摘 要

浸渍型钡钨阴极是现今使用最广泛的阴极之一，是真空电子器件的重要组成部分，对其性能的影响也很大，对于这一热门问题，我们需要深入了解它们的性能特征，本文主要研究的是二元物质的物相组成及它们的环境稳定性性能。对这些性能的研究，不仅对于阴极的发展，同时也对真空电子器件的发展有着极大的现实意义。

论文采用的是液相共沉淀法制备BaO-CaO系二元物质，Al₂O₃-BaO系二元物质以及Al₂O₃-BaO系二元物质并对其性能进行研究，探讨了前驱体的组成；通过热重分析其前驱体在煅烧过程中的物相变化；通过对煅烧后的产物做吸湿检测来研究各物质的环境稳定性，这也是论文的主要研究方向。

研究发现，在BaO-CaO系二元物质中，前驱体的成分是由BaCa(CO₃)₂和BaCO₃两相组成。当1500℃煅烧之后的物相组成在各种配比的主相均为BaCO₃。环境稳定性最好的配比为3:1。在BaO-Al₂O₃系二元物质中，前驱体的相组成为BaCO₃和Al(OH)₃。当1500℃煅烧之后，1:1与2:1的配比所得到的主相为BaAl₂O₄，3:1和4:1所得到的主相为Ba₁₈Al₁₂O₃₆。环境稳定性最好的为1:1的配比，且随配比的增加，环境稳定性不断减弱。在CaO-Al₂O₃系二元物质中，前驱体的物相组成为AlO(OH)，CaCO₃和Ca(OH)₂。当1500℃煅烧的配比为1:1之后的主相为CaAl₂O₄，1400℃煅烧的配比为2:1和3:1之后的主相为Ca₁₂Al₁₄O₃₃。配比为2:1的稳定性比1:1的强。

关键词: 铝酸盐 二元化合物 BaO-CaO CaO-Al₂O₃ BaO-Al₂O₃ 物相组成 环境稳定性

ABSTRACT

Impregnated thorium-tungsten cathodes are one of the most widely used cathodes today, and they are an important part of vacuum electronics. Their impact on performance is also very large. For this hot issue, we need to understand their performance characteristics in depth. What is studied is the phase composition of binary materials and their environmental stability properties. The study of these properties not only has a significant impact on the development of the cathode but also on the development of vacuum electronic devices.

The paper adopts liquid phase co-precipitation method to prepare BaO-CaO binary material, Al₂O₃-BaO binary material and Al₂O₃-BaO binary material and study its properties, and discusses the composition of the precursor; The phase change of the precursor during the calcination process was analyzed. The moisture stability of the calcined product was measured to study the environmental stability of each substance. This is also the main research direction of the paper.

It was found that in the BaO-CaO binary material, the precursor component consists of two phases of BaCa(CO₃)₂ and BaCO₃. The phase composition after calcination at 1500℃ is BaCO₃ in various proportions of the main phase. The best ratio of environmental stability is 3:1. In the BaO-Al₂O₃ binary substance, the phase composition of the precursor is BaCO₃ and Al(OH)₃. After calcination at 1500°C, the main phase obtained with a 1:1 and 2:1 ratio is BaAl₂O₄, and the main phase obtained with 3:1 and 4:1 is Ba₁₈Al₁₂O₃₆. The best environmental stability is a ratio of 1:1, and with the increase of the ratio, the environmental stability will continue to weaken. In the CaO-Al₂O₃ binary material, the precursors consist of AlO(OH), CaCO₃ and Ca(OH)₂. When the calcined calcined at 1500°C has a ratio of 1:1, the main phase is CaAl₂O₄, and the calcined at 1400°C has a ratio of 2:1 and 3:1. The main phase is Ca₁₂Al₁₄O₃₃. The 2:1 ratio is more stable than 1:1.

KeyWords: Aluminate; Binary compounds; BaO-CaO; CaO-Al₂O_3; BaO-Al₂O_3; Phase composition; Environmental stability

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1真空电子器件与阴极 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1 热阴极 1

