专利名称：特制纳米陶瓷阴极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米陶瓷阴极，尤指用于真空电子管、现象管、显示器以及高、低压气体放电灯中所使用的阴极。
背景技术：
在本发明之前，公知的真空电子管、现象管、显示器以及高、低压气体放电灯等产品中所使用的阴极，都是使用难熔金属或在其金属基材上面涂敷金属氧化物制成。公知的这些阴极由于金属材料的放电逸出功很高，必须用较高的电压和较大的电流才能启动工作；在其金属基材上面涂敷金属氧化物的阴极(称氧化物阴极)，因基金属和金属氧化物之热膨胀系数相差甚远引起其涂层溅射严重，使用时耗能高，寿命短。
发明内容
为了解决在本发明之前真空电子管、现象管、显示器以及高、低压气体放电灯等中所使用的阴极因放电逸出功高，必须用较高的电压和较大的电流才能启动工作，且这些公知的阴极使用寿命短的问题，本发明采用特殊的制造工艺将纳米材料经成型、烧结等工序，制成了具有电子发射逸出功低，电子发射量大，使用寿命特别长的特制纳米陶瓷阴极。
具体技术方案本发明实施的具体方案及生产技术工艺如下一、配料制浆液(一)原材料的组成
第一类材料(简称A，含量为85-90％)氧化钡、氧化锶、氧化钙、氧化镁；第二类材料(简称B，含量为3-5％)锆酸钡、钛酸钡、铈酸钡；第三类材料(简称C，含量为3-5％)氧化铪、氧化镧、氧化铽、氧化镝、氧化铒、氧化钬、氧化镱、氧化镥；第四类材料(简称D，含量为3-5％)铝粉、铬粉(还原剂，逐渐迁移并还原氧化物，产生金属导电微粒)；镍粉、锡粉、碳化硅粉(降低阴极电阻，提高涂层的电子发射率)；第五类材料(简称E，含量为1-5％)氧化钪。
(二)纳米粉料的制备1.将A、B、C三类原材料严格按照配方准确称料，放入玻璃烧杯中，适量加入纯水，再逐渐加入高纯硝酸搅拌使其全部溶解，在保证溶液的浓度为0.9-1.8mol/L的状态下静置2小时；2.加入总物料量0.8-1.2％的硫化钡，加热致85℃恒温状态中搅拌1小时，然后静置24小时；3.二次抽滤溶液除去固体物质并将溶液加热致85℃，然后在溶液中加入聚乙二醇(分散剂)，并在高速搅拌状态中添加高纯碳酸氢铵与氯化铵组成的混合(沉淀剂)溶液。然后，在85℃恒温状态中静置24小时，沉淀溶液；4.抽滤沉淀物并将沉淀物用去离子水喷洒洗净，然后，喷洒正丁醇进行表面修饰；5.将以上物料放入二氧化锆陶瓷坩埚中，在足氧气氛中进行加热分解第一段温度为650℃保温4小时，第二段温度为980℃保温2小时；6.按照以上方法制造E类材料；7.将以上A、B、C三种物料制成的材料称量，分为两份，一份为70％，另一份为30％；8.在占70％的物料中加入按配方比例量的D类材料(简称XG-1)，占30％的物料中加入E类材料(简称XG-2)。然后分别进行球磨混料，得两份含不同成分的干粉料。
(三)制备纳米粉浆首先，将以上两份物料分别放入球磨罐中，再加入少量1％的聚乙烯醇溶液，用玻璃棒搅拌，配制成糊状物。然后，启动球磨机，混合球磨30分钟之后静置8-12小时，使每个粉颗粒都被水完全浸润，制成预配液；然后，将该预配液再与适量3-5％的聚乙烯醇、乙二醛溶液混合，球磨均匀(操作时，使用纯水调整粘度)。
二、涂敷成型(一)涂敷设备装置在成型机上隔开间距地设置的两个电泳装置，并且设置两组输出电压可变、输出电流可变的直流电源。
(二)涂敷成型方案1.首先，将阴极基材放入装有硝酸钡溶液的玻璃杯中加热浸泡；之后，取出放入干燥箱中在250℃加热干燥；2.在涂料组合物中(成型机出液嘴处)施加恒流正电压，阴极上(成型机输送带处)施加恒流负电压，进行电泳涂膜。
3.使用XG-1制成的浆液，在阴极上电泳涂敷第一层含金属颗粒的涂敷层；使用XG-2制成的浆液，在阴极上再电泳涂敷第二层不含金属颗粒但添加了E的涂敷层。
