專利名稱：一種儲存式覆膜浸漬鋇鎢陰極及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電真空技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及采用小室鎢海綿基體結(jié)構(gòu)的儲存式覆膜浸潰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(I)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；(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)的覆膜浸潰鋇鎢陰極即M型陰極已經(jīng)無法滿足上述要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種儲存式覆膜浸潰鋇鎢陰極及制備方法，制備一種小室鎢海綿基體結(jié)構(gòu)的儲存式覆膜浸潰鋇鎢陰極，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)解決方案是一種儲存式覆膜浸潰鋇鎢陰極，包括鑰筒、熱子、陰極；鑰筒內(nèi)的隔斷將鑰筒內(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；其陰極采用小室鎢海綿基體結(jié)構(gòu)；其中，陰極分為內(nèi)外兩層鎢海綿基體，內(nèi)層鎢海綿基體內(nèi)端面與隔斷固連，其余各面以外層鎢海綿基體包覆，外層鎢海綿基體側(cè)面與另一容腔內(nèi)壁固接，內(nèi)層鎢海綿基體的孔度為40% _45%，外層鎢海綿基體的孔度為20% -22%;在外層鎢海綿基體的外端面，覆有一層Os-1r-Al膜。所述的儲存式覆膜浸潰鋇鎢陰極，其所述內(nèi)外兩層鎢海綿基體，外層鎢海綿基體厚O. 3mm±0. 05mm,內(nèi)層鶴海綿基體厚1. 2mm±0. 05mm?！N所述的儲存式覆膜浸潰鋇鎢陰極的制備方法，其包括步驟I)首先，用孔度為20% -22%鎢銅棒按照另一容腔的尺寸進行車制，然后以鋇鎢陰極鎢海綿制備方法進行化學去銅和高頻去銅，得到所需的外層鎢海綿基體；2)將平均顆粒度為3-4 μ的鎢粉70mg_75mg放入事先制備好的外層鎢海綿基體內(nèi)，用模具將外層鎢海綿基體內(nèi)的鎢粉壓平，得到一個外層鎢海綿基體內(nèi)凹面和側(cè)面把內(nèi)部鎢粉包覆起來的鎢海綿基體；3)將2)步壓好的鎢海綿基體放入氫爐，在氫氣中2000°C ±100°C溫度下，保溫時間30 ±5分鐘，燒結(jié)成小室鎢海綿基體待用；4)將3)步燒結(jié)好的小室鎢海綿基體放入氫爐中，在1600°C 1650°C溫度下，保溫I 2分鐘，將鋁酸鹽浸潰到小室鎢海綿基體中；5)將氧化鋁，硝棉和乙酸丁酯混合物填充于放有熱子的鑰筒一容腔內(nèi)，放入烘箱內(nèi)用80°C ±10°C溫度烘干60±30分鐘，然后放入氫爐中在1700°C ±100°C溫度下，保溫I 2分鐘燒結(jié)，制備成熱子組件；6)在帶有熱子組件的鑰筒另一容腔內(nèi)放入少量鎢鈷焊料，再放入4)步浸潰好鹽的小室鎢海綿基體，一起放入氫爐中，燒結(jié)溫度1550°C 1600°C，保溫I 2分鐘，完成陰極與熱子組件的焊接；7)將6)步中制備好的陰極熱子組件的陰極的內(nèi)凹球面外端表面在儀表車床上進行精車，球面半徑R = 6. 5±0. 05，表面粗糙度Ra <1. 6 ;8)將外表面車好的陰極放入覆膜臺中，在陰極外表面覆一層厚度為3000A + 100 A的 Os-1r-Al 膜 33，得成品。所述的方法，其所述I)步驟中，其內(nèi)層鎢粉的平均顆粒度為3_4μ，質(zhì)量> 70mg，保證壓制燒結(jié)后內(nèi)層孔度為40% -45%。