ylt2gtolt3gtlult2gtolt3gtmo体系稀土钼阴极材料发射性能与机理的研究

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1、摘要蔓!皇曼!!曼曼曼!鼍曼I二；；二一一_一一IIII!曼曼摘要磁控管作为大功率的微波管不仅在军事领域发挥着十分重要的作用，在医疗卫生、食品等领域也有着日益广泛的应用。磁控管历经多年的不断研究和改进，在提高功率、效率、频率稳定性和工作寿命等方面都取得了重大发展。但是随着雷达、航天航空、电子对抗、微波加热等技术的发展，对磁控管提出了更高的要求。磁控管的发展有赖于磁控管新材料、新工艺应用的研究。而阴极作为磁控管的核心部件，其性能将直接影响到磁控管的性能与使用。因此，对新型阴极材料的研究具有非常重要的意义。本文首

2、次将氧化镥、氧化钇作为发射活性物质制备了稀土．钼金属陶瓷型阴极。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析、热电子和二次电子测量装置等先进分析手段对阴极结构、显微组织、发射性能进行了分析。采用Monte．carlo方法对一次电子入射深度及次级电子逃逸深度进行了模拟，并利用基于密度泛函理论的第一性原理模拟的方法对掺杂后的稀土氧化物的晶胞进行了模拟，并计算其能带结构及态密度。为阴极制备工艺的进一步改进和性能的提升提供了理论依据和实验指导。“通过上述工作，论文得到以下研究成果：(1)成功制备出结构致密的Y203．Lu203

3、-Mo金属陶瓷材料。稀土氧化物在烧结体内均匀分布，二次电子发射性能良好。采用本课题组自行设计研制的国内首台全微机控制发射测量仪，测试了稀土．钼烧结体材料的二次电子发射性能。测试结果表明：Y203．Lu203．Mo阴极的二次电子发射系数随Y203含量增加而变大，n(Y20。)：n(Lu：0。)=1．7：1时，二次电子发射系数达到最大(6m=4。616，T=900℃b)，之后随氧化钇含量继续提高样品的二次电子发射系数下降。即不同稀土氧化物的掺杂存在最优配比，当杂达到最优配比时，阴极材料组织更为细化，稀土氧化物分布

4、更加均匀，发射性能优异。(2)活化过程使金属铝发生再结晶，稀土氧化物的存在抑制钼晶粒的长大，导致组织细化。细化的组织为稀土氧化物沿晶界向材料表面扩散提供了更多的通道，有利于提高材料的二次电子发射性能。经活化处理后的稀土．钼材料表面由所覆盖的粘连的金属钼转变为稀土氧化物与金属钼的相间分布。该过程使稀土氧化物沿铝晶界扩散到材料表面，完成了激活过程中稀土氧化物的扩散过程，降低了后续激活温度。(3)当活化温度从1300"C提高到1400"C时，阴极材料的最佳激活温度降低，捅要二次电子发射系数提高。分析认为阴极活化过程

5、其环境与高温激活相似，该过程中稀土氧化物会失去晶格氧形成n型半导体，导致材料导电性能有所上升，而活化温度的升高将加剧稀土氧化物的晶格失氧形成n型半导体，使次级电子发射性能得到改善。(4)稀土氧化物Y203与Lu203之间发生固溶。固溶体晶格常数随Lu203含量升高而减小。与纯Y203的能带结构相比，Y203-Lu203掺杂固溶体的价带和导带态密度变大，价带与导带间带隙宽度变小，价带中电子更容易被激发至导带中形成二次电子发射，从而提高阴极材料的次级电子发射性能。关键词稀土氧化物；二次电子发射；阴极ABSTRAC

6、T暑I————；；；：。—_—。—————；。———————————————————————————————————————————————————Il—lII曼曼皇寰MagnetrorbaSanimportantkindofhighpowermicrowavedevices，haSawideapplicationinmanyfields，suchasmilitary,medicalhealthandfoodhandlingfields．Althoughcontinuousdevelopmenthasbeen

7、achievedintheoutputpower，efficiency,frequencyandworkinglifetimeofmagnetronintheunremittingresearchandimprovement，therearealwaysincreasingrequirementformagnetronduetotheprogressofdifferenttechnologies，suchaSradar,aerospace，electromagneticcountermeasure，micro

8、waveheatingetc．Thedevelopmentofmagnetrondeeplydependsontheappearingofnewmaterialsandtechnology。Asthekeycomponentofmagnetrons，cathodeshavecriticaleffectontheperformanceofmagnetron．So，itisveryimportantto