復合稀土-鎢基擴散陰極的研究.pdf

1、含鈧擴散陰極具有極其優(yōu)異的低溫高電流密度的電子發(fā)射的能力，是目前唯一能滿足新型電子器件發(fā)展要求的熱陰極材料。但含鈧擴散陰極存在發(fā)射均勻性不好、抗離子轟擊性差以及價格昂貴等因素的制約而沒有獲得廣泛的應用。 本論文首次制備了復合稀土Eu2O3-Sc2O3、Y2O3-Sc2O3摻雜的鎢粉，通過粉末壓制、燒結(jié)和基體浸鹽的工藝制備了相應的復合稀土/氧化鈧-鎢基擴散陰極。通過粒度分析、XRD、SEM、EDAX研究了摻雜粉末的特性、燒結(jié)基體和

2、陰極的微觀結(jié)構(gòu)和成分；用動態(tài)真空電子發(fā)射測試儀對上述陰極進行了電子發(fā)射水平的測試；采用AES對陰極表面原子組成和活性物質(zhì)的擴散行為進行了研究，分析了陰極發(fā)射水平與表面原子組成的關(guān)系。 采用溶膠凝膠摻雜和氫氣二次還原法制備了S2(5wt％Sc2O3)、E1(1wt％Eu2O3-5wt％Sc2O3)、E3(3wt％Eu2O3-3wt％Sc2O3)、Y3(3wt％Y2O3-3wt％Sc2O3)、Y4(4wt％Y2O3-2wt％Sc2O

3、3)和Y6(6wt％Y2O3)摻雜鎢粉。研究了壓制、燒結(jié)和浸鹽工藝對陰極孔度和浸漬量的影響。對燒結(jié)基體和陰極的微觀結(jié)構(gòu)進行了分析，結(jié)果表明E3基體和陰極中生成了EuScO3，Y3基體中Sc2O3和Y2O3完全形成了的固溶體，討論了微觀結(jié)構(gòu)對陰極性能的影響。 測試了陰極的電子發(fā)射能力，實驗結(jié)果顯示：Y3陰極的發(fā)射性能優(yōu)異，850℃b時直接偏離點電流密度Jdiv達到50A/cm2，與Sc-W基陰極的最好發(fā)射記錄處在同一個水平；E3陰

4、極的發(fā)射不均勻，E1和E3陰極的發(fā)射能力均低于S2陰極；Y4和Y6陰極的發(fā)射水平與普通Ba-W陰極相接近。分析了影響發(fā)射性能的因素，研究表明復合稀土陰極發(fā)射能力與Sc2O3的含量相關(guān)，在一定范圍內(nèi)Sc2O3含量高則發(fā)射性能好。Y3陰極用廉價的Y2O3部分替代昂貴的Sc2O3后仍然具有優(yōu)異的電子發(fā)射性能，對降低陰極的成本具有重要的實際意義。 分析了陰極激活后表面活性元素的組成，研究結(jié)果顯示，盡管采用了復合稀土摻雜的基體，但只有Sc

5、和Ba、O一起擴散到S2、E1、E3、Y3陰極表面，首次觀察到Eu和Y不擴散到陰極表面。討論了陰極發(fā)射能力與表面Sc、Ba、O含量的關(guān)系。 設(shè)計了S2陰極和基體敷W膜的擴散實驗，結(jié)果表明，活性物質(zhì)是從陰極內(nèi)部通過孔隙擴散到表面的，Sc和Ba的擴散和在陰極表面的分布具有一定的相關(guān)性，實驗結(jié)果支持Sc-O-Ba活性層的陰極表面發(fā)射模型。研究證實Sc是通過自由Sc而不是Sc2O3的形式擴散到陰極表面，認為陰極中存在的Sc2W3O12與