作为大功率微波源—回旋管的核心部件,阴极提供高质量的电子注参与注波互作用,直接影响回旋管的整管性能。受限于工艺条件和阴极理论尚未成熟,影响阴极发射性能和工作稳定性的因素往往很复杂。本文从多孔钨基体、活性发射物质、阴极组件结构、电泳沉积工艺等方面入手,研究了各关键工艺机理及其对阴极性能的影响。主要研究内容如下:1、确定了制备多孔钨基体的最佳工艺参数,成功地采用模压方法制备出满足要求的多孔钨基体,设计的锥度CrWMn钢模具解决了钨饼脱模过程存在的崩角、断层等问题,将脱模造成的钨饼损坏降为零。2、采用化学沉积方法取代传统机械混合方法制备活性发射物质原料,直流发射性能测试结果表明,阴极在1000℃时偏离点电流密度为为3.26A/cm2,优于普通B型阴极2 A/cm2的发射能力。3、确定了阴极组件模型的接触条件:发射带与支撑筒理想接触、填充物与热子及填充物与支撑筒接触面热导系数为0.001 W/(mm2˙K)。在此基础上模拟热子圈数、热子丝径和填充高度对热场分布影响,并设计新的组件结构。仿真结果显示,新结构的热子工作温度下降200多度,组件温度分布更加均匀,这对提高热子的工作寿命和阴极的工作稳定性具有重要意义。4、利用静电场边界条件建立电泳沉积模型,推导出沉积量与电压和沉积时间的二次关系式。根据关系式,在不同的电泳条件下得到相同厚度的氧化铝绝缘层。热处理后测得40V电压下沉积6s得到的氧化铝热子绝缘层电阻率最高。老炼结果显示,热子可以在1100℃下连续工作超过3000h。5、采用排气台二极管测试系统和回旋管整管测试系统对阴极发射性能进行验证。结果表明:阴极在温度为1100℃时,偏离点电流大于5.05 A/cm2。在40kV工作电压下,加载功率43.5W时,脉冲电流发射密度达到13.1 A/cm2,阴极性能满足回旋管要求。