场发射电子源具备束斑亮度高、能散小、功耗较低、可以瞬时启动等性能优势,是高端真空电子器件的核心组成部分,决定了真空电子学设备的性能水平和应用范围。因其优异的导电性、机械性能和超高熔点,金属单晶钨针尖是目前最为广泛应用的场发射电子源,然而由于金属钨的功函数较大,导致其开启场强较高,且单晶钨场发射电子源的束斑电流较小;因此人们一直致力于开发新型的场发射阴极材料。金属碳化物能够有效地降低场发射阴极针尖的功函数,是目前场发射研究中非常有前景的一类材料。但将金属碳化物作为场发射阴极材料存在着两个主要的问题:1)金属碳化物熔点非常高,加工困难;2)金属碳化钨单晶针尖的制备困难。本研究开发出了一种新的制备方法,利用具有独特锥形结构的碳纳米锥作为模板和碳源,基于微操作/扫描电子显微镜系统,通过超快淬火法原位制备得到具有纳米尖端尺寸的碳化钨单晶针尖。并借助扫描电子显微镜的形貌分析、透射电子显微镜的高分辨以及成分分析等分析测试技术对其尖端结构及场发射性能进行了初步的研究,主要研究内容和结果如下:（1）采用不同类型的碳纳米锥作为碳源,利用微操作系统使其与钨探针发生反应,研究了不同类型的碳纳米锥以及不同淬火条件对碳化钨针尖的形貌和成分的影响。研究结果表明,利用原始碳纳米锥为模板,以2V/次的步长缓慢增大外加电压,可以成功制备得到尖端曲率半径只有50纳米的碳化钨单晶针尖。以此开发了一种新的碳钨化合物纳米场发射阴极针尖的制备方法。（2）利用高分辨透射电镜形貌观察和电子衍射分析研究了碳化钨单晶针尖的晶体结构,推测其发射晶面可能为（200）面,对应的功函数较低,阐明了其在场发射器件上的潜在应用。（3）对制备出的纳米级碳化钨场发射阴极针尖进行了电学测试,测得了其开启电场的大小及发射电流大小,并探究了其发射能力与发射晶面之间的关系。结果表明,与传统的钨阴极针尖的场发射开启电场相比,碳化钨阴极针尖的场发射开启电场较小,且场发射电流波动在4μA之内,电流波动较小,有较好的场发射稳定性。这将促进碳化钨材料在场发射阴极领域的应用。