專利名稱：多元大尺寸稀土硼化物L(fēng)a_xCe_1-xB₆單晶塊體陰極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于稀土硼化物陰極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種利用光學(xué)區(qū)域熔煉法制備LaxCe1-J6(0. 2 ^ χ ^ 0. 6)單晶塊體材料的方法。
背景技術(shù)：
自1951年，美國的J. Μ. Lafferty發(fā)現(xiàn)六硼化鑭具有優(yōu)異的電子發(fā)射特性后，開啟了稀土硼化物研究熱潮。研究的熱點主要集中在1^動6和(動6等二元稀土硼化物陰極。20 世紀(jì)60年代末，人們發(fā)現(xiàn)某些多元稀土硼化物如(La-EuW6具有比二元稀土硼化物更為優(yōu)異的發(fā)射性能。但到目前為止，國內(nèi)外對多元稀土硼化物研究和應(yīng)用非常匱乏，特別是單晶體的研究。目前，通常采用鋁溶劑法制備稀土硼化物單晶塊體，但此方法制備出的單晶體尺寸較小，尺寸約為長、寬、高IX lX2mm3，并在制備過程中帶有雜質(zhì)鋁元素，降低了單晶純度，有效的降低了發(fā)射電流密度，限制了其實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的樣品尺寸小，質(zhì)量差(晶體中存在亞晶界)，而提供一種了高質(zhì)量，高純度，大尺寸的LaxCei_x (0. 2彡χ彡0. 6)單晶塊體陰極材料的制備方法。 本發(fā)明所提供的方法能提高單晶體的質(zhì)量及尺寸，有利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。本發(fā)明所提供的大尺寸，高質(zhì)量LaxCei_x (0. 2 ^ χ ^ 0. 6)單晶塊體陰極材料的制備方法，包括以下幾個步驟(1)將La^5與& 粉末按照摩爾比為2 8-6 4混合后，裝入模具中進(jìn)行真空放電等離子燒結(jié)；燒結(jié)參數(shù)如下，燒結(jié)溫度1150-120(TC，燒結(jié)壓強(qiáng)0-20MPa，保溫時間 5-lOmin，升溫速率110-120°C /min。整個裝粉與燒結(jié)過程都是配有氧含量凈化裝置的一體化系統(tǒng)中進(jìn)行，有效地避免了樣品的氧化。(2)將燒結(jié)后的多晶棒切成直徑為Φ5-7πιπι的籽晶和料棒，在光學(xué)區(qū)域熔煉爐中進(jìn)行區(qū)熔。光學(xué)爐型號為FZ-T-12000-S-BU-PC，由四個Xe燈加熱，熔區(qū)最高溫度可達(dá) 30000C。晶體生長過程是在密閉的石英管中進(jìn)行，為了有效抑制La和Ce元素的揮發(fā)和氧化，向石英管內(nèi)通入流動氬氣，氣體流速為l-2L/min，氣體壓強(qiáng)為0. 5-0. 7MPa。為了使熔區(qū)更加均勻，將籽晶和料棒反向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為30-40rpm，生長速度為7_10mm/h。與現(xiàn)有制備技術(shù)鋁溶劑法相比較，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明方法制備出的三元LaxCei_x (0. 2 ^ χ ^ 0. 6)單晶塊體具有尺寸大，純度高，質(zhì)量高等特點。


圖1、實施例1制備的Laa6Cq4B6單晶體的實物照片。
圖2、實施例1制備的Laa6Cq4B6單晶體的單晶衍射快速掃描照片。圖3、實施例1制備的Laa6Cq4B6單晶體的沿(001)方向衍射圖。以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實施例。
具體實施例方式實施例1(1)將LaB6與( 粉末按6 4化學(xué)配比機(jī)械混合后，裝入內(nèi)徑為Φ15πιπι、高度為140mm的石墨模具中進(jìn)行真空放電等離子燒結(jié)(SPS)。燒結(jié)參數(shù)如下，燒結(jié)溫度1150°C， 燒結(jié)壓強(qiáng)0MPa，保溫時間5min，升溫速率110°C /min。(2)將燒結(jié)后的多晶棒切成直徑為Φ7πιπι的籽晶和料棒，在光學(xué)區(qū)域熔煉爐中進(jìn)行區(qū)熔。為了有效抑制La和Ce元素的揮發(fā)和氧化，向石英管內(nèi)通入高純流動氬氣，氣體流速為lL/min，氣體壓強(qiáng)為0.5MPa。為了使熔區(qū)更加均勻，將仔晶和料棒反向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 30rpm,生長速度為7mm/h。從圖1可看出，La0.6Ce0.4B6晶體粗細(xì)均勻，表面光滑，沒有發(fā)現(xiàn)氣體和雜質(zhì)溢出的痕跡，表明晶體生長非常均勻，晶體直徑為5mm，長度為35mm，顏色為紫紅色。