石墨阴极具有放气率较低、高温稳定性良好、使用寿命较长等优点，是产生重频长脉冲高功率微波的重要候选阴极。本文通过焦炭原料粉的选择和石墨制备工艺技术的优化对石墨阴极的微观形貌及结构进行调整；通过测试石墨阴极的强流电子发射性能，探索石墨微观组织结构对阴极发射性能的影响规律，以及探索提高石墨阴极强流电子发射性能的方法，并对石墨阴极在爆炸发射过程中的稳定性进行研究。实验选择了100目鳞片石墨粉、400目炭黑石墨粉和200目石油焦石墨粉可以制备得到具有不同微观形状的颗粒的石墨阴极：其中鳞片石墨颗粒为片层结构，形状场增强因子为12；炭黑颗粒为球状，场增强因子为3；石油焦石墨颗粒分布范围大，场增强因子分布大，结构的均匀性稍差。采取模压-再次等静压工艺，以250MPa模压、1000℃碳化，以10%wt的钡酚醛树脂作为作为粘结剂，可以制备出密度为2.06g/cm3的鳞片石墨阴极。以30%wt的沥青作为粘结剂，可以制备得到密度为1.38g/cm3的炭黑石墨阴极和密度为1.54g/cm3的石油焦石墨阴极不同微观组织结构的石墨阴极的电子发射性能研究结果表明石墨平均颗粒的形状对阴极的最大发射电流和等离子体膨胀速度有一定影响：在加载电压为278~518kV，阴阳极间距为12mm的条件下，片状鳞片石墨具有最大的发射电流25.0~35.4kA，阴极表面等离子体膨胀速度约为2.9cm/μs；石油焦石墨和炭黑石墨的发射电流相对较低，等离子体膨胀速度约为4.1cm/μs；石墨最小颗粒尺寸对阴极发射阈值有影响，炭黑石墨平均粒径为200nm，发射阈值为42.3-98.6kV/cm，鳞片石墨粒径为1μm，发射阈值为66.0-119.9kV/cm；低密度石墨阴极在较低电场下发射性能优于高密度石墨阴极，在较高电场下则相反。介质掺杂对石墨阴极的发射性能提高不明显，但会改变石墨阴极的发射机制，阴极发射面的稳定性显著提高。通过扫描电镜观察了强流电子发射前后石墨阴极发射面的形貌变化，通过XRD和激光拉曼光谱分析了阴极表面石墨化度的变化，研究结果表明：爆炸发射过程中存在由于阳离子反向轰击注入阴极表面使得阴极发射面平滑且封孔的现象；爆炸发射过程中等离子体的产生和扩展会使完整石墨微晶区域发生破环，而强流电子发射过程引起迅速焦耳加热，导致阴极表面高温，使得易石墨化的缺陷区域发生石墨化转变，因此，POCO石墨阴极在强流电子发射后石墨化度有小幅降低，从66.62%下降为62.46%；而低石墨化度的石油焦石墨阴极在强流电子发射后石墨化度有所升高，从69.79%上升至72.93%。