直热式阴极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电真空技术领域，更具体地涉及一种直热式阴极及其制备方法，该阴极采用含稀土氧化物y203难熔氧化物活性物质，相比于纯钨丝阴极，能够降低阴极的工作温度，提高阴极的发射电流密度，延长阴极的寿命。
【背景技术】
[0002]随着磁控管向着高输出功率方向发展，普通氧化物阴极、钡钨阴极等因其不能耐高压，不耐电子离子轰击，易于发生电火花等缺点几乎不能应用。因此，在中功率(小于3kff)磁控管中均采用碳化的敷钍钨阴极。而在高阳极电压(大于10kV)的大功率连续波磁控管管中一般采用发射本领很小的直热式纯钨(W)丝阴极，这是因为纯钨丝阴极相比于普通氧化物阴极和钡钨阴极，具有发射稳定性好，耐电子、离子轰击能力强，抗中毒性强等优点，相比于碳化钍钨阴极，拥有更长的寿命。但是，在大功率连续波磁控管在保证正常输出功率情况下，其阴极一般工作在2450?2700K温度之间，导致其阴极表面蒸发过快，当阴极的直径低于起始直径的90%时，即宣告阴极寿命终了，因此在连续波磁控管中纯W丝阴极寿命的终止是导致磁控管寿命结束的主要原因之一。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直热式阴极及其制备方法，以提高阴极的发射电流密度、降低纯钨丝阴极的工作温度、延长阴极的寿命。
[0004]为了实现上述目的，本发明提供了一种直热式阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0005]a、在钨丝基底表面均匀施加钨粉层，置于高温氢气炉中1600°C ±50°C下保温10?15分钟后形成钨海绵层；
[0006]b、将 Y203、Gd203、Hf02按重量百分比(45 ?50) %: (5 ?10) %: (45 ?50) %球磨混合制得Y203、Gd203和Η?? 2的混合粉末，并压制成块状；
[0007]c、将步骤b获得的块状物放入马弗炉中，于1450±50°C烧结2?4小时，合成含Y203的难熔氧化物活性物质；
[0008]d、将步骤c获得的含Y203的难熔氧化物块状物研磨2?3小时；
[0009]e、将步骤d获得的含Y203的难熔氧化物活性物质均匀施加在钨海绵层表面制备得所需的直热式阴极。
[0010]以及，一种通过上述直热式阴极的制备方法制备得到的直热式阴极。
[0011]基于上述技术方案可知，本发明的制备方法可以提高纯钨丝阴极的发射电流密度、降低纯钨丝阴极的工作温度、降低阴极表面蒸发率、延长阴极寿命。在含γ203难熔氧化物活性物质层与纯钨丝基底之间烧结一层钨海绵层不仅能够增加活性物质的存储量，而且能够增加纯钨丝基底与活性物质涂层之间的导电率。采用熔点较高的Hf02能够保证活性物质在高温下仍有较低的蒸发率。此外，含γ203难熔氧化物物质具有很好的活性，能够使纯钨丝阴极在较低温度下就能获得较大的发射电流密度，与此同时，这种含γ203难熔氧化物活性物质相比于普通氧化物，钡钨阴极以及钍钨阴极具有较大的耐电子、离子轰击以及抗中毒能力，是一种适合于工作在大功率连续波磁控管环境中的理想阴极材料。
【附图说明】
[0012]图1为大功率连续波磁控管用普通纯钨丝阴极的制备流程
[0013]图2为本发明含Υ203氧化物活性物质层钨丝阴极的制备方法流程图；
[0014]图3为本发明直热式低温大电流密度阴极结构示意图；
[0015]图4为本发明直热式低温大电流密度阴极的直流伏安特性曲线示意图；
[0016]图5为本发明直热式低温大电流密度阴极的寿命曲线示意图。
【具体实施方式】
[0017]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0018]本发明公开了一种直热式阴极，其采用含有稀土氧化物Υ203的难熔氧化物作为活性物质，将该活性物质浸涂在表面为钨海绵层的纯钨丝阴极表面。本发明的直热式低温大电流密度阴极能够在低温下工作，该阴极目前在寿命台上的寿命已经超过3000小时。
[0019]本发明还公开了一种直热式阴极的制备方法，包括以下步骤:
[0020]a、在钨丝基底表面均匀喷覆上钨粉层后，放入高温氢气炉中1600±50°C下保温10?15分钟后形成具有储备活性物质能力的钨海绵层；
[0021]b、将 Y203、Gd203、Hf02按重量百分比(45 ~ 50) %: (5 ?10) %: (45 ?50) %球磨混合制得Y203、Gd203和Η?? 2的混合粉末，并压制成块状；
[0022]c、将步骤b获得的块状物放入马弗炉中于1450 ± 50 °C烧结2?4小时，合成含Y203的难熔氧化物活性物质；
[0023]d、将步骤c获得的含Y203的难熔氧化物块状物在玛瑙钵中研磨2?3小时，制备得活性物质；
[0024]e、将步骤d获得的含Υ203难熔氧化物的活性物质均匀浸涂在钨海绵层表面制备得到所述直热式阴极。
[0025]其中，步骤a中的妈粉的纯度为99.9%，平均粒径为1?3 μπι。
[0026]其中，步骤a中的钨海绵层的烧结过程中，升温时，耗时0.5?1小时从常温线性升至1600±50°C，在1600±50°C保温10?15分钟后降温，降温时，从1600±50°C耗时2?
4小时线性降至常温。
[0027]其中，步骤b中的球磨，是在玛瑙球磨罐中进行，并在玛瑙罐中加入分析纯无水乙醇或去离子水，混合球磨< 24小时后压制。
[0028]其中，步骤b中的Y203、Gd203、11?)2三种氧化物的纯度均为99.9%，其重量百分比分别为(45 ~ 50) %: (5 ?10) %: (45 ?50) %。
[0029]其中，分析纯无水乙醇或去离子水的加入量，为玛瑙罐体积的< 2/3。
[0030]其中，步骤c中烧结气氛为空气气氛或C02气氛。
[0031]其中，步骤d中的研磨，是在玛瑙钵中进行，混合球磨< 3小时。
[0032]其中，步骤e中浸涂的含Y203难熔氧化物的活性物质厚度为10?100 μ m。
[0033]图1是现有技术的钨丝阴极的制备流程图，图2是本