PDF《漆世锴 王小霞 罗积润 赵青兰 李云》

2016 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 057901-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No.

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057901 温度下才能保证正常的连续波大功率输出, 显然过 高的工作温度将会加速阴极寿命的终结. 为了满足 大功率连续波磁控管对输出功率和寿命越来越高 的要求, 一种不仅具有较高热发射、 次级电子发射, 而且具有良好的耐电子、 离子轰击能力, 同时又能 适应大功率磁控管工作环境的新型阴极有待被研 制出来. 俄罗斯 SRPC ISTOK 的鲍里斯 ・ 杜伯等 [13,14] 对大功率磁控管用合金阴极进行了研究, 他们发 现Ir-La, Os-Th, Re-Th 合金阴极不仅具有较大的 次级电子发射系数, 分别为 2.5, 2.07, 1.95, 而且 具有相对较低的逸出功, 分别为 2.7, 3.08, 3.09 eV (工作在

1300 ? C). 其中 Ir-La 合金阴极在

1750 K 工作温度下, 电流密度可以达到

10 A/cm2 , 寿命 达10000 h. 但是这些合金阴极的发射机理尚不 明确, 而且价格昂贵, 因此大量应用受到限制. 国 内聂祚仁等 [15] 早期采用 La2O3-Mo 阴极尝试代替 磁控管用的 ThO2-W, 该阴极在

1400 ? C 时可以 提供 0.367 A/cm2 的直流发射电流密度, 但发现 La2O3-Mo 阴极的热发射不稳定. 当采用 Y2O3 代替La2O3 后, 解决了该阴极热发射不稳定的问题. 后期, 王金淑等 [16] 对La2O3/Y2O3-Mo 阴极热发 射机理进行了合理的解释, 而且还对单元以及多元 稀土氧化物掺杂Mo阴极的次级电子发射进行了大 量的研究, 获得了最大次级电子发射系数超过 3.0 的多元稀土氧化物掺杂 Mo 阴极. 稀土氧化物掺杂 Mo 阴极不仅具有较大热发射、 次级电子发射系数, 而且价格低廉. 但是在大功率连续波工作条件下, 阴极表面活性物质蒸发过快, 阴极寿命依旧得不到 保证. 为了降低大功率连续波磁控管阴极工作温 度, 需要提高其热电子发射能力. 本文将采用含稀 土氧化物难熔盐 (Y2O3-Gd2O3-HfO2) 浸渍 W 基 制备大功率连续波磁控管直热式阴极, 并对该浸渍 W基直热式阴极的热发射特性、 逸出功、 寿命特性、 热发射机理以及耐电子轰击性能等进行了研究.

2 Y2O3-Gd2O3-HfO2 浸渍W基直热式 阴极的制备及热发射测试 本文制备的活性物质 (Y2O3-Gd2O3-HfO2) 中Y2O3, Gd2O3 是具有较高次级电子发射能力的新 型稀土氧化物 [17,18] . HfO2 是一种具有较高熔点, 低饱和蒸气压的具有较高次级电子发射能力的难 熔过渡金属氧化物 [19] . HfO2 的添加将会间接提高 稀土难熔氧化物活性物质的发射性能, 降低阴极表 面活性物质的蒸发, 延长阴极的寿命. 2.1 新型活性物质Y2O3-Gd2O3-HfO2 的制备 选取纯度为99.9 wt%、 平均粒度为2―10 ?m 的Y2O3, Gd2O3, HfO2, 按重量百分比为 45%― 50% : 5%―10% : 45%―50% 混合后放入带球的玛 瑙罐中. 在玛瑙罐中倒入 2/3 体积的分析纯无水 乙醇或去离子水, 在球磨机上球磨混合

24 h 以上, 混合均匀. 将上述悬浊液倒入称量瓶中置于红外 灯下, 烘干获得混合好的粉末, 并将粉末放入模具 中, 在油压机上以

40 kgf/cm2 压力下压制成直径 为10 mm, 高为 1―2 mm 的饼状块;

将饼块放入高 温马弗炉中, 在空气或者 CO2 气氛中进行烧结, 烧 结温度为 (1450±50) ? C, 保温时间 2―4 h. 然后, 将烧结好的含 Y2O3-Gd2O3-HfO2 活性物质饼块放 入玛瑙钵中研磨

2 h 以上, 直至研磨到合适颗粒大 小为止, 从而获得活性物质. 该活性物质的 XRD 物相分析结果如图