Hurtillförbereda sig högtprestanda lantanhexaborid (LaB6)
Lantanhexaborid (LaB6) är erkänt som det bästa heta katodmaterialet för närvarande, som har egenskaperna för lågt flyktarbete, god kemisk stabilitet, hög smältpunkt, hög hårdhet, hög emissionsströmtäthet och stark motståndskraft mot jonbombardemang. LaB6 har ett brett utbud av applikationer och har framgångsrikt använts inom mer än 20 militära och högteknologiska områden, såsom radar, flyg, elektronikindustri, etc. Dess produktserie omfattar huvudsakligen tre typer av pulver, polykristall och enkristall. I synnerhet är lantanhexaborid enkristall det bästa materialet för att göra högeffektelektronrör, magnetron, elektronstråle, jonstråle och acceleratorkatod.
Fysikaliska och kemiska egenskaper hos LaB6
Existensintervallet för lantanhexaborid: innehåller B 85.8-88 (vikt)%, den är lila när den innehåller B 85.8% och blå när den innehåller B 88%; Densiteten är 4,7 g/cm3, motståndet vid rumstemperatur är 15-27 μΩ, Vickers hårdhet är 27,7 GPa, arbetsfunktionen är 2,66 eV, emissionskonstanten är 29A/cm2·K2.
Lantanhexaborid är ogenomskinlig och ser ljust rödlila ut när den är torr och djupröd när den är fuktig. Lantanhexaborid har en kubisk kristallstruktur, som visas i figur 1:
Figur 1 Kristallstruktur av LaB6
Från figuren kan det ses att de strukturella egenskaperna hos den kubiska kristallen av lantanhexaborid är:
1) Boratomer bildar en tredimensionell kubisk ramstruktur som innehåller större lantanatomer.
2) Borramverket är en oktaeder, och vid varje spets av en kub finns en oktaeder som bildas av ett boratomiskt ramverk, som är förbundna med varandra genom sina spetsar.
3) Varje boratom ligger intill fem boratomer, fyra inom dess oktaeder och en i riktning mot en av kubens huvudaxlar, vilket ger en homopolär gitterstruktur med ett koordinationstal på 5.
4) Varje boratom har tre valenselektroner tilldelade fem bindningar.
5) Koordinationstalet för metallatomer fångade i ett borgitter är 24.
Kristallstrukturen hos borider bestämmer deras unika egenskaper:
1) På grund av den starka bindningskraften mellan boratomer (gitterkonstant 4,145 Å) är det en eldfast förening med en smältpunkt på 2210 grader.
2) Vid rumstemperatur reagerar den endast med salpetersyra och regenvatten; Syre genomgår endast oxidation vid 600-700 grad.
3) Inom ett visst temperaturområde närmar sig expansionskoefficienten noll.
4) God stabilitet i luften och ytföroreningar under användning kan återställas genom vakuumvärmebehandling.
5) Bra motstånd mot jonbombardemang och kan motstå hög fältstyrka.
6) På grund av frånvaron av valensbindningar mellan metallatomer och boratomer är metallatomernas valenselektroner fria. Så borider har hög konduktivitet, och motståndet för lantanhexaborid är ungefär detsamma som för metalliskt bly. Temperaturkoefficienten för dess resistivitet är positiv.
7) Om hexaborider tillåts komma i kontakt med eldfasta metaller vid höga temperaturer kommer bor att diffundera in i metallens galler och bilda interstitiella borlegeringar med metallen. Samtidigt kommer borramverket att kollapsa, vilket gör att metallatomerna kan avdunsta.
8) När borider värms upp till en viss temperatur förångas metallatomerna på kristallens yta, men fylls omedelbart på av metallatomerna som diffunderar inifrån gittret, medan borramverket förblir oförändrat, vilket minimerar förlusten av ytaktiva ämnen .
På grund av ovanstående fördelar har LaB6 gjorts till elektroniska komponenter i modern teknik och används i stor utsträckning inom civil- och försvarsindustrin:
1) Elektroniska emissionskatoder. På grund av det låga elektronflyktarbetet kan katodmaterial med den högsta emissionsströmmen vid medeltemperatur erhållas, särskilt högkvalitativa enkristaller, som är idealiska material för högeffektelektronemissionskatoder.
