专利名称：一种多注阴极用活性物质制备方法
技术领域：
本发明涉及一种活性物质制备方法，尤其涉及一种多注阴极用活性物质制备方法。
背景技术：
多注行波管是在大功率行波管的基础上，将多电子注技术、宽带技术、周期永磁聚焦和高发射密度阴极等结合在一起而发展起来的一种新颖的大功率微波真空电子器件。它有导流系数高、工作电压低、体积重量小、频带宽、频率和增益高等优点。这些特点使它成为一种低工作电压、紧凑型的大功率微波放大器件，是现在大功率微波电子系统的发射机末级功率放大器最有竞争力的器件之一。现在的多注行波管几乎都是基于谐振腔基模工作的，研制中需要解决许多理论技术、工艺等方面问题，其中，最关键的技术问题之一是制备具有高发射电流密度的阴极组件。阴极是影响多注行波管寿命的关键因素。设计阴极时， 需要充分考虑到耐离子轰击、耐高压、耐中毒、耐振动、耐冲击、抗打火、发射能力以及寿命长等诸多因素。多注阴极的本体结构是由能够产生金属钡的活性物质和作为载体的钨铼海绵体组成。其工作机理由单原子层偶极子理论通常认为是，在工作温度时，活性物质中还原来的钡沿钨铼海绵体内的孔道扩散至表面，形成单原子的钡层，得到以钨和铼为基底的钡-氧-钨和钡-氧-铼表面机制，从而降低了逸出功，增大了多注阴极的发射电流密度。 并且在多注阴极工作期间钡的耗损也可以得到相应的连续补充，因此它能够长久地维持高电流密度的稳定电子发射。由此可见，能够产生金属钡的活性物质在多注阴极中是多么地重要。而传统的活性物质具有寿命短、不耐潮湿、空气中稳定性差、工艺复杂等缺点。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种多注阴极用活性物质制备方法，旨在制得性能较佳的多注阴极用活性物质。本发明是这样实现的，一种多注阴极用活性物质制备方法，其包括以下步骤称量活性物质原料步骤，按照摩尔比称量活性物质原料，所述活性物质原料包括九水硝酸铝、四水硝酸钙、硝酸钡和碳酸铵；共沉淀反应步骤，利用所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙和所述硝酸钡配置混合溶液，且利用所述碳酸铵配制碳酸铵溶液，并将所述碳酸铵溶液倒入所述混合溶液中，经过加热化学反应生成沉淀混合物，所述沉淀混合物包括铝酸钡钙盐和硝酸铵；纯水冲洗抽滤步骤，采用纯水冲洗抽滤，去除所述沉淀混合物中掺杂的异物；干燥步骤，将所述沉淀混合物干燥制得所述多注阴极用活性物质。进一步地，所述活性物质原料为2. 4BaO · 0. 6Ca0 · Al2O3铝酸盐，其原料配制比即所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙、所述硝酸钡和所述碳酸铵的配置比为37. 51 7. 08 31. 36 :30ο
进一步地，所述活性物质原料为!BBaO ·0. 5Ca0 ·Α1203铝酸盐，其原料配制比即所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙、所述硝酸钡和所述碳酸铵的配置比为29. 36 4. 62 :30. 69 30。进一步地，所述活性物质原料为3. 4BaO · 0. 6Ca0 · Al2O3铝酸盐，其原料配制比即所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙、所述硝酸钡和所述碳酸铵的配置比为37. 51 7. 08 44. 43 :30ο进一步地，所述共沉淀反应步骤包括以下步骤向40°C的纯水中倒入所述溶解九水硝酸铝、所述四水硝酸钙和所述硝酸钡，并搅拌至完全溶解形成所述混合溶液；向40°C 的纯水中倒入所述碳酸铵，并搅拌至完全溶解形成所述碳酸铵溶液，其中，所述混合溶液与所述碳酸铵溶液分别需要的所述40°C的纯水的比例为3:1 ；把所述碳酸铵溶液缓慢倒入保持温度40°C的所述混合溶液中，经过化学反应生成所述沉淀混合物。进一步地，所述共沉淀反应步骤还包括以下步骤搅拌混有所述碳酸铵溶液的所述混合溶液，并再缓慢倒入氨水溶液使其反应持续30分钟，所述氨水溶液、所述混合溶液需要的所述40°C的纯水、所述碳酸铵溶液需要的所述40°C的纯水的三者比例为60203。进一步地，所述纯水冲洗抽滤步骤包括以下步骤对具有所述沉淀混合物的所述混合溶液进行冲洗抽滤；测量并记录经所述冲洗抽滤之后的所述沉淀混合物的电导值；重复上述两个步骤直至多次测量并记录的所述导电值基本保持不变。