复合稀土钼次级发射材料的放电等离子快速烧结(SPS)的制备方法 一、技术领域
一种复合稀土钼次级发射材料的放电等离子快速烧结(SPS)的制备方法属于稀土难熔金属阴极材料技术领域。二、背景技术
传统的稀土钼阴极烧结制备一般都采用氢气/真空气氛的高温烧结炉进行烧结，不仅烧结温度高(1800-2000℃)，而且保温时间长(4-6个小时)，晶粒粗大，稀土分布不是很均匀，影响了材料的次级发射性能。而现有的SPS技术是放电等离子烧结技术(Spark PlasmaSintering)或脉冲辅助烧结技术的简称，具有烧结温度低、保温时间短、加热均匀、晶粒度可控制等优点。我们在研究用常规方法制备稀土-钼次级发射材料的基础上，研究了用SPS烧结的方法制备复合稀土-钼次级发射材料的发射性能。经过检索，未发现将放电等离子烧结技术应用在复合稀土钼次级发射材料的制备上。三、发明内容
本发明所要解决地问题是提供一种具有次级发射系数大、能够机加工成一定形状、晶粒比较细小、各元素分布比较均匀、在材料的表面形成一层稀土氧化物的复合稀土钼次级发射材料。
本发明所提供的复合稀土钼次级发射材料的放电等离子快速烧结(SPS)的制备方法，其特征在于：它具有较短的制备时间，较低的烧结温度和较高的生产效率等优点。由此发明制备的材料所具有的特征是：次级发射系数大，材料的晶粒细小，各元素在材料体内分布均匀，在高温下具有更高的次级发射系数。
本发明所提供的复合稀土钼次级发射材料的放电等离子快速烧结(SPS)的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)在钼的氧化物或钼粉中，以稀土硝酸盐水溶液形式加入一定量的稀土氧化物(如：La2O3、Y2O3、和Gd2O3)然后在500-550℃的氢气中处理1-5个小时；
(2)经过800-1000℃的还原处理后，得到掺杂稀土氧化物的钼粉；
(3)采用SPS快速烧结的方法制备复合稀土钼次级发射材料的烧结体，烧结温度为1450℃-1700℃，保温时间为3-5分钟；
(4)采用常规机加工法制备满足要求的筒、片状材料。
由于制备材料的时间较短且烧结温度较低，本发明所制备的稀土钼次级发射材料与用高温烧结炉制备的复合稀土钼次级发射材料相比，用SPS快速烧结制备的复合稀土钼阴极材料体内的元素分布的比较均匀，材料的晶粒也比较细小，见附图1，具有更高的次级发射系数。该种材料经1600℃的高温激活后可在材料的表面形成一稀土氧化物薄膜，见附图2。本发明所提供的复合稀土钼次级发射材料的次级发射系数最大为3.84比用高温烧结炉制备的复合稀土钼材料的最大次级发射系数2.92大30％以上。
实验证明，采用本发明所提供的用SPS方法制备的复合稀土钼次级发射材料，在其表面可形成厚约为5μm的稀土氧化物薄膜，有助于提高材料的次级发射性能。四、附图说明
图1：实施例1SEM面扫描图像；
图2：实施例1SEM线扫描图像；
图3：实施例1发射系数曲线图；
图4：实施例2发射系数曲线图；
图5：实施例3发射系数曲线图；
图6：实施例4发射系数曲线图。(图3、4、5和6中的RT代表室温，1200、1300、1400、1500和1600分别表示摄氏温度：1200℃、1300℃、1400℃、1500℃和1600℃，以上温度均为测试材料次级发射性能前的热激活温度；SEM是在SN3500扫描电镜上进行的)五、具体实施方式
实施例：
例1、将9.96克硝酸镧和33.21克硝酸钇分别溶于水中，加入到93.35克粉状MoO2中(其中La2O3占稀土钼总重量的7.95％，Y2O3占稀土钼总重量的23.85％)将掺杂后的MoO2粉末在500℃下保温5小时以使稀土硝酸盐分解为稀土氧化物，然后在700-1000℃的多段氢气炉中将掺杂MoO2粉还原成掺杂La2O3和Y2O3的复合稀土钼粉，利用SPS快速烧结的方法烧结成一定尺寸的稀土钼棒，烧结温度为1500℃，保温时间是3min。经机加工后，制成ф10×1mm的稀土钼片材。然后采用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、用于加热的金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土钼阴极实验磁控管。经过不同激活温度处理、在600℃下测试的次级发射系数，见图3。由土3可知材料的最大次级发射系数是3.84，而用常规高温炉制备的材料的次级发射系数是2.92。
例2、将9.96克硝酸镧和33.21克硝酸钇分别溶于水中，加入到93.35克粉状MoO2中(其中La2O3占稀土钼总重量的7.95％，Y2O3占稀土钼总重量的23.85％)将掺杂后的MoO2粉末在520℃下保温1小时以使稀土硝酸盐分解为稀土氧化物，然后在700-1000℃的多段氢气炉中将掺杂MoO2粉还原成掺杂La2O3和Y2O3的复合稀土钼粉，利用SPS快速烧结的方法烧结成一定尺寸的稀土钼棒，烧结温度为1450℃，保温时间是5min。经机加工后，制成ф10×1mm的稀土钼片材。然后采用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、用于加热的金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土钼阴极实验磁控管。经过不同激活温度处理、在600℃下测试的次级发射系数，见图4。由图4可知材料的最大次级发射系数是3.10，而用常规高温炉制备的材料的次级发射系数是2.92。
例3、将7.973克硝酸镧、30.524克硝酸钇、7.468克硝酸钆分别溶于水中，加入到80克粉状MoO2中(其中La2O3占稀土钼总重量的4％，Y2O3占稀土钼总重量的12％，Gd2O3占稀土钼总重量的4％)，将掺杂后的MoO2粉末在550℃下保温3小时以使稀土硝酸盐分解为稀土氧化物，然后在700-1000℃的多段氢气炉中将掺杂MoO2粉还原成掺杂La2O3、Y2O3和Gd2O3的复合稀土钼粉，利用SPS快速烧结的方法烧结成一定尺寸的稀土钼棒，烧结温度为1600℃，保温时间是4min。经机加工后，制成ф10×1mm的稀土钼片材。然后采用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、用于加热的金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土钼阴极实验磁控管。经过不同激活温度处理、在600℃下测试的次级发射系数，见图5。由图5可知，材料的最大次级发射系数是2.65，用常规高温炉烧结制备的材料的最大次级发射系数是2.45。
例4、将7.973克硝酸镧、30.524克硝酸钇、7.468克硝酸钆分别溶于水中，加入到80克粉状MoO2中(其中La2O3占稀土钼总重量的4％，Y2O3占稀土钼总重量的12％，Gd2O3占稀土钼总重量的4％)，将掺杂后的MoO2粉末在500℃下保温2小时以使稀土硝酸盐分解为稀土氧化物，然后在700-1000℃的多段氢气炉中将掺杂MoO2粉还原成掺杂La2O3、Y2O3和Gd2O3的复合稀土钼粉，利用SPS快速烧结的方法烧结成一定尺寸的稀土钼棒，烧结温度为1700℃，保温时间是4min。经机加工后，制成ф10×1mm的稀土钼片材。然后采用激光焊接法将稀土钼片与钼筒、用于加热的金属钨丝焊接起来，经过排气、激活处理后制成稀土钼阴极实验磁控管。经过不同激活温度处理、在600℃下测试的次级发射系数，见图6。由图6可知材料的次级发射系数是2.60，而用常规高温炉烧结制备的材料的最大次级发射系数是2.45。