氮化钛薄膜二次电子发射特性研究

目的研究氮化钛薄膜的部分物理特性及真空中的电子发射特性,验证氮化钛薄膜具有相对较好的电导特性及较低的电子发射系数,证明氮化钛薄膜在空间大功率微波器件表面处理中有良好的应用前景。方法使用射频磁控溅射技术在单晶硅及玻璃片表面制备氮化钛薄膜,实验中通过调节溅射过程中氮气与氩气的气体流量比控制薄膜中的氮钛原子比。使用SEM对氮化钛薄膜的表面形貌及厚度进行表征。使用超高真空二次电子发射特性研究平台对氮化钛薄膜的二次电子发射特性进行表征。结果通过调节溅射过程中的氮气氩气流量比,能够有效控制薄膜中氮钛两种元素的含量,进而改变氮化钛薄膜的结晶方式和其他物理特性。当氮氩气体流量比约为10:15时,薄膜中氮钛原子比约为1:1。电阻率测试结果表明,薄膜中氮钛原子比越接近1:1,薄膜的电阻率越低。二次电子产额(SEY)测试结果表明,所制备氮化钛薄膜的最小SEY峰值约为1.46,低于平滑金(~1.8)、银(~2.2)表面的SEY。结论氮化钛薄膜具有较好的电导特性及较低的SEY,且其在真空环境中有良好的稳定性,能在不影响微波器件表面损耗的情况下,有效降低器件表面发生电子倍增的风险。     

稀土-钼阴极二次电子发射性能研究

采用固固掺杂、液固掺杂和液液掺杂方法制备了稀土氧化物掺杂钼粉,随后利用等离子体快速烧结(spark plasma sinterin,SPS)和传统的压制与高温烧结分别制备稀土-钼金属陶瓷材料,利用金相显微镜、发射性能测试方法对样品的微观结构和二次电子发射性能进行了研究。结果表明:稀土氧化物均匀掺杂和组织的细化有利于材料发射性能提高。经过高温氢气处理,使得样品激活温度大幅降低,发射系数大幅提高。     

基于PS球的银微米结构制备及二次电子发射性能

金属材料的二次电子发射是空间微波部件发生微放电效应的重要机制,微放电效应是航天器有效载荷射频功率增大的限制因素。本实验通过在金属银表面构造大尺度聚苯乙烯(PS)微球阵列制备微米尺度的银膜陷阱结构,实现对二次电子发射的抑制。重点研究了PS微球自组装方法对自组装效果的影响及镀银方式对银膜陷阱结构形貌的影响,并对利用PS微球构造的银膜陷阱结构的二次电子发射性能进行研究。结果表明:蒸发沉积法中的单基片法可有效实现PS微球的自组装,电化学沉积法镀银可获得银膜陷阱结构,且该银膜陷阱结构的二次电子发射系数最大值从2.2降低至1.6。     

中低能质子致金属氘化物二次电子发射系数研究

测量了中低能质子致氘化钛和氘化锆二次电子发射系数。结果表明,20 n A/cm2束流下各二次电子发射系数与其电子能损近似成正比,比例因子Λ较Sternglass理论值偏大约50%,表面吸附层影响二次电子发射系数。束流密度为7μA/cm2的100 ke V质子束长时间测量时,二次电子发射系数γ和正比例因子Λ在前100 s内快速下降并逐渐稳定至理论值。     

PTFE–SiO2复合涂层电子发射特性及抑制放电

目的 调控空间电子器件有机介质聚四氟乙烯(PTFE)表面的二次电子发射系数(SEY)接近1,以降低表面电荷沉积速率,减少静电放电(ESD)的发生。方法 通过磁力搅拌将PTFE分散液和SiO2粉末混合均匀,制备不同浓度配比的PTFE–SiO2混合溶液,将混合溶液旋涂在覆铜板表面,在80 ℃烘箱中加热4 h得到复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)对涂层表面形貌进行观察,采用局域漏电流法对复合涂层的二次电子发射系数进行测试,通过MATLAB对表面电势进行仿真计算,在SEM中对复合涂层放电特性进行测试。结果 从SEM图可以看出,随着SiO2浓度的增大,复合涂层表面SiO2颗粒变得密集。从SEY测试结果可以看出,在SEY>1的能量区间内,复合涂层的SEY随SiO2浓度的增大而逐渐降低,当SiO2质量分数大于15%后,涂层的SEY基本保持不变;在SEY<1的能量区间内,当SiO2浓度为15%时,复合涂层的SEY达到最大值。表面电势仿真计算结果及放电测试结果显示,复合涂层能有效降低表面电荷沉积速率及增大放电阈值。结论 当SiO2颗粒质量分数为15%时,复合涂层SEY的调控效果最显著,SEY最大值从2.0变化到1.6,10 keV能量下的SEY从0.6变化到0.8。当SiO2颗粒质量分数大于15%时,复合涂层能有效降低真空器件PTFE表面电荷沉积速率,提高放电阈值,减少静电放电的发生。因此,这是一种有效提高航天器电子器件可靠性和工作时间的表面处理方法。     