进一步地，所述干燥步骤包括以下步骤将所述沉淀混合物置于烘箱内，烘烤温度为160士 10°C，烘烤时间为对士0. 5小时；待所述烘箱冷却至40 50°C时，取出所述沉淀混合物。进一步地，所述干燥步骤还包括以下步骤将经过烘烤的所述沉淀混合物称重，并记录称重值；重复所述干燥步骤直至多次记录的所述称重值基本保持不变，经过多次烘烤的所述沉淀混合物为所述多注阴极用活性物质。进一步地，所述多注阴极用活性物质制备方法还包括检验步骤，所述检验步骤包括步骤对获得的所述多注阴极用活性物质进行取样；溶解取样到的所述多注阴极用活性物质并采用X射线衍射仪进行检测，获得X射线相位分析图；将所述X射线相位分析图表示的参数与预先设置的参数范围进行比对，如所述X射线相位分析图表示的参数均在所述预先设置的参数范围内，则判断所述多注阴极用活性物质合格。本发明与现有技术相比，本发明提供的多注阴极用活性物质制备方法的优点在于
1.所制得的多注阴极用活性物质纯度比较高，且能够生成自由钡的钡钙铝酸盐有效成份含量大；
2.多注阴极用活性物质的颗粒度可以达到亚微米级，活性大大提高；
3.工艺简单、重复性和稳定性好；
4.因不需要球磨、压制和高温烧结，所以多注阴极用活性物质不会因增加制备过程而引入杂质，有利于发射物质有效地发挥作用，便于电子发射，可以满足多注行波管阴极的使用要求。
图1是本发明实施方式提供的多注阴极用活性物质制备方法制得的多注阴极用活性物质的X射线相位分析图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施方式提供的多注阴极用活性物质制备方法，其包括以下步骤。首先执行称量活性物质原料步骤，即按照摩尔比称量活性物质原料，所述活性物质原料包括九水硝酸铝、四水硝酸钙、硝酸钡和碳酸铵。在本实施方式中，称重时，剪两张尺寸一样大150X150的无毛纸，放在天平上并将天平调到零点，根据表1配方称量活性物质原料。 表1活性物质配制比例表
序号铝酸盐化学成份硝酸钡(g)四水硝酸钙(g)九水硝酸铝(g)碳酸铵(g)12. 4BaO · 0. 6CaO · Al2O331.36±0.017.08±0. 0137. 51±0. 0130 + 0. 123Ba0 · 0. 5Ca0 · Al2O330. 69±0. 014. 62±0. 0129. 36±0. 0130 + 0. 133. 4BaO · 0. 6CaO · Al2O344. 43±0. 017.08±0. 0137. 51±0. 0130 + 0. 1
换句话说，当所述活性物质原料为2. 4BaO · 0. 6Ca0 · Al2O3铝酸盐时，其原料配制比即所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙、所述硝酸钡和所述碳酸铵的配置比为37. 51 7. 08 31. 36 30 ；当所述活性物质原料为!BBaO · 0. 5Ca0 · Al2O3铝酸盐时，其原料配制比即所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙、所述硝酸钡和所述碳酸铵的配置比为29. 36 4. 62 :30. 69 30 ； 当所述活性物质原料为3. 4BaO · 0. 6Ca0 · Al2O3铝酸盐时，其原料配制比即所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙、所述硝酸钡和所述碳酸铵的配置比为37. 51 7. 08 44. 43 :30。接着执行共沉淀反应步骤，利用所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙和所述硝酸钡配置混合溶液，且利用所述碳酸铵配制碳酸铵溶液，并将所述碳酸铵溶液倒入所述混合溶液中，经过加热化学反应生成沉淀混合物，所述沉淀混合物包括铝酸钡钙盐和硝酸铵。在本实施方式中，向40°C的纯水中倒入所述溶解九水硝酸铝、所述四水硝酸钙和所述硝酸钡，并搅拌至完全溶解形成所述混合溶液；向40°C的纯水中倒入所述碳酸铵，并搅拌至完全溶解形成所述碳酸铵溶液，其中，所述混合溶液与所述碳酸铵溶液分别需要的所述40°C的纯水的比例为3:1 ；把所述碳酸铵溶液缓慢倒入保持温度40°C的所述混合溶液中，经过化学反应生成所述沉淀混合物。