2) Ljuskälla med hög ljusstyrka.
3) Systemkomponenter med hög stabilitet och lång livslängd. Dess utmärkta omfattande prestanda möjliggör dess tillämpning i olika elektronstrålesystem, såsom elektronstrålegravering, elektronstrålevärmekällor, elektronstrålesvetspistoler och acceleratorer, för produktion av högpresterande komponenter inom teknikområden.
Förberedelse för LaB6
(1) Framställning av LaB6-pulver
1) Ren elementsyntesmetod
Denna metod är den initiala forskningsmetoden, lämplig för fasdiagramforskning, men inte lämplig för praktiska produktionsapplikationer.
2) Syntes av föreningar som innehåller La och föreningar som innehåller B
Denna metod är en industriell metod, och det finns olika reaktionsformler beroende på reaktanterna:
3) Reducering av La-föreningar med ren B
(2) Framställning av LaB6 polykristallina material
LaB6 polykristaller framställs i allmänhet genom sintring och varmpressningsmetoder. I situationer där provet har hålrum kan sintring endast användas för förberedelse. Sintring med hjälp av LaB6-, ZrB2- eller ZrC-deglar. För att förhindra infiltration av B är det inte tillrådligt att använda B-degel. Vanligtvis sintrad i väteatmosfär. Varmpressningstrycket är 400 atm, temperaturen är 2000 grader och hålltiden är 1-2 timmar. Storleken på ämnet är i allmänhet φ 100 mm × 30 mm.
(3) Framställning av LaB6 Single Crystal
För närvarande kan framställningsmetoderna för enkristaller sammanfattas som zonsmältningsmetod, lösningsmedelsmetod och gasfasmetod.
1) Zonsmältningsmetod
Zonsmältningsmetoden är den mest använda metoden för att framställa boridenkristaller av sällsynta jordartsmetaller. När man använderLaB6som ett elektrodstrålningsmaterial är det nödvändigt att förbereda enkristaller med hög renhet. Även om inget exakt samband har hittats mellan föroreningarna i LaB6 och dess livslängd som emitterande elektrod, ju högre renhet avLaB6, desto längre livslängd. Därför är det mycket meningsfullt att förbereda material med hög renhet.
För att förbereda hög renhetLaB6, en suspensionszonssmältningsmetod utan en degel används i allmänhet, skyddad av inert gas, som visas i figur 2:
Figur 2 Schematiskt diagram över zonsmältningsmetod
Zonsmältningsmetoderna för framställning av enkristaller inkluderar radiofrekvensuppvärmning, elektronstråleuppvärmning, båguppvärmning och laserstråleuppvärmning.
2) Lösningsmedelsmetod
Lösningsmedelsmetoden är också den grundläggande metoden för framställning av enkristallLaB6, som inkluderar två metoder: lösningsmedelsmetoden i aluminium och lösningsmedelsmetoden för sällsynta jordartsmetaller. De två är lika, förutom att den senare använder sällsynta jordartsmetaller istället för aluminium, som visas i diagrammet nedan:
Figur 3 Schematiskt diagram av aluminiumlösningsmedelsmetod
3) Gasfasutfällningsmetod (CVD).
Gasfasfällningsmetoden är processen att använda gasformiga ämnen för att genomgå kemiska reaktioner på ytan av ett fast material, vilket genererar fasta avlagringar. Det schematiska diagrammet över dess princip är som följer:
Figur 4 Schematiskt diagram av CVD-metodens princip
De kemiska reaktionsformlerna som är tillämpliga för produktion av LaB6 med CVD-metoden inkluderar:
HNRE har framgångsrikt framställt LaB6-pulver med en renhet på mer än 99 % genom förbehandling av borkarbidråmaterial och kemisk rening av LaB6-pulver. Vi har också utvecklat en sintringsprocess för temperatur-tryck dubbelgradient för högdensitet LaB6 polykristallina block. Densiteten hos den polykristallina bulken är mer än 95%, och kornstorleken är cirka 20 μm. Vår ihåliga katod av LaB6 polykristallblock har egenskaperna hög emissionsströmtäthet, lång katodlivslängd och stabil katodprestanda.