真空電子器件不僅在國防領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用,在民用領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。目前,隨著真空電子器件向高頻率、高功率方向發(fā)展,對擴(kuò)散熱陰極的要求也越來越高,而提升陰極性能最有效的方法就是制備出高質(zhì)量的浸漬活性物質(zhì)。然而,大量的調(diào)研發(fā)現(xiàn),很少有針對擴(kuò)散陰極用浸漬活性物質(zhì)的系統(tǒng)性研究,這嚴(yán)重制約了擴(kuò)散陰極生產(chǎn)和制造水平的進(jìn)一步提升。因此,本文針對大功率真空電子器件對高質(zhì)量擴(kuò)散陰極的需求,利用液相共沉淀法成功制備了鋇-鈣-鋁酸鹽、鋇-鈣-鈧-鋁酸鹽和單相（Ba,Ca）₂ScAlO₅等三種不同種類的浸漬活性物質(zhì),通過對制備工藝、物相結(jié)構(gòu)、微觀形貌和陰極電子發(fā)射性能等研究,獲得了一些有價值和創(chuàng)新性的結(jié)果,并在帶狀束拓展互作用器件和大功率回旋行波管中取得了較好的應(yīng)用效果。本文獲得了以下幾個方面的重要結(jié)論:1.利用液相共沉淀法制備的512,612,532和411等成分的鋁酸鹽（數(shù)字代表鋁酸鹽中Ba O,Ca O,和Al₂O₃的摩爾比）經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后物相組成不同,其浸漬陰極的電子發(fā)射能力也存在差異。在1200°C的燒結(jié)溫... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

三種器件在微波和毫米波段可以實(shí)現(xiàn)的峰值功率對比[3-7]

第一章緒論3在1000~1100°C的工作溫度下，能穩(wěn)定地提供最高20A·cm-2的直流發(fā)射電流密度和60A·cm-2的低工作比脈沖發(fā)射電流密度；工作壽命也可在幾千小時到數(shù)萬小時之間。目前，擴(kuò)散陰極已經(jīng)成功應(yīng)用在行波管、回旋管、磁控管、太赫茲器件、X射線管和線性加速器等商業(yè)化的真空電子器件中。圖1-3給出了幾種真空電子器件使用的擴(kuò)散熱陰極的實(shí)物圖[15-17]。(a)(b)(c)圖1-3幾種真空電子器件中的擴(kuò)散陰極實(shí)物圖。(a)多注速調(diào)管用擴(kuò)散陰極[15]；(b)回旋行波管用擴(kuò)散陰極[16]；(c)高能電子加速器用擴(kuò)散陰極[17]廣義上的擴(kuò)散陰極可以分為：存儲型擴(kuò)散陰極、壓制型擴(kuò)散陰極、浸漬型擴(kuò)散陰極以及在浸漬型陰極基礎(chǔ)上改進(jìn)的覆膜陰極和含鈧擴(kuò)散陰極等等。然而不管陰極采用何種結(jié)構(gòu)形式，擴(kuò)散陰極的制備都離不開一類關(guān)鍵材料——活性物質(zhì)。目前，擴(kuò)散陰極基本上都會選用鋇-鈣-鋁酸鹽或鋇-鈣-鈧-鋁酸鹽作為活性物質(zhì)，將其浸漬或壓制到金屬基體中，活性物質(zhì)在高溫下與金屬基體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后，生成的Ba和\或Sc擴(kuò)散到陰極表面，可以降低表面逸出功，從而實(shí)現(xiàn)比較可觀的發(fā)射電流密度。由此可見，活性物質(zhì)作為擴(kuò)散陰極中維持表面低功函數(shù)的“化學(xué)源泉”，對陰極電子發(fā)射性能起著至關(guān)重要的作用。隨著近年來對真空電子器件的研制水平要求越來越高，對浸漬型擴(kuò)散陰極性能提升的需求也日益迫切。而提高擴(kuò)散熱陰極性能的最有效和直接的途徑就是開發(fā)出新型的活性物質(zhì)，這樣就可以在比較簡單的陰極制備工藝下，實(shí)現(xiàn)陰極性能的提升。在過去的幾十年，美國、俄羅斯等國家投入了大量精力開展浸漬活性物質(zhì)的研究和攻關(guān)，以適應(yīng)高性能真空電子器件發(fā)展的需要，這也確立了他們在熱陰極領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。然而，由于受到原材料和技術(shù)封鎖限制等影響，我國在擴(kuò)散陰極?

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文61.2.2浸漬擴(kuò)散陰極的基本工作原理根據(jù)理查德森-杜什曼方程可看出，要想使陰極的獲得較高的發(fā)射電流密度J，就必須增加陰極工作溫度T或者減小功函數(shù)φ。為了盡可能地使陰極在較低溫度下工作，保證陰極工作壽命和穩(wěn)定性，人們一直在追求低功函數(shù)材料來實(shí)現(xiàn)比較可觀的熱電子發(fā)射電流。使用堿土原子吸附產(chǎn)生偶極子層來降低表面功函數(shù)的方法[19]是陰極發(fā)展歷程中的一個重大進(jìn)展。擴(kuò)散陰極就是采用這種機(jī)制實(shí)現(xiàn)了表面功函數(shù)的降低，從而實(shí)現(xiàn)較大的發(fā)射密度[20]。目前，已經(jīng)有很大發(fā)展和應(yīng)用的就是所謂的浸漬式鋇鎢擴(kuò)散陰極（簡稱為浸漬擴(kuò)散陰極）。圖1-4給出了典型的浸漬鋇鎢擴(kuò)散陰極的結(jié)構(gòu)示意圖和工作原理圖。從圖1-4中可以看出，浸漬擴(kuò)散陰極是由鎢(W)顆粒組成的多孔基體和含Ba的浸漬活性鹽組成的。經(jīng)過適當(dāng)?shù)纳郎兀紫吨械慕䴘n物會與鎢顆粒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不斷地生成活性Ba和BaO，它們通過熱擴(kuò)散機(jī)制到達(dá)多孔W基體表面并且形成Ba-O偶極子層，實(shí)現(xiàn)低逸出功電子發(fā)射表面。在陰極工作過程中，鋇以原子鋇和氧化鋇的形式不斷從陰極表面蒸發(fā)，其損失可以從孔隙中的浸漬活性物質(zhì)中得到補(bǔ)充。圖1-4典型的浸漬鋇鎢擴(kuò)散陰極結(jié)構(gòu)示意圖[21]最初在研究擴(kuò)散陰極工作機(jī)制時使用的浸漬活性物質(zhì)通常為鋇-鋁酸鹽。Rittner等人的研究結(jié)果給出了Ba3Al2O6和W在陰極體內(nèi)可能發(fā)生的如下化學(xué)反應(yīng)[22]：3Ba3Al2O6+W→Ba3WO6+3BaAl2O4+3Ba(1-15)或者


本文編號：3463864