稀土-鉬陰極二次電子發(fā)射性能研究

劉帆

（中國人民武裝警察部隊學院，河北 廊坊 065000）

磁控管是一種微波電真空器件中的器件，它的應用比較廣泛，尤其在航空、軍事武器中的應用發(fā)揮著非常重要的作用。近些年來，磁控管發(fā)展的重點重要集中在：一是大功率、（亞）毫米波段及高頻率的磁控管上的研發(fā)；二是大功率的和相對論的電子注的磁控管上的的研發(fā)。這些研究的成功關(guān)鍵，都依賴于磁控管所采用的新材料，尤其是陰極材料。[1]

磁控管工作依賴于二次電子發(fā)射的性能。現(xiàn)今，市面上在磁控管中應用的二次電子發(fā)射陰極的材料主要是合金陰極、氧化物陰極以及金屬陶瓷型陰極，比較各種材料的陰極性能的好壞最主要的參數(shù)是二次電子的發(fā)射系數(shù)。[2]稀土-鉬金屬陶瓷陰極效果最明顯，本文試驗中應用各種有效地方法制造稀土-鉬，盡量從微觀的結(jié)構(gòu)中進行分析，研究每一種因素對這個二次電子的發(fā)射性能的影響規(guī)律。

1.實驗

本組實驗選用的稀土氧化物有Y2O3和和La2O3，其比例為 3：1。運用液固、液液、固固摻雜等方法制造稀土氧化物，并摻雜鉬粉，而后運用等離子體的快速燒結(jié)與常規(guī)的高溫、壓制的燒結(jié)分別制造稀土-鉬陰極的材料。對稀土-鉬燒結(jié)體實施機加工，得到測試的樣品圓片，之后在與裝有裸鎢絲的熱子的金屬鉬筒進行焊接，隨后仔細安裝到測試架上等待測試。同時應用金相顯微鏡與發(fā)射性能測試的方法對這些樣品的微觀結(jié)構(gòu)和二次的電子發(fā)射的性能，在試驗中，應當應用光學的高溫計仔細測試以上的樣品溫度，同時要求設定所收集極的電壓是 250V，運用計算機信息系統(tǒng)自動的測試該系統(tǒng)所測量的δ與一次電子入射的能量上的關(guān)系。

2.結(jié)果

2.1 不同的制造方法會對二次的電子發(fā)射性能造成影響

前期的研究表明，稀土的氧化物一般會在稀土-鉬的熱陰極材料中合理分布，這樣會極大地改善熱電子的發(fā)射性能。為了能夠有效的證實稀土氧化物所摻雜的效果會對二次的電子發(fā)射性能造成影響，在液固、液液、固固摻雜等方法制造稀土氧化物，并摻雜鉬粉，仔細對比在高溫的放電等離子的燒結(jié)方法中所得到的二次電子發(fā)射的性能。從對比中可以明顯的看出，液液的摻雜樣品在組織上會變得更加細小，有助于提高二次電子發(fā)射的性能。[3]

2.2 氫氣后的處理將會對陰極發(fā)射性能產(chǎn)生影響

在實驗中，對有效提高陰極材料中的δ具有非常重大的使用價值，但是在研發(fā)環(huán)節(jié)中，稀土-鉬陰極中的最大的二次電子的發(fā)射系數(shù)基本維持在3～4的水準，怎樣才能夠有效地提高這一類的陰極δmax 將是以后實驗的重點。本文實驗表明，在REO-Mo的陰極壽命的測試管中所進行的解剖中，可以發(fā)現(xiàn)管壁遺留有MoO3 的沉積物。經(jīng)過相關(guān)分析，筆者認為高真空條件下留有的氧氣一定來自于這些材料，對此，應當有效的對這些材料實施脫氧。其比例為 3：1的 Y2O3和和La2O3樣品在測試以前，應當先在氫氣的氣氛下實施退火等措施，處理，退火溫度保持在1300℃，最低維持1小時。并對退火前后的樣品中的二次電子的發(fā)射性能實施有效的分析比較，可知在進行氫氣退火處理以后，這些樣品的激活溫度大幅度的降低，而發(fā)射系數(shù)就會大幅度的提高。

2.3 不同稀土中的成分樣品會影響二次電子發(fā)射的性能

在經(jīng)過活化處理的工藝前提下，詳細的明確了稀土-鉬材料中的稀土氧化物的總含量是25%后，在此基礎上，對這些不同成分的樣品中的二次電子的發(fā)射性能實施測試，來確定最優(yōu)的稀土-鉬陰極材料中的組成成分。本文實驗表明，本實驗希望陰極材料中的二次電子的發(fā)射系數(shù)變得越高，這樣將有助于降低器材的噪音，極大地提高頻譜的質(zhì)量。[4]

3.討論

對以上實驗結(jié)果進行探討可知，液液的摻雜樣品在組織上會變得更加細小，有助于提高二次電子發(fā)射的性能。在實行高溫的氫氣處理后，會讓這些樣品的激活溫度大幅度的降低，而發(fā)射系數(shù)就會大幅度的提高。在稀土氧化物的總含量是一樣的情形下，Y2O3 樣品中的二次電子發(fā)射性能表現(xiàn)的更好。

稀土-鉬金屬陶瓷陰極主要有王金淑教授發(fā)現(xiàn)的，從20世紀90年代末到21世紀初，她就開始研發(fā)新型金屬陶瓷型的陰極材料，從先前的研究證實，這種陰極材料與常規(guī)性的陰極材料相比，最大的優(yōu)點就是二次電子發(fā)射的性能，同時也存在最合適的激活溫度過高，以及二次電子發(fā)射的具體性能還需要更加的完善等。

[1]張振宇，路新春，雒建斌；超音速等離子噴涂法制備La2O3和CeO2摻雜CoCrW涂層的摩擦學性能研究[J]. 科學通報. 2007，11（12)：167--169

[2]YERYOMKA V D，KOPOT M A，KULAGIN O P.Surface-wave magnetrons：Electromagnetic radiation oscillators in THzrange. 16th International Crimean Conference-Microwave and Telecommunication Technology .2006，15（35)：267--269

[3]T. Wojewoda，P. Achatz，L. Ortéga，et al.Doping-induced anisotropic lattice strain in homoepitaxial heavily boron-doped diamond. Diamond and Related Materials .2008，18（16）：158--160

[4]周身林，張久興，劉丹敏等；SPS反應燒結(jié)制備多元稀土硼化物陰極（SmxBa1-x)B6的晶體結(jié)構(gòu)及其表征[J]. 稀有金屬材料與工程. 2011，16（06）：128--130