所述的方法，其所述8)步驟中，陰極表面采用直流四極濺射法覆Os-1r-Al膜33，覆膜時間為20分鐘。本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)了小室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Os-1r-Al三元合金膜提高陰極的發(fā)射電流密度；同時采用小室鎢海綿體制備的陰極，由于外層采用小孔度減少了活性物質(zhì)的蒸發(fā)，內(nèi)層采用大孔度增加了活性物質(zhì)儲存量，使得鎢海綿內(nèi)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為本發(fā)明的儲存式覆膜浸潰鋇鎢陰極結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的儲存式覆膜浸`潰鋇鎢陰極的電壓-電流曲線圖。
具體實施例方式如圖1所示，是本發(fā)明的儲存式覆膜浸潰鋇鎢陰極結(jié)構(gòu)示意圖，由鑰筒1、熱子2、陰極3組成，鑰筒I內(nèi)的隔斷11將鑰筒I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軸向分為內(nèi)外兩層鎢海綿基體31、32，內(nèi)層鎢海綿基體31與隔斷11固連，內(nèi)層孔度為40% -45% ;外層鎢海綿基體32的孔度為22% -24%。在外層鎢海綿基體32的外端面，覆有一層Os-1r-Al膜33。本發(fā)明的儲存式覆膜浸潰鋇鎢陰極制備的具體工藝過程是首先，先用孔度為20% -22%鎢銅棒按照另一容腔的尺寸進行車制，然后以鋇鎢陰極鎢海綿制備方法進行化學去銅和高頻去銅，得到所需的外層鎢海綿基體。再將平均顆粒度為3-4μ的鎢粉放入事先制備好的外層鎢海綿基體32內(nèi)，用模具將鎢粉壓平，填粉質(zhì)量達到70mg-75mg為止，此時外層鎢海綿基體內(nèi)凹面和側(cè)面把內(nèi)部鎢粉包覆起來。將填好粉的鎢餅放入高頻爐，在氫氣中2000°C下，保溫時間30分鐘，燒結(jié)成小室鎢海綿基體待用。將燒結(jié)好的鎢餅放入氫爐中，在1620°C下保溫2分鐘浸潰鋁酸鹽^Ba0:1Ca0:2Al203)。將氧化鋁，硝棉和乙酸丁酯混合物填充于放有3mm熱子的鑰筒內(nèi)，放入烘箱中80°C烘干I小時，然后放入氫爐中在1700°C燒結(jié)I分鐘，完成熱子組件的制備。在制備好的熱子組件鑰筒內(nèi)放入少量鎢鈷焊料，再放入浸潰好鹽的鎢海綿，一起放入氫爐中，1550°C保溫I分鐘，完成陰極與鑰筒焊接。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3放入覆膜臺中 ，在陰極表面覆Os-1r-Al膜33，時間為20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準來檢驗陰極的發(fā)射能力，在陰極工作溫度為950°C時，偏離點電流可達5A/cm2，結(jié)果如圖2所示。
權(quán)利要求
1.一種儲存式覆膜浸潰鋇鎢陰極，包括鑰筒、熱子、陰極；鑰筒內(nèi)的隔斷將鑰筒內(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；其特征在干，陰極采用小室鎢海綿基體結(jié)構(gòu)；其中，陰極分為內(nèi)外兩層鎢海綿基體，內(nèi)層鎢海綿基體(31)內(nèi)端面與隔斷(11)固連，其余各面以外層鎢海綿基體(32)包覆，外層鎢海綿基體(32)側(cè)面與另一容腔內(nèi)壁固接，內(nèi)層鎢海綿基體(31)的孔度為40%-45%，外層鎢海綿基體(32)的孔度為20% -22% ;在外層鎢海綿基體(32)的外端面，覆有ー層Os-1r-Al膜(33)。
