含钪扩散阴极具有极其优异的低温高电流密度的电子发射的能力,是目前唯一能满足新型电子器件发展要求的热阴极材料。但含钪扩散阴极存在发射均匀性不好、抗离子轰击性差以及价格昂贵等因素的制约而没有获得广泛的应用。本论文首次制备了复合稀土Eu2O3-Sc2O3、Y2O3-Sc2O3掺杂的钨粉,通过粉末压制、烧结和基体浸盐的工艺制备了相应的复合稀土/氧化钪-钨基扩散阴极。通过粒度分析、XRD、SEM、EDAX研究了掺杂粉末的特性、烧结基体和阴极的微观结构和成分;用动态真空电子发射测试仪对上述阴极进行了电子发射水平的测试;采用AES对阴极表面原子组成和活性物质的扩散行为进行了研究,分析了阴极发射水平与表面原子组成的关系。采用溶胶凝胶掺杂和氢气二次还原法制备了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)掺杂钨粉。研究了压制、烧结和浸盐工艺对阴极孔度和浸渍量的影响。对烧结基体和阴极的微观结构进行了分析,结果表明E3基体和阴极中生成了EuScO3,Y3基体中Sc2O3和Y2O3完全形成了的固溶体,讨论了微观结构对阴极性能的影响。测试了阴极的电子发射能力,实验结果显示:Y3阴极的发射性能优异,850℃b时直接偏离点电流密度Jdiv达到50A/cm2,与Sc-W基阴极的最好发射记录处在同一个水平;E3阴极的发射不均匀,E1和E3阴极的发射能力均低于S2阴极;Y4和Y6阴极的发射水平与普通Ba-W阴极相接近。分析了影响发射性能的因素,研究表明复合稀土阴极发射能力与Sc2O3的含量相关,在一定范围内Sc2O3含量高则发射性能好。Y3阴极用廉价的Y2O3部分替代昂贵的Sc2O3后仍然具有优异的电子发射性能,对降低阴极的成本具有重要的实际意义。分析了阴极激活后表面活性元素的组成,研究结果显示,尽管采用了复合稀土掺杂的基体,但只有Sc和Ba、O一起扩散到S2、E1、E3、Y3阴极表面,首次观察到Eu和Y不扩散到阴极表面。讨论了阴极发射能力与表面Sc、Ba、O含量的关系。设计了S2阴极和基体敷W膜的扩散实验,结果表明,活性物质是从阴极内部通过孔隙扩散到表面的,Sc和Ba的扩散和在阴极表面的分布具有一定的相关性,实验结果支持Sc-O-Ba活性层的阴极表面发射模型。研究证实Sc是通过自由Sc而不是Sc2O3的形式扩散到阴极表面,认为阴极中存在的Sc2W3O12与自由Ba的反应生成了这种自由Sc。活性物质扩散机理的研究为阴极发射机理的研究以及阴极性能改善的研究提供了重要的依据。