CN107564783B - 热场发射阴极及其制备方法、及应用其的真空电子器件 - Google Patents

Abstract

热场发射阴极及其制备方法、及应用其的真空电子器件，其中热场发射阴极包括钼筒及固定于其上的钨海绵体，其中：钨海绵体的上表面具有微尖阵列，该微尖阵列内部具有孔隙；钨海绵体内部的孔隙与微尖阵列内部的孔隙形成连通孔隙；连通孔隙内填充有活性物质。由于在钨海绵体表面形成有微尖阵列，且构成从钨海绵体直达微尖阵列内部孔隙的连通孔隙，该连通孔隙填有活性物质，从而在热扩散作用下，该活性物质可达到微尖阵列顶部，为实现低功函数的发射提供了条件，因此本发明的热场发射阴极的发射性能相较于传统的热发射阴极，工作温度及功耗大幅降低；相较于传统的场发射阴极，发射电流密度更高，且具有较强的抗打火能力。

Description

热场发射阴极及其制备方法、及应用其的真空电子器件

技术领域

本发明属于电真空器件制造领域，更具体地涉及一种热场发射阴极及其制备方法、及应用其的真空电子器件。

背景技术

在电真空器件制造技术领域，目前大量使用的阴极为覆膜浸渍扩散阴极，也称为M型阴极。其是将活性发射材料(钡铝酸盐)通过熔化和浸渍，存储到多孔的钨海绵体(阴极基体)的孔隙中，再在阴极表面沉积一层降低电子功函数的贵金属或合金薄膜。该类阴极的工作温度为900-1150℃，属于传统的热阴极，存在必须在高温下工作、功耗大、不能瞬间启动等问题。如图1所示，表面为平面或球面状态的M型阴极，要获得明显的场发射效应和具备实用的电子发射能力，需要大幅升高阴极和阳极间的电压，并需保持相对高的温度。也就是说，对于传统的M型阴极，要在相对较低的温度下，获得10A/cm²电流密度的发射能力，是非常困难的。以平面M型阴极为例，在阴-阳极极间距离为0.1mm左右时，750℃条件下，在3000V时阴极所能达到的电流密度为0.8A/cm²；而要达到10A/cm²，外推电压则需达几万伏。显然。传统的平面或球面M型阴极在较低温度下的场发射效应及电子发射能力都是很弱的。

还存在一种室温即可发射的阴极，又称冷阴极或场发射阴极。该类阴极属于亚微米尺寸，是一种可室温工作、功率损耗低、无迟滞、瞬时启动的场发射微尖阵列冷阴极。但是，遗憾的是，这种室温场发射阵列阴极的制备对设备、工艺及环境要求极为严格，稍有不慎，在栅极和阴极微尖之间残留任何一点污染物，在测试和使用过程中都可能引发打火现象，直接造成阴极甚至整个器件瞬间报废。正是由于这一原因，国际上该阴极及其变体的发展都较为缓慢。现有的场发射阴极，其场发射电子的能力，主要依赖于微尖形状和尺寸所带来的场增强效应，同时也依赖于加在微尖几微米处的栅极及栅极电压，场发射阴极由于在设计之初，没有考虑加热的因素，且存在对环境真空度要求极高、抗打火能力差的缺陷，因此无法利用加热所带来的使发射能力增加的益处。

发明内容

基于以上问题，本发明的主要目的在于提出一种热场发射阴极及其制备方法、及应用其的真空电子器件，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提出一种热场发射阴极，包括钼筒及固定于其上的钨海绵体，其中：钨海绵体的上表面具有微尖阵列，该微尖阵列内部具有孔隙；钨海绵体内部的孔隙与微尖阵列内部的孔隙形成连通孔隙；该连通孔隙内填充有活性物质。

