真空电子器件在广播、电视、无线电通讯、电子对抗等国民经济中发挥重要的作用。阴极作为真空电子器件的电子源,直接决定真空电子器件的特性和寿命。在电真空器件中应用最多的是热阴极,其中,含钪扩散阴极以其低温大发射特性,被认为是“下一代热阴极的主要代表”,在高功率高频率真空电子器件领域具有广阔的应用背景。本课题组前期研制的溶胶凝胶法制备的亚微米含钪扩散阴极热发射性能虽然达到了很高的发射水平,但阴极在机械加工过程中存在阴极表面缺陷、裂纹等缺点,不利于大规模的应用到实际生产中。本论文通过另一种制粉方法,喷雾干燥法,制备了Sc₂O₃掺杂W粉末。制备的粉末颗粒均匀,通过还原工艺的控制,钨粉粒度的大小可以控制在1-2μm。为了对不同W粒径大小制备的含钪扩散阴极进行对比,同时用液固掺杂的方法制备了4μm左右的Sc₂O₃掺杂W粉末。。利用激光粒度测试仪、X射线衍射仪、扫描电镜等研究了阴极材料的粒度分布、成分、微观形貌等。结果表明,利用喷雾干燥法制备出的微米级钨粉,可以在保持基体所需孔度的前提下,提高烧结温度,从而使阴极的机械加工性能较亚微米含钪扩散阴极改进,可以将阴极车制不同的形状和尺寸。经过充分激活后在900℃b空间电荷区偏离点电流密度为60A/cm2以上,发射性能与亚微米含钪扩散阴极接近。在上述微米级钨粉制备的阴极基础上,对阴极进行了机械加工获得表面车制阴极,对加工后的阴极发射性能进行了全面的评价,对阴极的寿命进行了评估,并对阴极表面元素浓度变化进行了分析研究。结果表明,经过二次处理后的表面车制含钪扩散阴极发射性能优异,经过充分激活后,在900o Cb时偏离点电流密度Jdiv达到62 A/cm2,温度补偿后直流偏离点电流密度可以达到20A/cm2以上,发射斜率1.415,表明发射均匀性良好。阴极在工作温度为970o Cb,电流密度40A/cm2直流负载条件下,寿命已达5000小时以上。研究结果认为,采用微米尺度氧化钪参杂钨粉制备的含钪扩散阴极具有可加工性能,并基本保持亚微米结构阴极的发射特性,可以用于实际生产。首次研究了含钪扩散阴极暴露大气和在残余气体作用下的抗中毒能力。研究发现,激活后的阴极暴露大气后,可经再激活完全恢复发射性能。与钡钨阴极单原子偶极层相比,含钪扩散阴极表面活性层对大气不敏感,因而阴极具有优异的抗暴露大气性能,在实际应用时,可用于可拆卸装置中的电子源,也可实施预加热处理以缩短激活时间。与其他热阴极相同,氧气、空气对含钪扩散阴极有中毒作用,中毒阈值压力随温度升高而提高;氮气对阴极发射基本没有不良作用。但是,含钪扩散阴极在1000℃b情况下,氧中毒的阈值为6×10-7Torr。比同等温度下钡钨阴极的氧中毒阈值高半个数量级,甚至高于钡钨阴极在1100℃b时的氧分压阈值。在1000℃b温度下,初始发射为（10-80）A/cm2时,含钪扩散阴极的空气中毒阈值为2×10-6Torr,比相应温度下保证10A/cm2发射时311-XM“M”型阴极所需环境的气压高至少一个数量级。说明含钪扩散阴极具有比钡钨类阴极优异的抗中毒能力。此外,阴极对氧和空气的中毒是可逆中毒,通过短暂时间的激活发射性能可以恢复。微米粒径含钪扩散阴极具有一定的抗离子轰击能力,阴极遭受严重离子轰击,致使活性层部分溅射后,经充分激活,发射性能仍可得到部分恢复。