稀土-钼阴极二次电子发射性能研究

刘帆

（中国人民武装警察部队学院，河北 廊坊 065000）

磁控管是一种微波电真空器件中的器件，它的应用比较广泛，尤其在航空、军事武器中的应用发挥着非常重要的作用。近些年来，磁控管发展的重点重要集中在：一是大功率、（亚）毫米波段及高频率的磁控管上的研发；二是大功率的和相对论的电子注的磁控管上的的研发。这些研究的成功关键，都依赖于磁控管所采用的新材料，尤其是阴极材料。[1]

磁控管工作依赖于二次电子发射的性能。现今，市面上在磁控管中应用的二次电子发射阴极的材料主要是合金阴极、氧化物阴极以及金属陶瓷型阴极，比较各种材料的阴极性能的好坏最主要的参数是二次电子的发射系数。[2]稀土-钼金属陶瓷阴极效果最明显，本文试验中应用各种有效地方法制造稀土-钼，尽量从微观的结构中进行分析，研究每一种因素对这个二次电子的发射性能的影响规律。

1.实验

本组实验选用的稀土氧化物有Y2O3和和La2O3，其比例为 3：1。运用液固、液液、固固掺杂等方法制造稀土氧化物，并掺杂钼粉，而后运用等离子体的快速烧结与常规的高温、压制的烧结分别制造稀土-钼阴极的材料。对稀土-钼烧结体实施机加工，得到测试的样品圆片，之后在与装有裸钨丝的热子的金属钼筒进行焊接，随后仔细安装到测试架上等待测试。同时应用金相显微镜与发射性能测试的方法对这些样品的微观结构和二次的电子发射的性能，在试验中，应当应用光学的高温计仔细测试以上的样品温度，同时要求设定所收集极的电压是 250V，运用计算机信息系统自动的测试该系统所测量的δ与一次电子入射的能量上的关系。

2.结果

2.1 不同的制造方法会对二次的电子发射性能造成影响

前期的研究表明，稀土的氧化物一般会在稀土-钼的热阴极材料中合理分布，这样会极大地改善热电子的发射性能。为了能够有效的证实稀土氧化物所掺杂的效果会对二次的电子发射性能造成影响，在液固、液液、固固掺杂等方法制造稀土氧化物，并掺杂钼粉，仔细对比在高温的放电等离子的烧结方法中所得到的二次电子发射的性能。从对比中可以明显的看出，液液的掺杂样品在组织上会变得更加细小，有助于提高二次电子发射的性能。[3]

2.2 氢气后的处理将会对阴极发射性能产生影响

在实验中，对有效提高阴极材料中的δ具有非常重大的使用价值，但是在研发环节中，稀土-钼阴极中的最大的二次电子的发射系数基本维持在3～4的水准，怎样才能够有效地提高这一类的阴极δmax 将是以后实验的重点。本文实验表明，在REO-Mo的阴极寿命的测试管中所进行的解剖中，可以发现管壁遗留有MoO3 的沉积物。经过相关分析，笔者认为高真空条件下留有的氧气一定来自于这些材料，对此，应当有效的对这些材料实施脱氧。其比例为 3：1的 Y2O3和和La2O3样品在测试以前，应当先在氢气的气氛下实施退火等措施，处理，退火温度保持在1300℃，最低维持1小时。并对退火前后的样品中的二次电子的发射性能实施有效的分析比较，可知在进行氢气退火处理以后，这些样品的激活温度大幅度的降低，而发射系数就会大幅度的提高。

2.3 不同稀土中的成分样品会影响二次电子发射的性能

在经过活化处理的工艺前提下，详细的明确了稀土-钼材料中的稀土氧化物的总含量是25%后，在此基础上，对这些不同成分的样品中的二次电子的发射性能实施测试，来确定最优的稀土-钼阴极材料中的组成成分。本文实验表明，本实验希望阴极材料中的二次电子的发射系数变得越高，这样将有助于降低器材的噪音，极大地提高频谱的质量。[4]

3.讨论

对以上实验结果进行探讨可知，液液的掺杂样品在组织上会变得更加细小，有助于提高二次电子发射的性能。在实行高温的氢气处理后，会让这些样品的激活温度大幅度的降低，而发射系数就会大幅度的提高。在稀土氧化物的总含量是一样的情形下，Y2O3 样品中的二次电子发射性能表现的更好。

稀土-钼金属陶瓷阴极主要有王金淑教授发现的，从20世纪90年代末到21世纪初，她就开始研发新型金属陶瓷型的阴极材料，从先前的研究证实，这种阴极材料与常规性的阴极材料相比，最大的优点就是二次电子发射的性能，同时也存在最合适的激活温度过高，以及二次电子发射的具体性能还需要更加的完善等。

[1]张振宇，路新春，雒建斌；超音速等离子喷涂法制备La2O3和CeO2掺杂CoCrW涂层的摩擦学性能研究[J]. 科学通报. 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，张久兴，刘丹敏等；SPS反应烧结制备多元稀土硼化物阴极（SmxBa1-x)B6的晶体结构及其表征[J]. 稀有金属材料与工程. 2011，16（06）：128--130