圖2為La^5單晶衍射快速掃描照片，圖中每個衍射斑點均為獨(dú)立的斑點，沒有發(fā)現(xiàn)劈裂現(xiàn)象，具有良好的軸對稱性，說明該晶體為單晶體。圖3為沿(001)方向衍射圖譜，從圖中可看出該單晶體為立方結(jié)構(gòu)。實施例2(1)將LaB6與( 粉末按4 6化學(xué)配比機(jī)械混合后，裝入內(nèi)徑為Φ15πιπι、高度為140mm的石墨模具中進(jìn)行真空放電等離子燒結(jié)(SPS)。燒結(jié)參數(shù)如下，燒結(jié)溫度1200°C， 燒結(jié)壓強(qiáng)10MPa，保溫時間5min，升溫速率110°C /min。(2)將燒結(jié)后的多晶棒切成直徑為Φ7πιπι的籽晶和料棒，在光學(xué)區(qū)域熔煉爐中進(jìn)行區(qū)熔。為了有效抑制La和Ce元素的揮發(fā)和氧化，向石英管內(nèi)通入高純流動氬氣，氣體流速為2L/min，氣體壓強(qiáng)為0.6MPa。為了使熔區(qū)更加均勻，將仔晶和料棒反向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 40rpm，生長速度為8mm/h。360度Phi掃描快速掃描和沿(001)方向慢掃結(jié)果表明該晶體IAl4Ci5a6B6為單晶體。實施例3(1)將LaB6與CeB6粉末按2 8化學(xué)配比，裝入內(nèi)徑為Φ 15mm、高度為140_的石墨模具中進(jìn)行真空放電等離子燒結(jié)(SPS)。燒結(jié)參數(shù)如下，燒結(jié)溫度1200°C，燒結(jié)壓強(qiáng) 20MPa，保溫時間5min，升溫速率120°C /min。(2)將燒結(jié)后的多晶棒切成直徑為Φ7πιπι的籽晶和料棒，在光學(xué)區(qū)域熔煉爐中進(jìn)行區(qū)熔。為了有效抑制La和Ce元素的揮發(fā)和氧化，向石英管內(nèi)通入高純流動氬氣，氣體流速為2L/min，氣體壓強(qiáng)為0. 7MPa。為了使熔區(qū)更加均勻，將仔晶和料棒反向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 40rpm，生長速度為10mm/h。360度Phi掃描快速掃描和沿(OOl)方向慢掃結(jié)果表明該晶體IAl2Ci5a8B6為單晶體。
權(quán)利要求
1.多元稀土硼化物(LaxCeh)B6, (0. 2 ^ χ ^ 0. 6)單晶材料的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟(1)將La^5與& 粉末按照摩爾比為2 8-6 4混合后，裝入模具中進(jìn)行真空放電等離子燒結(jié)得到多晶棒；燒結(jié)參數(shù)如下，燒結(jié)溫度1150-1200°C，燒結(jié)壓強(qiáng)0-20MPa，保溫時間:5-10min，升溫速率:110-120°C /min ；(2)將燒結(jié)后的多晶棒切成直徑為Φ5-7πιπι的籽晶和料棒，在光學(xué)區(qū)域熔煉爐中進(jìn)行區(qū)熔；然后是在密閉的石英管中晶體生長，向石英管內(nèi)通入流動氬氣，氣體流速為1-2L/ min，氣體壓強(qiáng)為0. 5-0. 7MPa，將籽晶和料棒反向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為30_40rpm，生長速度為 7-10mm/ho
全文摘要
多元大尺寸稀土硼化物L(fēng)axCe1-xB6單晶塊體陰極材料的制備方法屬于稀土硼化物熱陰極和冷陰極材料技術(shù)領(lǐng)域。目前，多元稀土硼化物單晶體的研究很少，且制備工藝復(fù)雜，單晶體質(zhì)量較差，尺寸小，很難實際應(yīng)用。本發(fā)明陰極材料的組成為LaxCe1-xB6，0.2≤x≤0.6。本發(fā)明采用放電等離子燒結(jié)發(fā)法，在高真空環(huán)境下制得LaxCe1-xB6多晶棒，再將制備的多晶棒放入光學(xué)區(qū)熔爐中進(jìn)行熔煉。在晶體生長過中，為了有效抑制La和Ce元素的揮發(fā)和氧化，向石英管內(nèi)通入高純流動氬氣，氣體流速為1-2L/min，氣體壓強(qiáng)為0.5-0.7MPa。為了使熔區(qū)更加均勻，將仔晶和料棒反向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為30-40rpm，生長速度為7-10mm/h。本發(fā)明方法制備出的單晶體尺寸大、純度高，質(zhì)量好。
文檔編號C30B13/28GK102433587SQ20111027825
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者包黎紅, 張久興, 張寧 申請人:北京工業(yè)大學(xué)