含鈧擴散陰極具有極其優異的低溫高電流密度的電子發射的能力,是目前唯一能滿足新型電子器件發展要求的熱陰極材料。但含鈧擴散陰極存在發射均勻性不好、抗離子轟擊性差以及價格昂貴等因素的制約而沒有獲得廣泛的應用。本論文首次制備了復合稀土Eu2O3-Sc2O3、Y2O3-Sc2O3摻雜的鎢粉,通過粉末壓制、燒結和基體浸鹽的工藝制備了相應的復合稀土/氧化鈧-鎢基擴散陰極。通過粒度分析、XRD、SEM、EDAX研究了摻雜粉末的特性、燒結基體和陰極的微觀結構和成分;用動態真空電子發射測試儀對上述陰極進行了電子發射水平的測試;采用AES對陰極表面原子組成和活性物質的擴散行為進行了研究,分析了陰極發射水平與表面原子組成的關系。采用溶膠凝膠摻雜和氫氣二次還原法制備了S2(5wt%Sc2O3)、E1(1wt%Eu2O3-5wt%Sc2O3)、E3(3wt%Eu2O3-3wt%Sc2O3)、Y3 (3wt%Y2O3- 3wt% Sc2O3)、Y4(4wt%Y2O3-2wt%Sc2O3)和Y6(6wt%Y2O3)摻雜鎢粉。研究了壓制、燒結和浸鹽工藝對陰極孔度和浸漬量的影響。對燒結基體和陰極的微觀結構進行了分析,結果表明E3基體和陰極中生成了EuScO3,Y3基體中Sc2O3和Y2O3完全形成了的固溶體,討論了微觀結構對陰極性能的影響。測試了陰極的電子發射能力,實驗結果顯示:Y3陰極的發射性能優異,850℃b時直接偏離點電流密度Jdiv達到50A/cm2,與Sc-W基陰極的最好發射記錄處在同一個水平;E3陰極的發射不均勻,E1和E3陰極的發射能力均低于S2陰極;Y4和Y6陰極的發射水平與普通Ba-W陰極相接近。分析了影響發射性能的因素,研究表明復合稀土陰極發射能力與Sc2O3的含量相關,在一定范圍內Sc2O3含量高則發射性能好。Y3陰極用廉價的Y2O3部分替代昂貴的Sc2O3后仍然具有優異的電子發射性能,對降低陰極的成本具有重要的實際意義。分析了陰極激活后表面活性元素的組成,研究結果顯示,盡管采用了復合稀土摻雜的基體,但只有Sc和Ba、O一起擴散到S2、E1、E3、Y3陰極表面,首次觀察到Eu和Y不擴散到陰極表面。討論了陰極發射能力與表面Sc、Ba、O含量的關系。設計了S2陰極和基體敷W膜的擴散實驗,結果表明,活性物質是從陰極內部通過孔隙擴散到表面的,Sc和Ba的擴散和在陰極表面的分布具有一定的相關性,實驗結果支持Sc-O-Ba活性層的陰極表面發射模型。研究證實Sc是通過自由Sc而不是Sc2O3的形式擴散到陰極表面,認為陰極中存在的Sc2W3O12與自由Ba的反應生成了這種自由Sc。活性物質擴散機理的研究為陰極發射機理的研究以及陰極性能改善的研究提供了重要的依據。