鋇鎢電極製備工藝

鋇鎢電極的關鍵製備工藝包括多孔鎢基體、鋇浸漬還原等。以下使其主要工藝流程：

一、多孔鎢基體製備

1.原料選擇：高純度鎢粉（99.95%以上），細微性通常為1-5 μm。

2.成型與預燒：

模壓或冷等靜壓成型，壓力100-300 MPa，形成多孔坯體。

預燒（800-1200℃）在氫氣或真空環境中，初步去除雜質並增強坯體強度，孔隙率控制在20-40%。

中鎢智造鋇鎢電極圖片

二、鋇鹽浸漬

1.浸漬液配製：

硝酸鋇（Ba(NO₃)₂）或碳酸鋇（BaCO₃）溶于去離子水或乙醇，濃度10-30 wt%。

添加少量分散劑（如聚乙烯吡咯烷酮，PVP）以提高溶液滲透性。

2.浸漬工藝：

真空浸漬：將多孔鎢基體置於真空環境中抽氣，隨後浸入鋇鹽溶液，利用毛細作用使溶液充分填充孔隙。

迴圈浸漬：重複浸漬-乾燥步驟（2-3次），確保鋇鹽均勻分佈。

三、高溫分解與還原

1.分解階段：

在空氣或惰性氣氛中加熱至400-600℃，分解硝酸鋇為氧化鋇：2Ba(NO₃)₂ → 2BaO + 4NO₂↑ + O₂↑

若使用碳酸鋇，需在更高溫度（>1000℃）分解為BaO和CO₂。

2.氫氣還原：

在氫氣氣氛中升溫至1200-1600℃，保溫1-3小時，將BaO還原為金屬鋇：BaO + H₂ → Ba + H₂O↑

鋇以納米顆粒形式沉積在鎢孔隙內，形成活性電子發射中心。

中鎢智造鋇鎢電極圖片

四、後處理與性能優化

表面緻密化：通過熱壓或熱等靜壓（HIP）處理，封閉表面孔隙，減少鋇揮發。

表面塗層：鍍覆Ir、Re或稀土氧化物（如Y₂O₃）薄膜，提升抗離子濺射能力。

電子發射啟動：在真空或氫氣中高溫退火（>1800℃），促進鋇向表面遷移，降低逸出功。

五、關鍵工藝要點

1.孔隙結構控制：

多孔鎢基體的孔隙需連通且分佈均勻，孔徑範圍0.1-5 μm，確保鋇鹽充分滲透。

過高的孔隙率會導致機械強度不足，過低則限制鋇負載量。

2.鋇揮發抑制：

還原階段採用快速升溫（>10℃/min）和低溫短時保溫，減少鋇損失。

添加鋁酸鋇（BaAl₂O₄）或鎂鋁尖晶石（MgAl₂O₄）作為鋇的穩定載體。

3.材料相容性：

避免使用與鋇反應的雜質（如氧、硫），需嚴格控制氫氣純度（露點<-40℃）。

4.性能表徵：

電子發射性能：測試逸出功（通常可低至1.5-2.0 eV）、發射電流密度（>10 A/cm²）。

壽命評估：在模擬工作條件下（如真空、高溫、電子轟擊）測試鋇的消耗速率。