子束轰击能在材料表面实现快速加热和冷却，从而提高材料的表面硬度、耐磨损和抗腐蚀等性能。常规的脉冲电子束由采用碳纤维、铜网编织等方法制造的脉冲电子束阴极产生。但是由于很难控制阴极上每个点的电子发射能力，一个点产生爆炸发射以后，如果该点发射电流过大，电源内阻会导致整个阴极电位下降，使其他位置的电场强度有可能无法达到发射阈值而形成不了爆炸发射，因此采用常规方法很难在阴极表面形成均匀的电子束，阴极面积越大，这种不均匀性越明显。因此现有技术制备的阴极存在不能发射大面积均匀电子束的问题。

发明内容

本发明要解决现有技术制备的阴极存在不能发射大面积均匀电子束的问题，而提供一种发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极及其制备方法。

一种发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极由碳纤维束、限流电阻、高压电极和碳纤维束安装盘组成，碳纤维束由发射端和金属端组成，碳纤维束安装盘上均布数个的通孔，每个通孔中安装1个限流电阻，限流电阻的一端均与高压电极连接，另一端与1个碳纤维束的金属端连接，高压电极与碳纤维束安装盘固定连接在一起，且碳纤维束的发射端一部分裸露在碳纤维束安装盘外侧。

一种发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、准备材料：①采用绝缘材料以均布的形式钻有数个通孔，即得到碳纤维束安装盘，②首先将多股碳纤维丝捆绑成圆柱形，然后将导电金属丝沿圆柱中心插入，掺入的深度为导电金属丝的长度1/4～1/3，然后放入到P/Al原子数比为5∶1、质量分数为15％偏磷酸铝溶液中浸润30s～120s，最后在450℃～550℃加热20min～40min，即得到碳纤维束，裸露在圆柱外端的导电金属丝即为碳纤维束的金属端，其余部分为发射端，③采用黄铜制作成高压电极，且制作的高压电极尺寸与①中制备的碳纤维束安装盘的尺寸吻合；二、安装：首先将碳纤维束的金属端与限流电阻一侧的连接端焊接在一起，然后插入碳纤维束安装盘的通孔中，保证碳纤维束的发射端一部分裸露在碳纤维束安装盘外侧，限流电阻另一侧的连接端一部分裸露在碳纤维束安装盘外侧，然后对应限流电阻另一侧的连接端将高压电极钻有数个通孔，并焊接在一起，最后将高压电极与碳纤维束安装盘固定连接在一起，即得到发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极；步骤一②中所述的导电金属丝的长度与碳纤维丝的长度比为(0.9～1.1)∶1。

本发明优点：一、本发明制备的发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极均匀安装有多个带有限流功能的碳纤维束，可以保证整个阴极面的均匀电子爆炸发射；二、如果本发明制备的发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极的某个碳纤维束由于烧损而失效，可以单独更换该位置的碳纤维束，从而避免更换整个阴极，节省成本；三、可以通过改变限流电阻的值，达到调节本发明制备的发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极发射电流的目的；四、通过在本发明制备的发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极不同位置安装不同的限流电阻，可以实现不同空间位置发射电流的控制。

附图说明

图1是具体实施方式一发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极的结构侧视图；图2是试验一制备发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极的电子束电子发射的电子射线图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1进行说明，本实施方式是一种发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极：

本实施方式的发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极由碳纤维束1、限流电阻2、高压电极3和碳纤维束安装盘4组成，碳纤维束1由发射端1-1和金属端1-2组成，碳纤维束安装盘4上均布数个的通孔，每个通孔中安装1个限流电阻2，限流电阻2的一端均与高压电极3连接，另一端与1个碳纤维束1的金属端1-2连接，高压电极3与碳纤维束安装盘4固定连接在一起，且碳纤维束1的发射端1-1一部分裸露在碳纤维束安装盘4外侧。

本实施方式的一种发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极工作原理如下：每一个小面积碳纤维阴极(碳纤维束1)连接一个限流电阻2组成一个发射单元，将大量的发射单元安装到同一高压电极3上。工作时通过限流电阻2用来限制单个碳纤维阴极(碳纤维束1)的发射电流，使其不能过大，保证阴极电位的稳定从而使每个碳纤维阴极(碳纤维束1)的均能单独发射，这样大量发射单元产生的小面积电子束即可汇集成大面积均匀脉冲电子束。

本实施方式的一种发射大面积均匀电子束的碳纤维阴极上均匀安装有几百个这样带有限流功能的碳纤维束，可以保证整个阴极面的均匀电子爆炸发射；