双层涂敷增强了涂敷层与阴极基金属的附着力，避免了涂敷层鼓包、起翘、脱落的现象；采用这种涂敷方式的阴极，不但能满足大电流密度的要求也完全符合阴极的发射特性。
三、真空炉(氢炉)烧结1.采用预抽真空电炉烧结，即在低温区抽真空，高温区用还原氢气保护的方案。切记烧结时一定要使用湿氢(含水蒸气)，这不仅可以有效地阻止已转化成的氧化物逆向转化成碳酸盐，而且还可以促进残留的碳酸盐向氧化盐转化，还可以在焙烧时实现一步脱除杂质气体而不会产生与其杂质气体有关的环境污染。
2.湿氢的制造方法是将通氢气的管口通入不锈钢罐(内有纯水)底部，氢气经纯水“过滤”之后再进入到烧结电炉，操作时要注意储水罐中的水要经常更换。
2.真空烧结工艺经预热期、烧成期、冷却期而制得成品。其中烧成期为快速升温和降温过程，快速升到峰值温度T1后，再快速降至烧成温度T，快速升温的峰值温度T1与烧成温度T的差值≥100℃。高于烧成温度的峰值温度可以提高成品表面的光洁度，有助于形成结合良好的中间层，提高生产效率，降低成本。
四、真空包装
为了在真空包装过程中或在产品运输过程中保护阴极结构的完整性，使用一种透气泡沫塑料作为产品的保护罩，保护罩按照阴极结构尺寸制造并能足够抵抗真空压力。
1.将已经烧结好的陶瓷阴极迅速摆放到泡沫塑料保护罩的凹槽中，盖好罩盖；然后装入可热焊的塑料袋里；2.用抽真空的办法把气态物质通过所述的保护罩、塑料袋中抽出来，在仍然保持真空状态下，把塑料袋子加热密封好。
本发明有益效果本发明所述的特制纳米陶瓷阴极，是首先将阴极基材放入装有钡盐溶液的玻璃杯中加热浸泡之后，使用XG-1制成的浆液，在阴极上沉积第一层含金属微粒的涂敷层，然后再使用XG-2制成的浆液沉积第二层不含金属微粒但添加了纳米E的涂敷层，并将其干燥之后于高于烧成温度的峰值温度烧结制成。本发明的有益效果是，所述的特制纳米陶瓷阴极产品，不但能满足器件大电流发射密度的要求，也完全符合阴极发射的特性；克服了原器件中金属阴极因逸出功高、易溅射、寿命短的缺点。本发明与之前的其它阴极器件相比，电子发射效率提高了三倍以上，也就是节省电能三倍之多。而且，本发明的启动电压降低，综合性能提高。
权利要求
1.特制纳米陶瓷阴极，其特征在于所述阴极是以基金属为载体，之上涂敷第一层含纳米金属颗粒、纳米炭化硅材料及纳米碱土金属氧化物、纳米稀土金属氧化物，之上再涂敷第二层不含纳米金属颗粒但添加了纳米氧化钪的物质涂层，经过高于烧成温度的峰值温度烧结制成。
2.根据权利要求1所述的特制纳米陶瓷阴极，其特征在于所述的纳米陶瓷阴极是由基金属载体、炭化硅、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物及氧化钪，经成型、涂敷、烧结等工艺制成。
3.根据权利要求1所述的特制纳米陶瓷阴极，其特征在于其特制纳米陶瓷阴极可用于真空电子管、显示器、显象管以及各种电光源器件、产品中。
全文摘要
本发明所述的特制纳米陶瓷阴极，是首先将阴极基材放入装有钡盐溶液的玻璃杯中加热浸泡之后，使用XG－1制成的浆液，在阴极上沉积第一层含金属微粒的涂敷层，然后再使用XG－2制成的浆液沉积第二层不含金属微粒但添加了纳米E的涂敷层，并将其干燥之后于高于烧成温度的峰值温度烧结制成。本发明的有益效果是，所述的特制纳米陶瓷阴极产品，不但能满足器件大电流发射密度的要求，也完全符合阴极发射的特性；克服了原器件中金属阴极因逸出功高、易溅射、寿命短的缺点。
文档编号H01J61/06GK101030509SQ20051013786
公开日2007年9月5日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者肖福常 申请人:肖福常