放电等离子体烧结复合稀土钼阴极的次级发射性能及组织的研究

研究了放电等离子体烧结(SPS)复合稀土氧化物的钼阴极材料的二次电子发射系数、致密化、组织、结构，对发射后的材料表面进行了微观组织观察，并与常规烧结(CIP-S)方法进行了比较。在低于常规烧结温度180℃-280℃，保温3min得到的复合稀土氧化物的钼阴极材料的晶粒明显细化，相对密度达95．6％-98．8％，因在激活发射过程中能快速在阴极表面形成高比例的稀土氧化物膜，使二次电子发射系数高于CIP—S烧结材料。但SPS烧结温度高于l600℃，晶粒将急剧长大，二次发射系数也显著下降.     

复合稀土钼材料次级发射性能

利用溶胶-凝胶法制备稀土氧化物掺杂钼粉,随后利用放电等离子体烧结法将该粉末制备成稀土钼金属陶瓷材料,利用SEM、DTA、电子发射性能测试等方法对样品次级电子发射性能进行研究.结果表明:稀土氧化物均匀掺杂和组织的细化有利于材料发射性能提高,但不能降低其激活温度;经过高温氢气处理,样品的真空激活温度大幅降低,发射系数提高;稀土氧化物易吸收水分和气体的特性导致后续真空激活过程中阴极表层钼氧化,而高温氢气处理消除了样品中多余的水分和气体,保持了样品中金属与氧化物的相间分布状态,这是样品在活化前后发射性能发生变化的主要原因.     

用离子束控制材料电子发射性能及应用

研究了用离子束技术控制材料表面电子发射性能的方法，报告这一技术在抑制行波管栅极电子发射、制备场发射平板显示器阴极及改善生物医学材料凝血性能等方面的应用及结果。     

复合稀土氧化物-钼-铼金属陶瓷阴极的次级发射性能

研究了复合稀土氧化物-钼-铼金属陶瓷阴极的二次电子发射系数和抗暴露大气性能,对发射后的表面进行了表面分析,并与单元、复合稀土-钼金属陶瓷阴极进行了对比.研究结果表明:加入微量铼的复合稀土氧化物-钼金属陶瓷阴极的二次电子发射系数可提高8%,其最大次级发射系数δm为2.65,且具有较好的抗暴露大气性能.     

铁上绿色钼酸盐化学转化膜的研究

用化学着色法从钼酸盐溶液中获得了铁的绿色转化膜，该膜具有良好的耐蚀性，电子能谱分析结果表明，膜厚约为２０００Ａ；膜的元素组成为：Ｏ５８．６％、Ｍｏ２７．１％，Ｐ１０．５％和Ｆｅ３．８％；膜层表面Ｍｏ以Ｍｏ存在，而在膜内则以Ｍｏ和Ｍｏ共存。     

Durability experiment on anti-electron-bombardment of RE2O3-Mo secondary emission material

A durability test to determine anti-bombardment sensitivity of multi-RE2 O3-Mo secondary emission material was carried out and the variation of maximum secondary emission coefficient (δmax) was monitored at regular intervals. After the experiment, the cathode was analyzed with SEM, EDS and XRD techniques. The results show that δmax of multi-RE2O3-Mo cermets cathode heated to 1 100 ℃ under electron bombardment of 300 W/cm2 reaches the peak of 3.35 at 200 h. After 500 h of bombardment, the maximum secondary-electron-yield curve stabilizes. The δmax value of the cathode remains at about 2.5 after 1 000 h and represents a good anti-bombardment property. The high δmax value of the cathode is related with formation of an enriched Y2 O3 layer on the surface under high temperature and with the amount of La2 O3 particles in the shape of nanometer distributed on the surface. Under the experimental conditions, the drop of δmax value may be caused by the reduction of La2 O3 content and the porous layer resulted from evaporation of MoO2, which is formed when Mo at the surface is oxidized.     