1.2.2 浸渍阴极 2

1.2.3 铝酸盐的制备方法 5

1.2.4 铝酸盐中二元相的研究现状 6

1.3 课题研究的主要工作 7

第二章 实验内容与方法 8

2.1 实验药品及原料 8

2.2 原料成分分析 8

2.3 实验仪器 9

2.4 流程图 10

2.5 铝酸盐中二元系物质的盐的制备 10

2.5.1 BaO-CaO系二元物质的制备 11

2.5.2 Al₂O₃-BaO系二元物质的制备 11

2.5.3 Al₂O₃-CaO系二元物质的制备 12

2.6 表征方法 12

2.6.1 X射线衍射分析 12

2.6.2 热重差热分析 12

2.6.3 元素分析 12

2.6.4 环境稳定性分析 12

第三章 BaO-CaO系二元物质的制备及其性能研究 13

3.1 BaO-CaO系二元物质的前驱体的相组成 13

3.2 BaO-CaO系二元物质的前驱体热分解行为 13

3.3 BaO-CaO系二元物质的不同温度煅烧的物相组成 14

3.4 BaO-CaO系二元物质不同配比对物相组成的影响 15

3.5 BaO-CaO系二元物质的环境稳定性 15

3.6 本章小结 16

第四章 Al₂O₃-BaO系二元物质的制备及其性能研究 17

4.1 Al₂O₃-BaO系二元物质的前驱体的相组成 17

4.2 Al₂O₃-BaO系二元物质的前驱体的热分解行为 17

4.3 Al₂O₃-BaO系二元物质的不同温度煅烧的物相组成 18

4.3.1 煅烧n(Al₂O₃):n(BaO)=1:1的铝酸钡的物相组成 18

4.3.2 煅烧n(BaO):n(Al₂O₃)=2:1的铝酸钡的物相组成 19

4.3.3 煅烧n(BaO):n(Al₂O₃)=3:1的铝酸钡的物相组成 19

4.3.4 煅烧n(BaO):n(Al₂O₃)=4:1的铝酸钡的物相组成 20

4.4 Al₂O₃-BaO系二元物质不同配比对物相组成的影响 21

4.5 Al₂O₃-BaO系二元物质的环境稳定性测试 21

4.6 本章小结 22

第五章 Al₂O₃-CaO系二元物质的制备及其性能研究 23

5.1 Al₂O₃-CaO系二元物质的前驱体的相组成 23

5.2 Al₂O₃-CaO系二元物质的前驱体的热分解行为 23

5.3 Al₂O₃-CaO系二元物质的不同温度煅烧的物相组成 24

5.3.1 煅烧n(CaO):n(Al₂O₃)=1:1的铝酸钡的物相组成 24

5.3.2 煅烧n(CaO):n(Al₂O₃)=2:1的铝酸钡的物相组成 25

5.3.3 煅烧n(CaO):n(Al₂O₃)=3:1的铝酸钡的物相组成 25

5.4 Al₂O₃-CaO系二元物质不同配比对物相组成的影响 26

5.5 Al₂O₃-CaO系二元物质的环境稳定性测试 26

5.6 本章小结 27

第六章 总结与展望 28

6.1 总结 28

6.2 展望 29

参考文献 30

致 谢 33

第一章 绪论

1.1真空电子器件与阴极

真空电子器件指利用电子在气体或者真空环境下与外加电磁场之间发生反应，作用之后将一种类型的电磁能量转换为另一种类型的电磁能量的器件。它具有真空密封管壳和若干电极，管内气体基本抽空，环境为真空。有些特殊情况在抽出管内气体后，再加入特定所需压强下的气体。它被广泛用于通信、导航、雷达、自动化控制、电子对抗，医学诊断治疗等领域^[1]。

阴极不仅是发射电子必不可少的一部分，更是它的载体，在真空电子器件中起着不可替代的作用^[2]。并且阴极材料的性能也直接影响着真空电子器件的性能。微波真空电子器件朝着功率更高，频率更高，可靠性强，效率更快的方向发展，并且器件往更小的方向制作^[3]。热阴极作为这类器件的发射电子源，对真空电子器件的使用寿命和各项性能的影响显著，被认为是真空电子器件的核心。所以，在真空电子器件的研究发展和创新中，对阴极技术的研究显得尤为重要，研究的进展对于真空电子器件的发展影响深远。

1.2国内外研究现状

1.2.1 热阴极

热阴极技术是指真空电子器件的阴极材料、结构、工艺的研究，设计、制作和实验的技术，对于它的研究有两个特点，热阴极的研制受到性能，工作环境以及真空电子器件等多方面因素的制约，只是单纯的发射稳定电子，没有单独使用的价值；另一方面，对它的研究难度较大，实验繁复，跨物理，化学多个学科，并且没有确切的方向。但是社会的需要激发着我们去探索热阴极以及更多新的阴极。真空电子器件的发展历程也充分说明了这一点。根据发展历程，热阴极可以分为纯金属阴极，原子薄膜阴极，氧化物阴极，扩散阴极^[4]。

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