[发明专利]多元稀土硼化物（LaxBa1-x）B6阴极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于稀土硼化物热阴极材料技术领域，具体涉及一种高纯高致密多元稀土硼化物(La_xBa_1-x)B₆阴极材料及其制备方法。

背景技术

自1951年，美国的J.M.Lafferty发现六硼化镧具有优异的电子发射特性后，开启了稀土硼化物研究热潮。研究的热点主要集中在LaB₆和CeB₆等二元稀土硼化物阴极。20世纪60年代末，人们发现某些多元稀土硼化物如(La-Eu)B₆具有比LaB₆更为优异的发射性能。但到目前为止，国内外对多元稀土硼化物的研究和应用非常匮乏。多元稀土硼化物阴极材料的传统制备方法一般分为两步：第一步先采用熔盐电解、硼热、碳化硼还原等方法制备多元稀土硼化物粉末，将粉末经化学方法除杂提纯、水洗、干燥、破碎、筛分；第二步再采用热压烧结的方法在高温(1800℃～2100℃)条件下，长时间(2～10h)烧结制备成多元稀土硼化物块体。这种方法的缺点是烧结温度太高，烧结时间太长，产品不够致密，反应不完全，产物不纯，工艺复杂，因而会严重影响产品性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的问题，而提供一种高纯高致密多元稀土硼化物(La_xBa_1-x)B₆阴极材料及其制备方法。本发明所提供的方法烧结温度低、时间短，工艺简单。

本发明所提供的一种高纯高致密多元稀土硼化物阴极材料的组成为(La_xBa_1-x)B₆，其中，0.3≤x≤0.7。

本发明采用氢直流电弧蒸发冷凝与放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备多元稀土硼化物(La_xBa_1-x)B₆阴极材料，具体步骤如下：

1)采用直流电弧蒸发冷凝设备，抽真空至2×10^-2Pa后，通入体积比为1～4∶1的氢气与氩气的混合气或者氢气与氦气的混合气，总气压为0.08～0.1MPa，以单质稀土金属La块为阳极，金属钨为阴极，反应电流40～90A，反应电压为20～50V，反应时间为30～50min，制备LaH₂纳米粉末；

2)采用直流电弧蒸发冷凝设备，抽真空至2×10^-2Pa后，通入体积比为1～3∶1的氢气与氩气的混合气或者氢气与氦气的混合气，总气压为0.08～0.1MPa，以单质金属Ba块为阳极，金属钨为阴极，反应电流30～70A，反应电压为20～50V，反应时间为30～50min，制备BaH₂纳米粉末；

3)将LaH₂纳米粉末、BaH₂纳米粉末和B粉末于氧含量50ppm以下的氩气气氛中，按原子比x∶(1-x)∶6，0.3≤x≤0.7，研磨混匀后装入石墨模具中；

4)将模具置于SPS烧结腔体中，施加30～60MPa的轴向压力，在氧含量低于50ppm以下的氩气气氛或真空度优于5Pa的真空条件下烧结，以90～150℃/min的升温速率升温，烧结温度为1350～1650℃，保温5～15min，随炉冷却至室温，即得到多元稀土硼化物(La_xBa_1-x)B₆阴极材料。

其中，步骤1)所述的LaH₂纳米粉末的粒径为20～40nm；步骤2)所述的BaH₂纳米粉末的粒径为20～50nm；步骤3)所述的B粉末的粒径为20～40nm或1～40μm。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

本发明方法烧结温度低、时间短，工艺简单，所制备的多元稀土硼化物(La_xBa_1-x)B₆阴极材料致密度高，相对密度可达99.52％，维氏硬度达2521Kg/mm²，经X射线衍射分析为单一六硼化物相，X射线荧光光谱检测化学纯度达到99.91％。

附图说明

图1、实施例1制备的(La_0.3Ba_0.7)B₆烧结块体样品的X射线谱图。

图2、实施例2制备的(La_0.5Ba_0.5)B₆烧结块体样品的X射线谱图。