本发明专利技术一种阴极三元合金膜及制备覆膜浸渍扩散阴极的方法，涉及微波电真空器件制造技术。阴极三元合金膜，为钨铼锇三元合金膜。一种制备覆膜浸渍扩散阴极的方法，Ａ．在浸渍发射材料之前，用表面溅射法在阴极表面先溅射沉积铼膜，再溅射沉积锇钨膜，接下来浸渍发射材料，利用发射材料的高温浸渍过程，实现阴极表面膜层的合金化；Ｂ．浸渍发射材料之后，利用钨铼锇三元合金靶，在阴极表面溅射沉积钨铼锇三元合金膜。用本发明专利技术的阴极三元合金膜制备的阴极，可使阴极发射电流密度成倍提高，加大了阴极发射能力，并可较容易地制备成各种规格并易于实现批量生产。本发明专利技术阴极可应用于各类微波电真空器件，也可在电视机的电子管以及电子显微镜中使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波电真空器件制造
，是一种阴极三元合金膜及 制备覆膜浸渍扩散阴极的方法。
技术介绍
在微波电真空器件制造
，覆膜浸渍扩散阴极(简称M型阴极)是一种普遍采用的阴极。其特征是发射材料(钡铝酸盐)浸渍储存于多孔 的钨海绵体(阴极基体)内部，阴极表面沉积有一层降低电子逸出功的贵金属或合金(Os、 Os-Ru、 Os-W、 Ir、 W-Ir等)膜。随着微波电真空器件不断向高功率、高频率方向发展，要求阴极能够 支取更高的电流密度，然而，常规的覆膜浸渍扩散阴极，95(TC可有效支 取的直流电流密度仅为3 5A/cm2。提高阴极工作温度虽可提高电流密度， 但往往伴随蒸发增大的问题。阴极蒸发增大，直接导致微波器件极间绝缘 下降，打火现象增多，严重时还可导致器件及系统瘫痪。迄今为止，为提高覆膜浸渍扩散阴极的发射能力，己发展了多种方法。 例如，美国Varian公司采取了三种方法(R. E. Thomas, J. W.Gibson,G.A.Hass et al.正EE Transactions on electron devices. 1990,37(3》850-861):一是在阴极表面沉积多层不同成分的薄膜；二是在阴极覆膜前，在钨基体 上添加少量贵金属，以减少贵金属向钨基体的扩散；三是在阴极表面沉积 具有优先定向生长结构的贵金属膜，以改善发射的均匀性。我国中国科学 院电子学研究所则采用在阴极表面覆(Os-W) /Re双层膜的方法，可使阴 极95(TC的直流电流密度从4.9A/cm2，提高至5.6 A/cm2，提高幅度为14%(Yutao L,'Honglai Zhang, Pukun Liu， Ming Zhang. A new dispenser cathode with dual-layer. Appl. Surf. Sci. 2005, 251:126-129)。以上几种方法，虽然使阴极发射能力有所提高，但提高幅度都十分有限。到目前为止，尚没有一种较为简单的方法，可以使覆膜浸渍扩散阴极 的发射水平获得较大幅度的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对覆膜浸渍扩散阴极制造
存在的阴极 发射水平提高幅度较低的问题，提出一种阴极三元合金膜及制备覆膜浸渍 扩散阴极的方法来解决这个问题。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是基于我们首次发现钩铼锇(W-Re-Os)三元合金膜，与现有合金膜相比，可以对Ba和O形成 更为强烈和有效的吸附，特提出一种阴极三元合金膜及制备覆膜浸渍扩 散阴极的新方法。一种阴极三元合金膜为钨(W)、铼(Re)和锇(Os)三种元素组成的三元合金膜。 一种制备覆膜浸渍扩散阴极的新方法包括钩海绵体 制备、阴极车制、阴极表面覆膜、浸盐等工序。本专利技术的特征在于，在覆膜浸渍扩散阴极制备过程中，阴极表面覆膜采用由钨(W)、铼(Re) 和锇(Os)三种元素组成的三元合金膜，合金膜成分(重量比)为W45 65wt%、 Re25 45wt%、 Osl0 30wt%，膜厚为0.5 0.8微米。制备这种阴极三元合金膜有两种方法方法一是依次溅射沉积Re膜和Os-W (40 65:40 65wt%)膜，再进 行高温合金化(合金化利用浸渍发射材料的高温及保温时间完成)；方法 二是制备钨铼锇(W-Re-Os)三元合金耙，在阴极表面直接溅射沉积薄 膜。方法一通过调整Re膜和Os-W膜的膜厚、高温合金化温度及时间，可 改变合金膜的成分。第一层Re膜的厚度至少为0.3微米，和最多0.6微米。 高温合金化处理时，Re同时向阴极基体及表面W-Os膜扩散，由于Re的扩 散速度明显高于W和Os， Re膜偏薄，扩散结束表面合金膜中Re成分可能 偏低，Re膜偏厚，高温合金化扩散又会使合金膜中Re成分偏高。