在本发明的一些实施例中，上述活性物质包括含钪活性发射材料。

在本发明的一些实施例中，上述钼筒包括：钼支撑筒，与钨海绵体固定连接；热子，置于钼支撑筒内，该热子的外表面包裹有绝缘层。

为了实现上述目的，作为本发明的另一个方面，提出一种热场发射阴极的制备方法，包括以下步骤：对钨铜体的发射端面进行抛光处理；用激光熔刻法在钨铜体的发射端面形成内部具有孔隙的微尖阵列；对形成微尖阵列的钨铜体进行真空去铜，得到钨海绵体，以使钨海绵体内部的孔隙与微尖阵列内部的孔隙连通，得到带有微尖阵列的钨海绵体；钎焊或激光焊接带有微尖阵列的钨海绵体及钼筒，形成阴极组件；用活性物质高温浸渍阴极组件，完成热场发射阴极的制备方法。

在本发明的一些实施例中，上述钨铜体的孔度为18～32％，闭孔率低于2％，其内部的孔隙均匀分布。

在本发明的一些实施例中，在通入有保护气体氩气的真空腔内，采用激光熔刻法在钨铜体的发射端面形成内部具有孔隙的微尖阵列；优选地，通入保护气体氩气前，真空腔内的真空度小于1Pa。

在本发明的一些实施例中，活性物质高温浸渍阴极组件后，还包括对热场发射阴极的表面作清洁处理。

在本发明的一些实施例中，上述激光熔刻法采用的设备包括激光头及固定其的二维/三维机械臂；该采用的设备可选用激光划片机、激光焊接机、激光切割机或激光熔敷机。

在本发明的一些实施例中，上述二维/三维机械臂的移动速度与激光头的功率成正比。

为了实现上述目的，作为本发明的又一个方面，提出一种真空电子器件，包括上述的制备方法制备得到的热场发射阴极。

本发明提出的热场发射阴极及其制备方法、及应用其的真空电子器件，具有以下有益效果：

1、由于在钨海绵体表面形成有微尖阵列，且构成从钨海绵体直达微尖阵列内部孔隙的连通孔隙，该连通孔隙填有活性物质，从而在热扩散作用下，该活性物质可达到微尖阵列顶部，为实现低功函数的发射提供了条件，因此本发明的热场发射阴极的发射性能相较于传统的热发射阴极，工作温度及功耗大幅降低；相较于传统的场发射阴极，发射电流密度更高，且具有较强的抗打火能力；

2、本发明的热场发射阴极，在750℃以下所发射的电子，绝大部分属于场发射电子，因此相较于传统的热发射阴极，不存在明显的迟滞效应；

3、本发明的热场发射阴极，采用含钪活性发射材料，可进一步提高发射能力，相同电压下，得到更高的发射电流密度；

4、与传统场发射阴极的制备相比，本发明的制备方法不需要昂贵、复杂的微加工工艺设备和苛刻的生产环境，所制备的阴极发射电流密度更高，并具有较强的抗打火能力。

附图说明

图1是传统热电子二极管中支配电流流动的机制示意图；

图2是本发明一实施例提出的热场发射阴极的结构示意图；

图3是本发明提出的热场发射阴极钨海绵体表面的微尖阵列结构示意图；

图4是图3中微尖阵列的电子扫描形貌图；

图5是本发明一对比例中平面M型阴极的发射电流密度与施加电压的关系曲线图；

图6是本发明另一对比例中基于含钪活性发射材料的平面M型阴极的发射电流密度与施加电压的关系曲线图；

图7是本发明一实施例提出的热场发射阴极的发射电流密度与施加电压的关系曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

一般而言，热扩散阴极和场发射阴极两者之间几乎没有交集，但如果能找到一种方法，制备出一种介于两者之间的阴极，就可能发展出一种新的阴极，这种阴极兼具热阴极和场发射阴极的特点。迄今为止，尚没有一种阴极，不仅具备简单的制备工艺，还可以将热扩散阴极与场发射微尖阴极作高效融合，制造出一种热场联合发射的阴极。

本发明的目的在于，针对热阴极高温下工作，功耗大、不能瞬间启动等问题，以及室温的场发射阴极制备工艺复杂、易打火的问题，提出一种带有微尖阵列的热场发射阴极及其制备方法。

