Структурна інженерія  імпрегнованих скандатних ScВа-катодів нового покоління

Анотація

Результати досліджень термоелектронної емісії і структури імпрегнованих WВа- і скандатних ScВа-катодів узагальнено з позиції уявлень про масштабну структурну ієрархію в імпрегнованих катодах. Запропоновано узагальнену систематизацію даних про зв’язок емісійних характеристик імпрегнованих WВа- і скандатних ScВа-катодів на основі W- і (W–Re)-каркасів зі структурою і складом емітерного шару адсорбованих речовин, визначеними методом Оже-спектрометрії. Запропоновано принципи структурної інженерії високоемісійних і довговічних імпрегнованих скандатних катодів. Ці принципи полягають в удосконаленні фазового складу і структури катодів на структурних рівнях різного масштабу. Стабільність макро- і мікроскопічного структурних рівнів забезпечують тугоплавкі каркаси із порошків W і Re, отриманих із однорідних за розміром частинок (середній розмір — не менше 4 мкм). Фазовий склад емісійно-активної речовини повинен включати регламентовану кількість аніон-дефіцитної перовськітоподібної фази b-Ba₂ScAlO₅. Виконання цих вимог дозволяє отримувати відтворювані і стабільні термоемісійні характеристики імпрегнованих ScВа-катодів — з роботою виходу φ_еф = 1,65–1,71 еВ при 1070 К і довговічністю більше 10 тис. год при густині струму 15–20 А/см² та підвищених температурах випробування 1230 і 1340 К, — які забезпечуються параметрами мікроскопічного рівня. ScВа-катоди з додатковим мезоструктурним рівнем — плівки з нанорозмірною, гетерофазною і однорідною структурою, що має в своєму складі аніон-дефіцитну перовськітоподібну фазу b-Ba₂ScAlO₅, вольфрамат скандію і вольфрам, — показують більш  високий рівень емісійних характеристик: роботу виходу φ_еф (950 К) = 1,29 еВ і φ_еф (1000 К) = 1,34 еВ, густину струму насичення 100–140 А/см² при температурах 1200–1400 К і понад 20 А/см² при 950 К. Довговічність такого ScВа-катода складає понад 20 тис. год при температурі випробування 1150 К і густині струму 10 А/см² і не менше 2 тис. год при густині струму 80 А/см² і температурі випробування 1250 К. Сполуки алюмоскандату барію і вольфрамату барію запропоновано розглядати як самостійні емісійні матеріали з більш низькою роботою виходу.