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新型镧钪钼阴极研究和应用

作　者: 万小峰
导　师: 张久兴
学　校: 北京工业大学
专　业: 材料学
关键词: 镧钪铝阴极电子管碳化去气老炼热电子发射
分类号: TN11
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本课题组对单元镧钼阴极进行了较为系统的研究，以取代传统Th-W阴极，并制作了发射稳定的工作电压4.5V的碳化镧钼阴极6T51管。为了拓宽系列稀土钼阴极的应用，本论文尝试研究一种新型复合镧钪钼阴极材料。首先探索了镧钪钼阴极材料的制备与加工工艺，采用固液掺杂方式掺杂，经还原后获得设计成分的Mo-La₂O₃-Sc₂O₃粉末，低温中频烧结后进行塑性加工获得实验所需的Mo-La₂O₃-Sc₂O₃丝材。加工后获得的丝材经1973K退火后，韧性好，满足电子管阴极加工要求。根据前期制作的工作电压4.5V的碳化镧钼阴极6T51管阴极特点，本论文在保证工作温度不变的前提下，设计工作电压为6.3V的电子管镧钪钼阴极丝。利用制备的阴极丝，本实验先后制作了三种不同碳化镧钪钼阴极6T51管，通过对其发射性能测试研究，发现阳极对阴极发射性能有很大影响，所以，本论文优化碳化镧钪钼阴极6T51管的阳极去气工艺。利用优化的工艺规范制作的工作电压6.3V碳化镧钪钼阴极6T51管，发射性能良好，其电性能参数和寿命都符合实际产品要求，并将其试用于实际产品客户，得到初步实用。为了更加全面了解镧钪钼阴极工作特点，本论文尝试将其应用于TM928管。通过多次实验，本论文探索了合理的TM928管镧钪铝阴极碳化工艺。对制作的TM928管进行性能测试，确定了碳化镧钪钼阴极TM928管的工作电压为4.5V。测试结果还表明碳化镧钪钼阴极TM928管的热电子发射性能达到Th-W阴极同类型电子管的技术要求。采用扫描电镜对碳化镧钪钼阴极进行显微组织结构和成分分析。碳化良好的镧钪钼阴极碳化层为疏松多孔的Mo₂C块状组织，其中有许多垂直于丝轴方向的晶界与孔洞串，相互贯通直至阴极表面。工作过程中，La₂O₃和LaScO₃在碳化层中以微米级的颗粒方式富集于晶界、孔洞中。随着发射时间延长，碳化层晶粒长大变粗，晶界和孔洞串减少，晶粒以长方形为主；且随着发射时间延长，活性物质在碳化层和基体中含量都减少，但分布比较均匀。初步探讨了碳化镧钪钼阴极发射行为，分析了其发射良好的原因。碳化镧钪钼阴极发射过程是：活性物质生成→活性物质沿晶界扩散到表面→活性物质表面扩散形成一定的覆盖度→活性物质蒸发。碳化镧钪钼阴极发射电流密度大，逸出功小，发射性能优异。其可能原因是：La与Sc固溶，产生的La-Sc覆盖在阴极北京工业大学工学硕士学位论文表面，使基底Mo逸出功下降，促使更多电子发射出来;一定量的Lasc03小颗粒同LaZO:常共存在于铝晶粒中，或者是团聚于晶界，这种结构使LaZO;周围缺陷富集，有利于LaZO:的扩散，进而使稀土的蒸发与扩散达到更长时间的平衡。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-17
  1.1 电子管阴极  10-14
    1.1.1 纯钨阴极  10-11
    1.1.2 碳化钍钨阴极  11-13
    1.1.3 氧化物阴极  13
    1.1.4 其它类型阴极  13-14
  1.2 稀土钼热阴极材料  14-15
  1.3 本论文的研究目的和主要研究内容  15-17
    1.3.1 研究目的与意义  15
    1.3.2 主要研究内容  15-17
第2章镧钪钼阴极材料制备及性能研究  17-29
  2.1 成分设计  17
  2.2 复合镧钪钼丝的制备  17-22
    2.2.1 材料制备工艺流程  17
    2.2.2 掺杂  17
    2.2.3 还原  17-19
    2.2.4 混合、压制、预烧结  19
    2.2.5 烧结  19
    2.2.6 塑性加工  19-21
    2.2.7 制备工艺小结  21-22
  2.3 稀土氧化物对阴极材料制备及性能的影响分析  22-27
    2.3.1 稀土氧化物在粉末还原过程中的行为研究  22-23
    2.3.2 稀土氧化物在钼材烧结的行为研究  23-25
    2.3.3 稀土氧化物在钼材加工过程中存在形式分析  25-27
  2.4 掺杂稀土氧化物对钼热阴极丝力学性能的影响分析  27
  2.5 本章小结  27-29
第3章碳化镧钪钼阴极6T51电子管研究  29-45
  3.1 试验材料与试验方法  29
  3.2 6T51管的制作  29-42
    3.2.1 6T51管的基本构造与常用术语  29-31
    3.2.2 阴极丝设计  31-32
    3.2.3 工艺流程  32-42
  3.3 6T51管制备工艺讨论  42-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章 TM928电子管用碳化镧钪钼阴极研究  45-55
  4.1 TM928管阴极的特点  45-46
    4.1.1 TM928管基本构造与主要参数  45-46
    4.1.2 TM928管阴极的工作特点  46
  4.2 TM928电子管用镧钪钼阴极研究实践  46-52
    4.2.1 阴极制备  46
    4.2.2 阴极碳化  46-50
    4.2.3 去气老炼  50-52
  4.3 镧钪钼阴极TM928管工作电压研究  52-53
  4.4 性能测试结果及讨论  53-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章碳化镧钪钼阴极发射行为研究  55-65
  5.1 镧钼阴极发射机理的综述  55-56
    5.1.1 “原子膜”机理  55
    5.1.2 “分子极化”机理  55-56
    5.1.3 “纳米微粒”机理  56
  5.2 碳化镧钪钼阴极显微组织分析  56-61
    5.2.1 碳化层组织分析  56
    5.2.2 碳化镧钪钼阴极发射过程中显微组织变化的研究  56-61
  5.3 镧钪钼阴极热电子发射过程研究  61-62
  5.4 镧钪钼阴极发射性能分析  62-64
    5.4.1 碳化镧钪钼阴极发射能力  62-63
    5.4.2 结果分析  63-64
  5.5 本章小结  64-65
结论  65-67
参考文献  67-71
攻读硕士学位期间发表的学术论文  71-72
致谢  72

新型镧钪钼阴极研究和应用

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