[发明专利]一种高电离率大面积氧化物阴极等离子体源阴极及制作方法

说明书

本发明提出了一种高电离率大面积氧化物阴极等离子体源阴极及其制作方法，它包括下列摩尔分数的物质：碳酸钡0.58份，碳酸锶0.38份，碳酸钙0.04份，它们是由气液合成法制得的亚微米颗粒，喷涂在基金属板上形成一层厚度在60‑80μm之间的涂层。本发明具有增加使用寿命，提高等离子体分布的均匀度和加强发射能力的优点。

技术领域

本发明涉及氧化物阴极等离子体源，特别是一种高电离率大面积氧化物阴极等离子体源阴极及制作方法(直径在10cm以上，对电子密度要求到10¹³量级的)氧化物阴极等离子体源阴极及制作方法，属于等离子体技术领域。

背景技术

氧化物阴极是一种热阴极，是一块涂覆了碱土金属氧化物的金属板。涂覆金属氧化物来加强热阴极发射能力的方法由Wehnelt.A在1903年提出，其原理是氧化物涂层在高温下产生了一些对应的金属单质。接着Wehnelt.A通过实验发现了碱土金属氧化物制作的氧化物阴极发射能力最强。【W.Kohl.《Materials and Techniques for Electron Tubes》.Reinold,Stamford,(1960).】这个发现被广泛用于丝状和板状热阴极上，随后W.Kohl、L.S.Nergaard等人又发现了承载发射材料的金属(基金属)对阴极发射能力的影响【L.S.Nergaard.RCA Rev.13(479)(1952).L.S.Nergaard.RCA Rev.13(469)(1952).L.S.Nergaard.RCA Rev.13(467)(1952).】，并得出金属镍最适合作为板状氧化物阴极基金属的结论，并得出了发射效果最佳的基金属成分为Ni≥99.0％；C:0.08-0.10％；Cu:0.10％；Fe:0.10％；Mg:0.01-0.10％；Mn:0.2-0.3％；S<0.008％；Si:0.01-0.05％；Ti:0.005-0.05％。由于热阴极可以使用旁热式加热，使得发射的电子不会受到加热电流的影响，所以其电子发射较稳定。而氧化物阴极则克服了纯金属阴极发射能力弱的缺点，在脉冲放电时发射电流密度能达到20A/cm²，直流放电时，考虑到涂层电阻发热，一般到1A/cm²就不能再加了。由于氧化物阴极具有上述优点，以氧化物阴极作为电子源制成等离子体源也会有同样的优点，在获得较高电子密度的等离子体的同时，还能保持等离子体的分布均匀稳定。一般的氧化物阴极等离子体源都是先使用一定比例碱土金属的碳酸盐与有机溶剂配置成发射浆，再涂覆到基金属板上制成的。这种阴极使用前需要激活，也就是在真空中缓慢加温使得有机溶剂蒸发排尽，碱土金属碳酸盐热分解成为对应的碱土金属氧化物，然后开始产生钡单质。UCLA的LAPD装置最早完成大面积氧化物阴极的设计工作。

【W.Genelman,H.Pfister,Z.Lucky et al.Design,construction andproperties of the large plasma research device–The LAPD atUCLA.Rev.Sci.Instrum.62(12)(1991).】，最大使用了尺寸为1m×1m的阴极进行放电。本发明所述的阴极就是为这样的等离子体源设计的。

发明内容

本发明技术解决问题：本发明克服了现有技术的缺点，提供一种高电离率大面积氧化物阴极等离子体源阴极及制作方法，本发明具有增加使用寿命，提高等离子体分布的均匀度和加强发射能力的优点。

本发明技术解决方案：

a、用氧化铝砂纸处理镍板制得基金属板，然后将基金属板清洁干净，并固定在旋转平台上；

b、准备好氢氧化钡、氢氧化锶、氢氧化钙的分析纯试剂，并进行验纯，以便后续使用合成对应的碳酸盐；

c、按碳酸钡0.5～0.6份，碳酸锶0.3～0.4份，碳酸钙0.01～0.1份将步骤b所述的氢氧化钡、氢氧化锶和氢氧化钙与去离子水配置成0.2～0.3mol/L的试剂，并过滤取清液；