行波管陰極的顯微研究.pdf

1、大功率寬帶行波管作為軍事電子裝備的心臟，在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中起著重要的作用。與國外相比，國產(chǎn)行波管在壽命和可靠性方面存在明顯差距。陰極作為影響行波管壽命的關(guān)鍵部件，其性能和組成結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系是研制高性能陰極的必須搞清楚的基本問題。目前針對(duì)陰極性能的研究通常是從陰極的工藝、理論、材料等方面進(jìn)行的，很少有從陰極的微觀結(jié)構(gòu)來進(jìn)行研究。本工作利用掃描電子顯微鏡和電子探針能譜儀，配合行波管陰極研制工藝，開展了原材料組成和結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析、工藝試驗(yàn)樣品

2、對(duì)比分析和失效原因分析等工作。主要工作內(nèi)容和成果歸納如下。
　　(1)二次電子成分像的研究。根據(jù)物質(zhì)構(gòu)成元素的原子序數(shù)的差別，提出了利用掃描電子顯微鏡中二次電子像來分析成分的新方法，同時(shí)研究了此方法在陰極中的應(yīng)用以及可能存在的問題，與背散射電子像相比，該方法在獲得陰極的成分信息的同時(shí)也可以獲得形貌信息。
　　(2)陰極基底的工藝對(duì)比分析。采用微觀分析技術(shù)研究了經(jīng)長(zhǎng)期空氣存放后鎢粉的氧化情況，并與用氫氣還原后的鎢粉進(jìn)行對(duì)比，結(jié)

3、果顯示，還原前后氧的含量變化明顯，說明還原實(shí)驗(yàn)效果明顯。根據(jù)還原前后鎢粉的微結(jié)構(gòu)變化解釋了陰極基底結(jié)合力下降的原因；通過俄羅斯和國產(chǎn)陰極表面微結(jié)構(gòu)的分析對(duì)比，以便找尋制備最佳基底的途徑，分析結(jié)果表明，選用粒徑為5～5.5μm經(jīng)還原的鎢粉，可以制的孔隙率和微結(jié)構(gòu)與俄羅斯陰極相近的基底。
　　(3)針對(duì)在管內(nèi)無中毒氣體時(shí)陰極壽命耗盡和通斷實(shí)驗(yàn)后陰極失效兩種情況，利用微觀分析技術(shù)對(duì)陰極進(jìn)行分析，結(jié)果表明壽命耗盡在陰極的微觀結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為活

4、性物質(zhì)耗盡，表面存在孔洞；通斷過程雖然不會(huì)引起陰極微觀結(jié)構(gòu)的明顯變化，但是成分分析結(jié)果表明活性物質(zhì)也有向表面擴(kuò)散的趨勢(shì)。
　　(4)利用微區(qū)分析技術(shù)研究了三種陰極失效現(xiàn)象。結(jié)果表明這三種失效現(xiàn)象主要是由于行波管內(nèi)存在水汽、氧氣和陽極蒸汽。陰極表面小黑斑的形成主要是由于管內(nèi)存在水汽，導(dǎo)致活性物質(zhì)發(fā)生“鹽析”現(xiàn)象；陰極發(fā)射性能跌落式下降主要是由于管內(nèi)存在氧氣，雖然陰極表面微觀結(jié)構(gòu)無明顯變化，但是陰極活性物質(zhì)成分發(fā)生了變化；陰極表面污染

5、物形成主要是由于管內(nèi)真空度不高，給陰陽極加上一定電壓時(shí)，陽極發(fā)生打火，陽極物質(zhì)向陰極運(yùn)動(dòng)，轟擊到陰極表面破壞薄膜結(jié)構(gòu)的同時(shí)粘附到陰極表面。
　　(5)針對(duì)陽極燒結(jié)過程中在退火爐內(nèi)壁新產(chǎn)生白色沉積物的現(xiàn)象，利用掃描電子顯微鏡和能譜儀，分析了該沉積物的結(jié)構(gòu)和成分，并與退火爐在長(zhǎng)期退火過程中在內(nèi)壁形成的原有深色沉積物進(jìn)行對(duì)比研究。結(jié)果表明，形貌上白色沉積物荷電現(xiàn)象不明顯，成分上主要以C、N和O等元素為主，白色沉積物粉末狀的原因?yàn)榍捌陔婂?/p>

6、工藝結(jié)束后未清洗干凈的殘留鍍液在高溫下?lián)]發(fā)所致。根據(jù)分析結(jié)果改進(jìn)清洗工藝，避免了白色沉積物的再次出現(xiàn)。
　　(6)針對(duì)陰極使用中發(fā)射性能下降的現(xiàn)象，研究了陰極組件中熱屏筒Ta箔以及銅陽極表面的黑色物質(zhì)，分析結(jié)果表明該黑色物質(zhì)為陰極活性物質(zhì)，結(jié)合陰極工作溫度得知，該現(xiàn)象是由于陰極工作溫度過高，活性物質(zhì)大量蒸發(fā)造成的。
　　以上結(jié)果為陰極原材料的選擇、工藝的優(yōu)化以及失效原因的分析等提供了微觀依據(jù)，對(duì)于陰極壽命以及可靠性研究具有的