专利名称：：Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Lu<sub>2</sub>O<sub>3</sub>体系复合稀土-钼电子发射材料及其制备方法
技术领域：
：Y203-Lu203体系复合稀土-钼电子发射材料及其制备属于稀土难熔金属阴极材料
技术领域：
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背景技术：
：在大功率的电子管和磁控管中，多使用钍钨(W-Th02)阴极作为发射源。钍钨阴极的工作温度高达180(TC，脆性大，难于加工。由于钍是放射性元素,半衰期很长，因此钍钨阴极在加工、生产以及废旧品的回收处理等过程中，严重威胁人体健康和生存环境。诸多问题说明钍钨阴极不是当今理想的阴极材料，必须研制其替代产品。以前人们曾研制过含镧的稀土-钼阴极的热发射和次级发射性能[1，2],并在部分管型中得以应用。但是该种镧-钼阴极的电子发射能力不能满足一些要求高阴极发射能力的电子管和磁控管的使用要求，从而限制了其应用范围。其后，又研制出含稀土元素铈和钇的稀土-钼电子发射材料[3]。该种阴极具有较高的电子发射能力，但是存在激活温度偏高的问题。这使得阴极在磁控管中使用时起振困难，不便于实际应用。另外，该阴极的稀土添加量达到30wt%,使得以及的脆性提高，不便于后续加工。因此，仍需研制、改进稀土-钼电子发射材料。为王金淑，周美玲，张久兴等，La203-Mo阴极表面碳化层作用机理研究，金属学报，11(2000)1205-1208。为王金淑，刘娟，周美玲等，La203，Y203-Mo次级发射材料研究，中国稀土学报，1(2003)23-26。为王金淑，刘伟，周美玲等，含铈的稀土-钼电子发射材料及其制备方法(发明专利，申请号200510077234.7)
发明内容本发明提供一种￥203丄11203体系复合稀土-钼电子发射材料及其制备方3法。本发明采用稀土元素镥作为添加物质，总添加量为20wt%，改善了材料机加工性能。所获得的阴极材料具有较高的二次电子发射系数，而最佳激活温度仅为90(TC，较含铈阴极大幅降低。本发明材料由Lll203和￥203两种稀土氧化物任意比例混合，该混合的稀土氧化物占发射材料总重量的20。/。wt，其余为钼。本发明的制备方法，包括以下步骤(1)将硝酸钇，硝酸镥按制成阴极后总含量20。/。wt，按任意比例分别溶于无水乙醇中，待完全溶解后过滤溶液，称取相应量的三氧化钼粉末与过滤后的硝酸盐溶液混合，并在80-10(TC水浴中加热，不断搅拌至液体完全蒸发；(2)将蒸发后所得粉末在500-550°C，空气气氛下进行分解，直至硝酸盐完全被分解，完全除去粉末中的N元素；(3)对粉末进行破碎，过筛，然后将粉末在氢气气氛下进行还原，还原分两步进行，第一步还原温度为500-550°C，保温2-4小时，第二步还原温度为900-95(TC，保温:2-4小时，还原的粉末经压制、烧结以及切削等工艺加工该种稀土-钼次级电子发射材料在总稀土含量较低的情况下(20%,质量分数)具有较高的二次电子发射系数，且含镥阴极最大次级发射系数对应的最佳激活温度较低(900°C)。本发明的优点在于1、本发明采用稀土元素镥和钇作为添加物质，总添加量为20wt。/。，稀土元素添加量低于含铈的阴极(30wt%)，改善了材料机加工性能。2、材料具有较高的二次电子发射系数，而最佳激活温度仅为900°C。图1、20wt%(Lu2O3-Y2O3)-Mo(Lu2O3:Y2O3=l:3，质量比)材料的(实施例l)二次电子发射性能曲线。(50(TC分解，500。C一次还原，900。C二次还原)图2、20wt%(Lu2O3-Y2O3)-Mo(Lu2O3:Y2O3=l:3，质量比)材料的(实施例2)二次电子发射性能曲线。(55(TC分解，55(TC—次还原，95(TC二次还原)图3、20wt%(Lu2O3-Y2O3)-Mo(Lu2O3:Y203=1:1，质量比)材料的(实施例3)二次电子发射性能曲线。(520。C分解，W(TC—次还原，92(TC二次还原)图4、20wt%(Lu2OrY2O3)-Mo(Lu2O3:Y203=1:1，质量比)材料的(实施例4)二次电子发射性能曲线。(50(TC分解，55(TC—次还原，95(TC二次还原)图5、20wt%(Lu2O3-Y2O3)-Mo(Lu2O3:Y203=3:1，质量比)材料的(实施例5)二次电子发射性能曲线。(55(TC分解，550。C一次还原，95(TC二次还原)具体实施例方式实施例1(1)将48.4934克硝酸紀，10.4301克硝酸镥分别溶于无水乙醇中，待完全溶解后过滤溶液，称取120.0235克三氧化钼粉末与过滤后的硝酸盐溶液混合，并在8(TC水浴中加热，不断搅拌至液体完全蒸发。