如图2所述，本发明提出的热场发射阴极，包括钼筒1及固定于其上的钨海绵体2，其中：钨海绵体2的上表面具有微尖阵列21，该微尖阵列21内部也具有孔隙；钨海绵体2内部的孔隙22与微尖阵列21内部的孔隙形成连通孔隙；连通孔隙内填充有活性物质23。

由于在钨海绵体2表面形成有微尖阵列21，且构成从钨海绵体2直达微尖阵列21内部孔隙的连通孔隙，该连通孔隙填有活性物质23，从而在热扩散作用下，该活性物质23可达到微尖阵列顶部，为实现低功函数的发射提供了条件，因此本发明的热场发射阴极的发射性能相较于传统的热发射阴极，工作温度及功耗大幅降低；相较于传统的场发射阴极，发射电流密度更高，且具有较强的抗打火能力。

在本发明的一些实施例中，上述活性物质包括含钪活性发射材料，例如包括45wt％钡锶钙氧化物、48wt％钡铝酸盐和7wt％氧化钪的含钪活性发射材料或包括26BaO·29SrO·8Sc₂O₃·7CaO·Al₂O₃的含钪活性发射材料。本实施例并不对活性物质进行限定，只要为含钪的活性发射材料即可；从而可进一步提高热场发射阴极的发射能力，相同电压下，得到更高的发射电流密度。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，上述钼筒1包括：钼支撑筒11，与钨海绵体2固定连接；热子12，置于钼支撑筒11内，该热子12的外表面包裹有绝缘层13。其中，热子12用于对热场发射阴极加热，钨海绵体中的活性物质在热扩散作用下可以达到微尖阵列的顶部，从而为实现低功函数发射提供条件。

本发明还提出一种热场发射阴极的制备方法，包括以下步骤：对钨铜体的发射端面进行抛光处理；用激光熔刻法在钨铜体的发射端面形成内部具有孔隙的微尖阵列；对形成微尖阵列的钨铜体去铜，得到钨海绵体，以使钨海绵体内部的孔隙与微尖阵列内部的孔隙连通，得到带有微尖阵列的钨海绵体；钎焊或激光焊接带有微尖阵列的钨海绵体及钼筒，形成阴极组件；活性物质高温浸渍阴极组件，完成热场发射阴极的制备方法。

与传统的场发射阴极的制备相比，本发明的制备方法不需要昂贵、复杂的微加工工艺设备和苛刻的生产环境，所制备的阴极发射电流密度更高，并具有较强的抗打火能力。

在本发明的一些实施例中，上述钨铜体的孔度为18～32％，闭孔率低于2％，其内部的孔隙均匀分布；对应钨颗粒尺寸为1～10μm，从而能够保证制备得到的热场发射阴极能够使得活性物质在高温下能够顺利扩散至微尖阵列顶端，提高热场发射阴极的发射电流密度。

在本发明的一些实施例中，在通入有保护气体氩气的真空腔内，采用激光熔刻法在钨铜体的发射端面形成内部具有孔隙的微尖阵列；优选地，通入所述保护气体氩气前，真空腔内的真空度小于1Pa。

在本发明的一些实施例中，活性物质高温浸渍阴极组件后，还包括对热场发射阴极的表面作清洁处理，以去除残留的盐渍，提高热场发射阴极的性能。

在本发明的一些实施例中，上述激光熔刻法采用的设备包括激光头及固定其的二维/三维机械臂；例如可选用激光划片机、激光焊接机、激光切割机或激光熔敷机。在激光熔刻形成微尖阵列过程中，机械臂的移动速度应该根据激光头的功率做相应调整，具体为激光头的功率高，机械臂的移动速度应该设置的快一些，以形成均匀的微尖阵列。

