直熱式陰極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電真空技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種直熱式陰極及其制備方法，該陰極采用含稀土氧化物y203難熔氧化物活性物質(zhì)，相比于純鎢絲陰極，能夠降低陰極的工作溫度，提高陰極的發(fā)射電流密度，延長陰極的壽命。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著磁控管向著高輸出功率方向發(fā)展，普通氧化物陰極、鋇鎢陰極等因其不能耐高壓，不耐電子離子轟擊，易于發(fā)生電火花等缺點幾乎不能應(yīng)用。因此，在中功率(小于3kff)磁控管中均采用碳化的敷釷鎢陰極。而在高陽極電壓(大于10kV)的大功率連續(xù)波磁控管管中一般采用發(fā)射本領(lǐng)很小的直熱式純鎢(W)絲陰極，這是因為純鎢絲陰極相比于普通氧化物陰極和鋇鎢陰極，具有發(fā)射穩(wěn)定性好，耐電子、離子轟擊能力強，抗中毒性強等優(yōu)點，相比于碳化釷鎢陰極，擁有更長的壽命。但是，在大功率連續(xù)波磁控管在保證正常輸出功率情況下，其陰極一般工作在2450?2700K溫度之間，導(dǎo)致其陰極表面蒸發(fā)過快，當陰極的直徑低于起始直徑的90%時，即宣告陰極壽命終了，因此在連續(xù)波磁控管中純W絲陰極壽命的終止是導(dǎo)致磁控管壽命結(jié)束的主要原因之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種直熱式陰極及其制備方法，以提高陰極的發(fā)射電流密度、降低純鎢絲陰極的工作溫度、延長陰極的壽命。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種直熱式陰極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0005]a、在鎢絲基底表面均勻施加鎢粉層，置于高溫氫氣爐中1600°C ±50°C下保溫10?15分鐘后形成鎢海綿層；
[0006]b、將 Y203、Gd203、Hf02按重量百分比(45 ?50) %: (5 ?10) %: (45 ?50) %球磨混合制得Y203、Gd203和Η?? 2的混合粉末，并壓制成塊狀；
[0007]c、將步驟b獲得的塊狀物放入馬弗爐中，于1450±50°C燒結(jié)2?4小時，合成含Y203的難熔氧化物活性物質(zhì)；
[0008]d、將步驟c獲得的含Y203的難熔氧化物塊狀物研磨2?3小時；
[0009]e、將步驟d獲得的含Y203的難熔氧化物活性物質(zhì)均勻施加在鎢海綿層表面制備得所需的直熱式陰極。
[0010]以及，一種通過上述直熱式陰極的制備方法制備得到的直熱式陰極。
[0011]基于上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的制備方法可以提高純鎢絲陰極的發(fā)射電流密度、降低純鎢絲陰極的工作溫度、降低陰極表面蒸發(fā)率、延長陰極壽命。在含γ203難熔氧化物活性物質(zhì)層與純鎢絲基底之間燒結(jié)一層鎢海綿層不僅能夠增加活性物質(zhì)的存儲量，而且能夠增加純鎢絲基底與活性物質(zhì)涂層之間的導(dǎo)電率。采用熔點較高的Hf02能夠保證活性物質(zhì)在高溫下仍有較低的蒸發(fā)率。此外，含γ203難熔氧化物物質(zhì)具有很好的活性，能夠使純鎢絲陰極在較低溫度下就能獲得較大的發(fā)射電流密度，與此同時，這種含γ203難熔氧化物活性物質(zhì)相比于普通氧化物，鋇鎢陰極以及釷鎢陰極具有較大的耐電子、離子轟擊以及抗中毒能力，是一種適合于工作在大功率連續(xù)波磁控管環(huán)境中的理想陰極材料。
【附圖說明】
[0012]圖1為大功率連續(xù)波磁控管用普通純鎢絲陰極的制備流程
[0013]圖2為本發(fā)明含Υ203氧化物活性物質(zhì)層鎢絲陰極的制備方法流程圖；
[0014]圖3為本發(fā)明直熱式低溫大電流密度陰極結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4為本發(fā)明直熱式低溫大電流密度陰極的直流伏安特性曲線示意圖；
[0016]圖5為本發(fā)明直熱式低溫大電流密度陰極的壽命曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0018]本發(fā)明公開了一種直熱式陰極，其采用含有稀土氧化物Υ203的難熔氧化物作為活性物質(zhì)，將該活性物質(zhì)浸涂在表面為鎢海綿層的純鎢絲陰極表面。本發(fā)明的直熱式低溫大電流密度陰極能夠在低溫下工作，該陰極目前在壽命臺上的壽命已經(jīng)超過3000小時。
[0019]本發(fā)明還公開了一種直熱式陰極的制備方法，包括以下步驟:
[0020]a、在鎢絲基底表面均勻噴覆上鎢粉層后，放入高溫氫氣爐中1600±50°C下保溫10?15分鐘后形成具有儲備活性物質(zhì)能力的鎢海綿層；
[0021]b、將 Y203、Gd203、Hf02按重量百分比(45 ~ 50) %: (5 ?10) %: (45 ?50) %球磨混合制得Y203、Gd203和Η?? 2的混合粉末，并壓制成塊狀；
[0022]c、將步驟b獲得的塊狀物放入馬弗爐中于1450 ± 50 °C燒結(jié)2?4小時，合成含Y203的難熔氧化物活性物質(zhì)；
[0023]d、將步驟c獲得的含Y203的難熔氧化物塊狀物在瑪瑙缽中研磨2?3小時，制備得活性物質(zhì)；
[0024]e、將步驟d獲得的含Υ203難熔氧化物的活性物質(zhì)均勻浸涂在鎢海綿層表面制備得到所述直熱式陰極。
[0025]其中，步驟a中的媽粉的純度為99.9%，平均粒徑為1?3 μπι。
[0026]其中，步驟a中的鎢海綿層的燒結(jié)過程中，升溫時，耗時0.5?1小時從常溫線性升至1600±50°C，在1600±50°C保溫10?15分鐘后降溫，降溫時，從1600±50°C耗時2?
4小時線性降至常溫。
[0027]其中，步驟b中的球磨，是在瑪瑙球磨罐中進行，并在瑪瑙罐中加入分析純無水乙醇或去離子水，混合球磨< 24小時后壓制。
[0028]其中，步驟b中的Y203、Gd203、11?)2三種氧化物的純度均為99.9%，其重量百分比分別為(45 ~ 50) %: (5 ?10) %: (45 ?50) %。
[0029]其中，分析純無水乙醇或去離子水的加入量，為瑪瑙罐體積的< 2/3。
[0030]其中，步驟c中燒結(jié)氣氛為空氣氣氛或C02氣氛。
[0031]其中，步驟d中的研磨，是在瑪瑙缽中進行，混合球磨< 3小時。
[0032]其中，步驟e中浸涂的含Y203難熔氧化物的活性物質(zhì)厚度為10?100 μ m。
[0033]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的鎢絲陰極的制備流程圖，圖2是本