含钪扩散阴极具备低温大发射性能，在未来高功率高频率先进微波器件中有良好的应用前景。在电子枪结构中研究阴极的发射性能，不仅能够为器件设计和选用阴极提供直接的依据，而且能更真实的反映阴极的特性。然而阴极蒸发大小是真空电子器件实际应用中一个严重的问题，它不仅直接影响阴极自身的寿命，而且影响器件的特征和参数。同时阴极基体的微观结构对阴极蒸发与发射特性有密切的联系。因此本文对含钪扩散阴极在皮尔斯电子枪内应用特性、阴极蒸发特性以及基体微观结构改进的探索进行了研究。　　 本研究对于含钪扩散阴极的蒸发特性研究主要包括蒸发物的组成、不同温度下的蒸发速率、蒸发能的进行计算，并且提出影响阴极蒸发大小的因素。采用基于石英晶体振荡原理的阴极动态蒸发测量系统测定含钪扩散型阴极在不同温度下的蒸发量。结果显示在相同的工作温度下含钪扩散阴极的蒸发速率比普通M型阴极和浸渍钡钨阴极低一个数量级。并且通过计算得出阴极正常工作时的蒸发激活能约为3.55 eV。利用飞行时间质谱分析法对含钪扩散阴极不同工作阶段的蒸发物质进行分析。发现含钪扩散阴极中Sc的主要蒸发形式为ScO+，阴极蒸发物的主要成份为ScO+（31）、Ba++（69）、Ba+（138），并且含有少量的BaO。含钪扩散型阴极Ba和BaO的蒸发能均高于浸渍钡钨阴极和M型阴极。　　 本研究制备大电流密度含钪扩散阴极并应用于玻璃管皮尔斯电子枪中。阴极为未经过机械加工的平面结构，直径2mm。阴极在工作温度为950-1000℃b时，即可以提供电流密度100A/c㎡。在大多数电子枪实际应用中如TWT、速调管等，要求阴极表面为具有一定曲率的球面。首次成功制备大电流密度含钪扩散球面阴极，阴极饼直径2.88mm，球面曲率半径3.26mm。在电子枪中测试含钪扩散阴极的发射特性，获取良好的电子束，阳极电压23KV时通过率达到96.3％，并且成功支取电流密度80 A/c㎡。该结果证实含钪扩散阴极有能力在皮尔斯电子枪中提供50-80 A/c㎡电流密度。　　 本文探索阴极粉末结构细化对阴极发射性能的影响。采用液-液掺杂结合两步氢还原法制备出掺杂Re元素的氧化钪掺杂钨粉，用该纳米粉末制备阴极，基体孔度小、浸渍量低。得出结论纳米级粉末颗粒不适合制备浸渍型阴极。将纳米掺Re粉末通过热处理进行“造粒”，将该亚微米级掺Re粉末制备阴极。微观结构观察及发射性能测试结果显示：阴极基体孔度合适，孔结构良好，孔分布均匀，颗粒达到亚微米级。该阴极的发射测试结果显示在850℃b时Jdiv为30.14 A/c㎡。