混合基陰極材料及其制備方法
【專利摘要】一種浸漬型Re3W-Sc2O3混合基陰極材料及其制備方法，屬于稀土難熔金屬陰極材料【技術領域】。以Re3W取代W，制備Re3W-Sc2O3混合基陰極，其中稀土氧化物Sc2O3約占總質量的3-8wt％，浸漬陰極發(fā)射活性鹽為“411鹽”焙燒物，最終制得鋁酸鋇鈣鹽中氧化鋇、氧化鈣、氧化鋁的摩爾比為4:1:1。本發(fā)明制備的材料具有優(yōu)異的脈沖電子發(fā)射性能。
【專利說明】-種浸漬型Re3W-Sc203混合基陰極材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 一種新型的浸漬型Re3W-Sc203混合基陰極材料及其制備方法，屬于稀土難熔金屬 陰極材料【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 太赫茲輻射也被稱為太赫茲波、T射線、亞毫米波、遠紅外線等，其波段位于ITHz 的毫米波與ΙΟΤΗζ的遠紅外線之間，能量輻射大小介于電子和光子之間，屬于電子學向光 子學的過渡區(qū)。太赫茲輻射的量子能量很低，信噪比很高，頻率極寬，具有一系列特殊的性 質。THz (太赫茲）技術被認為改變未來的十大技術之一，在物理、化學、天文學、分子光譜、 生命科學和醫(yī)藥科學等基礎研究領域，以及安全檢查、醫(yī)學成像、環(huán)境監(jiān)測、食品檢驗、射電 天文、衛(wèi)星通信、武器制導和軍用雷達等應用領域均有巨大的科學研究價值和廣闊的應用 前景。
[0003] 在與太赫茲技術相關的諸多研究領域中，對太赫茲輻射源的研究占據(jù)了核心位 置。利用電子束激發(fā)的太赫茲波輻射源，例如真空電子太赫茲器件或電子泵浦激光器的發(fā) 展更具有光明的前景。在電子束激發(fā)的太赫茲輻射源研制中，電子束源的獲得技術是器件 研制的關鍵。太赫茲波輻射的核心部件就是電子發(fā)射材料--陰極。太赫茲真空器件需要 穩(wěn)定可靠的電子發(fā)射源，基于真空電子學的太赫茲輻射源可以在太赫茲低頻段產生連續(xù)波 和脈沖大功率輸出，是目前產生太赫茲波的最有效的方式。太赫茲電子真空器件要求具備 陰極具有大電流發(fā)射、工作溫度低、長壽命等特點。而目前應用最廣的鋇鎢陰極、Μ型陰極 和鈧鎢陰極都有著相應的缺陷，鋇鎢陰極和Μ型陰極工作溫度較高，發(fā)射電流較鈧鎢陰極 也不夠高；鈧鎢陰極則不抗離子轟擊，易中毒。因此有必要開發(fā)一種新的陰極以滿足上述要 求，以適應太赫茲技術的進一步前進。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明的目的是進一步提高鎢基的性能而提供一種新型的浸漬型Re3w-Sc 203混合 基陰極材料及其制備方法?；趯⑿弯J鶴基陰極的研究，添加 Sc203可大幅提1?鶴基 陰極的熱發(fā)射性能。但是關于Re3W+Sc 203的混合基體的陰極研究還未報道。因此本發(fā)明以 Re3W取代鈧鎢陰極中的W制得陰極并對陰極的熱發(fā)射性能進行研究。
[0005] 本發(fā)明所提供的新型的浸漬型Re3W-Sc203混合基陰極材料，其特點在于：以Re 3W 取代W，制備Re3W-Sc203混合基陰極，其中稀土氧化物Sc 203約占總質量的3-8wt %，浸漬陰 極發(fā)射活性鹽為"411鹽"焙燒物，最終制得鋁酸鋇鈣鹽中氧化鋇、氧化鈣、氧化鋁的摩爾比 為 4:1:1。
[0006] 本發(fā)明所提供的新型的浸漬型Re3W-Sc203混合基陰極材料的制備方法，包括以下 步驟：