这一方 法制备工艺稍显复杂，但是靶材为常用靶材，容易配置，更重要的是， 高温合金化的薄膜与阴极基体结合牢固，因而具有很强的抗离子轰击能 力。方法二采用钨铼锇(W-Re-Os)三元合金靶材进行溅射沉积。这种方 法薄膜制备工艺简单，但是未经高温合金化的与阴极基体结合力稍弱，薄 膜稳定性稍差。采用本专利技术的 所取得的实际效果为1、 可使覆膜浸渍扩散阴极的发射电流密度成倍提高。950。C专利技术阴极可有效支取的直流密度为13. 0 14. 8A/cm2，与常规阴极95(TC支取直流密 度3 5A/cm2相比，电流密度增加2倍以上。本专利技术较好地解决了阴极发 射能力采用现有技术难以大幅度提高的问题。2、 本方法适用于各种规格的覆膜浸渍扩散阴极，可以满足阴极批量 生产的需要。本专利技术的一种阴极三元合金膜及覆膜浸渍扩散阴极，由于可使阴极发 射电流密度成倍提高，并可较容易地制备成各种规格并易于实现批量生 产，因此，未来较长的一段时间内，采用本专利技术方法制备的阴极将可能逐 步成为高性能微波管釆用的主力阴极。本专利技术阴极可应用于各类微波电真空器件如速调管、行波管、回旋管 等，也可在电视机的电子管以及电子显微镜中使用。附图说明图1本专利技术阴极的示意图2为覆Os-W二元合金膜浸渍扩散阴极直流发射j (单位A/cm2)对 数与电压U(单位V)对数图3为本专利技术实施方式一覆膜浸渍扩散阴极直流发射j (单位A/cm2) 对数与电压U(单位V)对数图；图4为本专利技术实施方式二覆膜浸渍扩散阴极直流发射j (单位A/cm2) 对数与电压U(单位V)对数图。具体实施例方式如图l所示，图中标示阴极钨海绵基体ll，钼支撑筒21，覆膜层31，发射材料41，热子51，氧化铝填充物61。本专利技术的阴极由阴极钨海绵基体ll、钼支撑筒21、发射表面覆膜层 31、发射材料41、热子51和氧化铝填充物61等组成。其中钩海绵基体ll 通过对钨粉采用常规工艺进行压制、烧结、浸铜、车制、去铜等获得。 钨海绵基体11与钼支撑筒21采用钼钌钎料进行高温钎焊(2050°C X 1 2 分钟)。螺旋状阴极热子(钨铼丝表面有一层电泳的氧化铝涂层)51， 放置于钼筒中，用氧化铝绝缘物填充并烧结(165(TCX2 3分钟)。发 射材料41通过常规高温浸渍浸入到钨海绵体孔隙内。在上述结构中，具有特殊成分的表面覆膜层21是本专利技术的特征件， 这一覆膜层为W-Re-Os三元合金膜，合金膜元素重量比为W45 65wt %:Re25 45wt%:Os 10 30wt%，合金膜的厚度为0.5 0.8微米。制备这一合金膜可采用如下两种方式中的任意一种。实施方式一浸渍发射材料之前，采用Re靶在阴极表面溅射沉积 0.3 0.4微米厚的Re膜，得到第一层膜；之后采用Os-W (55: 45wt%) 靶沉积0.3 0.4微米的Os-W膜，得到第二层膜；接下来浸渍发射材料， 利用发射材料的高温浸渍过程，使阴极表面两层薄膜间、薄膜与阴极基 体间充分扩散，实现阴极表面膜层的合金化。实施方式二浸渍发射材料之后，利用成分比为W45 65wt%:Re25 45wt^:OslO 30wt^的三元合金耙，在阴极表面溅射沉积0.5 0.8微米 厚的W-Re-Os三元合金膜。一般认为，现有的覆膜浸渍扩散阴极中，覆Os-W二元合金膜的浸渍 扩散阴极具有相对最高的发射水平。为了说明本专利技术阴极发射能力，特 选择覆Os-W二元合金膜的浸渍扩散阴极进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种阴极三元合金膜，其特征在于，为钨铼锇三元合金膜，合金膜元素重量比为：钨（Ｗ）４５～６５ｗｔ％∶铼（Ｒｅ）２５～４５ｗｔ％∶锇（Ｏｓ）１０～３０ｗｔ％，合金膜的厚度为０．５～０．８微米。
【技术特征摘要】
1、一种阴极三元合金膜，其特征在于，为钨铼锇三元合金膜，合金膜元素重量比为钨(W)45～65wt％∶铼(Re)25～45wt％∶锇(Os)10～30wt％，合金膜的厚度为0.5～0.8微米。2、 一种用如权利要求1所述的利用阴极三元合金膜制备覆膜浸渍扩 散阴极的方法，包括钨海绵体制备、阴极车制、阴极表面覆膜、浸渍发射 材料工序；其特征在于，有两种实施方式A:浸渍发射材料之前，采用铼靶在阴极表面溅射沉积0.3 0.4微米 厚的铼膜，得到第一层膜；之后，采用锇钨(55: 45wt%)靶沉积0.3 0.4微米的锇钨膜，得...
【专利技术属性】
技术研发人员：阴生毅，张永清，张洪来，王宇，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。