钡钨阴极（Ba-W cathode）是一种热电子发射阴极，广泛应用于真空电子器件（如微波管、阴极射线管等）中，因其具有较低的逸出功和较高的发射电流密度。以下是钡钨阴极的典型制备工艺流程概述：
1. 基体材料准备
- 材料选择：钡钨阴极通常以多孔钨（W）作为基体，因为钨具有高熔点、耐腐蚀和良好的机械性能。多孔钨基体的孔隙率通常在20%-30%，以便于活性物质的储存和扩散。
- 制备钨基体：
- 通过粉末冶金法，将高纯度钨粉压制成多孔钨坯料。
- 在高温（约2000°C-2500°C）下进行烧结，获得具有适当孔隙结构的钨基体。
- 烧结后，钨基体需进行机械加工（如切割、磨削）以达到所需尺寸和表面平整度。
2. 活性物质制备
- 钡盐配制：活性物质通常是含钡的化合物，如碳酸钡（BaCO₃）、氧化钡（BaO）或其他钡盐（如硝酸钡 Ba(NO₃)₂）。这些物质在高温下分解，释放出游离钡，降低阴极表面的逸出功。
- 配方优化：常将碳酸钡与其他化合物（如碳酸钙 CaCO₃、碳酸锶 SrCO₃）按一定比例混合（如4:1:1的BaCO₃:SrCO₃:CaCO₃），形成“钡钙铝酸盐”或类似化合物，以提高发射性能和稳定性。
3. 浸渍工艺
- 浸渍活性物质：
- 将钨基体置于真空或惰性气体环境中（防止氧化）。
- 将熔融的钡盐化合物（或其溶液）浸入多孔钨基体的孔隙中。通常采用高温浸渍法（约1500°C-1700°C），使钡盐充分渗透到钨基体的孔隙内。
- 控制浸渍时间和温度，确保孔隙填充均匀且不过量。
- 冷却与清洗：浸渍后缓慢冷却，清洗基体表面多余的活性物质，以避免表面污染。
4. 表面处理
- 热处理：将浸渍后的阴极在真空环境中进行高温热处理（约1000°C-1200°C），使钡盐分解为氧化钡（BaO）或其他活性形式，同时促进钡原子向表面扩散。
- 表面抛光：通过机械或化学方法对阴极表面进行抛光，减少表面缺陷，提高发射均匀性。
5. 激活工艺
- 真空激活：将阴极安装在真空系统中，逐步加热至激活温度（约1000°C-1200°C）。在此过程中，氧化钡与钨基体反应，生成游离钡，覆盖在阴极表面，形成低逸出功的发射层。
- 控制气氛：激活通常在高真空或微量还原性气体（如氢气）环境中进行，以避免氧化和污染。
- 老化处理：激活后进行长时间的老化（约几十小时），以稳定发射性能和延长阴极寿命。
6. 封装与测试
- 封装：将制备好的阴极封装到电子器件中，确保其在真空环境中工作。
- 性能测试：测试阴极的发射电流密度、逸出功、寿命和稳定性。典型钡钨阴极的逸出功约为1.5-2.0 eV，发射电流密度可达1-10 A/cm²。
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