[0007] (1)將制得的Re3W粉末與Sc(N03)3酒精溶液在潔凈燒杯中混合，水浴加熱并不 斷攪拌，直至蒸干。將得到的塊狀物研碎過篩，在高純氫氣氣氛中分解得到Re 3W與Sc203 混合粉末，Sc203占 Sc203與Re3W總質量的3-8wt% (優(yōu)選5wt% )，之后將粉末在壓制壓 力5-lOt/cm2 (優(yōu)選lOt/cm2)下進行壓制，隨后在高純高純氫氣氣氛下進行燒結，燒結溫度 1800-2000°C (優(yōu)選2000°C )，保溫20-40min，得到陰極基體材料。
[0008] (2)以硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁和碳酸銨為原料，各硝酸鹽含量按照摩爾比為 4:1:1的BaO、CaO、A1 203的含量配比。將各種硝酸鹽原料溶解，充分混合后，緩慢加入過 量碳酸銨溶液，直至陽離子沉淀完全；經靜置、抽濾、烘干后得到的粉末在1450-1650°C焙 燒，制備出浸漬用活性鹽。在高純氫氣氣氛下對陰極基體進行浸漬以獲得新型的浸漬型 Re3W-Sc203混合基陰極材料。
[0009] 本發(fā)明提供的新型的浸漬型Re3W-Sc203混合基陰極材料具有優(yōu)異的脈沖電子發(fā)射 性能，該陰極材料在l〇〇〇°C的偏離點電流密度達到83A/cm 2,遠高于液固摻雜法制備的鈧鎢 基陰極材料。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1為實施例4所得的新型的浸漬型Re3W-Sc203混合基陰極材料的logU-logl曲 線。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。
[0012] 以下所用的高純氫氣的露點為低于-80°C。
[0013] 對比例1
[0014] 將3. 6794克Sc (Ν03) 3 · 6H20溶解于分析純酒精中，取14. 25克純W粉末倒入硝酸 鈧酒精溶液中，水浴加熱并不斷攪拌，待酒精蒸干后，將混合粉體取出并烘干、研磨、過篩。 將所得粉末在高純氫氣氣氛下950°C條件下分解2h得到制備W-Sc 203陰極基體的前驅粉末。 該粉末在4t/cm2的壓力下壓制成Φ3Χ 1. 5mm的陰極坯體；在高純氫氣氣氛下燒結，溫度為 1700°C，保溫30min，得到陰極基體材料。以硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁和碳酸銨為原料，采用液 相共沉淀法制備"411鹽"，各種硝酸鹽配比按最終制得鋁酸鋇鈣鹽中Ba0、Ca0、Al 203含量的 摩爾比為4:1:1。將所得的干燥粉末在高純氫氣氣氛中1500°C下焙燒，保溫半小時。陰極 基體浸漬焙燒所得的鋁酸鋇鈣鹽，獲得浸漬型鈧鎢基陰極材料。高溫激活處理后，測試不同 溫度下陰極的熱發(fā)射性能，見表1
[0015] 對比例2
[0016] 將對比例1中制備的前驅粉末在10t/cm2的壓力下壓制成Φ3Χ 1. 5mm的陰極坯 體；在高純氫氣氣氛下燒結，溫度為2000°C，保溫30min，得到陰極基體材料。采用排水法測 得開孔孔度為8%，幾乎無法浸鹽。
[0017] 實施例1
[0018] 將3. 6794克Sc(N03)3 · 6H20溶解于分析純酒精中，取60克Re3W粉末倒入硝酸鈧 酒精溶液中，水浴加熱并不斷攪拌，待酒精蒸干后，將混合粉體取出并烘干、研磨、過篩。將 所得粉末在高純氫氣氣氛下950°C條件下分解2h得到制備基體的前驅粉末。該粉末在10t/ cm2的壓力下壓制成Φ3X 1. 5mm的陰極坯體，在高純氫氣氣氛下燒結，溫度為2000°C，保溫 30min，得到陰極基體材料。陰極基體浸漬鋁酸鋇鈣鹽，獲得浸漬型混合基陰極材料。高溫 激活處理后，測試不同溫度下陰極的熱發(fā)射性能，見表1
[0019] 實施例2