(2)将蒸发后所得粉末在500°C，空气气氛下进行分解，直至硝酸盐完全被分解，完全除去粉末中的N元素。(3)对粉末进行破碎，过筛，然后将粉末在氢气气氛下进行还原。还原分两步进行，首先在500'C保温时间2小时，再将温度升至90(TC保温2小时，之后随炉冷却。还原后的粉末经过压制、烧结制成稀土-钼次级电子发射材料胚体。胚体经机加工制成O10nmm的稀土钼片，然后采用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、加热用金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土-钼阴极实验装置。测定经过高温激活处理后在600。C下测试次级发射系数，见表1，图1。实施例2(1)将48.4934克硝酸钇，10.4301克硝酸镥分别溶于无水乙醇中，待完全溶解后过滤溶液。称取120.0235克三氧化钼粉末与过滤后的硝酸盐溶液混合，并在卯。C水浴中加热，不断搅拌至液体完全蒸发。(2)将蒸发后所得粉末在550°C，空气气氛下进行分解，直至硝酸盐完全被分解，完全除去粉末中的N元素。(3)对粉末进行破碎，过筛，然后将粉末在氢气气氛下进行还原。还原分两步进行，首先在55(TC保温时间4小时，再将温度升至95(TC保温4小时，之后随炉冷却。还原后的粉末经过压制、烧结制成稀土-钼次级电子发射材料胚体。胚体经机加工制成Ol(mmm的稀土钼片，然后采用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、加热用金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土-钼阴极实验装置。测定经过高温激活处理后在60(TC下测试次级发射系数，见表2，图2。实施例3(1)将32.3289克硝酸钇，20.8602克硝酸镥分别溶于无水乙醇中，待完全溶解后过滤溶液。称取120.0235克三氧化钼粉末与过滤后的硝酸盐溶液混合，并在IO(TC水浴中加热，不断搅拌至液体完全蒸发。(2)将蒸发后所得粉末在520°C，空气气氛下进行分解，直至硝酸盐完全被分解，完全除去粉末中的N元素。(3)对粉末进行破碎，过筛，然后将粉末在氢气气氛下进行还原。还原分两步进行，首先在52(TC保温时间3小时，再将温度升至920'C保温3小时，之后随炉冷却。还原后的粉末经过压制、烧结制成稀土-钼次级电子发射材料胚体。胚体经机加工制成0)l(^lmm的稀土钼片，然后釆用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、加热用金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土钼阴极实验装置。测定经过高温激活处理后在60(TC下测试次级发射系数，见表3，图3。实施例4(1)将32.3289克硝酸钇，20.8602克硝酸镥分别溶于无水乙醇中，待完全溶解后过滤溶液。称取120.0235克三氧化钼粉末与过滤后的硝酸盐溶液混合，并在100。C水浴中加热，不断搅拌至液体完全蒸发。(2)将蒸发后所得粉末在500°C，空气气氛下进行分解，直至硝酸盐完全被分解，完全除去粉末中的N元素。(3)对粉末进行破碎，过筛，然后将粉末在氢气气氛下进行还原。还原分两步进行，首先在55(TC保温时间2小时，再将温度升至95(TC保温4小时，之后随炉冷却。还原后的粉末经过压制、烧结制成稀土-钼次级电子发射材料胚体。胚体经机加工制成01(^lmm的稀土钼片，然后采用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、加热用金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土钼阴极实验装置。测定经过高温激活处理后在60(TC下测试次级发射系数，见表4，图4。实施例5(1)将16.1645克硝酸忆，31.2903克硝酸镥分别溶于无水乙醇中，待完全溶解后过滤溶液。称取120.0235克三氧化钼粉末与过滤后的硝酸盐溶液混合，并在IO(TC水浴中加热，不断搅拌至液体完全蒸发。(2)将蒸发后所得粉末在550°C，空气气氛下进行分解，直至硝酸盐完全被分解，完全除去粉末中的N元素。(3)对粉末进行破碎，过筛，然后将粉末在氢气气氛下进行还原。还原分两步进行，首先在55(TC保温时间3小时，再将温度升至95(TC保温2小时，之后随炉冷却。还原后的粉末经过压制、烧结制成稀土-钼次级电子发射材料胚体。