喷雾干燥法制备钪钨扩散式阴极

阴极是真空电子器件的电子源，是其核心部分，电子发射阴极材料是真空电子器件的核心部件，目前微波真空器件中使用的主要基于碱土金属Ba的扩散型热电子发射阴极材料。

根据太赫兹真空电子器件整体设计需求，要求电子束源提供具有特殊形状的高电流密度(＞50A/cm²)电子注，如筒状注、带状注等，并且要求电子注良好束流品质，如电流密度均匀、束形整齐。钡钨阴极已经难以满足器件对阴极电流密度的要求。目前能够满足这一需求的热阴极只有钪系阴极材料。根据制备方法的不同又可分为钪酸盐阴极、顶层钪系阴极和含钪扩散基阴极。而在以上不同类型阴极中，钪钨扩散式阴极又是最有可能满足这种发展要求的热电子发射材料。

制备浸渍型钪钨扩散式阴极可采用喷雾干燥的方法。它包括以下步骤：

步骤1：以偏钨酸铵、硝酸钪分别溶于水形成溶液；然后，将硝酸钪溶液加入偏钨酸铵溶液中混合，混合溶液的浓度为20-40g/L；采用喷雾干燥制备阴极材料前驱粉末，进料速度400ml/h、鼓风速率0.4m3/min-0.6m3/min；进口温度150℃，出口温度稳定在95℃；最终粉体中中Sc₂O₃的质量为1％-20％，余量为钨；

步骤2：将喷雾干燥法制备的粉末，在500-550℃，大气气氛下分解2小时获得复合氧化物粉末；

步骤3：将复合氧化物粉末在氢气气氛下进行还原；还原分两步进行，首先在500-600℃保温1-2小时，再将温度升至800-950℃保温1-2小时，获得氧化钪掺杂钨粉；

将用上述方法制成的氧化钪掺杂钨粉在压制压力1t/cm²进行压制，氢气炉中1500℃烧结1分钟，制得制成Φ3×1.5mm多孔体，浸渍铝酸钡钙后得到浸渍型氧化钪掺杂钨基体含钪扩散阴极。

由于采用了喷雾干燥法，除了保留液相掺杂技术的优点外，相对于溶胶-凝胶法，简化了前驱粉末制备工艺，避免了杂质元素的引入，工艺可重复性强，便于规模生产。浸渍型钪钨扩散式阴极材料的电流密度在850℃b时，可达35A/cm²，远高于同温度下钡钨阴极的电流密度，达到了器件对阴极电流密度的要求。使得喷雾干燥法制备的浸渍型氧化钪掺杂钨基阴极材料在各种军、民用真空电子器件中有广泛的应用前景。

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