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阴极作为真空电子器件的心脏部件，在大功率微波管中有着广泛的应用。20世纪90年代以来，稀土氧化物-钨热电子发射材料的研究与应用已成为热点。本文采用稀土氧化物(CeO2、Sc2O3、Y2O3)对钨粉进行了改性，研究了改性钨粉的组成、钡钨阴极基体的制备工艺以及阴极的发射性能和寿命。
研究了一元稀土氧化物(CeO2)和二元稀土氧化物(CeO2+SC2O3)对钨粉的掺杂改性。采用机械混合法，经等静压成型，高温烧结，得到掺杂稀土氧化物多孔钨基体。研究了掺杂量，烧结温度，保温时间对基体气孔率和孔分布的影响。研究表明：当CeO2掺杂量为2wt％、烧结温度1900℃、保温2h时，基体气孔率为23.56％，稀土CeO2分布均匀，基体内部孔径分布窄(1～3μm)，平均孔径为2.08μm，优于纯钨和掺杂二元稀土氧化物(CeO2+Sc2O3)基体。
将改性后的钡钨阴极基体1840℃浸渍411铝酸盐(摩尔比4BaO：CaO：Al2O3)，加工、覆膜后，利用水冷阳极二极管测试阴极发射性能。研究表明：阴极正常工作温度1050℃下，纯钨基钡钨阴极的直流和脉冲发射电流密度分别为4.13A·cm-2和12.03A·cm-2，掺杂CeO2钡钨阴极的直流和脉冲发射电流密度分别为6.33 A·cm-2和17.48A·cm-2，是纯钨基钡钨阴极的1.53倍和1.76倍。掺杂Sc2O3+CeO2钡钨阴极的直流和脉冲发射电流密度分别为4.75A·cm-2和13.38A·cm-2，是纯钨基钡钨阴极的1.15倍和1.11倍。同时CeO2掺杂有助于降低钡钨阴极的有效逸出功φe，使有效逸出功φe从1.92eV降为1.86eV。
对掺杂一元稀土氧化物(CeO2、Y2O3)和二元稀土氧化物(CeO2+Sc2O3、CeO2+Y2O3)钡钨阴极寿命进行了试探性研究。研究表明：1050℃时，掺杂CeO2钡钨阴极寿命测试0h、10h和20h电流密度分别为4.63A·cm-2、3.68A·cm-2和2.55A·cm-2，随着寿命测试时间的延长，阴极的发射电流密度逐步降低。掺杂Y2O3钡钨阴极寿命测试0h、10h和20h电流密度分别为3.75A·cm-2、4.38A·cm-2和4.52A·cm-2，随着寿命测试时间的延长，阴极的发射电流密度逐步增加。掺杂CeO2+Sc2O3钡钨阴极寿命测试0h、10h和20h电流密度分别为2.8A·cm-2、3.92A·cm-2和4.03 A·cm-2；掺杂CeO2+Y2O3钡钨阴极1050℃时，寿命测试0h、10h、20h、160h和280h电流密度分别2.42A·cm-2、2.69A·cm-2、3A·cm-2、2.99A·cm-2和3.21A·cm-2。可见掺杂二元稀土氧化物钡钨阴极寿命测试20h以后，电流密度无降低趋势，其寿命优于掺杂一元稀土氧化物钡钨阴极。
采用溶胶-凝胶法制备了掺杂稀土氧化铈钨粉。研究表明，最佳工艺条件：偏钨酸铵(AMT)溶液浓度为0.2mol/L，pH=1，反应温度80℃，烘干温度120℃，煅烧温度为600℃，保温2h，煅烧产物物相为WO3和CeO2。采用两段还原法，经氢气还原后，复合粉体物相为W和CeO2-x，稀土元素以氧化物形式存在且均匀分布在钨粉中，颗粒呈准球形，无团聚，平均颗粒粒径为80nm左右。