稀土难熔金属电子发射材料的研究

介绍了两种阴极,即稀土钼金属陶瓷次级发射材料及钪钨基扩散阴极。研究结果表明,稀土钼金属陶瓷阴极的最大次级发射系数可达6.5,与单元稀土氧化物掺杂的钼阴极相比,复合稀土氧化物-钼具有更高的次级发射系数,主要是由于复合氧化物在高温、真空条件下失氧速度小于单元稀土氧化物,相对于单元稀土氧化物具有较低的缺陷浓度,使缺陷对二次电子的散射作用减弱,从而有利于阴极的发射。钪钨基扩散阴极具有优异的热发射性能,900℃下阴极的发射电流密度达87A/cm~2,为普通钪酸盐阴极的3倍。活性元素Ba、Sc和O在阴极激活过程中同时向表面扩散,在阴极表面建立均匀分布的Ba、Sc和O活性层,促进了阴极的发射。     

钪钨基压制型阴极的制备及性能研究

将活性发射盐与氧化钪掺杂钨粉采用不同混合的方法结合,结合氢气气氛下的高温烧结法制备了氧化钪掺杂钨基扩散阴极。实验结果表明元素混合的均匀性对阴极的发射有着重要的影响。采用高能球磨法混合的粉末,元素分布均匀且颗粒细小,高温烧结过程中有利于发射盐与基体元素钨之间反应充分,形成有利于发射的活性物质。该种方法制备的阴极,发射性能为手工研磨混合的8倍,且为覆Os钡钨阴极的4倍。在激活过程中,活性元素Ba、Sc和O从阴极内部向表面扩散,在表面形成均匀分布的含Ba、Sc和O的活性层,促进了阴极的发射。     

氧化钪掺杂、亚微米结构多孔钨基扩散阴极的研究

为了改进氧化钪的分布均匀性及提高阴极表面氧化钪的扩散补充能力,作者在前期研究的基础上,分别采用液固掺杂和液液掺杂的方法制备了Sc2O3掺杂W粉基材,研究了利用这种W粉制作多孔钨基体的工艺技术和多孔体的微观结构.研究表明在改进压制、烧结技术的基础上,可以获得具有适当孔度的亚微米结构多孔基体.氧化钪在基体中的分布得到进一步改进.在这种基体中铝酸盐的浸渍率可以达到常规浸渍阴极的要求.发射试验结果表明,阴极具有很高的发射水平.研究还证实多孔体的结构越趋细微,越有利于阴极的发射均匀性和耐离子轰击的性能的改善.     

氧化铈对M型扩散阴极发射性能影响的研究

采用稀土CeO2与钨机械混合,制备了掺杂稀土氧化铈（CeO2）M型扩散阴极,利用扫描电镜、压汞仪等测试手段分析了阴极基体的微观结构。用水冷阳极二极管检测了阴极的发射性能。同时利用XPS对老练后阴极表面化学成分进行了分析。研究表明,掺杂稀土CeO2阴极基体孔径分布更均匀,平均孔径为2.08μm。在阴极正常工作温度1050℃下,掺杂稀土CeO2钡钨阴极的直流发射电流密度和脉冲发射电流密度分别为6.33 A·cm^-2、17.48 A·cm^-2,有效逸出功为1.86 eV,明显优于纯钨基M型扩散阴极。掺杂稀土CeO2有助于Ba的扩散,并吸附在阴极表面,使得M型阴极表面Ba3d峰明显增强。     

含钪扩散阴极用铝酸盐的制备及发射性能研究

采用液相共沉淀法和固相合成法分别制备411(4BaO:CaO:Al₂O₃)铝酸盐前驱粉末, 在钨网氢气炉中高温烧结. 采用喷雾干燥法结合两步氢气还原法制备出亚微米氧化钪掺杂钨粉. 随后经过压制, 烧结, 浸渍, 水洗, 退火等工艺获得具有亚微米结构的含钪扩散阴极, 并研究含钪扩散阴极的电子发射性能. 实验结果表明, 液相共沉淀法制备的铝酸盐在1500℃烧结后, 铝酸盐中Ba₅CaAl₄O₁₂衍射峰最强, 结晶程度最高. 液相共沉淀法含钪扩散阴极, 脉冲发射电流密度在850℃达到37.89 A/cm². 在激活过程中, 阴极表面形成“Ba-Sc-O”发射活性层, “Ba-Sc-O”发射活性层存在提高了阴极热电子发射能力, 降低了含钪扩散阴极的蒸发速率.     

稀土钼SPS烧结体阴极的次级发射性能和微观结构研究

利用湿法冶金的方法制备了稀土-钼粉末，然后用SPS快速烧结的方法制备了稀土-钼烧结体阴极材料，并测试了材料的发射性能。通过XRD和SEM对材料进行了物相、元素分布与含量的研究。测试结果表明用SPS烧结方法制备的稀土-钼阴极材料的次级发射系数达到3．84，比常规烧结方法制备的阴极材料的次级发射系数(2．92)大很多。用SPS烧结的方法可得到晶粒比较细小且分布比较均匀的烧结体，并发现材料经过1600℃的高温激活后稀土元素将富集于材料的表面，在表面形成一厚为5μm左右的稀土氧化物薄膜。     

钡钨阴极电子发射物411铝酸盐研究

采用高温固相反应法合成钡钨阴极用411铝酸盐,研究了在湿空气中放置前后铝酸盐的稳定性、与钨基的浸渍情况、物相的变化和阴极的发射性能。结果表明:在湿空气中放置的411铝酸盐,增重大于9%,与钨基的浸渍性下降,主晶相由Ba3CaAl2O7转变为Ba7Al2O10,BaCO3和CaCO3,在1050℃时,阴极的发射性能从25.86 A·cm-2下降到16.42 A·cm-2,在空气中放置的铝酸盐制备的阴极发射性能降低了36.5%。     

La2O3-Mo阴极碳化工艺研究

研究了碳化温度、碳化时间、碳化时苯的浓度对La2O3-Mo阴极碳化度大小和碳化层组织的影响.实验结果表明:在1 683～1 723 K,苯的浓度为8.0～8.5 Pa,碳化6～8 min后La2O3-Mo阴极碳化度>5%,达到使用要求,碳化层是我们所希望的疏松多孔的Mo2C组织.     

掺杂La对钼丝组织和性能的影响

用粉末冶金工艺先制取掺杂稀土La的钼坯,再经旋锻、拉拔制成掺杂钼丝.通过力学性能实验和SEM观测,对掺杂钼丝与纯钼丝的性能和组织结构进行对比分析.结果表明,由于稀土元素La与Mo中的氧结合形成细小弥散分布的La2O3质点,强化了显微组织,使其再结晶温度较纯钼丝提高500℃左右,室温脆性显著改善,高温加工性能和室温弯折性能大幅提高.所研制的掺杂钼丝是制造高温加热元件和耐高温结构元件理想的材料.     

La2O3对钼烧结坯组织的影响

研究了不同La2O3掺杂量对钼烧结坯组织和性能的影响.采用固-液掺杂方式,以MoO2为掺杂母体,设定La2O3的质量百分含量为0.0～3.0,递差0.5共7个级别,制取相应的硝酸镧.将MoO2粉末和硝酸镧水溶液通过双锥混料机进行喷雾干燥掺杂,掺杂Mo粉通过还原制得Mo/La2O3混合粉,以此种粉为原料,采用粉末冶金工艺制备出不同La2O3含量的烧结坯,并对其进行金相观察,测定密度和孔隙度.实验结果得出,La2O3掺杂量为2.0%的烧结坯显微组织和性能最好.