[发明专利]一种浸渍扩散阴极用含钪铝酸盐及其制备方法

说明书

该发明公开了一种浸渍扩散阴极用含钪铝酸盐及其制备方法，属于微波电真空器件制造领域。本发明在5:1:2铝酸盐中加入适量的氧化钪，Sc₂O₃的质量占总质量的3～7wt.％，获得包含Ba₃Al₂O₆和Ba₂ScAlO₅的两相结构，使浸渍该种含钪铝酸盐的阴极具有大电流密度发射的性能。同时本发明制备方法简便易操作，适用于工业生产。

技术领域

本发明属于微波电真空器件制造领域，具体涉及一种浸渍扩散型热阴极用含钪铝酸盐的制备方法。

背景技术

真空电子器件在信息系统和国防装备中发挥着重要的作用，真空电子器件的研究向着毫米波、亚毫米波甚至太赫兹区域扩展。阴极作为此类器件的核心部件，其性能要求越来越高。阴极作为真空器件的电子发射源，它的性能对器件的功率输出、稳定性、可靠性和寿命等性能有着至关重要的影响。阴极工作中几个重要的指标有：阴极工作温度低、发射电流密度大、可靠性高、阴极寿命长以及预热、启动时间短等。其中，设法提供高密度和高可靠性的工作电流是实现大功率微波器件的最关键技术和重大基础技术。目前，含钪扩散阴极是最有可能达到高频率和大功率的现代微波真空电子器件所需求的热电子发射体，而浸渍型含钪扩散阴极因其具有大发射电流密度和制备工艺简单等优点被广泛关注和使用。传统的浸渍型含钪扩散阴极的制备方式有两种：一是将氧化钪均匀分布至钨海绵基体中，然后浸渍铝酸盐。这种方式制备的阴极具有发射电流密度大的优点，但是制备工艺复杂和重复性较差的缺点严重制约了实际的工程应用。二是将氧化钪直接加入铝酸盐中形成含钪铝酸盐，然后再浸渍至钨海绵基体中。这种方式工艺简单，与传统的浸渍扩散阴极一致，但是长期以来缺乏对含钪铝酸盐的成分和晶体结构认识，导致了阴极电子发射性能的存在差异，进而影响了实际应用的可靠性。

本发明提出了一种新型的含钪铝酸盐，该种含钪铝酸盐具有Ba₃Al₂O₆和Ba₂ScAlO₅两种有效发射活性成分，具有大电流密度电子发射的能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在5:1:2铝酸盐中加入适量的氧化钪，获得包含Ba₃Al₂O₆和Ba₂ScAlO₅的两相结构，使浸渍该种含钪铝酸盐的阴极具有大电流密度发射的性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

第一步：将足量的分析纯BaCO₃、CaCO₃、Al(OH)₃干燥；

第二步：按摩尔比BaO:CaO:Al₂O₃＝5:1:2计算BaCO₃、CaCO₃、Al(OH)₃的称量质量，然后根据总质量计算添加Sc₂O₃的质量，Sc₂O₃的质量占总质量的3～7wt.％；

第三步：将所有的配料混合均匀；

第四步：将混合均匀后的粉末压制成圆饼状；

第五步：将圆饼状样品高温烧结，烧结温度1350℃；

第六步：烧结结束后，将样品取出研磨成粉末，密封保存。

进一步地，步骤一中是将分析纯BaCO₃、CaCO₃、Al(OH)₃置于鼓风干燥箱中，在120℃的条件下烘干24小时以上。