一種氧化物陰極的制作方法
【技術領域】
[0001]
本發(fā)明涉及電氣原件，具體涉及一種氧化物陰極。
【背景技術】
[0002]
氧化物陰極制造的廣泛做法是采用模制法在基金屬(鎳或鎢)上制備金屬海綿層，再在海綿層內(nèi)填充堿土金屬碳酸鹽(二元鹽碳酸鋇、碳酸鍶；三元鹽碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣；四元鹽碳酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣、氧化鈧)制成發(fā)射層，使用前預分解。氧化物陰極發(fā)射層表面的平整度、粗糙度、潔凈度，直接影響著發(fā)射電子的電流大小、穩(wěn)定度、密度分布和陰極壽命。為了改善發(fā)射層表面的物理狀態(tài)，現(xiàn)已公開的做法有兩種:一種做法是將發(fā)射層分成頂層和底層，頂層發(fā)射材料粒子小于底層粒子。另一種做法是將發(fā)射層在預分解前進行壓制。這些做法雖然對陰極發(fā)射層表面粗糙度和平整度有所改善，但是發(fā)射層表面仍然不光滑，有一定幾何缺陷，非發(fā)射層表面有發(fā)射物殘留。陰極抗粒子轟擊性能差，工作中容易打火，有雜散電流，影響陰極工作穩(wěn)定度和壽命。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]
為了解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種強抗粒子轟擊，長壽命氧化物陰極。
[0004]本發(fā)明采用的技術方案是:一種氧化物陰極，具體包括以下步驟制備而成:
A.制作陰極基金屬:制作陰極基金屬時在發(fā)射層周邊表面預留0.1?0.15mm的幾何余量;
B.制作發(fā)射層:用模制法將平均粒度為20?60μπι的鎳粉灌注在步驟A制備的陰極基金屬上，同模具整體置于氫爐中在1250±20°C的溫度下燒結20min氫氣流量彡0.4L/min,露點彡-65°C，燒結鎳海綿層，制成的鎳海綿層留有0.3?0.4mm的幾何余量，鎳海綿層孔度為45%?50%，冷卻、脫模，然后在鎳海綿層內(nèi)填充堿土金屬碳酸鹽，直到堿土金屬碳酸鹽不再滲入鎳海綿層停止填充形成陰極發(fā)射層；
C.機械壓制發(fā)射層:機械壓制步驟B制成的陰極發(fā)射層的發(fā)射面，壓力為(2.5±0.1) X 106Pa,去除 0.2 ?0.25mm 的幾何余量；
D.裝管前對陰極進行預分解:將陰極置于氫爐中，在1050±20°C的溫度下保溫5?8min，氫氣流量彡0.4L/min,露點彡_65°C，冷卻后取出；
E.車床車制:將步驟D得到的陰極夾持在車床卡盤上，車床卡盤跳動量<0.02mm，車制發(fā)射層及周邊表面，去除剩余的幾何余量，然后拭盡陰極表面粘附微粒。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過對陰極表面預留幾何余量，車床車制發(fā)射層表面及周邊使得陰極表面變得平整規(guī)則、光潔干凈。減小了熱粒子發(fā)射角，限制了發(fā)射電子密度分布的變形，提高了陰極抗粒子轟擊能力，減小了陰極發(fā)射面打火幾率，提高陰極工作穩(wěn)定度及壽命。
【附圖說明】
[0006]
圖1.本發(fā)明的結構示意圖；
圖2.本發(fā)明的燒結的發(fā)射層；
圖3.本發(fā)明的燒結后的發(fā)射層表面圖；
圖4.本發(fā)明的圖3的側面示意圖；
圖5.本發(fā)明壓制發(fā)射層的結構示意圖；
圖6.本發(fā)明壓制后的發(fā)射層表面圖；
圖7.本發(fā)明圖6的側面示意圖；
圖8.本發(fā)明車制發(fā)射層表面的示意圖；
圖9.本發(fā)明車制后的發(fā)射層表面圖；
圖10.本發(fā)明圖8的側面示意圖；
圖11.本發(fā)明車制的發(fā)射層與未車制的發(fā)射層使用壽命曲線對比示意圖。
【具體實施方式】
