Y-,2-O-,3--Lu-,2-O-,3--Mo體系稀土-鉬陰極材料發(fā)射性能與機理的研究.pdf

1、磁控管作為大功率的微波管不僅在軍事領域發(fā)揮著十分重要的作用，在醫(yī)療衛(wèi)生、食品等領域也有著日益廣泛的應用。磁控管歷經(jīng)多年的不斷研究和改進，在提高功率、效率、頻率穩(wěn)定性和工作壽命等方面都取得了重大發(fā)展。但是隨著雷達、航天航空、電子對抗、微波加熱等技術的發(fā)展，對磁控管提出了更高的要求。磁控管的發(fā)展有賴于磁控管新材料、新工藝應用的研究。而陰極作為磁控管的核心部件，其性能將直接影響到磁控管的性能與使用。因此，對新型陰極材料的研究具有非常重要的意義

2、。 本文首次將氧化镥、氧化釔作為發(fā)射活性物質制備了稀土，鉬金屬陶瓷型陰極。利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射分析、熱電子和二次電子測量裝置等先進分析手段對陰極結構、顯微組織、發(fā)射性能進行了分析。采用Monte-carlo方法對一次電子入射深度及次級電子逃逸深度進行了模擬，并利用基于密度泛函理論的第一性原理模擬的方法對摻雜后的稀土氧化物的晶胞進行了模擬，并計算其能帶結構及態(tài)密度。為陰極制備工藝的進一步改進和性能的提升提供了理論依據(jù)和實

3、驗指導。 通過上述工作，論文得到以下研究成果： (1)成功制備出結構致密的Y2O3-Lu2O3-Mo金屬陶瓷材料。稀土氧化物在燒結體內均勻分布，二次電子發(fā)射性能良好。采用本課題組自行設計研制的國內首臺全微機控制發(fā)射測量儀，測試了稀土－鉬燒結體材料的二次電子發(fā)射性能。測試結果表明：Y2O3-Lu2O3-Mo陰極的二次電子發(fā)射系數(shù)隨Y2O3含量增加而變大，n(Y2O3)：n(Lu2O3)=1.7:1時，二次電子發(fā)射系數(shù)達到最

4、大(δm=4.616，T=900℃b)，之后隨氧化釔含量繼續(xù)提高樣品的二次電子發(fā)射系數(shù)下降。即不同稀土氧化物的摻雜存在最優(yōu)配比，當雜達到最優(yōu)配比時，陰極材料組織更為細化，稀土氧化物分布更加均勻，發(fā)射性能優(yōu)異。 (2)活化過程使金屬鋁發(fā)生再結晶，稀土氧化物的存在抑制鉬晶粒的長大，導致組織細化。細化的組織為稀土氧化物沿晶界向材料表面擴散提供了更多的通道，有利于提高材料的二次電子發(fā)射性能。經(jīng)活化處理后的稀土-鉬材料表面由所覆蓋的粘連的

5、金屬鉬轉變?yōu)橄⊥裂趸锱c金屬鉬的相間分布。該過程使稀土氧化物沿鋁晶界擴散到材料表面，完成了激活過程中稀土氧化物的擴散過程，降低了后續(xù)激活溫度。 (3)當活化溫度從1300℃提高到1400℃時，陰極材料的最佳激活溫度降低，二次電子發(fā)射系數(shù)提高。分析認為陰極活化過程其環(huán)境與高溫激活相似，該過程中稀土氧化物會失去晶格氧形成n型半導體，導致材料導電性能有所上升，而活化溫度的升高將加劇稀土氧化物的晶格失氧形成n型半導體，使次級電子發(fā)射性能