本发明提出的热场发射阴极的制备方法。其原理为：利用激光熔刻技术，在热扩散阴极毛胚基体(钨铜体)的表面(平面或球面)上构造出微尖阵列，在施加相同的电压时可在阴极表面获得较高的电场强度；经过热扩散阴极制备及激活，阴极表面的微尖阵列可获得一层低功函数的物质(活性物质)，确保阴极获得较高的发射能力。

在本发明的一些实施例中，提出一种带有微尖阵列的热场发射阴极的制备方法，具体为：选用具有均匀孔隙的钨铜体；对其表面进行加工和抛光；激光熔刻抛光表面形成微尖阵列；对钨铜体作真空去铜形成钨海绵体；高温钎焊钨海绵体及钼筒形成钎焊组件；对钎焊组件浸渍活性发射材料；对组件表面清洁处理等，完成热场发射阴极的制备。其主要特征在于：利用激光熔刻技术在抛光钨铜体表面构造出规则排列的微尖阵列；利用真空去铜技术去除微尖及钨铜体基体中的铜，构造出从钨海绵基体内部直达微尖内部孔隙的连通孔隙；利用高温浸渍活性材料的技术将活性物质填满微尖内部孔隙及钨海绵体内部孔隙。

在本发明的一些实施例中，制备热场发射阴极的步骤具体为：

步骤1、选用孔度为18-32％、孔隙分布均匀的钨铜体；对钨铜体进行加工和抛光处理。按照阴极图纸将阴极钨铜体加工至要求的形状和尺寸(应适当预留抛光去除的尺寸)，然后对发射面端面作抛光处理。

步骤2、采用激光熔刻技术在抛光钨铜体表面构造出规则排列的微尖阵列；这一步是制作微尖阵列的核心步骤。其原理为：激光聚焦在零件表面时，会瞬间引发材料熔化、翻涌、溅射等效应；当激光移动时，其一方面瞬间形成熔池，另一方面瞬间又将熔池冲向两侧，结果在熔刻线的两侧就形成了高度为几微米至几十微米的两道微尖；激光沿一组横向平行线移动，然后再沿纵向平行线移动，就可获得不同尺寸的微尖阵列。为了避免钨铜表面被氧化，钨铜体应置于可通气保护的真空腔体内进行激光熔刻。

步骤3、对带有微尖阵列的钨铜体作真空去铜；具体为：将带有微尖阵列的钨铜体放入真空去铜炉中，抽真空并对钨铜体进行加热，使钨铜体所在区域温度达到1600℃并保持1至3小时，钨铜体中的铜熔化并快速蒸发，最终使钨铜体中的铜得到彻底去除，得到带有微尖阵列的钨海绵体。

步骤4、对带有微尖阵列的钨海绵体与钼筒进行高温钎焊。具体为：将钨海绵体与钼筒装配在一起，在配合位置处(即钼筒的上表面)放置钼钌合金高温钎料，放入高温氢炉进行钎焊，钎焊温度为2020±20℃并保持1至3分钟，得到钎焊组件。

步骤5、对钎焊组件浸渍活性发射材料。具体为：用活性发射材料将组件中的钨海绵体特别是微尖阵列部分予以包覆，放入高温氢炉进行高温浸渍，得到热场发射阴极。

步骤6、对热场发射阴极表面作清洁处理。用纯净水冲洗去除阴极表面浸渍留下的盐渍，之后在氢炉中作高温还原，规范为1200±20℃保持10至30分钟。

执行完上述步骤，即可制备出本发明的一种带有微尖阵列的热场发射阴极。

整体而言，本发明的热场发射阴极的制备方法由六步工序组成：准备钨铜基体并对钨铜基体表面抛光；激光熔刻抛光表面；对熔刻过的钨铜体作真空去铜；高温钎焊钨海绵体及钼筒；对钎焊组件浸渍活性发射材料；表面清洁处理等。

本发明的热场发射阴极，除钨铜体表面抛光和激光熔刻外，阴极制备采用通用工序，即如图2所示，表面带有微尖阵列21的钨海绵基体2与钼支撑筒11采用钼钌钎料进行高温钎焊；螺旋状阴极热子12，放置于钼筒11中。