胚体经机加工制成01O"mm的稀土钼片，然后采用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、加热用金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土钼阴极实验装置。测定高温激活处理后在60(TC下测试次级发射系数，见表5，图5。Lu203-Y203-Mo阴极的最大次级发射系数的比较见表6。Lu203-Y203-Mo7阴极与含镧30wt%(La2O3-Y2O3)-Mo阴极的比较数据见表7。从表7中可以看出，含镥的20wt°/。(LU2O3-Y2O3)-MO阴极的二次电子发射能力强于含镧的30wt%(La203-Y203)-Mo阴极，且Lu203-Y203-Mo阴极的最大次级发射系数对应的最佳激活温度低于含镧阴极。从表8中可以看出，当激活温度降低到90(TC时，在相同的测试条件下，Lu2OrY203-Mo材料的次级电子发射系数(4.616)优于Ce203-Y203-Mo的次级电子发射系数(4.51),而含镥的材料中稀土氧化物总含量为20wt%，比含铈的电子发射材料中的稀土氧化物含量低(30wf/0)。由表6可知，￥203七11203体系复合稀土-钼电子发射材料中1^203与Y203的质量比为1:1时，最佳激活温度仅为卯0。C，二次电子发射系数达到4.616。在该激活温度下，其二次电子发射性能优于含铈的电子发射材料(表8)。与镧钼阴极相比，发射性能大幅提升而激活温度大幅下降(表7)。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2实施例2Lu2O3-Y2O3-M0阴极的次级发射性能徼活温度rc)次级发射系数9002.18710002.22211002.66312002.70113002.48214002.241表3实施例3Lu2OrY2OrMo阴极的次级发射性能激活温度(°c)次级发射系数卯o4.61610002.41511002.39612002.69413002.66314002.4889表4实施例4Lu203-Y203-M0阴极的次级发射性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表5实施例5Lu2OrY2OrMo阴极的次级发射性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表6Lu203-Y203-Mo阴极的次级发射性能比较<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>权利要求1、一种Y2O3-Lu2O3体系复合稀土-钼电子发射材料，其特征在于由Lu2O3和Y2O3两种稀土氧化物任意比例混合，该混合的稀土氧化物占发射材料总重量的20％wt，其余为钼。2、一种￥203丄11203体系复合稀土-钼电子发射材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将硝酸钇，硝酸镥按制成阴极后总含量20。/。wt,按任意比例分别溶于无水乙醇中，待完全溶解后过滤溶液，称取相应量的三氧化钼粉末与过滤后的硝酸盐溶液混合，并在80-10(TC水浴中加热，不断搅拌至液体完全蒸发；(2)将蒸发后所得粉末在500-55(TC,空气气氛下进行分解，直至硝酸盐完全被分解，完全除去粉末中的N元素；(3)对粉末进行破碎，过筛，然后将粉末在氢气气氛下进行还原，还原分两步进行，首先在500-55(TC保温2-4小时，再将温度升至900-95(TC保温2-4小时，还原的粉末经压制、烧结以及切削等工艺加工成阴极。全文摘要本发明公开了一种Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Lu<sub>2</sub>O<sub>3</sub>体系复合稀土-钼电子发射材料及其制备方法，属于稀土难熔金属阴极材料
技术领域：
。现有阴极材料无法满足较高的电子发射要求。本发明特征在于使用稀土元素钇和镥作为添加元素，按任意比例掺杂到金属钼中制备阴极材料。本发明材料由Lu<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>两种稀土氧化物任意比例混合，该混合的稀土氧化物占发射材料总重量的20％wt，其余为钼。本发明制成稀土-钼次级电子发射材料，其次级电子发射系数高于含镧的阴极而最佳激活温度低于含镧阴极以及含铈阴极。文档编号H01J1/02GK101447376SQ20081024683公开日2009年6月3日申请日期2008年12月31日优先权日2008年12月31日发明者任志远,伟刘,周美玲,左铁镛,王金淑,非高申请人:北京工业大学