專利名稱：一種長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電真空技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及采用雙層膜和雙層鎢海綿基體結(jié)構(gòu)的長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極及制備方法，從而提高鋇鎢陰極的發(fā)射電流密度，增加活性物質(zhì)的儲存，延長陰極壽命。
背景技術(shù)：
隨著真空微波器件特別是軍用微波器件的發(fā)展，對陰極的壽命提出了大于10年的要求。對于長壽命陰極來說要滿足以下要求(1)工作溫度低，這樣降低了活性物質(zhì)的蒸發(fā)并減輕了熱子的負擔(dān)；(2)逸出功小，這樣可在較低工作溫度下提供所需發(fā)射電流；(3) 足夠的活性物質(zhì)的儲存，以保證在有效的工作期間內(nèi)源源不斷補充由于蒸發(fā)和中毒所造成的活性物質(zhì)的損失。傳統(tǒng)的覆膜浸漬鋇鎢陰極即M型陰極已經(jīng)無法滿足上述要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制備一種雙層膜和雙層鎢海綿基體結(jié)構(gòu)的長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極，以提高鋇鎢陰極的發(fā)射電流密度，增加活性物質(zhì)的儲存，延長陰極壽命。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極，包括鉬筒、熱子、陰極；鉬筒內(nèi)的隔斷將鉬筒內(nèi)分為兩個容腔，一容腔內(nèi)固接有熱子，熱子的引線由外端伸出；另一容腔內(nèi)固接有陰極；其所述陰極采用雙層膜和雙層鎢海綿基體結(jié)構(gòu)；其中，陰極軸向分為兩層鎢海綿基體(31、32)， 底層鎢海綿基體(31)與隔斷固連，底層孔度為34%-36%;上層鎢海綿基體(32)的孔度為 22%-24% ；在上層鎢海綿基體(3 的外端面，順序覆有兩層膜，內(nèi)層為Re膜(33)，在Re 膜(33)外端為一層 Os-WII (34)。所述的長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極，其所述兩層鎢海綿基體(31、32)，上層鎢海綿基體(32)厚 0. 2mm士 0. 05mm，底層鎢海綿基體(31)厚 1. 4mm士 0. 05mm?！N長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極的制備方法，其包括步驟a、首先，在壓制模具中先放入平均顆粒度為5μ的鎢粉Mmg，再放入平均顆粒度為 8μ的鎢粉4-5Mmg，然后放在油壓機上一次壓制成形；b、將a步壓好的鎢餅放入氫爐，在氫氣中1800°C 士 100°C下，保溫時間10士5分
鐘，燒結(jié)成雙層鎢海綿基體待用；C、將b步燒結(jié)好的雙層鎢海綿基體放入氫爐中，在1600°C 1650°C下，保溫1 2分鐘，將鋁酸鹽浸漬到雙層鎢海綿基體中；d、將氧化鋁，硝棉和乙酸丁酯混合物填充于放有熱子的鉬筒一容腔內(nèi)，放入烘箱內(nèi)80°C 士 10°C烘干60士30分鐘，然后放入氫爐中在1700°C 士 100°C下，保溫1 2分鐘燒結(jié)，制備成熱子組件；e、在帶有熱子組件的鉬筒另一容腔內(nèi)放入少量鎢鈷焊料，再放入b步浸漬好鹽的雙層鎢海綿基體，一起放入氫爐中，燒結(jié)溫度1550°C 1600°C，保溫1 2分鐘，完成陰極與熱子組件的焊接；f、將e步中制備好的陰極熱子組件的陰極外端表面在儀表車床上進行精車，表面粗糙度Ra ^ 1. 6 ；g、將外表面車好的陰極放入覆膜臺中，在陰極外表面先覆一層厚度為 2000A ±100 A的Re膜，再覆一層厚度為3000A ± IOOA Os-W膜，得成品。所述的方法，其所述的a)步驟中，其上層鎢粉的平均顆粒度為5 μ，質(zhì)量Mmg，保證壓制燒結(jié)后上層孔度為22% 14%，底層鎢粉的平均顆粒度為8 μ，質(zhì)量為上層鎢粉質(zhì)量的 4-5倍，保證壓制燒結(jié)后底層孔度為34% -36%。