《稀土鎢基鋇擴散型次級陰極研究》是依託北京工業大學，由王金淑擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：稀土鎢基鋇擴散型次級陰極研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王金淑
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著磁控管向著高功率和高頻率方向發展，對陰極的發射性能提出了高要求。具有較好熱發射和次級發射能力的陰極是電真空器件發展的關鍵。 本項目以稀土氧化物作為次級發射物質，Ba-O活性層提供熱發射的新思路，研究製備稀土鎢基鋇擴散型次級陰極材料。建立真空晶胞模型，採用第一性原理計算方法優選稀土氧化物及複合稀土氧化物。通過液液摻雜技術製備稀土氧化物摻雜鎢粉，研究其還原過程動力學，以期實現還原過程控制。研究燒結過程中稀土鎢基微觀結構變化行為及規律，為多孔鎢基體的孔隙控制提供依據。採用熱力學及動力學方法分別研究活性元素生成原理及其在陰極中的擴散機制。結合蒸發性能及蒸發過程動力學的研究，認識表面活性層形成機制及維持的動態平衡關係，探討其發射穩定性與表面活性層之間的關係。研究稀土氧化物能帶結構、晶面逸出功與發射性能的關係，討論晶粒尺寸對次級電子發射模式的影響，為獲得發射性能優異的陰極提供理論指導。
結題摘要
目前在磁控管中使用的陰極材料，因其發射性能、放射性、穩定性以及成本等問題，難以滿足大功率器件的發展需求，因此需要研究新型陰極。為此，本項目在優選稀土元素基礎上，製備了浸漬型Y2O3摻雜鎢基次級發射陰極，測定了陰極材料的發射性能，並對Y2O3-W陰極體系的次級電子發射物理過程等進行了系列研究。結果顯示，計算結果顯示，在La2O3-W、Y2O3-W、Gd2O3-W和Lu2O3-W等四種稀土-鎢基陰極中，Y2O3-W體系（111）晶面的逸出功最小，優選Y2O3作為發射活性物質。研究發現，釔摻雜的β-W中，間隙的O和相鄰的W之間形成了電荷密度較強的共價鍵，而在純β-W中間隙的O與相鄰的W之間形成了電荷密度較弱的離子鍵，進而穩定了β-W相的存在。將粉末壓制燒結成陰極基體，通過高溫浸漬液相共沉澱法製備的活性鋁酸鹽，成功獲得浸漬型Y2O3摻雜鎢基次級發射陰極。研究表明，提高Y2O3含量有利於獲得孔度更加均勻的發射體，且陰極的發射性能更為優異。其中當Y2O3含量為15 wt%時，充分激活的陰極在1100 oCb時測得的零場電流密度Jo為14.06 A/cm2，陰極的最大次級發射係數δm可以達到3.96。 原位俄歇能譜分析表明，激活良好的浸漬型Y2O3摻雜鎢基擴散陰極表面富含Ba、Y、O等活性元素。分析認為，自由Ba及BaO可有效降低表面逸出功，稀土氧化物Y2O3在真空高溫條件下發生晶格失氧現象，形成非計量化合物RE2O3-x，使Y2O3成為n型半導體，陰極導電性能增強，有利於提高陰極的發射性能。並提出了活性物質自由Ba和Y2O3的產生途徑：即在高溫激活過程中，活性物相Ba3Y2WO9會與基體W發生反應生成發射所需的活性物質，是陰極中提供自由Ba和Y2O3的主要來源。利用Monte-Carlo算法對電子運動深度範圍進行分析，Y2O3-W陰極中的次級電子發射物理過程模擬顯示，晶粒細小的陰極材料，二次電子發射模式也由氧化物中的反射型發射模式和氧化物/金屬間形成的透射型發射模式組成。
