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新型含钪扩散阴极的研究

古昕  
【摘要】:本论文采用添加少量铼元素的液固掺杂法制备浸渍型含钪扩散阴极的基体粉末,同时选用液液掺杂法即溶胶凝胶法制备含钪钨粉末,用来提高氧化钪在钨基体中分布均匀性。采用氢气烧结法,制备了浸渍型和压制型扩散阴极的钪钨基体。利用X 射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪和原位俄歇电子谱仪等现代分析技术研究了钪钨粉末的特性、氧化钪-钨烧结基体的微观结构,并利用动态真空系统对上述两种阴极进行了发射水平的测试。文中探讨了利用亚微米粉末制备亚微米结构浸渍型含钪扩散阴极的工艺,氧化钪添加含量对阴极发射水平的影响以及阴极发射机理的初步分析,并且研究了利用超细粉末制备压制型阴极的工艺。 采用硝酸钪掺杂蓝钨的液固掺杂法,并添加不同含量的铼元素,制备了氧化钪掺杂钨粉末。实验表明,随着铼含量的提高,钪钨粉末得到明显地细化,甚至达到纳米尺寸。同时,利用液液掺杂法制备钪钨粉末可以更好地改善氧化钪在钨粉末中的分布均匀性。 通过对压制、烧结、浸渍等制备工艺的探索,成功地摸索出了适合这种亚微米尺寸粉末的新工艺。本实验所获得的新型亚微米结构阴极,仍旧保持着粉末的亚微米尺寸,孔度和浸渍量都满足普通扩散阴极的要求。另外,阴极具有孔度均匀,孔度分布也十分均匀的结构。这样的良好结构对阴极发射性能的改善是十分有利的。 对亚微米结构浸渍型扩散阴极进行发射测试,结果表明,用偏离点电流Jdiv表示在850℃_b(℃_b为亮度温度)时阴极电流密度可达到50A/cm~2,而用降低阴极伏安特性曲线直线部分斜率10%的J_(10%)表示在850℃_b 时阴极电流密度则可达到100A/cm~2,这一结果是目前世界热阴极发射的最好水平。此外,阴极的寿命实验已经进行了5000 小时以上,充分说明这种阴极具有良好的应用前景。实验证明,氧化钪含量的提高会改善阴极的发射水平。对阴极进行适当的激活可以提高阴极的发射水平。 在制备压制型阴极的过程中,利用高能球磨机成功将铝酸盐粉末磨细,并且获得了混合均匀的阴极基体粉末。进行烧结实验,发现在1650℃烧结所获得的阴极表面结构良好,孔度均匀,有利于阴极发射水平的改善。由这种压制型阴极的发射测试结果表明,该阴极的发射水平较好,在950℃阴极的发射电流密度可达十几A/cm~2,且阴极发射曲线并没有明显偏离,比相同温度下覆Os“M”型阴极发射水平好。同时,该阴极的制备工艺重复性较好。


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