亚微米薄膜钪钨阴极制造技术

伴随着电台广播、通信、雷达、导弹等军事和空间领域以及工业高频感应加热设备的高速发展，电子管在发射功率几十千瓦到几百千瓦、甚至上兆瓦的大功率电子设备中是作为能够满足其高性能、高效率要求的首选器件。阴极材料是电子管的心脏部件,其性能直接决定着电子管的使用性能，包括显象管和显示管在内的真空显示器件向大屏幕和高清晰度发展,对应用于其中的电子发射体的发射电流密度和寿命的要求越来越高。

自上世纪70年代末开始，对钪钨阴极的研究与改进始终在不断进行。目前报道和应用的各类含钪阴极各具优缺点，其中，德国 Philip s公司采用激光蒸发技术研制的含氧化钪和钨铼的薄膜型阴极具有最高的发射水平，据称965℃(亮度温度)的脉冲发射可达30-44000/cm²，但其制作工艺复杂，可控性差，距实用还有较大的距离。

2004年，北京真空电子技术研究所阴极研究室采用亚微米尺度氧化钪掺杂钨粉制作阴极基体，成功制备出一种新型的亚微米薄膜钪钨阴极，这种工艺使氧化钪在阴极基体和表面均匀分布，有效地提高阴极的电子发射能力，改善阴极电子发射不均匀性，这种亚微米薄膜钪钨阴极的制造内容大致经过以下步骤：

1)将高纯微米级钨粉采用等静压技术在室温下压制；之后在氢气气氛中，在烧结温度为1900℃，烧结时间为40分钟得到多孔钨基体；把铜在温度1400℃条件下熔化，之后利用毛细现象将铜浸渍到多孔钨基体中；利用车制、电火花等加工方法把浸铜钨基体加工成所需要的形状；利用化学方法或者高温蒸发法去除加工好的浸铜钨基体中的铜，得到阴极基体；

2)将阴极基体浸渍活性物质钡钙铝酸盐中，浸渍温度为1500℃，浸渍时间为10秒，浸渍完成后用车加工方法去除阴极基体表 面的残余浸渍物；

3)将浸渍了活性物质的阴极基体和含间热式热子的阴极支持筒通过钼钌焊料钎焊在一起，在阴极基体与热子相对的一面涂覆钼钌焊料；在阴极基体与热子之间的空隙填充高纯氧化铝；

4)用直流磁控溅射在阴极基体表面沉积亚微米钪钨薄膜；将溶胶凝胶法制得的亚微米尺度的氧化钪掺杂钨粉在室温下以2吨压制压力先模压成型，之后在850℃低温烧结，作为直流磁控溅射的靶材；直流磁控溅射时，靶材的原料为溶胶凝胶法制得的亚微米尺度的氧化钪掺杂钨粉；采用阶梯加电压方式，先在溅射电压350-450V保持4-6分钟；再在溅射电压750-850V保持4-6分钟；最后在溅射电压1150- 1250V保持40-60分钟，得到亚微米薄膜钪钨阴极。

通过采用保持颗粒大小几乎不变的亚微米材料经压制烧结制造直流磁控溅射用的靶材，并严格控制各个步骤的各个参数来使氧化钪在阴极基体表面更均匀分布，因此所制得的阴极的电流密度大，1000℃时可认为最高的电流密度约为85.08A/cm²，比M型扩散阴极的工作温度下降200℃左右，且需要的激活时间仅为10-30 分钟，老练时间仅为约24小时，工作时间可达3000小时，将阴极表面的功函数降低了0.2- 0.4eV，可操作性强、重复性好，比德国的激光蒸发技术更易实现规模化量产。

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