[0007]—種氧化物陰極:①在發(fā)射層周邊表面預留(0.1?0.15) _的幾何余量，制作陰極(鎢基)基金屬。對陰極基金屬進行清洗、除氣處理。②用模制法將平均粒度為40 μm(最小不超過20 μ m，最大不超過60 μ m)的鎳粉I (純度多99.9%)灌注在陰極基金屬上。將灌注好鎳粉I的陰極基金屬3同模具整體置于氫爐中在(1250±20) °C的溫度下燒結20min(氫氣流量多0.4L/min,露點彡_65°C )，冷卻后脫模。如圖2所示，制成的鎳海綿層表面應留有高出基金屬0.3?0.4mm的幾何余量(實際高出基金屬的尺寸應是所述的0.3?0.4mm減去發(fā)射層周邊表面預留的0.1?0.15mm的差值)，孔度在(45%?50%)之間(圖2、圖3、圖4)。將按比例配好的三元碳酸鹽(BaCo3、SrCo3, CaCo3)溶液不斷地用毛筆均勻地涂在鎳海綿層上，直到碳酸鹽2不再滲入鎳海綿層。③如圖5所示，在壓結模4的作用下機械壓制，壓力:(2.5±0.I) XlO6Pa陰極發(fā)射面，去除0.2?0.25mm余量。(圖5、圖6、圖7)。④裝管前對陰極進行預分解:氧化物陰極作成發(fā)射層前不預分解未產(chǎn)生活性物質可長期貯存，只有在裝管也就是使用前才預分解生成活性物質，這就要求必須迅速裝管使用，以防止在大氣中活性物質被氧化污染失效；裝管前，將陰極置于氫爐中，在(1050±20) °(:的溫度下保溫(5?8)min (氫氣流量彡0.4L/min,露點彡_65°C )，冷卻后取出。⑤將陰極夾持在車床卡盤上(跳動量< 0.02mm)，在車刀5的作用下車制發(fā)射層及周邊表面，去除剩余的幾何余量，使尺寸符合要求(圖8、圖9、圖10)。用干凈毛刷和綢布拭去陰極表面殘留物。將本發(fā)明制得的車制陰極與傳統(tǒng)工藝制得的未車陰極進行二極管實驗對比(陰陽極間距1.5mm，在真空度P < I X 10 5Pa的條件下，分解30min,激活2min,老練1min后，選取陰極溫度在800°C，陽極電壓在400V時測試發(fā)射電流)(圖11)。二者的差異是:(I)未車陰極初始發(fā)射電流稍大，這是由于未車陰極預分解后表面有蒸散的發(fā)射物殘留；且發(fā)射層表面較粗糙，有輕微打火現(xiàn)象，因而夾雜著輕微的雜散電流。車制陰極初始電流小，未有雜散電流及打火現(xiàn)象。(2)2600h后，未車陰極發(fā)射電流略有下降，3500h后低于初始值的80%，而車制陰極發(fā)射電流始終未有明顯下降，說明車制陰極壽命高于未車陰極。此外，實驗中兩種陰極均未檢測到發(fā)射層有過熱現(xiàn)象。
【主權項】
1.種氧化物陰極，其特征在于:具體包括以下步驟制備而成: A.制作陰極基金屬:制作陰極基金屬時在發(fā)射層周邊表面預留0.1?0.15mm的幾何余量; B.制作發(fā)射層:用模制法將平均粒度為20?60μ m的鎳粉灌注在步驟A制備的陰極基金屬上同模具整體置于氫爐中燒結鎳海綿層，制成的鎳海綿層留有0.3?0.4mm的幾何余量，鎳海綿層孔度為45%?50%，冷卻、脫模，然后在鎳海綿層內(nèi)填充堿土金屬碳酸鹽，直到堿土金屬碳酸鹽不再滲入鎳海綿層停止填充形成陰極發(fā)射層； C.機械壓制發(fā)射層:機械壓制步驟B制成的陰極發(fā)射層的發(fā)射面，去除0.2?0.25mm的幾何余量； D.裝管前對陰極進行預分解:將陰極置于氫爐中，在1050±20°C的溫度下保溫5?8min，氫氣流量彡0.4L/min,露點彡_65°C，冷卻后取出； E.車床車制:將步驟D得到的陰極夾持在車床卡盤上，車床卡盤跳動量<0.02mm，車制發(fā)射層及周邊表面，去除剩余的幾何余量，然后拭盡陰極表面粘附微粒。2.如權利要求1所述的一種氧化物陰極，其特征在于:步驟B所述的將灌注好鎳粉的陰極基金屬同模具整體置于氫爐中在1250±20°C的溫度下燒結20min，氫氣流量彡0.4L/min,露點< -65°C。3.如權利要求1或2所述的一種氧化物陰極，其特征在于:步驟B所述的機械壓制陰極發(fā)射面的壓力為(2.5±0.1) X 106Pao
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氧化物陰極，具體包括以下步驟：制作陰極基金屬在發(fā)射層周邊表面預留幾何余量；用模制法將鎳粉灌注在陰極底金屬上同模具整體置于氫爐中燒結鎳海綿層，制成的鎳海綿層留有一定幾何余量，然后在鎳海綿層內(nèi)填充堿土金屬碳酸鹽，機械壓制陰極發(fā)射層的發(fā)射面，去除剩余的幾何余量；裝管前對氧化物陰極進行預分解：將氧化物陰極夾持在車床卡盤上，車制發(fā)射層及周邊表面，去除剩余的幾何余量，然后拭盡陰極表面粘附微粒。本發(fā)明的陰極表面變得平整規(guī)則、光潔干凈，減小了熱粒子發(fā)射角，限制了發(fā)射電子密度分布的變形，提高了陰極抗粒子轟擊能力，減小了陰極發(fā)射面打火幾率，提高陰極工作穩(wěn)定度及壽命。
【IPC分類】H01J9/02, H01J1/20, H01J1/14
【公開號】CN105244244
【申請?zhí)枴緾N201510668734
【發(fā)明人】何擎
【申請人】甘肅虹光電子有限責任公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月13日