磁控管是目前应用较为广泛的真空电子器件之一。除了在雷达、导航、电子干扰等军事领域,其在工业、农业、医疗、家用等民事领域同样具有广阔的应用前景。阴极作为真空电子器件的电子源,是磁控管的核心部件,直接决定着磁控管的特性和使用寿命。随着磁控管不断向高频率、大功率方向发展,要求阴极兼备一定的热电子发射和优异的二次电子性能。目前在中低功率磁控管中使用的钡钨阴极,耐电子轰击能力较差,且二次电子发射性能有待进一步提高。课题组前期研制的稀土-钼金属陶瓷阴极二次电子发射性能稳定,具有一定的耐电子轰击能力,但该阴极热电子发射性能较差,磁控管不能起振,且对其发射机理仍有待进一步探讨。因此,仍需要研究一种新型的阴极材料,以满足大功率磁控管的使用要求。　　 本文采用Rietveld全谱拟合法分别对Y2O3-Mo、Y2O3-Lu2O3-Mo和Y2O3-Gd2O3-Mo三种阴极粉末的XRD数据进行结构精修,将获得的晶体结构参数通过Materials Studio软件构建晶胞模型,利用基于第一性原理的Castep模块程序对材料不同晶面的逸出功进行理论计算,探讨了阴极的发射机理。结果表明,二元复合稀土.钼阴极的电子从(110)晶面逸出仅需要克服2.41eV和2.23eV的表面势垒,并且该值低于单元稀土.钼阴极各晶面逸出功的最小值,因此二元复合稀土-钼阴极的二次电子发射性能更为优异。　　 采用溶胶凝胶法结合氢气钨丝网炉烧结成功制备出稀土氧化物Y2O3掺杂压制钡钨阴极,利用Y2O3提供二次电子发射性能,活性“411”铝酸钙钡盐改善阴极的热发射性能。研究发现,阴极材料组织随着Y2O3含量的增加而细化,稀土氧化物均匀分布,但当Y2O3含量为20％时,烧结后阴极由于组织过于细小收缩很大,阴极脆性增加,强度无法满足使用要求。阴极的热发射性能较稀土.钼金属陶瓷阴极有很大提高,二次电子发射系数随稀土氧化物含量的增加而增大,其中Y2O3含量15％的阴极经1200℃b激活后,1050℃b时的零场电流密度J0为4.18A/cm2,最大次级发射系数δmax可以达到2.92。选用Y2O3含量为10％的阴极材料制备磁控管用阴极,烧结后阴极收缩很大,出现开裂现象。因此,粒径过于细小的粉末不适宜用作磁控管用阴极制备。　　 采用固-固掺杂法成功制备Y2O3和W均匀混合的前驱粉末,通过研究基体孔度与压制压力、烧结温度的关系获得了具有良好孔结构的阴极基体。之后浸渍液相共沉淀法制备的含Y2O3的活性钪酸盐。激活良好的阴极在900℃b测试的Jdiv为20.99A/cm2,最大二次电子发射系数为3.51,均优于目前在磁控管中使用的钡钨阴极,为该阴极材料的实用化研究提供可能。原位俄歇分析结果表明,活性物质Ba、Sc和O等元素随加热温度的升高和激活时间的延长在阴极表面富集形成“Ba-Sc-O”活性层,降低阴极的表面逸出功,同时稀土氧化物Y2O3含量增加,有利于形成更多的n型半导体,阴极的导电性增强,有利于阴极在正常工作时电子的及时补充,从而提高阴极的发射性能。