真空电子器件广泛应用于民用和军事领域,而扩散式钡钨阴极作为电子的发射源,其性能决定着真空电子器件的性能。随着真空电子器件向高功率、高频率发展,对钡钨阴极的性能要求也随之提升。多孔钨基体作为钡钨阴极的关键组成部分之一,其起着活性物质载体和活化剂的作用,因此多孔钨基体的结构与组织对钡钨阴极的发射性能有直接的影响。本文首先以窄粒度钨粉（NPW）和球形钨粉（SW）为原料,采用放电等离子烧节（SPS）技术,通过使用等直径模具制备非梯度多孔钨基体,研究了粉末性能对钨基体制备工艺、钨基体孔隙特征及其机械性能的影响。在此基础上,使用梯度模具,以窄粒度钨粉为原料,制备了孔隙度梯度分布的多孔钨基体,研究了梯度钨基体的孔隙特征、以及模具梯度和保温温度对钨基体孔隙特征的影响。最后,用梯度和非梯度基体制备成钡钨阴极,研究了孔隙度梯度分布的钨基体对钡钨阴极热发射性能的影响,最后对影响机理进行了分析,具体结果如下:采用SPS技术,以NPW粉末和SW粉末为原料,使用等直径模具制备了孔隙率均匀分布的钨基体,结果表明:相同制备条件下,相较于NPW粉末,使用SW粉末制备的钨基体开孔率更高,平均孔径更大,且基体维氏硬度值更大。在此基础上,以比表面积更大的NPW粉末为原料,使用梯度模具成功制备出发射端孔隙率低、孔径小,沿基体厚度方向孔隙度逐渐增加的多孔钨基体。对照实验结果表明,保温温度越高、模具梯度越小,制备的梯度钨基体孔隙率梯度变化率越小,且各厚度位置处孔隙度更低。对梯度和非梯度基体阴极进行热发射性能测试,结果表明:不同工作温度下,梯度基体阴极的发射性能均好于非梯度基体阴极。在工作温度为1100℃时,梯度基体阴极零场电流密度为3.56A/cm2,功函数为2.13e V;同样条件下,按相同理论孔隙率制备的非梯度基体阴极,其零场电流密度仅为2.36 A/cm2,功函数为2.18 e V。对两种基体发射表面进行XPS分析,结果表明,梯度基体阴极发射表面Ba的覆盖率更高,降低了阴极功函数,利于电子发射。因此,孔隙率梯度分布的钨基体,在保证活性盐储存量的同时,能够减小阴极蒸发,从而改善阴极发射性能。
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