优选地，搅拌混有所述碳酸铵溶液的所述混合溶液，加快反应速度，并再缓慢倒入氨水溶液使其反应持续30分钟使其反应速度更加彻底。其中，所述氨水溶液、所述混合溶液需要的所述40°C的纯水、所述碳酸铵溶液需要的所述40°C的纯水的三者比例为60:20:3。具体地，取一个IOOOml烧杯，装纯水600ml，放在电炉上加热至40°C，向烧杯中依次倒入溶解九水硝酸铝、四水硝酸钙和硝酸钡，同时用电磁搅拌器搅拌，完全溶解后，从电炉上取下烧杯，另取一个500ml烧杯，装纯水200ml，放在电炉上加热至40°C，向烧杯中倒入溶解碳酸铵并用搅拌器搅拌，完全溶解后，从电炉上取下烧杯，把上述IOOOml的烧杯放到电炉上，保持温度40°C，并使搅拌器快速搅拌，将碳酸铵溶液缓慢倒入其中，量取30ml氨水溶液，缓慢倒入其中，使反应持续30min。
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之后执行纯水冲洗抽滤步骤，采用纯水冲洗抽滤，去除所述沉淀混合物中掺杂的异物。在本实施方式中，对具有所述沉淀混合物的所述混合溶液进行冲洗抽滤；测量并记录经所述冲洗抽滤之后的所述沉淀混合物的电导值；重复上述两个步骤直至多次测量并记录的所述导电值基本保持不变。具体地，向砂芯漏斗中倒入上述悬浮液，加入纯水，用搅拌器搅拌，关闭二通阀门， 打开机械泵进行抽滤，滤下的溶液不得超过抽滤瓶的上端口，砂芯漏斗中需不断加入纯水， 在机械泵运行时，不得出现砂芯漏斗中无水的现象，将机械泵停止并打开二通阀放气，倒出抽滤瓶的滤下的溶液，测出电导值并记录下来，当电导值不再变化时，滤洗结束。然后执行干燥步骤，将所述沉淀混合物干燥制得所述多注阴极用活性物质。在本实施方式中，将所述沉淀混合物置于烘箱内，烘烤温度为160士 10°C，烘烤时间为对士0.5 小时；待所述烘箱冷却至40 50°C时，取出所述沉淀混合物。具体地，向烧杯中倒入上述铝酸盐，并将烧杯置于烘箱内，烘烤温度为(160士 10) °C，烘烤时间为(M士0.5) h，待烘箱冷却至(40 50) ！时，取出烧杯。优选地，将经过烘烤的所述沉淀混合物称重，并记录称重值；重复所述干燥步骤直至多次记录的所述称重值基本保持不变。这样确保所述干燥步骤顺利完成。为了便于论证本发明实施方式提供的多注阴极用活性物质制备方法制得的所述多注阴极用活性物质具有较佳的性能，本实施方式对所述多注阴极用活性物质进行了检测，其检测步骤包括以下步骤对获得的所述多注阴极用活性物质进行取样；溶解取样到的所述多注阴极用活性物质并采用X射线衍射仪进行检测，获得X射线相位分析图(如图1 所示)；将所述X射线相位分析图表示的参数与预先设置的参数范围(如表2)进行比对，如所述X射线相位分析图表示的参数均在所述预先设置的参数范围内，则判断所述多注阴极用活性物质合格。所述多注阴极用活性物质应该是白色的，也可以是浅灰色和淡蓝色的，用对比的方法看是否符合数值2 θ i和Ii/Imax，该数值是取自要与标准数据(表)进行对比的活性物质的衍射图，活性物质的相成份应该符合表2，按图确定衍射图上衍射线位置值2 θ i和它们相对强度值Ii/Imax，如果数值2 9i和Ii / Imax在表中所给的范围内，那么活性物质就是合格的，允许衍射线移动角度为0. Γ，如果在衍射图上没有一列强烈线或出现多余的衍射线，它们的相对强度超过10%，那么活性物质是令人不满意的。表2钡-钙活性物质的化学成份标准数据表
权利要求
1.一种多注阴极用活性物质制备方法，其特征在于，其包括以下步骤称量活性物质原料步骤，按照摩尔比称量活性物质原料，所述活性物质原料包括九水硝酸铝、四水硝酸钙、硝酸钡和碳酸铵；共沉淀反应步骤，利用所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙和所述硝酸钡配置混合溶液， 且利用所述碳酸铵配制碳酸铵溶液，并将所述碳酸铵溶液倒入所述混合溶液中，经过加热化学反应生成沉淀混合物，所述沉淀混合物包括铝酸钡钙盐和硝酸铵；纯水冲洗抽滤步骤，采用纯水冲洗抽滤，去除所述沉淀混合物中掺杂的异物； 干燥步骤，将所述沉淀混合物干燥制得所述多注阴极用活性物质。