[0020] 將3. 6794克Sc (Ν03) 3 · 6H20溶解于分析純酒精中，取30克Re3W粉末倒入硝酸鈧 酒精溶液中，水浴加熱并不斷攪拌，待酒精蒸干后，將混合粉體取出并烘干、研磨、過篩。將 所得粉末在高純氫氣氣氛下950°C條件下分解2h得到制備基體的前驅粉末。該粉末在10t/ cm2的壓力下壓制成Φ3X 1. 5mm的陰極坯體，在高純氫氣氣氛下燒結，溫度為2000°C，保溫 30min，得到陰極基體材料。陰極基體浸漬鋁酸鋇鈣鹽，獲得浸漬型混合基陰極材料。高溫 激活處理后，測試不同溫度下陰極的熱發(fā)射性能，見表1
[0021] 實施例3
[0022] 將3. 6794克Sc (Ν03) 3 ·6Η20溶解于分析純酒精中，取14. 25克Re3W粉末倒入硝酸 鈧酒精溶液中，水浴加熱并不斷攪拌，待酒精蒸干后，將混合粉體取出并烘干、研磨、過篩。 將所得粉末在高純氫氣氣氛下950°C條件下分解2h得到制備基體的前驅粉末。該粉末在 10t/cm 2的壓力下壓制成Φ3Χ 1. 5mm的陰極述體，在高純氫氣氣氛下燒結，溫度為2000°C, 保溫30min，得到陰極基體材料。陰極基體浸漬鋁酸鋇鈣鹽，獲得新型的浸漬型Re 3W-Sc203 混合基陰極材料。高溫激活處理后，測試不同溫度下陰極的熱發(fā)射性能，見表1，見圖1
[0023] 實施例4
[0024] 將3. 6794克Sc (Ν03) 3 · 6H20溶解于分析純酒精中，取10克Re3W粉末倒入硝酸鈧 酒精溶液中，水浴加熱并不斷攪拌，待酒精蒸干后，將混合粉體取出并烘干、研磨、過篩。將 所得粉末在高純氫氣氣氛下950°C條件下分解2h得到制備基體的前驅粉末。該粉末在10t/ cm2的壓力下壓制成Φ3X 1. 5mm的陰極基體，在高純氫氣氣氛下燒結，溫度為2000°C，保溫 30min，得到陰極基體材料。陰極基體浸漬鋁酸鋇鈣鹽，獲得浸漬型混合基陰極材料。高溫 激活處理后，測試不同溫度下陰極的熱發(fā)射性能，見表1
[0025] 表1不同陰基體成分對陰極發(fā)射性能影響比較
[0026]
【權利要求】
1. 一種浸漬型Re3W-Sc203混合基陰極材料，其特征在于，其特點在于：以Re 3W取代W，制 備Re3W-Sc203混合基陰極，其中稀土氧化物Sc 203約占總質量的3-8wt %，浸漬陰極發(fā)射活性 鹽為"411鹽"焙燒物，最終制得鋁酸鋇鈣鹽中氧化鋇、氧化鈣、氧化鋁的摩爾比為4:1: 1。
2. -種浸漬型Re3W-Sc203混合基陰極材料的制備方法，其特征在于，主要包括以下步 驟： (1) 將制得的Re3W粉末與Sc (N03) 3酒精溶液在潔凈燒杯中混合，水浴加熱并不斷攪拌， 直至蒸干。將得到的塊狀物研碎過篩，在高純氫氣氣氛中分解得到Re 3W與Sc203混合粉末， Sc203占 Sc203與Re3W總質量的3-8wt %，之后將粉末在壓制壓力5-10t/cm2下進行壓制，隨 后在高純高純氫氣氣氛下進行燒結，燒結溫度1800-2000°C，保溫20-40min，得到陰極基體 材料； (2) 以硝酸鋇、硝酸鈣、硝酸鋁和碳酸銨為原料，各硝酸鹽含量按照摩爾比為4:1:1的 BaO、CaO、A1203的含量配比。將各種硝酸鹽原料溶解，充分混合后，緩慢加入過量碳酸銨溶 液，直至陽離子沉淀完全；經靜置、抽濾、烘干后得到的粉末在1450-1650°C焙燒，制備出浸 漬用活性鹽。在高純氫氣氣氛下對陰極基體進行浸漬以獲得浸漬型Re 3W-Sc203混合基陰極 材料。
3. 按照權利要求2的方法，其特征在于，Sc203占 Sc203與Re3W總質量的5wt%。
4. 按照權利要求2的方法，其特征在于，壓制壓力lOt/cm2。
5. 按照權利要求2的方法，其特征在于，燒結溫度2000°C。
【文檔編號】H01J23/04GK104299869SQ201410506057
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權日:2014年9月26日
【發(fā)明者】劉偉, 汪強, 王金淑, 董麗然, 朱曉策, 劉祥, 周美玲, 左鐵鏞 申請人:北京工業(yè)大學