[发明专利]一种铝热还原制备稀土金属六硼化物的方法

说明书

一种铝热还原制备稀土金属六硼化物的方法，涉及稀土金属六硼化物制备技术领域，包括：步骤1：将稀土氧化物、碳化硼和金属铝均匀混合，得到混合原料；步骤2：在惰性气氛中对所述混合原料进行加热，使其发生高温还原反应；步骤3：对高温还原反应完成后得到的产物依次进行冷却、破碎和细磨处理，得到还原产物粉末；步骤4：将所述还原产物粉末依次经过碱洗、过滤、漂洗和烘干，得到稀土金属六硼化物。本发明采用稀土氧化物、碳化硼和金属铝为原料制备稀土金属六硼化物，解决了传统方法中存在强烈放热的问题，大幅降低的高温过程的反应热效应，综合考虑了方法的经济性和可实施性。

技术领域

本发明涉及稀土金属六硼化物制备技术领域，尤其涉及一种铝热还原制备稀土金属六硼化物的方法。

背景技术

稀土金属硼化物凭借其优异的电子发射特性成为了目前应用极为广的高端电子发射阴极材料。如LaB₆和CeB₆已经大量地应用于电子显微镜、电子束刻蚀系统和X射线源等高端设备。另外，稀土金属硼化物的熔点往往接近3000℃，是可应用于极端条件下的陶瓷材料。同时，稀土金属硼化物往往还具备特殊的电磁性能。但目前可实现应用的稀土金属硼化物的方法一般都是元素合成法，直接使用稀土金属和无定型硼粉进行化合反应。由于这两种原料均不易获得，使稀土金属硼化物的获得成本极高。另外，直接元素合成过程中伴随着强烈的放热，使得该方法难以一次性大批量地制得产品。这两点都限制了该材料的大规模应用。本发明目的是使用稀土氧化物、碳化硼和金属铝这类易得的原材料，设计出一套化学热效应弱的高温反应过程，实现在较为温和的条件下获得稀土金属六硼化物。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用廉价原料在较为温和地条件下大批量制备稀土金属六硼化物的方法。本发明采用稀土氧化物、碳化硼和金属铝为原料制备稀土金属六硼化物，这几种原料均为常见的冶金、材料和化工产品，价格较为便宜。并且这些原料的运输、储存过程中均不涉及特殊条件，进一步降低了生产、运营和维护的成本。本发明中使用碳化硼为硼源，相比于较常用的氧化硼来说，在反应过程中的热效应更低，有利于实现反应过程的温和可控。另外，使用金属铝为原料，是考虑到铝在高温反应过程中既能起到还原剂的作用也能起到脱碳剂的作用，铝可以很好地与稀土氧化物和碳化硼进行彻底的复合高温反应。另外，在高温下，铝的蒸气压远小于钾、钙、钠、镁等其他金属还原剂，这也使得在实际操作过程中的安全性更强。基于以上的分析，本发明所涉及的方法很好地解决了传统制备稀土金属六硼化物方法中原料成本高、存在强烈放热的特点，大幅降低的原料成本和高温过程的反应热效应。本发明综合考虑到了方法的经济性和可实施性，为该方法的工业实施提供了有利条件。

根据本发明的第一方面，提供了一种铝热还原制备稀土金属六硼化物的方法，所述方法包括：

步骤1：将稀土氧化物、碳化硼和金属铝均匀混合，得到混合原料；

步骤2：在惰性气氛中对所述混合原料进行加热，使其发生高温还原反应；

步骤3：对高温还原反应完成后得到的产物依次进行冷却、破碎和细磨处理，得到还原产物粉末；

步骤4：将所述还原产物粉末依次经过碱洗、过滤、漂洗和烘干，得到稀土金属六硼化物。

进一步的，所述稀土氧化物的纯度大于99wt.％；

所述碳化硼是硼含量为75～90wt.％的硼碳化合物；

所述金属铝为粉末或颗粒。

进一步的，所述混合原料中，硼元素与稀土元素的摩尔比为(5.8～8.0)：1；

铝元素的摩尔量不低于4/3n_C+2/3n_O且不高于4n_C+2n_O；其中，n_C为碳元素的摩尔量；n_O为氧元素的摩尔量。