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(jī)理的研究.pdf

1、磁控管作為大功率的微波管不僅在軍事領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用，在醫(yī)療衛(wèi)生、食品等領(lǐng)域也有著日益廣泛的應(yīng)用。磁控管歷經(jīng)多年的不斷研究和改進(jìn)，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(dá)、航天航空、電子對(duì)抗、微波加熱等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)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(yīng)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(duì)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(zhì)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(cè)量裝置等先進(jìn)分析手段對(duì)陰極結(jié)構(gòu)、顯微組織、發(fā)射性能進(jìn)行了分析。采用Monte-carlo方法對(duì)一次電子入射深度及次級(jí)電子逃逸深度進(jìn)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(duì)摻雜后的稀土氧化物的晶胞進(jìn)行了模擬，并計(jì)算其能帶結(jié)構(gòu)及態(tài)密度。為陰極制備工藝的進(jìn)一步改進(jìn)和性能的提升提供了理論依據(jù)和實(shí)

3、驗(yàn)指導(dǎo)。 通過(guò)上述工作，論文得到以下研究成果： (1)成功制備出結(jié)構(gòu)致密的Y2O3-Lu2O3-Mo金屬陶瓷材料。稀土氧化物在燒結(jié)體內(nèi)均勻分布，二次電子發(fā)射性能良好。采用本課題組自行設(shè)計(jì)研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)全微機(jī)控制發(fā)射測(cè)量?jī)x，測(cè)試了稀土－鉬燒結(jié)體材料的二次電子發(fā)射性能。測(cè)試結(jié)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(shí)，二次電子發(fā)射系數(shù)達(dá)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(dāng)雜達(dá)到最優(yōu)配比時(shí)，陰極材料組織更為細(xì)化，稀土氧化物分布更加均勻，發(fā)射性能優(yōu)異。 (2)活化過(guò)程使金屬鋁發(fā)生再結(jié)晶，稀土氧化物的存在抑制鉬晶粒的長(zhǎng)大，導(dǎo)致組織細(xì)化。細(xì)化的組織為稀土氧化物沿晶界向材料表面擴(kuò)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(zhuǎn)變?yōu)橄⊥裂趸锱c金屬鉬的相間分布。該過(guò)程使稀土氧化物沿鋁晶界擴(kuò)散到材料表面，完成了激活過(guò)程中稀土氧化物的擴(kuò)散過(guò)程，降低了后續(xù)激活溫度。 (3)當(dāng)活化溫度從1300℃提高到1400℃時(shí)，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(rèn)為陰極活化過(guò)程其環(huán)境與高溫激活相似，該過(guò)程中稀土氧化物會(huì)失去晶格氧形成n型半導(dǎo)體，導(dǎo)致材料導(dǎo)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(dǎo)體，使次級(jí)電子發(fā)射性能