專利名稱：一種抑制二次電子放射系數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于涂層技術(shù)，涉及一種用于微波器件抑制二次電子放射系數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
具有一定能量的電子打到材料表面以后，往往會(huì)激發(fā)出為數(shù)不等的其它電子，通常稱為二次電子。所產(chǎn)生的二次電子數(shù)量與初始入射電子數(shù)量之比，稱做該種材料的二次電子發(fā)射系數(shù)。真空微波器件是現(xiàn)代武器及宇航中導(dǎo)向和定位的關(guān)鍵部件，在雷達(dá)、制導(dǎo)等武器裝備系統(tǒng)中居核心、先導(dǎo)地位。但器件內(nèi)部的放電打火現(xiàn)象是此類器件失效的主要因素。例如，在大功率回旋管中，電子槍陽(yáng)極和收集極均用銅材制得，電子打到陽(yáng)極上產(chǎn)生的二次電子，很容易導(dǎo)致等離子體的產(chǎn)生從而引起管內(nèi)打火，引起管子功率脈沖縮短現(xiàn)象的問題，最終導(dǎo)致管子失效。電子槍和降壓收集極是大功率微波管重要部分，如何抑制微波管電子槍和降壓收集極區(qū)的等離子體產(chǎn)生，是保證高功率微波器件性能優(yōu)良的關(guān)鍵。從上述分析可知，如果能抑制柵極、收集極、陽(yáng)極等部位的二次電子發(fā)射，就可以抑制等離子體產(chǎn)生、延長(zhǎng)器件壽命。因而，對(duì)微波器件關(guān)鍵部件進(jìn)行特殊的表面處理，抑制其二次電子發(fā)射，則可達(dá)到延長(zhǎng)高功率微波器件工作壽命的目的。通常采用鍍膜或改進(jìn)表面形貌的方法來(lái)抑制二次電子發(fā)射。薄膜類型通常為化合物類材料，工藝復(fù)雜，且薄膜屬性不易穩(wěn)定。目前國(guó)外內(nèi)也有在微波管內(nèi)采用C膜抑制二次電子，C能與BaO在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CO還原出Ba，CO為氣體進(jìn)入真空。金屬Ba的熔點(diǎn)僅為725°C，在高溫下Ba可由熱蒸發(fā)而離開柵極，這樣?xùn)啪W(wǎng)表面的Ba與BaO的沉積總量將大大減少。但是在850°C溫度下，C與BaO的化學(xué)反應(yīng)速率較慢，當(dāng)陰極發(fā)射物質(zhì)Ba和BaO在柵網(wǎng)上沉積速率較大時(shí)，若沉積的BaO不能及時(shí)清除，將造成柵極發(fā)射電流增大。隨著大功率、低截獲脈沖行波管的高速發(fā)展，鍍C膜己不能滿足目前的需要。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外廣泛采用鍍Hf工藝代替使用了 二十多年的鍍C工藝。Hf在高溫下能與BaO發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成HfBa03，其次Hf與陰極發(fā)射物質(zhì)Ba相互滲透、反應(yīng)生成HfBa化合物，使柵極表面的活性物質(zhì)總量大大減小，柵極表面始終保持高功函數(shù)狀態(tài)，從而有效地抑制柵電子的發(fā)射。但是若Hf膜表面達(dá)到化學(xué)飽和，將失去其功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能夠在高溫下始終保持高功函數(shù)狀態(tài)的抑制二次電子放射系數(shù)的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，(I)選取基體材料的功函數(shù)值，(2)根據(jù)涂層材料的功函數(shù)值選擇涂層材料，涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值，(Φ Φ*+0.45 0.5eV) (3)根據(jù)基體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的抑制要求，在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層。所述涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值0.45 0.5eV0所述的基體材料采用銅或鎢(W)，涂層材料為鉬(Pt)、鎳(Ni)、金(Au)、銥(Ir)涂層。
所述的在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層的方法采用噴涂、涂覆或磁控濺射方法。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，本發(fā)明通過比較基體材料與其他元素功函數(shù)的方法來(lái)選擇涂層材料范圍，方法簡(jiǎn)單、可行。通過該方法可方便快捷地確定可選的涂層材料，可節(jié)省相應(yīng)的涂層制備工藝試驗(yàn)的工作量，進(jìn)而節(jié)省了材料費(fèi)用、工藝成本以及縮短試驗(yàn)周期。并且該方法適用于濺射沉積、電鍍、化學(xué)鍍等多種工藝手段在基體表面制備薄膜或涂層。涂層厚度可根據(jù)二次電子發(fā)射系數(shù)抑制幅度，在100 1500nm (視表面粗糙度)的較大范圍內(nèi)變化。


圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)金屬內(nèi)部電子克服表面真空勢(shì)壘逃逸原理示意圖。圖2是本發(fā)明表面制成高功函數(shù)薄膜以后真空勢(shì)壘的高度增加及二次電子逃逸原理示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明首先選取基體材料的功函數(shù)值，然后，根據(jù)涂層材料的功函數(shù)值選擇涂層材料，涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值，(Φ Φ s+0.45 1.5eV)再根據(jù)基體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的抑制要求，在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層。如圖1所示，在金屬材料I內(nèi)部，電子8通常被束縛在能量較低的費(fèi)米(Fermi)能級(jí)2狀態(tài)，各原子的外層電子8為所有原子實(shí)6所共有。而在`金屬表面4附近存在較高的真空勢(shì)壘3，真空勢(shì)壘與費(fèi)米能級(jí)之差即為金屬的逸出功或功函數(shù)5。所以電子越過真空勢(shì)壘3脫離材料表面的幾率很小(如圖1中左側(cè)部分所示)。但當(dāng)具有一定能量的初始電子7打到材料表面以后，往往會(huì)使材料內(nèi)部附近的電子獲得接近或超過逸出功5的能量，因此可能激發(fā)出為數(shù)不等的二次電子9。二次電子發(fā)射過程非常復(fù)雜。目前理論認(rèn)為該過程可分三個(gè)階段討論:(a) —次電子7入射到材料表面以內(nèi)；(b)產(chǎn)生的二次電子8在材料內(nèi)部的傳輸；(c) 二次電子克服材料表面真空勢(shì)壘的最終逃逸成為脫離材料表面的二次電子9(如圖1中右側(cè)放大部分所示)。按此原理，真空勢(shì)壘的高度對(duì)二次電子產(chǎn)額亦即二次電子發(fā)射系數(shù)有重要影響。因此，可利用功函數(shù)表，通過尋找比基體功函數(shù)高的材料，并在基體表面制成薄膜，表面薄膜區(qū)域的原子排列由涂層材料的原子實(shí)6’組成，因涂層材料的原子實(shí)6’具有較高的功函數(shù)，因而提高了表面真空勢(shì)壘，起到抑制二次電子發(fā)射的作用，如圖2所示。當(dāng)在金屬表面制備高功函數(shù)材料薄膜以后，真空勢(shì)壘將由3增高至3’，功函數(shù)5已隨之變?yōu)?’，較原來(lái)水平的增量為10。這將使二次電子逃逸真空勢(shì)壘的難度進(jìn)一步增加，從而起到抑制二次電子發(fā)射的作用。以基體材料選用銅為例，基體材料選用制造微波器件(例如行波管多級(jí)降壓收集極)常用的無(wú)氧銅制，根據(jù)功函數(shù)表(表I)可得，該材料功函數(shù)0eu=4.48-5.1eV (多數(shù)資料給出4.6eV)。經(jīng)測(cè)試其二次電子發(fā)射系數(shù)常溫下在1.58。通過比較其它元素的功函數(shù)，發(fā)現(xiàn)鉬(Pt)、金(Au)、銥(Ir)、鎳(Ni)等元素的功函數(shù)均大于Cu的功函數(shù)，分別為ΦΡ =5.65eV, ΦΑυ=5.38eV, Φ Γ=5.27eV, ΦΝ =5.15采用化學(xué)鍍與磁控濺射方法，在Cu基體上制備IOOmn IlOOmn的薄膜。在鍍膜過程中施加了超聲波震動(dòng)，提高了零件表面的活性和被浸潤(rùn)程度，利于沉積層金屬晶核的形成，起到細(xì)化鍍層晶粒、改善致密性的作用，從而提高了鍍層質(zhì)量。經(jīng)過對(duì)二次電子發(fā)射系數(shù)的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，制備薄膜后的試片，其二次電子發(fā)射系數(shù)均得到不同程度降低。它們的二次電子發(fā)射系數(shù)分別是1.35、1.16.1.410降低幅度達(dá)到了 10.75 26.6%不等。取得了較好效果。如表2所示。表1.常用金屬材料的功函數(shù)表
權(quán)利要求
1.一種抑制二次電子發(fā)射系數(shù)的方法，其特征是，(I)選取基體材料的功函數(shù)值，(2)根據(jù)涂層材料的功函數(shù)值選擇涂層材料，涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值，Φ釋≥Φ *+0.45 1.5eV (3)根據(jù)基體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的抑制要求，在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制二次電子發(fā)射系數(shù)的方法，其特征是，所述涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值0.5eV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制二次電子發(fā)射系數(shù)的方法，其特征是，所述的基體材料采用銅或鎢涂層，涂層材料為鉬、鎳、金或銥涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抑制二次電子發(fā)射系數(shù)的方法，其特征是，所述的在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層的方法采用噴涂、 涂覆或磁控濺射方法。
全文摘要
本發(fā)明屬于涂層技術(shù)，涉及一種用于微波器件抑制二次電子放射系數(shù)的方法。(1)選取基體材料的功函數(shù)值，(2)根據(jù)涂層材料的功函數(shù)值選擇涂層材料，涂層材料的功函數(shù)值大于基體材料的功函數(shù)值，φ涂≥φ基00.45～1.5eV(3)根據(jù)基體材料二次電子發(fā)射系數(shù)的抑制要求，在基體上將所選擇的涂層材料制備成涂層。本發(fā)明通過該方法可方便快捷地確定可選的涂層材料，可節(jié)省相應(yīng)的涂層制備工藝試驗(yàn)的工作量，進(jìn)而節(jié)省了材料費(fèi)用、工藝成本以及縮短試驗(yàn)周期。并且該方法適用于濺射沉積、電鍍、化學(xué)鍍等多種工藝手段在基體表面制備薄膜或涂層。涂層厚度可根據(jù)二次電子發(fā)射系數(shù)抑制幅度，在100～1500nm(視表面粗糙度)的較大范圍內(nèi)變化。
文檔編號(hào)H01J25/34GK103208408SQ20131012638
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者武洪臣, 朱彥海, 趙青, 王加梅, 馬國(guó)佳, 孫剛 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所