專利名稱：一種抑制二次電子放射系數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于涂層技術(shù)，涉及一種用于微波器件抑制二次電子放射系數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
具有一定能量的電子打到材料表面以后，往往會激發(fā)出為數(shù)不等的其它電子，通常稱為二次電子。所產(chǎn)生的二次電子數(shù)量與初始入射電子數(shù)量之比，稱做該種材料的二次電子發(fā)射系數(shù)。真空微波器件是現(xiàn)代武器及宇航中導(dǎo)向和定位的關(guān)鍵部件，在雷達、制導(dǎo)等武器裝備系統(tǒng)中居核心、先導(dǎo)地位。但器件內(nèi)部的放電打火現(xiàn)象是此類器件失效的主要因素。例如，在大功率回旋管中，電子槍陽極和收集極均用銅材制得，電子打到陽極上產(chǎn)生的二次電子，很容易導(dǎo)致等離子體的產(chǎn)生從而引起管內(nèi)打火，引起管子功率脈沖縮短現(xiàn)象的問題，最終導(dǎo)致管子失效。電子槍和降壓收集極是大功率微波管重要部分，如何抑制微波管電子槍和降壓收集極區(qū)的等離子體產(chǎn)生，是保證高功率微波器件性能優(yōu)良的關(guān)鍵。從上述分析可知，如果能抑制柵極、收集極、陽極等部位的二次電子發(fā)射，就可以抑制等離子體產(chǎn)生、延長器件壽命。因而，對微波器件關(guān)鍵部件進行特殊的表面處理，抑制其二次電子發(fā)射，則可達到延長高功率微波器件工作壽命的目的。通常采用鍍膜或改進表面形貌的方法來抑制二次電子發(fā)射。薄膜類型通常為化合物類材料，工藝復(fù)雜，且薄膜屬性不易穩(wěn)定。目前國外內(nèi)也有在微波管內(nèi)采用C膜抑制二次電子，C能與BaO在高溫下發(fā)生化學反應(yīng)，生成CO還原出Ba，CO為氣體進入真空。金屬Ba的熔點僅為725°C，在高溫下Ba可由熱蒸發(fā)而離開柵極，這樣?xùn)啪W(wǎng)表面的Ba與BaO的沉積總量將大大減少。但是在850°C溫度下，C與BaO的化學反應(yīng)速率較慢，當陰極發(fā)射物質(zhì)Ba和BaO在柵網(wǎng)上沉積速率較大時，若沉積的BaO不能及時清除，將造成柵極發(fā)射電流增大。隨著大功率、低截獲脈沖行波管的高速發(fā)展，鍍C膜己不能滿足目前的需要。近年來國內(nèi)外廣泛采用鍍Hf工藝代替使用了 二十多年的鍍C工藝。Hf在高溫下能與BaO發(fā)生化學反應(yīng)生成HfBa03，其次Hf與陰極發(fā)射物質(zhì)Ba相互滲透、反應(yīng)生成HfBa化合物，使柵極表面的活性物質(zhì)總量大大減小，柵極表面始終保持高功函數(shù)狀態(tài)，從而有效地抑制柵電子的發(fā)射。但是若Hf膜表面達到化學飽和，將失去其功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能夠在高溫下始終保持高功函數(shù)狀態(tài)的抑制二次電子放射系數(shù)的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，(I)選取基體材料的功函數(shù)值，(2)根據(jù)涂層材料的功函數(shù)值選擇涂層材料，涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值，(Φ Φ*+0.45 0.5eV) (3)根據(jù)基體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的抑制要求，在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層。所述涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值0.45 0.5eV0所述的基體材料采用銅或鎢(W)，涂層材料為鉬(Pt)、鎳(Ni)、金(Au)、銥(Ir)涂層。
所述的在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層的方法采用噴涂、涂覆或磁控濺射方法。本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果，本發(fā)明通過比較基體材料與其他元素功函數(shù)的方法來選擇涂層材料范圍，方法簡單、可行。通過該方法可方便快捷地確定可選的涂層材料，可節(jié)省相應(yīng)的涂層制備工藝試驗的工作量，進而節(jié)省了材料費用、工藝成本以及縮短試驗周期。并且該方法適用于濺射沉積、電鍍、化學鍍等多種工藝手段在基體表面制備薄膜或涂層。涂層厚度可根據(jù)二次電子發(fā)射系數(shù)抑制幅度，在100 1500nm (視表面粗糙度)的較大范圍內(nèi)變化。


圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)金屬內(nèi)部電子克服表面真空勢壘逃逸原理示意圖。圖2是本發(fā)明表面制成高功函數(shù)薄膜以后真空勢壘的高度增加及二次電子逃逸原理示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明首先選取基體材料的功函數(shù)值，然后，根據(jù)涂層材料的功函數(shù)值選擇涂層材料，涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值，(Φ Φ s+0.45 1.5eV)再根據(jù)基體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的抑制要求，在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層。