Toz metalurji yöntemi ile tungsten katot üretimi ve sinterlenmesi
Tungsten cathode production and sintering with powder metallurgy method
Yazar: SELÇUK BOSTANCIOĞLU
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ÇİĞDEM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Vakum tüp teknolojisi elektron hareketinin elektrik ve manyetik alanla etkileşimi temeline dayalıdır. Katotlar vakum elektronik cihazlarının elektron kaynağı olarak tasarlanırlar. Elektron demetindeki enerji elektromanyetik RF kaynağı tarafından komunikasyon, güvenlik ve savunma sanayide, ısıtma, radar, medikal ve bilimsel uygulamalar için gigahertzlerden terahertzlere varan elektromanyetik sinyale dönüştürülür.
Tungsten termiyonik katotlar tungsten tozların sıkıştırılarak silindir pelet haline getirilmesi ve 2000°C nin üzerinde hidrojen atmosferinde belli süre bekletilerek sinterlenmesi ile %80 yoğunluğa ve %20 porozlu yapıya sahip olacak şekilde hazırlanırlar. Bu porozlu yapı emprenye sırasında emdirilen oksit malzemeler için depo vazifesi görür. Emprenye malzeme ise baryum oksit (BaO), kalsiyum oksit (CaO), aluminyum oksit (Al2O3) malzemelerden oluşur. Belli oranlarda baryum-kalsiyum-alumina içeren termiyonik malzemeler molar yüzdesine göre 5:3:2, 4:1:1 ve 3:1:1 oranında BaO:CaO:Al2O3 olacak şekilde sıralanır.
Termiyonik katot 1000°C ile 1100°C civarında ısıtılarak çalıştırılır. Bu sırada emdirilen malzemedeki baryum yüzeye doğru nüfuz ederek elektronun termiyonik emisyonu için düşük iş fonksiyonu oluşturması için aktif bir tabaka oluşturur. Daha iyi performansta çalışan tungsten tabanlı bir termiyonik katot elde etmek için porozitenin tüm tungsten matris içinde eşit ve dengeli dağılmış olması çok büyük önem arz etmektedir. Bu yüzden porozite dağılımı en önemli parametrelerden birini teşkil etmektedir.
Bu çalışma kapsamında uygun (%80) yoğunlukta ve porların homojen bir şekilde dağıldığı katot elde edilmiştir. Isıtma testinde 1050oC'ye kadar ısıtılarak tümleştirme işleminin başarıldığı ispatlanmıştır.

Abstract:
Vacuum tube technology is based on the interaction of electrical and magnetic fields with the electron flow. Cathodes are designed as electron sources for vacuum devices. The energy in electron beam is converted to electromagnetic radiation by the RF sources from a few hundred kilohertz to more than terahertz for applications in the area of communication, industrial heating, radar, spectroscopy, medical treatments and scientific research.
Tungsten cathode are prepared by compressing the tungsten powder into cylindrical pelet, then these consolidated pelet typically is sintered at a temperature over 2000°C in a hydrogen atmosphere for some definite of time to obtain a 80% dense porous tungsten matrix. This porous matrix acts as a reservoir for the impregnation of the emitting material that is a compound consisting of barium oxide (BaO), calcium oxide (CaO), aluminum oxide (Al2O3). Typical barium-calcium-aluminate impregnate compositions used in thermionic cathodes have BaO:CaO:Al2O3 molar ratios of 5:3:2, 4:1:1 and 3:1:1, respectively.
The thermionic cathode is heated to the temperature range from 1000°C to 1100°C in operation, this causes the emitting material barium diffuses to the surface for obtaining an active layer providing a low work function surface for the thermionic emission of the electrons. For better performance of the tungsten based dispenser cathodes, uniform and controlled porosity is critical. Therefore, the porosity distribution is the most significant parameter for its performance.
The thermionic cathodes main part of the vacuum electronics devices used for application of the defense and security, space communication, medical treatments and scientific research will be performed by way of purposing this project.
In this study, eighty percent density are obtained homogenously distributed in the cathode pores. In the heating test has proved successful integration process of heating up to 1050oC.