碳纤维复合石墨阴极的制备及电子发射性能

摘要

阴极作为强流电子束的起点,对高功率微波源的性能具有重要影响。石墨是高功率源用爆炸发射阴极的常用材料,具有高压重频条件下运行稳定和长寿命的优点。使用具有高长径比、低发射阈值的碳纤维对石墨阴极进行复合,采用场发射及高功率微波测试平台,对比分析纯石墨阴极及碳纤维复合石墨阴极的场发射性能、强流电子发射性能及输出微波特性,结合阴极的微观结构表征,研究碳纤维复合对石墨阴极电子发射性能的影响规律。研究表明:与鳞片石墨阴极相比,40%(质量分数)碳纤维复合石墨阴极的场发射阈值电场由143 kV/cm降低到119 kV/cm,降低了约16.8%,二极管电压为480 kV时输出的微波脉宽与峰值分别提高了13.5%,5.7%。同时考虑到碳纤维在爆炸电子发射过程中结构稳定性的特点,碳纤维的复合也有利于阴极使用寿命的提高。