在本发明的一些实施例中，在钨铜体表面单方向平行熔刻所制备出的微尖阵列如图3所示，其中边缘部分为钨铜体(相当于去铜后的钨海绵体2)，周期部分为微尖阵列21；图4给出了该微尖阵列21在1000倍下的微观照片。从图3看出，经过激光熔刻，成功地制备出了规则排列的钨海绵体微尖阵列，这为阴极表面实现高场强分布创造了几何外形条件。由图4可知，钨海绵体微尖表面孔隙均匀分布、部分孔隙位于微尖顶部，这意味着，存活性物质可以存储在这些孔隙中，并且在热扩散作用下可以到达微尖的顶部，从而为实现低功函数发射提供物质条件，图4中24为钨颗粒体，25为微尖阵列的空隙。

综上所述，本发明利用激光熔刻技术，在热扩散阴极基体表面上构造出微尖阵列，之后利用热扩散阴极制造及激活工艺，在微尖表面生成有利于发射的物质或薄膜，使这些微尖阵列具备热、场联合发射的能力，制备得到的热场发射阴极既具备普通场发射微尖阴极的结构特征，又具备热扩散阴极的低功函数表面的材料特征，因而成为一种兼具场发射阴极和热扩散阴极特征的新阴极。

本发明的热场发射阴极可应用于各类微波电真空器件如速调管、行波管、回旋管、磁控管和电子束等各类真空电子器件，也可在电子显微镜中使用。

以下通过实施例及对比例，对本发明提出的热场发射阴极及其制备方法、及应用其的真空电子器件进行详细描述。

对比例1

本对比例采用传统方法制备平面M型阴极并测试。通常认为，现有的热扩散阴极中，浸411盐覆Os膜的平面阴极具有相对较高的发射水平。为了说明本发明的热场发射阴极的发射能力，特选择浸渍411盐覆Os膜平面阴极进行对比。阴极制备及实验如下：

实验条件：阴极基体选用孔度为24％的钨海绵体，基体直径Φ2.5mm；阴极基体与钼支撑筒采用钼钌钎料进行高温钎焊(2050℃×1分钟)；活性发射材料选用BaO∶CaO∶Al₂O₃摩尔比为4∶1∶1铝酸盐(简称411铝酸盐)，将阴极倒置于411铝酸盐中，在氢炉中进行高温浸渍(1600℃×90秒)，使盐浸入阴极基体；用机械抛光及化学清洗方法去除阴极表面残留的盐渍，在氢炉中对阴极进行1250℃×5分钟还原处理。采用数控车床将阴极发射端部加工为Φ1mm直径；采用离子轰击刻蚀技术去除阴极表面加工变形层，之后在阴极表面先溅射沉积0.30～0.35μm厚的Os膜；将热子(表面沉积氧化铝涂层)装入钼支撑筒内；共制备3个阴极。

安装和激活后，阴极在水冷二极管装置中作脉冲测试。脉冲测试选用的电源为CT30。热辅助所采用的阴极温度为750℃，脉冲测试条件为20Hz，5μs，阴-阳极极间距离设为0.1mm。测试得到的平面M型阴极的发射电流密度与施加电压的关系曲线图如图5所示。

对比例2

采用传统方法制备基于含钪活性发射材料的平面M型阴极并测试，具体的：

实验条件：采用对比例1中的平面钨海绵体，并且用含钪的高活性发射材料(45wt％钡锶钙氧化物、48wt％411钡铝酸盐和7wt％氧化钪)(详见申请号为201310009451.7的中国发明专利)代替对比例1中的411盐。不制备微尖，不覆膜。其它制备工序与对比例1相同。共制备3个阴极。

制备完成后，对基于含钪活性发射材料的平面M型阴极安装、激活和直流发射测试条件与对比例1相同。测试得到的基于含钪活性发射材料的平面M型阴极的发射电流密度与施加电压的关系曲线图如图6所示。

