稀土-鉬陰極二次電子發射性能研究

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揮著非常重要的作用。近些年來，磁控管發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；二是大功率的和相對論的電子注的磁控管上的的研發。這些研究的成功關鍵，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射的性能。現今，市面上在磁控管中應用的二次電子發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是二次電子的發射系數。[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，盡量從微觀的結構中進行分析，研究每一種因素對這個二次電子的發射性能的影響規律。

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與常規的高溫、壓制的燒結分別制造稀土-鉬陰極的材料。對稀土-鉬燒結體實施機加工，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射性能測試的方法對這些樣品的微觀結構和二次的電子發射的性能，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自動的測試該系統所測量的δ與一次電子入射的能量上的關系。

2.結果

2.1 不同的制造方法會對二次的電子發射性能造成影響

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方法中所得到的二次電子發射的性能。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射的性能。[3]

2.2 氫氣后的處理將會對陰極發射性能產生影響

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，但是在研發環節中，稀土-鉬陰極中的最大的二次電子的發射系數基本維持在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，可以發現管壁遺留有MoO3 的沉積物。經過相關分析，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，而發射系數就會大幅度的提高。

2.3 不同稀土中的成分樣品會影響二次電子發射的性能

在經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射性能實施測試，來確定最優的稀土-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射系數變得越高，這樣將有助于降低器材的噪音，極大地提高頻譜的質量。[4]

3.討論

對以上實驗結果進行探討可知，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，而發射系數就會大幅度的提高。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射性能表現的更好。

稀土-鉬金屬陶瓷陰極主要有王金淑教授發現的，從20世紀90年代末到21世紀初，她就開始研發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性的陰極材料相比，最大的優點就是二次電子發射的性能，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反應燒結制備多元稀土硼化物陰極（SmxBa1-x)B6的晶體結構及其表征[J]. 稀有金屬材料與工程. 2011，16（06）：128--130