[实用新型]一种具有三维结构表面的热阴极

说明书

本实用新型公开一种具有三维结构表面的热阴极，属于真空元器件技术领域。所述热阴极包括浸渍铝酸盐的多孔钨基和形成于多孔钨基表面的贵重金属薄膜，所述多孔钨基的发射表面开槽形成规则排列的凹陷结构。本实用新型提供的热阴极可增加阴极电子发射面的有效面积，从而显著提高阴极的电流发射强度，为真空微波器件的理想电子源。

技术领域

本实用新型涉及真空元器件技术领域。更具体地，涉及一种具有三维结构表面的热阴极。

背景技术

热阴极是真空微波器件中的核心部件，作为真空器件的电子源，其发射特性直接决定了真空器件的性能。随着高频率微波技术的发展，高频率和高功率真空微波器件对热阴极的电子发射性能提出了更高的要求。微波器件的工作频率越高，器件的体积就越小，相应地阴极的尺寸也在逐渐减小，同时所需阴极的发射电流密度也越大，因此大电流密度阴极是制备高频率真空微波器件的前提。

目前，钪酸盐阴极具有最高的电子发射能力，实验室制备的钪酸盐阴极的电流发射密度可达到150A/cm²以上，而且钪酸盐阴极已应用于部分微波器件。但是钪酸盐阴极发射电子束的稳定性相对较差，同时抗离子轰击能力弱，打火后阴极的电子发射能力损伤严重且很难恢复，所以在高性能的微波器件中仍采用发射能力相对较弱的钡钨阴极或覆膜钡钨阴极。提高钡钨阴极或覆膜钡钨阴极的电子发射能力仍然是制备高性能微波器件的关键。

阴极发射电流I计算公式为

I＝S*J (1)

其中，S为阴极发射面有效面积，J为阴极发射电流密度。由此可见，提高阴极发射电流密度是提高阴极发射电流最直接的方式。提高阴极发射电流密度的方式主要有改善铝酸盐中氧化钙、氧化钙和氧化铝的混合比例以及改善钨粉颗粒度的一致性和钨海绵的孔隙度，通过这几种方式阴极的性能已得到了一定程度上的提升，但是对阴极性能的改善程度相对较小。因此，需要提供一种可有效提高阴极发射电流强度的热阴极及其制备方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有三维结构表面的热阴极，该热阴极可增加阴极电子发射面的有效面积，从而显著提高阴极的电流发射强度。

为达到上述目的，本实用新型提供一种具有三维结构表面的热阴极包括浸渍铝酸盐的多孔钨基和形成于多孔钨基表面的贵重金属薄膜，所述多孔钨基的发射表面开槽形成规则排列的凹陷结构。

优选地，所述凹陷结构包括若干V型沟道。

优选地，所述沟道的上部宽度为5～50μm，深度为5～100μm，间距为5～100 μm。

优选地，所述沟道单向排列或相互交叉排列。

优选地，所述多孔钨基的孔隙度为20％～30％。

优选地，所述铝酸盐包括如下重量百分比的组分：BaO 60％～75％，CaO 10％～20％，Al₂O₃ 10％～25％。

优选地，所述贵重金属薄膜厚度为0～2μm。

优选地，所述贵重金属材料为锇、锇-铼合金、锇-钌合金或锇-铱-铝合金。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过在钡钨阴极或覆膜钡钨阴极表面加工规则排列的凹陷结构，来增加阴极电子发射面的有效面积，显著地提高了阴极的电流发射强度，还保留了钡钨阴极或覆膜钡钨阴极一致性高、发射稳定和抗离子轰击能力强等特点，为真空微波器件的理想电子源。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出多孔钨基表面单向排列的沟道结构示意图；