实施例1

本实施例提出一种热场发射阴极及其制备方法，热场发射阴极为：包括钼筒及固定于其上表面的钨海绵体，其中：钨海绵体的上表面具有微尖阵列；钨海绵体内部的孔隙与微尖阵列形成连通孔隙；连通孔隙内填充有活性物质。

制备方法具体为：

步骤1、选用符合要求的钨铜体，对其进行加工和抛光处理。具体的，根据阴极图纸要求，预留抛光去除的尺寸(一般取0.1-0.3mm)，对钨铜体进行加工；然后，对钨铜体即将用作发射的表面作抛光处理；一般情况下，用作熔刻的钨铜体尺寸都比较小，为便于加工和提高加工效率，处理前，可先将钨铜体发射端面朝下，几个集中在一起，用有机胶粘剂粘接和镶嵌成直径Φ25mm的圆柱体，然后再在研磨机上作研磨和抛光处理，当钨铜体表面无明显划痕并达到镜面效果时，抛光过程结束；最后，用机械加工方法和丙酮化学溶解方法对圆柱体作处理，以获得洁净的、光滑的钨铜体。

步骤2、采用激光熔刻技术在抛光钨铜体的表面构造出规则排列的微尖阵列。激光熔刻可选用激光划片机；为了避免激光熔刻时钨铜表面被氧化，熔刻时应将钨铜体置于通气保护的真空腔体内，该真空腔体上部可设置有能够透过激光的石英窗片，以便于激光无损通过；具体熔刻过程为：将放置有抛光钨铜件的真空腔体置于激光熔刻机移动工作台上；开启真空泵预抽真空腔体，使腔体真空度小于1Pa；通入少量氩气对钨铜体区域形成保护；设置激光熔刻机的熔刻程序机参数，包括设置熔刻功率(10-30W)、聚焦、熔刻速度(10-100mm/s)、纵向平行熔刻间距、横向平行熔刻间距(10-50μm)等；启动并执行熔刻程序。执行完此步骤，即可获得表面带有微尖阵列的钨铜体。

步骤3、对带有微尖阵列的钨铜件作真空去铜处理；具体的：将带微尖阵列的钨铜体放入真空去铜炉中，抽真空至优于1×10^-3Pa，然后用中频或高频加热方法将钨铜体所在区域加热至1600℃并保持1至3小时，此时钨铜体中的铜将快速熔化并蒸发，钨铜体中的铜得到有效去除。此步骤执行完，可获得高纯的钨海绵体，并可获得内部连通并可到达微尖阵列顶部的孔隙。

步骤4、对带有微尖阵列的钨海绵体与钼筒作高温钎焊，具体为：将钨海绵体与钼筒装配在一起并使发射面向下，在二者配合位置处涂覆用甘油调制的钼钌粉末钎料；之后将装配好的组件移入高温氢炉进行钎焊，钎焊规范为2050℃×1～2分钟。此步执行完，便可获得带微尖阵列钨海绵件与钼筒的钎焊组件。

步骤5、对钎焊组件浸渍活性发射材料；具体的，用活性发射材料粉末，将组件中的钨海绵体特别是微尖阵列部分予以包覆，然后放入高温氢炉进行高温浸渍；浸渍规范为1600～1900℃，高温保温时间为1～5分钟；此处活性材料选用含钪的活性发射材料；浸渍结束后，用钼绒去除残留盐渍。此步骤执行完，钨海绵体及微尖体内的孔隙基本被活性物质所填满。

步骤6、对阴极表面作清洁处理。利用纯净水高压冲洗浸渍阴极表面，以去除残留的盐渍。之后在氢炉中作高温还原，以彻底去除清洁阴极时残留的水渍和水合物，规范为1200±20℃保持10至30分钟。

即相当于用带有微尖阵列的钨海绵体代替对比例1中的平面钨海绵体，并且用含钪的高活性发射材料(45wt％钡锶钙氧化物、48wt％411钡铝酸盐和7wt％氧化钪)(详见申请号为201310009451.7的中国发明专利)代替对比例1中的411盐，阴极其它制备工序与对比例2基本相同，共制备3个阴极。

