[发明专利]一种六硼化镧晶须的制备方法

说明书

一种六硼化镧晶须的制备方法，以金属镧和单质硼粉为反应原料，以金属铝为助熔剂，将金属镧粉与单质硼粉充分混合并研磨均匀，加入一定量的金属铝，并通过缝隙填充法、分层法和钻孔法的特殊方法对铝助溶剂进行处理，去除铝表面氧化膜、使得原料相对集中和减小提纯时间，提高六硼化镧晶须的制备效率。

技术领域

本发明涉及一种六硼化镧晶须的制备方法。

背景技术

六硼化镧由于其独特的结构特点，决定了其特殊的性能。六个体积较小的硼原子形成八面体的框架结构，八个硼的这种框架结构在立方体的八个顶点包裹着体积较大的镧原子。这种独特的结构决定了其具有较高的熔点、较大的硬度、较好的化学稳定性和热稳定性，并且具有良好的导电性和低的逸出功，同时其具有耐离子轰击性强、抗中毒性好、寿命长等优点。因此，六硼化镧是一种良好的热阴极电子源，被广泛运用于透射电镜、扫描电镜和电子束加工设备等领域。现已成功制备出粉末状、块状和针状的六硼化镧。其中，铝助熔剂法培养温度较低，工艺简单，能够制备出较大的针状单晶六硼化镧。

然而，在过去的助熔剂法制备六硼化镧的过程中，直接将配好的配料放入高温炉中烧结，会存在一些问题：首先，加入的铝助熔剂是一个个颗粒状的，这样铝助熔剂总比表面积过大，与空气接触后在表面形成致密的氧化铝薄膜，从而在炉子中铝氧化后被表面的氧化膜包裹住，很难与金属镧粉和硼粉接触，从而大大降低了生产效率，这也是铝助溶剂法制备六硼化镧晶须最大的问题；其次由于铝要过量，这样导致原料镧粉和硼粉在铝助溶剂中过于分散，不利于生长出更大的六硼化镧晶须；最后，烧结完成后，生长出的六硼化镧晶须分布在铝块的各个部分，要将铝块全部溶去才能提纯，耗时过长，效率低下。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种六硼化镧晶须的制备方法。本发明以金属镧和单质硼粉为反应原料，以金属铝为助熔剂，将金属镧粉与单质硼粉充分混合并研磨均匀，加入一定量的金属铝，并通过特殊方法对铝助溶剂进行处理，从而达到去除铝表面氧化膜、使得原料相对集中和减小提纯时间的作用，进而提高六硼化镧晶须的制备效率。

本发明制备六硼化镧晶须的具体步骤是：

1、配制原料：在手套箱中磨取一定质量的金属镧粉末，并与一定质量的硼粉混合，将金属镧粉末和硼粉放入研钵研磨25～30min，使得金属镧粉与硼粉充分研磨并混合均匀。

2、采用缝隙填充法或分层法或钻孔法对铝助溶剂进行处理：

(1)缝隙填充法：在氧化铝坩埚中加入一定高纯度的颗粒铝，再将混合均匀的金属镧粉与硼粉倒入坩埚中，轻轻晃动，使得配料填入颗粒铝缝隙中，再加入少量铝颗粒覆盖金属镧粉与硼粉表面。将坩埚放入感应加热装置中，并在真空度为3pa环境中升温到650～700℃，待铝颗粒充分融化后停止加热。然后，将坩埚放入炉中烧结，升温至1350℃并保温12小时。烧结结束后，将样品取出，放入稀盐酸中浸泡，待铝助熔剂溶解后过滤得到六硼化镧晶须。

(2)分层法：先在氧化铝坩埚中放入金属铝，然后氧化铝坩埚放入感应加热装置中并在真空度为3pa环境下加热，待铝块融化后停止加热并取出。在铝表面加入一层金属镧粉和硼粉，并在配料上面再加入一层铝。将氧化铝坩埚放入感应加热装置中，在真空度为3pa环境下加热。如此重复，得到三层铝夹两层配料的结构。然后，将氧化铝坩埚放入炉中烧结，升温至1350℃并保温12小时。烧结结束后，将样品取出，放入稀盐酸中浸泡，待铝助熔剂溶解后过滤得到六硼化镧晶须。

(3)钻孔法：先在氧化铝坩埚中放入一定量的金属铝，然后将氧化铝坩埚放入感应加热装置中并在真空度为3pa环境下加热，待铝块融化后停止加热并取出。待冷却后，在铝块的垂直方向打孔，将混合均匀的金属镧粉与硼粉填充到孔洞中，并在金属镧粉与硼粉上面覆盖一层铝块。然后，将氧化铝坩埚放入炉中烧结，升温至1350℃并保温12小时。烧结结束后，将样品取出，放入稀盐酸中浸泡，待铝助熔剂溶解后过滤得到六硼化镧晶须。

所述金属镧、硼粉和铝助熔剂的质量比为2:1:27。