Investigation of the formation of the secondary current signal in plasma in electron beam welding with oscillations of the electron beam

The results of investigation of the formation of the secondary current signal in plasma and electron beam welding with the oscillation of the beam along and across the joint are presented. The secondary signal is analysed by the synchronous storage method. The results show that the parameters of the function, which is the result of processing the secondary signal by the synchronous storage method, depend on the focusing conditions.     

铝合金镀银表面粗糙化处理方法及其SEY抑制机理

目的为了有效降低空间大功率微波器件铝合金镀银表面的电子发射系数,提高空间大功率微波器件的微放电阈值。方法研究了铝基体上电化学镀银平板试样表面的两种粗糙化处理方法——微图形光刻法和直接湿化学腐蚀法,利用扫描电子显微镜和激光扫描显微镜对两类表面处理得到的多孔平板样品的粗糙形貌进行了表征,利用电流法对其表面二次电子发射(SEY)特性进行了测试分析。结果所获得的规则阵列圆孔表面和大深宽比及随机分布的粗糙表面均能够显著降低镀银表面SEY,并且工艺重复性好。与平滑银表面相比,抑制效果最好的圆孔阵列样品表面能将SEY的最大值从2.2降到1.3,E1值从50 e V增加到100e V;随机刻蚀结构能将平滑银表面SEY的最大值从2.2降至1.1,E1提升至300 e V。基于孔隙内二次电子轨迹追踪的蒙特卡洛理论模拟方法,对两种典型样品的表面二次电子陷阱效应进行了理论分析,表面SEY特性模拟规律与测试数据一致。结论光刻和湿化学刻蚀工艺制备的银表面微形貌均能有效降低镀银表面的SEY,镀银表面粗糙化处理方法能够提高卫星大功率微波部件的微放电可靠性,并不会显著增加其插损。     

新型钨铼混合基阴极的热电子发射性能

采用喷雾干燥结合两步氢还原法制备出W-Re混合粉末,并在此基础上通过压制、烧结和浸渍工艺制备出W-Re混合基浸渍型阴极。采用SEM、XRD、AES对W-Re混合基阴极的微观形貌、物相、表面活性元素进行表征分析,并用电子发射测试系统测试阴极在950~1050℃的脉冲电子发射性能。结果表明,铼的含量决定了阴极基体的物相,铼含量为75%(原子分数)的W-75Re阴极由Re3W单一物相组成,该阴极由于铼含量较高使得基体晶粒尺寸更细小,有利于活性自由钡的生成及其在阴极表面的扩散,从而W-75Re阴极具有相对较低的逸出功和较高的发射电流密度,其在1000℃b时的零场脉冲发射电流密度为14.03 A·cm~(-2),有效逸出功为1.902 e V。     

Mg微合金化对MoSi_2价电子结构及性能的影响

为了预测Mg微合金化对MoSi2性能的影响,运用固体与分子经验电子理论（EET）,采用键距差（BLD）以及平均原子模型的方法,对MoSi2和Mo（Si0.95,Mg0.05）2固溶体进行价电子结构分析,并计算各键键能。结果表明：Mg微合金化改变了Mo原子和Si原子的杂化状态,从而使相应的价电子结构参数发生变化。Mg微合金化之后,最强键上共价电子对数和键能降低,表明固溶体的熔点和硬度降低。共价电子数在总价电子数中所占比例下降,晶格电子数增加,因而Mg微合金化之后宏观上表现为材料的强度降低,但是塑性和导电性增加,脆性降低。     

Formation of molybdenum boride cermet coating by the detonation spray process

The effects of the powder particle size and the acetylene/oxygen gas flow ratio during the detonation spray process on the amount of molybdenum phase, porosity, and hardness of the coatings using MoB powder were investigated by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), etc. The results show that the presence of metallic molybdenum in the coating results from decomposition of MoB powder during thermal spray. The compositions of the coatings are metallic Mo, MoB, and Mo₂B, which are different from the phases of the original powder. The amount of molybdenum phase increases monotonously with the oxygen/acetylene ratio, but the increasing rate for the fine powder is faster than that for the coarse powder. The porosity and hardness of the coating are related to the amount of molybdenum phase. The phase constitution of the coating is discussed.