PDF《漆世锴 王小霞 罗积润 赵青兰 李云》

磁控管用新型Y2O3-Gd2O3-HfO2 浸渍W基直热式阴极研究 漆世锴 王小霞 罗积润 赵青兰 李云 A novel Y2O3-Gd2O3-HfO2 impregnated W base direct-heated cathode in magnetron tube Qi Shi-Kai Wang Xiao-Xia Luo Ji-Run Zhao Qing-Lan Li Yun 引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 65,

057901 (2016) DOI: 10.

7498/aps.65.057901 在线阅读View online: http://dx.doi.org/10.7498/aps.65.057901 当期内容View table of contents: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/Y2016/V65/I5 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 稀土La对bcc-Fe中Cu扩散行为影响的第一性原理研究 First-principles study of the effect of lanthanum on the Cu diffusion mechanism in bcc-Fe 物理学报.2014, 63(24):

248101 http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.248101 拉伸试验测试金属韧性的不确定性:中温脆性和应变速率脆性 Measurement uncertainty of metallic ductility in tensile tests: intermediate temperature embrittlement and strain rate embrittlement 物理学报.2014, 63(22):

228101 http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.228101 不同加载条件下位错和溶质原子交互作用的数值模拟 Simulations of the interactions between dislocations and solute atoms in different loading conditions 物理学报.2014, 63(22):

228102 http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.228102 用于真空电子太赫兹器件的微型热阴极电子束源研究 Study of mini-themionic electron sources for vacuum electron THz devices 物理学报.2014, 63(5):

057901 http://dx.doi.org/10.7498/aps.63.057901 等离子喷涂含钪氧化物阴极制备及发射特性研究 Preparation and emission characteristic study of plasma-sprayed scandia-doped oxide cathode 物理学报.2012, 61(7):

077901 http://dx.doi.org/10.7498/aps.61.077901 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No.

5 (2016)

057901 磁控管用新型Y2O3-Gd2O3-HfO2浸渍W基 直热式阴极研究? 漆世锴1)2)? 王小霞1) 罗积润1) 赵青兰1) 李云1) 1)(中国科学院电子学研究所, 高功率微波源与技术重点实验室, 北京 100190) 2)(中国科学院大学, 北京 100049) (

2015 年9月30 日收到;

2015 年12 月18 日收到修改稿 ) 本文研制了一种大功率连续波磁控管用新型难熔 Y2O3-Gd2O3-HfO2 浸渍 W 基直热式阴极, 并对该阴极 的直流发射特性进行了测试, 结果显示该阴极在

1400 ? C 温度下即可提供超过

1 A/cm2 的空间电荷限制区电 流密度,

1700 ? C 温度下可以提供超过 10.5 A/cm2 的空间电荷限制区电流密度. 利用理查森直线法求得该阴 极的绝对零度逸出功仅为 1.68 eV, 理查森 -道舒曼公式法求得该阴极的有效逸出功为 2.6―3.1 eV. 寿命实验 结果显示, 该阴极在工作温度为

1600 ? C, 直流负载为 1.5 A/cm2 的条件下, 寿命已经超过

3600 h. 最后, 分别 利用扫描电子显微镜、 俄歇能谱、 能谱仪等分析手段对该阴极表面的微观结构、 元素成分及含量进行了研究, 结果表明, 该阴极在高温激活过程中, 表面形成了一层空穴导电的 Y2O3?x 半导体层, 该半导体层的形成改 善了阴极表面导电性, 间接降低了逸出功, 提高了阴极的热发射能力. 此外, 还对该阴极的耐电子轰击性能 进行了研究, 结果显示该阴极在经过

150 h 电子连续轰击后, 电流密度从初始 1.5 A/cm2 线性下降并稳定至 0.4 A/cm2 . 关键词: 直热式阴极, 逸出功, 寿命, 磁控管 PACS: 79.40.+z, 81.05.Bx DOI: 10.7498/aps.65.057901

1 引言自从

1924 年霍尔发明磁控管以来, 至今磁控 管已经广泛应用于雷达发射机p线性加速器p微 波加热源等领域 [1?3] . 阴极是磁控管的电子发射 源, 阴极的电子发射能力是决定磁控管输出功率的 大小及寿命的关键因素之一 [4] . 在磁控管正常工作过程中, 由阴极表面发射出 的热电子经过磁场偏转后, 将会有一部分电子回轰 阴极, 从而产生次级电子发射 [5,6] . 因此, 磁控管阳 极电流主要由热发射电流和次级发射电流两部分 组成. 随着磁控管向着高输出功率、 连续波、 长寿命 方向发展, 对阴极的热发射、 次级发射及耐电子、 离 子轰击等 [7] 都提出了较高的要求. 目前, 大功率磁控管常用阴极主要有变体氧化 物阴极 [8,9] , Ba-W 阴极 [10] 以及 Th-W 阴极等 [11] . 氧化物阴极具有较大次级电子发射系数, 但是其耐 电子、 离子轰击能力差, 并且高电压下易发生电火 花. Ba-W 阴极虽然具有较好的耐高压能力, 但是 在大功率连续波状态下, 其耐电子轰击能力也比较 弱, 而且这种阴极制作工艺复杂. Th-W 阴极具有 很好的耐电子轰击能力, 但是该阴极面临的最大问 题就是Th元素的放射性污染 [11] . 因此, 大功率(大于10 kW) 连续波磁控管一般采用纯 W 丝阴极, 因 为纯 W 丝阴极具有耐高温, 耐电子、 离子轰击, 高 温下具有机械强度高, 延展性好等优点. 但是纯 W 丝阴极的热电子发射和次级电子发射都比较小, 因 而导致纯 W 丝阴极需要工作在 2450―2700 K [12] ? 国家重点基础研究发展计划 (批准号: 2013CB32801) 和国家自然科学基金 (批准号: 11305177) 资助的课题. ? 通信作者. E-mail: [email protected] ?