专利名称：：Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-Gd<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-Gd203体系复合稀土-钼电子发射材料及其制备属于二次电子发射材料
技术领域：
。
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1800。C，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，又研制出含有多重稀土元素的多元稀土-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。之后，又研制出含有稀土元素铈的稀土-钼电子发射材料[4]。该材料与镧钼阴极相比激活温度有所降低，二次电子发射系数也有明显提高。但是其二次电子发射性能随电压升高迅速衰减，即工作电压较高时，其电子发射性能较差。因此，仍需研制、改进稀土-钼电子发射材料。王金淑，刘娟，周美玲等.La203-Y203-Mo二次电子发射材料研究.中国稀土学报.2003,(21):23-26王金淑，刘娟，周美玲.掺杂稀土氧化物的钼阴极二次电子发射性能的研究.北京工业大学学报.2002，28(3):374-378王金淑，周美玲，张久兴等.含二元稀土-钼次级发射材料及其制备方法(发明专利，专利号ZL01139972.4)[4]王金淑，刘伟，周美玲.含铈的稀土钼电子发射材料及其制备方法(发明专利，公开号200510077234.7)
发明内容本发明提供一种Y203-Gd203体系复合稀土-钼电子发射材料及其制备方法。所获得的阴极材料具有较大的二次电子发射系数，激活温度降低。本发明由Gd203和Y203两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30n/。wt，其余为钼。本发明的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将硝酸钇，硝酸钆按制成阴极后总含量30。/。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。还原分两歩进行，首先在500-550。C保温2-4小时，再将温度升至900-950。C保温2-4小时，还原的粉末经压制、烧结以及切削等工艺制成稀土-钼次级电子发射材料。本发明的优点在于1、该种含钆的阴极材料，激活温度降低而且二次电子发射性能优异。2、Y203-Gd203体系复合稀土-钼电子发射材料在电压升高时仍能保持较大的电子发射，性能稳定。图1、30wt%(Gd2O3-Y2O3)-Mo(Gd2O3:Y203=1:3，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、30wt%(Gd2O3-Y2O3)-Mo(Gd2O3:Y203=1:3，质量比)材料的(实施例2)二次电子发射性能曲线。(55(TC分解，50(TC—次还原，90(TC二次还原)图3、30wt%(Gd2O3-Y2O3)-Mo(Gd2O3:Y203=1:2，质量比)材料的(实施例3)二次电子发射性能曲线。(55(TC分解，550。C一次还原，90(TC二次还原)图4、30wt%(Gd2OrY2O3)-Mo(Gd2O3:Y203=1:1，质量比)材料的(实施例4)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5、30wt%(Gd2O3-Y2O3)-Mo(Gd2O3:Y203=2:1，质量比)材料的(实施例5)二次电子发射性能曲线。(52(TC分解，530。C一次还原，930。C二次还原)图6、30wt%(Gd2OrY2O3)-Mo(Gd2O3:Y203=3:1，质量比)材料的(实施例6)二次电子发射性能曲线。(54(TC分解，52(TC—次还原，92(TC二次还原)具体实施例方式实施例1(1)将64.6634克Y(N03)3，22.9140克Gd(N03)3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50(TC保温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O10"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600。C下测试次级发射系数，见表l，图1。实施例25(1)将24.2488克Y(N03)3，51.5565克Gd(N03)3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500。C保温4小时，再将温度升至900。C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O104mm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32.3318克Y(N03)3，45.8280克Gd(N03)3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9(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550。C保温3小时，再将温度升至90(TC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①10Wmm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3，图3。实施例4(1)将48.4976克Y(N03)3，34.3710克Gd(N03)3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550"C保温4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①10"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4，图4。实施例5(1)将64.6634克Y(N03)3，22.9140克Gd(N03)3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53(TC保温时间2小时，再将温度升至93(TC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O10"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5，7图5。实施例6(1)将72.7464克Y(N03)3,17.1855克Gd(N03)3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54(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52(TC保温时间4小时，再将温度升至92(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O10^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600'C下测试次级发射系数，见表6，图6。由表中数据看出，阴极在活化后的最佳激活温度多在90(TC与IOO(TC。较镧钼阴极大幅降低(1400°C)。当阴极达到最佳激活温度后，二次电子发射系数随激活温度升高而下降。由图1至6可以看出，随电压升高，材料的二次电子发射系数下降缓慢，在较宽的电压范围内，材料具备比较稳定的二次电子法身性能。表1Gd203-Y203-Mo阴极在不同激活温度下的次级发射性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2Gd203-Y203-Mo阴极在不同激活温度下的次级发射性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>)3-Y203-Mo阴极在不同激活温度下的次级<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表4Gd203-Y203-Mo阴极在不同激活温度下的次级发射性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表5Gd203-Y203-Mo阴极在不同激活温度下的次级发射性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表6Gd203-Y203-Mo阴极在不同激活温度下的次级发射性能<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>权利要求1、一种Y2O3-Gd2O3体系复合稀土-钼电子发射材料，其特征在于由Gd2O3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30％wt，其余为钼。2、一种Y203-Gd203体系复合稀土-钼电子发射材料的制备方法，其特征在于，包括以下歩骤(O将硝酸钇，硝酸钆按制成阴极后总含量30。/。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，首先在500-55(TC保温2-4小时，再将温度升至900-950'C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>-Gd<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，属于二次电子发射材料
技术领域：
。现有二次电子发射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钆作为添加元素，按不同比例掺杂到金属钼中制备阴极材料。本发明由Gd<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30％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，在较大的电压范围内发射性能稳定，优于含铈的阴极。文档编号H01J1/02GK101447377SQ200810246838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