所述的方法，其所述的g)步驟中，陰極表面先覆Re膜，時間為30分鐘，再覆Os-W 膜，時間為90分鐘。本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)了雙層膜和雙層鎢海綿基體的陰極結(jié)構(gòu)，可以提高鋇鎢陰極的發(fā)射電流密度、延長陰極壽命。采用雙層膜，即在陰極表面先覆一層Re膜，再覆 Os-W膜，Re作為擴散阻擋層抑制或減緩了基底鎢原子向發(fā)射表面的擴散，使得表面合金膜的成分比例在較長時間內(nèi)維持在最佳范圍，從而延長了陰極的壽命。同時采用雙層結(jié)構(gòu)鎢海綿體制備的陰極由于表層采用小孔度減少了活性物質(zhì)的蒸發(fā)，底層采用大孔度增加了活性物質(zhì)儲存量，使得鎢海綿底層的活性物質(zhì)可在陰極壽命中不斷補充表面活性鋇的損耗， 能夠長久地維持高電流密度穩(wěn)定的電子發(fā)射，從而延長陰極的壽命。


圖1.本發(fā)明的長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極結(jié)構(gòu)示意圖；圖2.本發(fā)明的長壽命陰極壽命與工作溫度關(guān)系曲線圖；圖3.本發(fā)明的長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極的電壓-電流曲線圖。
具體實施例方式如圖1所示，是本發(fā)明的長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極結(jié)構(gòu)示意圖，由鉬筒1、熱子2、 陰極3組成，鉬筒1內(nèi)的隔斷11將鉬筒1內(nèi)分為兩個容腔，一容腔內(nèi)固接有熱子2，熱子2 的引線由外端伸出；另一容腔內(nèi)固接有陰極3。其中，陰極3軸向分為兩層鎢海綿基體31、 32，底層鎢海綿基體31與隔斷11固連，底層孔度為34% -36%;上層鎢海綿基體32的孔度為22% -24%。在上層鎢海綿基體32的外端面，順序覆有兩層膜，內(nèi)層為Re膜33，在Re膜 33上再覆一層Os-W膜；34。Os-W膜；34位于最外端。本發(fā)明的長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極制備的具體工藝過程是首先，在直徑2. 3mm壓制模具中先放入平均顆粒度為5 μ的鎢粉18mg，再放入平均顆粒度為8μ的鎢粉80mg，在油壓機上一次壓制成形，壓力為13T/cm2。將壓好的鎢餅放入高頻爐，在氫氣中1800°C下保溫10分鐘燒結(jié)成形。將燒結(jié)好的鎢餅放入氫爐中，在1620°C 下保溫2分鐘浸漬鋁酸鹽(6Ba0:lCa0:2Al203)。將氧化鋁，硝棉和乙酸丁酯混合物填充于放有3mm熱子的鉬筒內(nèi)，放入烘箱中80°C烘干1小時，然后放入氫爐中在1700°C燒結(jié)1分鐘，完成熱子組件的制備。在制備好的熱子組件鉬筒內(nèi)放入少量鎢鈷焊料，再放入浸漬好鹽的鎢海綿，一起放入氫爐中，1550°C保溫1分鐘，完成陰極與鉬筒焊接。將焊接好的陰極熱子組件的陰極表面在儀表車床上進行精車，車好的陰極放入覆膜臺中，在陰極表面先覆Re膜，時間為30分鐘，再覆Os-W膜，時間為90分鐘，完成陰極的制備。將陰極放進動態(tài)系統(tǒng)中進行直流測試，選用空間電荷偏離點電流作為標(biāo)準(zhǔn)來檢驗陰極的發(fā)射能力，在陰極工作溫度為950°C時，偏離點電流可達5. 6A/cm2,結(jié)果如圖3所示。將陰極裝入普通試驗二極管中，其中陰極直徑2. 3mm,陰陽極之間的距離0. 2m 0. 3mm,陰極激活及老煉200小時后進行陰極壽命試驗。壽命試驗方法將陰極分成四組，每組3只，分別工作在(1170°C，1130°C，109(rC， 1050°C )溫度下，支取2A/cm2對陰極進行壽命試驗。根據(jù)陰極壽命與工作溫度的關(guān)系，以溫度作為加速變量建立加速壽命方程，通過加速壽命試驗推出陰極在正常工作溫度下的壽命，如圖2所示。加速壽命試驗結(jié)果表明，該陰極在960°C工作溫度下，當(dāng)陰極負荷為2A/cm2時，陰極預(yù)估壽命可達150，000小時。
