摘 要

随着科学技术的日益发展，电子设备极大的便利了我们的生活，电子发射阴极作为器件的核心部件，其抗毒性，发射稳定性，蒸发等性能都对电子器件和管件的性能有着巨大的影响。铝酸盐浸渍阴极电子发射材料作为广泛应用的电子发射阴极，因其发射均匀稳定、寿命长、制备工艺稳定，其性能的研究有着很大的价值。

本论文采用固相法，制备了不同配方的nBaO-Al₂O₃系铝酸盐，以及6BaO·xCaO·2Al₂O₃系三元铝酸盐、(6-y)BaO·yCaO·2Al₂O₃系三元铝酸盐，并通过X射线衍射分析，扫描电镜分析，热重-差热分析，吸湿水化分析等实验分析方法，得到了铝酸盐的物相结构、显微结构、TG-DSC曲线以及在湿空气中的增重曲线，实验结果表明：煅烧后得到的铝酸盐表面光滑，温度的升高有减少铝酸盐中杂相的作用。在1400℃到1500℃下煅烧的nBaO-Al₂O₃系铝酸盐中，主相是Ba₃Al₂O₆相。在1200℃到1500℃下煅烧的6BaO·xCaO·2Al₂O₃系三元铝酸盐中，随着CaO摩尔量的增加，铝酸盐物相会从Ba₃Al₂O₆相逐渐转变为以Ba₃CaAl₂O₇相为主晶相和以CaAl₂O₄相为次晶相的混合相，铝酸盐的环境稳定性呈先增加后下降的趋势。在1200℃到1500℃下煅烧的(6-y)BaO·yCaO·2Al₂O₃系三元铝酸盐中，随着CaO摩尔量的增加，铝酸盐物相会从Ba₃Al₂O₆相逐渐转变为Ba₅CaAl₄O₁₂相，铝酸盐的环境稳定性呈先上升后下降趋势。

关键词：浸渍阴极 固相法 铝酸盐 相组成 环境稳定性

Preparation and properties of BaO-CaO-Al₂O₃ aluminates by solid phase reaction

Abstract

With the development of science and technology, electronic equipment has facilitated our life greatly. As the core component of the device, the electronic emission cathode has a great impact on the performance of electronic devices and fittings, such as the performance of its anti toxicity, emission stability and evaporation. Aluminates impregnated cathode is widely used as an electron emission cathode, and the study of its performance is of great value.

In this paper, we have made the nBaO-Al₂O₃ aluminates with different formulations by the method of solid phase mixing, and the aluminates of 6BaO·xCaO·2Al₂O₃, the aluminates of (6-y)BaO·yCaO·2Al₂O₃. And we have analyzed this aluminates by the method of XRD, SEM, TG-DSC and the test of hygroscopicity. We have draw the concludion: the incineration will make the surface of aluminates more smooth, increase of thr temperature has the effect of reducing the miscellaneous phase in aluminates. Incinerated in the temperature of 1400℃ to 1500℃, the main phase of nBaO-Al₂O₃ aluminates is Ba₃Al₂O₆. In the 6BaO·xCaO·2Al₂O₃ aluminates incinerated by the temperature of 1200℃ to 1500℃, the aluminates phase will be gradually transited from the Ba₃Al₂O₆ to the Ba₃CaAl₂O₇ with the increase of the element of CaO, until the CaAl₂O₄ is produced. The stability of aluminates will be increased at first and be decreased by then. In the (6-y) BaO·yCaO·2Al₂O₃ aluminates incinerated by the same temperature, the aluminates phase will be transited from Ba₃AlAl₂O₆ to Ba₅CaAl₄O₁₂ with the increase of the content of CaO, and the stability of this aluminates has been improved at first and then decreased.

Keywords：impregnated cathode; solid phase method; aluminate; Phase composition; environmental stability

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 电子发射材料概述 1

1.2.1 电子发射 1

1.2.2热阴极电子发射材料概述 1

1.2.3 热阴极电子发射材料的分类 2

1.3 浸渍型铝酸盐阴极 3

1.3.1 浸渍型阴极概述 3

1.3.2 浸渍阴极电子发射原理 4

1.3.3 三种浸渍物 5

1.3.4 铝酸盐分类及其特点 6

1.3.5 铝酸盐制备方法 6

1.4 铝酸盐阴极研究现状 6

1.5 本论文主要研究内容 8

第二章 实验方法与性能表征 9

2.1 实验原料 9

2.2 实验设备 9

2.3 实验流程 9

2.3.1 原料的标定 10

2.3.2 二元铝酸盐的制备 11

2.3.3 三元铝酸盐的制备 12

2.4 结构表征及性能测试 13

2.4.1 原料的元素分析 13

2.4.2 X射线衍射分析 13

2.4.3 扫描电子显微分析 14

2.4.4 热重差热分析 14

2.4.5 环境稳定性分析 14

第三章 BaO-CaO-Al₂O₃系铝酸盐物相及性能测试分析 15

3.1 BaO-Al₂O₃系铝酸盐的制备及性能研究 15

3.1.1 3BaO-Al₂O₃系铝酸盐前驱体TG-DSC分析 15

3.1.2 nBaO-Al₂O₃系铝酸盐的物相分析 16

3.1.3 3BaO-Al₂O₃系铝酸盐的微观形貌分析 18

3.1.4 小结 19

3.2 6BaO·xCaO·2Al₂O₃系三元铝酸盐的制备及性能研究 19

3.2.1 6BaO·xCaO·2Al₂O₃系铝酸盐前驱体的TG-DSC分析 19

3.2.2 6BaO·xCaO·2Al₂O₃系铝酸盐物相分析 21

3.2.3 6BaO·xCaO·2Al₂O₃系铝酸盐的微观形貌 24

3.2.4 6BaO·xCaO·2Al₂O₃系铝酸盐的环境稳定性 25

3.2.5 小结 26

3.3 (6-y)BaO·yCaO·2Al₂O₃系三元铝酸盐的制备及性能研究 27

3.3.1 (6-y)BaO·yCaO·2Al₂O₃系铝酸盐前驱体的TG-DSC分析 27

3.3.2 (6-y)BaO·yCaO·2Al₂O₃系铝酸盐物相分析 28

3.3.3 (6-y)BaO·yCaO·2Al₂O₃系铝酸盐的微观形貌 31

3.3.4 (6-y)BaO·yCaO·2Al₂O₃系铝酸盐的环境稳定性 31

3.3.5 小结 32

第四章 结论与展望 33

4.1 结论 33

4.2 展望 34

参考文献 35

致谢 38

第一章 绪论

1.1 引言

现在，无线电、电视、通信、雷达、航天、导航卫星等领域的发展十分迅速，真空电子器件作为这些管件的电子发射装置,对上述系统的发展进步非常重要。

阴极在真空管件的电子发射中起着电子源的作用，所以不同性能的管件的物化特性，使用时间等方面都有着比较大的差别，所以阴极被称为“器件的核心”^[2]。作为保证这些器件管件工作正常的最重要的元件之一，阴极的性质差别会直接影响这些物品的实用性和使用寿命^[3-6]。一个好的阴极必须具有高的电子发射密度、强的中毒抗性、较小的蒸发和长寿命的特性，并且可以保证在低温下的正常稳定的输出电流^[7-9]。这要求制备具有优异物理和化学性能的阴极发射材料。

1.2 电子发射材料概述

1.2.1 电子发射

激发是指电子从其他地方获得能量，从而从物体发射到周围物质的现象。当然，物体中电子的固有能量不足以克服发射溢出所固有的势垒。为了从物体中释放，它们必须得到一定的逸出功^[10]。

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