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(shù)領(lǐng)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(zhì)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(shù)領(lǐng)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(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲輻射也被稱為太赫茲波、T射線、亞毫米波、遠(yuǎn)紅外線等，其波段位于ITHz 的毫米波與ΙΟΤΗζ的遠(yuǎn)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(xué)向光 子學(xué)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(zhì)。THz (太赫茲）技術(shù)被認(rèn)為改變未來的十大技術(shù)之一，在物理、化學(xué)、天文學(xué)、分子光譜、 生命科學(xué)和醫(yī)藥科學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，以及安全檢查、醫(yī)學(xué)成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品檢驗(yàn)、射電 天文、衛(wèi)星通信、武器制導(dǎo)和軍用雷達(dá)等應(yīng)用領(lǐng)域均有巨大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用 前景。
[0003] 在與太赫茲技術(shù)相關(guān)的諸多研究領(lǐng)域中，對(duì)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(shù)是器件 研制的關(guān)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(xué)的太赫茲輻射源可以在太赫茲低頻段產(chǎn)生連續(xù)波 和脈沖大功率輸出，是目前產(chǎn)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(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。而目前應(yīng)用最廣的鋇鎢陰極、Μ型陰極 和鈧鎢陰極都有著相應(yīng)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(yīng)太赫茲技術(shù)的進(jìn)一步前進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是進(jìn)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?duì)浸潰型銳鶴基陰極的研究，添加 Sc203可大幅提1?鶴基 陰極的熱發(fā)射性能。但是關(guān)于Re3W+Sc 203的混合基體的陰極研究還未報(bào)道。因此本發(fā)明以 Re3W取代鈧鎢陰極中的W制得陰極并對(duì)陰極的熱發(fā)射性能進(jìn)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(diǎn)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(zhì)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(zhì)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(jìn)行壓制，隨后在高純高純氫氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)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(yáng)離子沉淀完全；經(jīng)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(duì)陰極基體進(jìn)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(diǎn)電流密度達(dá)到83A/cm 2,遠(yuǎn)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(shí)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(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0012] 以下所用的高純氫氣的露點(diǎn)為低于-80°C。
[0013] 對(duì)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(qū)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(jié)，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(shí)。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(cè)試不同 溫度下陰極的熱發(fā)射性能，見表1
[0015] 對(duì)比例2
[0016] 將對(duì)比例1中制備的前驅(qū)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(jié)，溫度為2000°C，保溫30min，得到陰極基體材料。采用排水法測(cè) 得開孔孔度為8%，幾乎無法浸鹽。
[0017] 實(shí)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(qū)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(jié)，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(cè)試不同溫度下陰極的熱發(fā)射性能，見表1
[0019] 實(shí)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(qū)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(jié)，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(cè)試不同溫度下陰極的熱發(fā)射性能，見表1
[0021] 實(shí)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(qū)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(jié)，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(cè)試不同溫度下陰極的熱發(fā)射性能，見表1，見圖1
[0023] 實(shí)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(qū)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(jié)，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(cè)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(duì)陰極發(fā)射性能影響比較
[0026]

【權(quán)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(diǎn)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(zhì)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(zhì)量的3-8wt %，之后將粉末在壓制壓力5-10t/cm2下進(jìn)行壓制，隨 后在高純高純氫氣氣氛下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)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(yáng)離子沉淀完全；經(jīng)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(duì)陰極基體進(jìn)行浸漬以獲得浸漬型Re 3W-Sc203混合基陰極 材料。
3. 按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，Sc203占 Sc203與Re3W總質(zhì)量的5wt%。
4. 按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，壓制壓力lOt/cm2。
5. 按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，燒結(jié)溫度2000°C。
【文檔編號(hào)】H01J23/04GK104299869SQ201410506057
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】劉偉, 汪強(qiáng), 王金淑, 董麗然, 朱曉策, 劉祥, 周美玲, 左鐵鏞 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)