如圖1所示，在金屬材料I內(nèi)部，電子8通常被束縛在能量較低的費米(Fermi)能級2狀態(tài)，各原子的外層電子8為所有原子實6所共有。而在`金屬表面4附近存在較高的真空勢壘3，真空勢壘與費米能級之差即為金屬的逸出功或功函數(shù)5。所以電子越過真空勢壘3脫離材料表面的幾率很小(如圖1中左側(cè)部分所示)。但當具有一定能量的初始電子7打到材料表面以后，往往會使材料內(nèi)部附近的電子獲得接近或超過逸出功5的能量，因此可能激發(fā)出為數(shù)不等的二次電子9。二次電子發(fā)射過程非常復(fù)雜。目前理論認為該過程可分三個階段討論:(a) —次電子7入射到材料表面以內(nèi)；(b)產(chǎn)生的二次電子8在材料內(nèi)部的傳輸；(c) 二次電子克服材料表面真空勢壘的最終逃逸成為脫離材料表面的二次電子9(如圖1中右側(cè)放大部分所示)。按此原理，真空勢壘的高度對二次電子產(chǎn)額亦即二次電子發(fā)射系數(shù)有重要影響。因此，可利用功函數(shù)表，通過尋找比基體功函數(shù)高的材料，并在基體表面制成薄膜，表面薄膜區(qū)域的原子排列由涂層材料的原子實6’組成，因涂層材料的原子實6’具有較高的功函數(shù)，因而提高了表面真空勢壘，起到抑制二次電子發(fā)射的作用，如圖2所示。當在金屬表面制備高功函數(shù)材料薄膜以后，真空勢壘將由3增高至3’，功函數(shù)5已隨之變?yōu)?’，較原來水平的增量為10。這將使二次電子逃逸真空勢壘的難度進一步增加，從而起到抑制二次電子發(fā)射的作用。以基體材料選用銅為例，基體材料選用制造微波器件(例如行波管多級降壓收集極)常用的無氧銅制，根據(jù)功函數(shù)表(表I)可得，該材料功函數(shù)0eu=4.48-5.1eV (多數(shù)資料給出4.6eV)。經(jīng)測試其二次電子發(fā)射系數(shù)常溫下在1.58。通過比較其它元素的功函數(shù)，發(fā)現(xiàn)鉬(Pt)、金(Au)、銥(Ir)、鎳(Ni)等元素的功函數(shù)均大于Cu的功函數(shù)，分別為ΦΡ =5.65eV, ΦΑυ=5.38eV, Φ Γ=5.27eV, ΦΝ =5.15采用化學鍍與磁控濺射方法，在Cu基體上制備IOOmn IlOOmn的薄膜。在鍍膜過程中施加了超聲波震動，提高了零件表面的活性和被浸潤程度，利于沉積層金屬晶核的形成，起到細化鍍層晶粒、改善致密性的作用，從而提高了鍍層質(zhì)量。經(jīng)過對二次電子發(fā)射系數(shù)的測試發(fā)現(xiàn)，制備薄膜后的試片，其二次電子發(fā)射系數(shù)均得到不同程度降低。它們的二次電子發(fā)射系數(shù)分別是1.35、1.16.1.410降低幅度達到了 10.75 26.6%不等。取得了較好效果。如表2所示。表1.常用金屬材料的功函數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種抑制二次電子發(fā)射系數(shù)的方法，其特征是，(I)選取基體材料的功函數(shù)值，(2)根據(jù)涂層材料的功函數(shù)值選擇涂層材料，涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值，Φ釋≥Φ *+0.45 1.5eV (3)根據(jù)基體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的抑制要求，在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制二次電子發(fā)射系數(shù)的方法，其特征是，所述涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值0.5eV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制二次電子發(fā)射系數(shù)的方法，其特征是，所述的基體材料采用銅或鎢涂層，涂層材料為鉬、鎳、金或銥涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制二次電子發(fā)射系數(shù)的方法，其特征是，所述的在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層的方法采用噴涂、 涂覆或磁控濺射方法。
全文摘要
本發(fā)明屬于涂層技術(shù)，涉及一種用于微波器件抑制二次電子放射系數(shù)的方法。(1)選取基體材料的功函數(shù)值，(2)根據(jù)涂層材料的功函數(shù)值選擇涂層材料，涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值，φ涂≥φ基00.45～1.5eV(3)根據(jù)基體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的抑制要求，在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層。本發(fā)明通過該方法可方便快捷地確定可選的涂層材料，可節(jié)省相應(yīng)的涂層制備工藝試驗的工作量，進而節(jié)省了材料費用、工藝成本以及縮短試驗周期。并且該方法適用于濺射沉積、電鍍、化學鍍等多種工藝手段在基體表面制備薄膜或涂層。涂層厚度可根據(jù)二次電子發(fā)射系數(shù)抑制幅度，在100～1500nm(視表面粗糙度)的較大范圍內(nèi)變化。
文檔編號H01J25/34GK103208408SQ20131012638
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者武洪臣, 朱彥海, 趙青, 王加梅, 馬國佳, 孫剛 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空制造工程研究所