權(quán)利要求
1.一種長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極，包括鉬筒、熱子、陰極；鉬筒內(nèi)的隔斷將鉬筒內(nèi)分為兩個容腔，一容腔內(nèi)固接有熱子，熱子的引線由外端伸出；另一容腔內(nèi)固接有陰極；其特征在于，所述陰極采用雙層膜和雙層鎢海綿基體結(jié)構(gòu)；其中，陰極軸向分為兩層鎢海綿基體 (31、32)，底層鎢海綿基體(31)與隔斷固連，底層孔度為34%-36%;上層鎢海綿基體(32) 的孔度為22%- % ；在上層鎢海綿基體(3 的外端面，順序覆有兩層膜，內(nèi)層為Re膜 (33)，在Re膜(33)外端為一層Os-W膜(34)。
2.如權(quán)利要求1所述的長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極，其特征在于，所述兩層鎢海綿基體(31、32)，上層鎢海綿基體(32)厚0.2mm 士 0.05mm，底層鎢海綿基體(31)厚 1. 4mm+ 0. 05mmo
3.一種長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極的制備方法，其特征在于，包括步驟a、首先，在壓制模具中先放入平均顆粒度為5μ的鎢粉Mmg，再放入平均顆粒度為8 μ 的鎢粉4-5Mmg，然后放在油壓機上一次壓制成形；b、將a步壓好的鎢餅放入氫爐，在氫氣中1800°C士 100°C下，保溫時間10士5分鐘，燒結(jié)成雙層鎢海綿基體待用；c、將b步燒結(jié)好的雙層鎢海綿基體放入氫爐中，在1600°C 1650°C下，保溫1 2分鐘，將鋁酸鹽浸漬到雙層鎢海綿基體中；d、將氧化鋁，硝棉和乙酸丁酯混合物填充于放有熱子的鉬筒一容腔內(nèi)，放入烘箱內(nèi) 800C 士 10°C烘干60士30分鐘，然后放入氫爐中在1700°C 士 100°C下，保溫1 2分鐘燒結(jié)， 制備成熱子組件；e、在帶有熱子組件的鉬筒另一容腔內(nèi)放入少量鎢鉆焊料，再放入b步浸漬好鹽的雙層鎢海綿基體，一起放入氫爐中，燒結(jié)溫度1550°C 1600°C，保溫1 2分鐘，完成陰極與熱子組件的焊接；f、將e步中制備好的陰極熱子組件的陰極外端表面在儀表車床上進行精車，表面粗糙度 彡 1. 6 ；g、將外表面車好的陰極放入覆膜臺中，在陰極外表面先覆一層厚度為 2000A ±100 A的Re膜，再覆一層厚度為3000A ± IOOA Os-W膜，得成品。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的a)步驟中，其上層鎢粉的平均顆粒度為5μ，質(zhì)量Mmg，保證壓制燒結(jié)后上層孔度為22%-24%，底層鎢粉的平均顆粒度為8μ，質(zhì)量為上層鎢粉質(zhì)量的4-5倍，保證壓制燒結(jié)后底層孔度為34% -36%。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其表征在于，所述的g)步驟中，陰極表面先覆Re膜，時間為30分鐘，再覆Os-W膜，時間為90分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種長壽命覆膜浸漬鋇鎢陰極及其制備方法，涉及電真空器件技術(shù)，采用了雙層膜和雙層鎢海綿基體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該類型陰極具有發(fā)射電流密度大、壽命長等特點，加速壽命試驗結(jié)果表明，陰極工作溫度960℃，電流密度2A/cm2，陰極壽命超過150，000小時。本發(fā)明提高鋇鎢陰極的發(fā)射電流密度，增加活性物質(zhì)的儲存，延長陰極壽命，壽命達到12～15年，滿足了空間行波管對熱陰極長壽命的發(fā)展需求。
文檔編號H01J23/04GK102315062SQ20101022714
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者劉濮鯤, 張明晨, 張洪來, 李玉濤 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所