亞微米薄膜鈧鎢陰極製造技術

伴隨著電臺廣播、通信、雷達、導彈等軍事和空間領域以及工業高頻感應加熱設備的高速發展，電子管在發射功率幾十千瓦到幾百千瓦、甚至上兆瓦的大功率電子設備中是作為能夠滿足其高性能、高效率要求的首選器件。陰極材料是電子管的心臟部件,其性能直接決定著電子管的使用性能，包括顯像管和顯示管在內的真空顯示器件向大螢幕和高清晰度發展,對應用於其中的電子發射體的發射電流密度和壽命的要求越來越高。

自上世紀70年代末開始，對鈧鎢陰極的研究與改進始終在不斷進行。目前報導和應用的各類含鈧陰極各具優缺點，其中，德國 Philip s公司採用鐳射蒸發技術研製的含氧化鈧和鎢錸的薄膜型陰極具有最高的發射水準，據稱965℃(亮度溫度)的脈衝發射可達30-44000/cm²，但其製作工藝複雜，可控性差，距實用還有較大的距離。

2004年，北京真空電子技術研究所陰極研究室採用亞微米尺度氧化鈧摻雜鎢粉製作陰極基體，成功製備出一種新型的亞微米薄膜鈧鎢陰極，這種工藝使氧化鈧在陰極基體和表面均勻分佈，有效地提高陰極的電子發射能力，改善陰極電子發射不均勻性，這種亞微米薄膜鈧鎢陰極的製造內容大致經過以下步驟：

1)將高純微米級鎢粉採用等靜壓技術在室溫下壓制；之後在氫氣氣氛中，在燒結溫度為1900℃，燒結時間為40分鐘得到多孔鎢基體；把銅在溫度1400℃條件下熔化，之後利用毛細現象將銅浸漬到多孔鎢基體中；利用車制、電火花等加工方法把浸銅鎢基體加工成所需要的形狀；利用化學方法或者高溫蒸發法去除加工好的浸銅鎢基體中的銅，得到陰極基體；

2)將陰極基體浸漬活性物質鋇鈣鋁酸鹽中，浸漬溫度為1500℃，浸漬時間為10秒，浸漬完成後用車加工方法去除陰極基體表 面的殘餘浸漬物；

3)將浸漬了活性物質的陰極基體和含間熱式熱子的陰極支援筒通過鉬釕焊料釺焊在一起，在陰極基體與熱子相對的一面塗覆鉬釕焊料；在陰極基體與熱子之間的空隙填充高純氧化鋁；

4)用直流磁控濺射在陰極基體表面沉積亞微米鈧鎢薄膜；將溶膠凝膠法制得的亞微米尺度的氧化鈧摻雜鎢粉在室溫下以2噸壓制壓力先模壓成型，之後在850℃低溫燒結，作為直流磁控濺射的靶材；直流磁控濺射時，靶材的原料為溶膠凝膠法制得的亞微米尺度的氧化鈧摻雜鎢粉；採用階梯加電壓方式，先在濺射電壓350-450V保持4-6分鐘；再在濺射電壓750-850V保持4-6分鐘；最後在濺射電壓1150- 1250V保持40-60分鐘，得到亞微米薄膜鈧鎢陰極。

通過採用保持顆粒大小幾乎不變的亞微米材料經壓制燒結製造直流磁控濺射用的靶材，並嚴格控制各個步驟的各個參數來使氧化鈧在陰極基體表面更均勻分佈，因此所制得的陰極的電流密度大，1000℃時可認為最高的電流密度約為85.08A/cm²，比M型擴散陰極的工作溫度下降200℃左右，且需要的啟動時間僅為10-30 分鐘，老練時間僅為約24小時，工作時間可達3000小時，將陰極表面的功函數降低了0.2- 0.4eV，可操作性強、重複性好，比德國的鐳射蒸發技術更易實現規模化量產。