2.如权利要求1所述的多注阴极用活性物质制备方法，其特征在于，所述活性物质原料为2. 4BaO ·0. 6Ca0 · Al2O3铝酸盐，其原料配制比即所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙、所述硝酸钡和所述碳酸铵的配置比为37. 51 7. 08 31. 36 :30。
3.如权利要求1所述的多注阴极用活性物质制备方法，其特征在于，所述活性物质原料为!BBaO ·0. 5Ca0 -Al2O3铝酸盐，其原料配制比即所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙、所述硝酸钡和所述碳酸铵的配置比为29. 36 4. 62 :30. 69 :30。
4.如权利要求1所述的多注阴极用活性物质制备方法，其特征在于，所述活性物质原料为3. 4BaO ·0. BCaO-Al2O3铝酸盐，其原料配制比即所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙、所述硝酸钡和所述碳酸铵的配置比为37. 51 7. 08 44. 43 :30。
5.如权利要求1所述的多注阴极用活性物质制备方法，其特征在于，所述共沉淀反应步骤包括以下步骤向40°C的纯水中倒入所述溶解九水硝酸铝、所述四水硝酸钙和所述硝酸钡，并搅拌至完全溶解形成所述混合溶液；向40°C的纯水中倒入所述碳酸铵，并搅拌至完全溶解形成所述碳酸铵溶液，其中，所述混合溶液与所述碳酸铵溶液分别需要的所述40°C的纯水的比例为3:1 ；把所述碳酸铵溶液缓慢倒入保持温度40°C的所述混合溶液中，经过化学反应生成所述沉淀混合物。
6.如权利要求5所述的多注阴极用活性物质制备方法，其特征在于，所述共沉淀反应步骤还包括以下步骤搅拌混有所述碳酸铵溶液的所述混合溶液，并再缓慢倒入氨水溶液使其反应持续30 分钟，所述氨水溶液、所述混合溶液需要的所述40°C的纯水、所述碳酸铵溶液需要的所述 40°C的纯水的三者比例为60:20:3。
7.如权利要求1所述的多注阴极用活性物质制备方法，其特征在于，所述纯水冲洗抽滤步骤包括以下步骤对具有所述沉淀混合物的所述混合溶液进行冲洗抽滤； 测量并记录经所述冲洗抽滤之后的所述沉淀混合物的电导值； 重复上述两个步骤直至多次测量并记录的所述导电值基本保持不变。
8.如权利要求1所述的多注阴极用活性物质制备方法，其特征在于，所述干燥步骤包括以下步骤将所述沉淀混合物置于烘箱内，烘烤温度为160士 10°C，烘烤时间为对士0. 5小时； 待所述烘箱冷却至40 50°C时，取出所述沉淀混合物。
9.如权利要求8所述的多注阴极用活性物质制备方法，其特征在于，所述干燥步骤还包括以下步骤将经过烘烤的所述沉淀混合物称重，并记录称重值；重复所述干燥步骤直至多次记录的所述称重值基本保持不变，经过多次烘烤的所述沉淀混合物为所述多注阴极用活性物质。
10.如权利要求1所述的多注阴极用活性物质制备方法，其特征在于，所述多注阴极用活性物质制备方法还包括检验步骤，所述检验步骤包括步骤对获得的所述多注阴极用活性物质进行取样；溶解取样到的所述多注阴极用活性物质并采用X射线衍射仪进行检测，获得X射线相位分析图；将所述X射线相位分析图表示的参数与预先设置的参数范围进行比对，如所述X射线相位分析图表示的参数均在所述预先设置的参数范围内，则判断所述多注阴极用活性物质合格。
全文摘要
本发明涉及一种多注阴极用活性物质制备方法，其包括以下步骤称量活性物质原料步骤，按照摩尔比称量活性物质原料，所述活性物质原料包括九水硝酸铝、四水硝酸钙、硝酸钡和碳酸铵；共沉淀反应步骤，利用所述九水硝酸铝、所述四水硝酸钙和所述硝酸钡配置混合溶液，且利用所述碳酸铵配制碳酸铵溶液，并将所述碳酸铵溶液倒入所述混合溶液中，经过加热化学反应生成沉淀混合物，所述沉淀混合物包括铝酸钡钙盐和硝酸铵；纯水冲洗抽滤步骤，采用纯水冲洗抽滤，去除所述沉淀混合物中掺杂的异物；干燥步骤，将所述沉淀混合物干燥制得所述多注阴极用活性物质。所述多注阴极用活性物质制备方法制得的多注阴极用活性物质具有较佳性能。
文档编号H01J23/04GK102354646SQ20111028483
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者于晨晨, 吴华夏, 孟昭红, 贺兆昌, 邹莺歌, 陈爱民 申请人:安徽华东光电技术研究所