[发明专利]一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极及制备方法

说明书

本发明公开了一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极，包括SrTiO3陶瓷制成的阴极本体，所述阴极本体侧面附有碳纳米管制成的发射层，所述阴极本体与发射层共烧结成型。采用本发明的一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极及制备方法，阴极发射阈值低、均匀，提高了发射寿命。

技术领域

本发明涉及一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极及制备方法，属于相对论电真空器件技术领域。

背景技术

相对论电真空器件向高功率、高重复频率、小型化与长寿命方向发展。电子束为束、波互作用能量源头，在一定重复频率下需要满足发射均匀、稳定、电子束密度至少大于1kA/cm2的要求，其要求阴极在高压脉冲电源的驱动下直接发射电子且发射阈值低与性能稳定的强流冷阴极。常用强流阴极为场致爆炸发射阴极，阴极表面晶须在电场增强作用下场致发射，晶须被迅速加热，结合热场发射晶须爆炸产生等离子体，电子束在电场作用下从表面等离子体中被拉出产生新的晶须，所以发射阈值与电子温度相对很高、等离子体膨胀速度快，在电场屏蔽、新旧晶须分布不均匀的影响下，电子发射不均匀，易造成局部烧蚀，影响发射稳定性。

除了爆炸发射以外，沿面闪络等离子体阴极是重要的发展方向。其等离子体的产生主要是由于脱吸附气体在初始场致发射电子下的电离。强流碳纳米管中空结构和大比表面积，容易吸附气体分子，其受电子轰击后容易释放出来，沿面闪络几率增大，电子温度与等离子体速度随之降低。另外，其准一维几何特性(大长径比)可以提供较大电场增强系数，所以碳纳米管阴极有用高功率应用优点。

电场增强作用除了几何增强外，还有介质增强。为了进一步提高阴极闪络几率，增大碳纳米管基底介电常数是有效手段。但是电场增强系数过大，电场作用下应力释放影响碳纳米管形变回复。现阶段常规工艺碳纳米管薄膜阴极由于界面结合力的原因，强流重复频率发射稳定性欠佳，发射次数及其有限。钛酸锶陶瓷介电常数适中、温度稳定性好。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极及制备方法，本发明制备的阴极发射阈值低、均匀，提高了发射寿命。

本发明采用的技术方案如下：

一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极，包括SrTiO3陶瓷制成的阴极本体，所述阴极本体侧面附有碳纳米管制成的发射层，所述阴极本体与发射层共烧结成型。

本发明中，SrTiO3陶瓷介质电场增强、绝缘特性以及碳纳米管吸附与解吸附特性，致使表面闪络概率大为提高，电子温度与等离子体膨胀速度随之减低；SrTiO3介电常数大小适中、温度稳定性较好，故相比其它碳纳米管介质阴极本发明阴极发射更稳定；通过发射层和SrTiO3陶瓷阴极本体共烧结，使碳纳米管锚定在阴极本体上，碳纳米管均匀稳定的分布于阴极本体侧面，形成稳定的碳纳米管发射层，从而在不改变碳纳米管发射特性的基础上，相比常规碳纳米管薄膜阴极强流重复频率稳定发射性能与发射寿命必然更高。

作为优选，所述发射层中还添加玻璃相陶瓷添加剂，添加量为碳纳米管质量的0.3-0.7％；进一步的，所述玻璃相陶瓷添加剂为SiO2-B2O-ZnO玻璃粉。

添加玻璃相陶瓷添加剂使碳纳米管更好的锚定在SrTiO3陶瓷阴极本体上，并使碳纳米管形成的发射层的表面电阻显著提高，致使表面闪络概率大为提高，电子温度与等离子体膨胀速度随之减低；陶瓷与碳纳米管的热传导系数不同，烧结发射层容易开裂，添加玻璃相陶瓷添加剂后在烧结过程中使碳纳米管组成的发射层不开裂。

本发明还包括一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极的制备方法，包括以下步骤：

步骤a:制备包含碳纳米管的发射层浆料和SrTiO3陶瓷阴极本体；

步骤b:将发射层浆料涂覆于阴极本体的侧面上，；

步骤c:将侧面涂覆有发射层浆料的阴极本体放入烧结炉进行烧结；