2.如權(quán)利要求1所述的儲存式覆膜浸潰鋇鎢陰極，其特征在于，所述內(nèi)外兩層鎢海綿基體，外層鎢海綿基體(32)厚0. 3mm±0. 05mm,內(nèi)層鎢海綿基體(31)厚1. 2mm±0. 05mm。
3.—種如權(quán)利要求1所述的儲存式覆膜浸潰鋇鎢陰極的制備方法，其特征在于，包括步驟 a、首先，用孔度為20%-22%鎢銅棒按照另一容腔的尺寸進行車制，然后以鋇鎢陰極鎢海綿制備方法進行化學去銅和高頻去銅，得到所需的外層鎢海綿基體； b、將平均顆粒度為3-4ii的鎢粉70mg-75mg放入事先制備好的外層鎢海綿基體內(nèi)，用模具將外層鎢海綿基體內(nèi)的鎢粉壓平，得到一個外層鎢海綿基體內(nèi)凹面和側(cè)面把內(nèi)部鎢粉包覆起來的鎢海綿基體； C、將b步壓好的鎢海綿基體放入氫爐，在氫氣中2000°C ±100°C溫度下，保溫時間30±5分鐘，燒結(jié)成小室鎢海綿基體待用； d、將c步燒結(jié)好的小室鎢海綿基體放入氫爐中，在1600°C 1650°C溫度下，保溫I 2分鐘，將鋁酸鹽浸潰到小室鎢海綿基體中； e、將氧化鋁，硝棉和こ酸丁酯混合物填充于放有熱子的鑰筒一容腔內(nèi)，放入烘箱內(nèi)用800C ±10°C溫度烘干60±30分鐘，然后放入氫爐中在1700°C ±100°C溫度下，保溫I 2分鐘燒結(jié)，制備成熱子組件； f、在帶有熱子組件的鑰筒另一容腔內(nèi)放入少量鎢鈷焊料，再放入d步浸潰好鹽的小室鎢海綿基體，一起放入氫爐中，燒結(jié)溫度1550°C 1600°C，保溫I 2分鐘，完成陰極與熱子組件的焊接； g、將f 步中制備好的陰極熱子組件的陰極的內(nèi)凹球面表面在儀表車床上進行精車，球面半徑R = 6. 5±0. 05，表面粗糙度Ra彡1.6 ; h、將外表面車好的陰極放入覆膜臺中，在陰極外表面覆ー層厚度為3000A±100 A的Os-1r-Al膜(33)，得成品。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述a)步驟中，其內(nèi)層鎢粉的平均顆粒度為3-4 u，質(zhì)量> 70mg，保證壓制燒結(jié)后內(nèi)層孔度為40% -45%。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其表征在于，所述h)步驟中，陰極表面采用直流四極濺射法覆Os-1r-Al膜(33)，覆膜時間為20分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種儲存式覆膜浸漬鋇鎢陰極，涉及電真空器件技術(shù)，陰極采用小室鎢海綿基體結(jié)構(gòu)陰極分為內(nèi)外兩層鎢海綿基體，內(nèi)層鎢海綿基體內(nèi)端面與隔斷固連，其余各面以外層鎢海綿基體包覆，外層鎢海綿基體側(cè)面與另一容腔內(nèi)壁固接，內(nèi)層鎢海綿基體的孔度為40％-45％，外層鎢海綿基體的孔度為20％-22％；在外層鎢海綿基體的外端面，覆有一層0s-Ir-Al膜。本發(fā)明陰極具有發(fā)射電流密度大、壽命長等特點，直流發(fā)射伏安特性曲線結(jié)果表明，陰極工作溫度為950℃時，偏離點電流可達5A/cm2。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，延長陰極壽命達到12～15年，滿足空間行波管對熱陰極長壽命的發(fā)展需求。
文檔編號H01J9/02GK103050354SQ20111031316
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者張明晨, 張洪來, 劉濮鯤, 俞世吉 申請人:中國科學院電子學研究所