制备完成后，对热场发射阴极进行测试，其阴极安装、激活和直流发射测试条件与对比例1相同。测试得到的热场发射阴极的发射电流密度与施加电压的关系曲线图如图7所示。

综上描述，对比例1、对比例2及实施例1的测试结果整理得到如表1所示，从表1及图5～图7可知，对比例1制备的阴极，在750℃脉冲发射电流密度为0.8A/cm²；对比例2制备的阴极，在750℃脉冲发射电流密度为5.2A/cm²；采用实施例1制备的阴极，在750℃脉冲发射电流密度达到46A/cm²。可以清楚地看出，本发明的阴极(实施例1)的发射能力，是传统平面M型阴极的57.9倍，是基于含钪活性发射材料的平面M型阴极的8.9倍。总之，采用本发明的方法所获得的一种带有微尖阵列的热场发射阴极，其发射能力较传统M型阴极和高发射钪型阴极均获得极大提高。

表1阴极发射情况对比

因此，本发明提出的热场发射阴极，其工作温度及功耗较传统热发射阴极大幅降低，同时，其制备工艺较传统场发射阴极大幅简化，发射性能也比传统场发射阴极更为优异。因此，本发明可作为制备低功耗、高发射、高可靠阴极的优选方案。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热场发射阴极，包括钼筒及固定于其上的钨海绵体，其中：

所述钨海绵体的上表面具有微尖阵列，该微尖阵列内部具有孔隙，该微尖阵列外部呈突起状；

所述钨海绵体内部的孔隙与所述微尖阵列内部的孔隙形成连通孔隙；

所述连通孔隙内填充有活性物质。

2.根据权利要求1所述的热场发射阴极，其中，所述活性物质包括含钪活性发射材料。

3.根据权利要求1所述的热场发射阴极，其中，所述钼筒包括：

钼支撑筒，与所述钨海绵体固定连接；

热子，置于所述钼支撑筒内，所述热子的外表面包裹有绝缘层。

4.一种热场发射阴极的制备方法，包括以下步骤：

对钨铜体的发射端面进行抛光处理；

采用激光熔刻法在所述钨铜体的发射端面形成内部具有孔隙的微尖阵列；

对所述形成微尖阵列的钨铜体进行真空去铜，得到钨海绵体，以使所述钨海绵体内部的孔隙与所述微尖阵列内部的孔隙连通，得到带有微尖阵列的钨海绵体；

钎焊或激光焊接所述带有微尖阵列的钨海绵体及钼筒，形成阴极组件；

用活性物质高温浸渍所述阴极组件，完成所述热场发射阴极的制备方法。

5.根据权利要求4所述的热场发射阴极的制备方法，其中，所述钨铜体的孔度为18～32％，闭孔率低于2％，其内部的孔隙均匀分布。

6.根据权利要求4所述的热场发射阴极的制备方法，其中，在通入有保护气体氩气的真空腔内，采用激光熔刻法在所述钨铜体的发射端面形成内部具有孔隙的微尖阵列，通入所述保护气体氩气前，真空腔内的真空度小于1Pa。

7.根据权利要求4所述的热场发射阴极的制备方法，其中，活性物质高温浸渍所述阴极组件后，还包括对所述热场发射阴极的表面作清洁处理。

8.根据权利要求4所述的热场发射阴极的制备方法，其中，所述激光熔刻法采用的设备包括激光头及固定其的二维/三维机械臂，所述激光熔刻法采用的设备为激光划片机、激光焊接机、激光切割机或激光熔敷机。

9.根据权利要求8所述的热场发射阴极的制备方法，其中，所述二维/三维机械臂的移动速度与所述激光头的功率成正比。

10.一种真空电子器件，包括如权利要求4至9中任一项所述的制备方法制备得到的热场发射阴极。