какда сеподгответе високопроизводителност lантанов хексаборид (LaB6)
Лантановият хексаборид (LaB6) е признат за най-добрия материал за горещ катод в момента, който има характеристиките на ниска работа на бягство, добра химическа стабилност, висока точка на топене, висока твърдост, висока плътност на емисионния ток и силна устойчивост на йонно бомбардиране. LaB6 има широк спектър от приложения и се използва успешно в повече от 20 военни и високотехнологични области, като радар, космическа индустрия, електронна индустрия и др. Серията му от продукти включва главно три вида прах, поликристал и монокристал. По-специално, монокристалът на лантанов хексаборид е най-добрият материал за направата на високомощна електронна тръба, магнетрон, електронен лъч, йонен лъч и ускорителен катод.
Физични и химични свойства на ЛаБ6
Диапазонът на съществуване на лантанов хексаборид: съдържащ B 85.8-88 (wt)%, той е лилав, когато съдържа B 85,8%, и син, когато съдържа B 88%; Плътността е 4,7g/cm3, устойчивостта на стайна температура е 15-27 μΩ, твърдостта по Викерс е 27,7 GPa, работната функция е 2,66 eV, емисионната константа е 29A/см2·K2.
Лантановият хексаборид е непрозрачен и изглежда светло червеникаво лилав, когато е сух, и наситено червен, когато е влажен. Лантановият хексаборид има кубична кристална структура, както е показано на фигура 1:
Фигура 1 Кристална структура на LaB6
От фигурата може да се види, че структурните характеристики на кубичния кристал на лантанов хексаборид са:
1) Атомите на бор образуват триизмерна кубична рамкова структура, съдържаща по-големи атоми на лантан.
2) Борната рамка е октаедър и във всеки връх на куб има октаедър, образуван от борна атомна рамка, която е свързана помежду си чрез своите върхове.
3) Всеки борен атом е в съседство с пет борни атома, четири в неговия октаедър и един в посока на една от главните оси на куба, като по този начин дава хомополярна решетъчна структура с координационно число 5.
4) Всеки борен атом има три валентни електрона, приписани на пет връзки.
5) Координационното число на металните атоми, уловени в борна решетка, е 24.
Кристалната структура на боридите определя техните уникални свойства:
1) Поради силната сила на свързване между атомите на бора (константа на решетката 4,145 Å), това е огнеупорно съединение с точка на топене 2210 градуса.
2) При стайна температура реагира само с азотна киселина и царска вода; Кислородът претърпява окисление само при 600-700 степен.
3) В определен температурен диапазон коефициентът на разширение се доближава до нула.
4) Добра стабилност във въздуха и повърхностно замърсяване по време на употреба може да бъде възстановено чрез вакуумна топлинна обработка.
5) Добра устойчивост на йонно бомбардиране и способна да издържа на висока сила на полето.
6) Поради липсата на валентни връзки между металните атоми и атомите на бора, валентните електрони на металните атоми са свободни. Така боридите имат висока проводимост и съпротивлението на лантановия хексаборид е приблизително същото като това на металното олово. Температурният коефициент на неговото съпротивление е положителен.
7) Ако се позволи на хексаборидите да влязат в контакт с огнеупорни метали при високи температури, борът ще дифундира в решетката на метала и ще образува интерстициални борни сплави с метала. В същото време борната рамка ще се срути, позволявайки на металните атоми да се изпарят.
8) Когато боридите се нагреят до определена температура, металните атоми на повърхността на кристала се изпаряват, но незабавно се допълват от металните атоми, дифундиращи от вътрешността на решетката, докато борната рамка остава непроменена, минимизирайки загубата на повърхностно активни вещества .
Поради горните предимства, LaB6 е направен в електронни компоненти в съвременна технология и широко използван в гражданската и отбранителната промишленост:
1) Електронни емисионни катоди. Благодарение на ниското освобождаване на електрони могат да се получат катодни материали с най-висок емисионен ток при средни температури, особено висококачествени монокристали, които са идеални материали за катоди с висока мощност на емисия на електрони.
2) Точков източник на светлина с висока яркост.
3) Системни компоненти с висока стабилност и дълъг живот. Неговите отлични всеобхватни характеристики позволяват приложението му в различни електронно-лъчеви системи, като електронно-лъчево гравиране, електронно-лъчеви източници на топлина, електронно-лъчеви заваръчни пистолети и ускорители, за производството на високопроизводителни компоненти в инженерните области.
Изготвяне на LaB6
(1) Приготвяне на LaB6 прах
1) Метод на чист елементен синтез
Този метод е първоначалният изследователски метод, подходящ за изследване на фазова диаграма, но не е подходящ за практически производствени приложения.
2) Синтез на съединения, съдържащи La и съединения, съдържащи B
Този метод е промишлен метод и има различни реакционни формули в зависимост от реагентите:
3) Редуциране на La съединения с чист B
(2) Получаване на LaB6 поликристални материали
Поликристалите LaB6 обикновено се получават чрез методи на синтероване и горещо пресоване. В ситуации, когато пробата има кухини, синтероването може да се използва само за подготовка. Агломериране с използване на тигели LaB6, ZrB2 или ZrC. За да се предотврати проникването на B, не е препоръчително да се използва B тигел. Обикновено се синтерува във водородна атмосфера. Налягането при горещо пресоване е 400 atm, температурата е 2000 градуса, а времето за задържане е 1-2 часа. Размерът на заготовката обикновено е φ 100 mm × 30 mm.
(3) Получаване на LaB6 монокристал
Понастоящем методите за получаване на монокристали могат да бъдат обобщени като метод на зоново топене, метод на разтворителя и метод на газова фаза.
1) Метод на зоново топене
Методът на зоново топене е най-често използваният метод за получаване на монокристали от редкоземен борид. При използванеЛаБ6като материал за електродно излъчване е необходимо да се приготвят монокристали с висока чистота. Въпреки че не е открита точна връзка между примесите в LaB6 и експлоатационния му живот като излъчващ електрод, толкова по-висока е чистотата наЛаБ6, толкова по-дълъг е експлоатационният му живот. Следователно, подготовката на материали с висока чистота е много значима.
За да се подготви висока чистотаЛаБ6, обикновено се приема метод за топене в суспензионна зона без тигел, защитен с инертен газ, както е показано на фигура 2:
Фигура 2 Схематична диаграма на метода на зоново топене
Методите на зоново топене за получаване на монокристали включват радиочестотно нагряване, нагряване с електронен лъч, нагряване с дъга и нагряване с лазерен лъч.
2) Метод на разтворителя
Методът на разтворителя е и основният метод за получаване на монокристалLaB6, който включва два метода: метод на алуминиев разтворител и метод на редкоземни разтворители. Двете са подобни, с изключение на това, че последният използва редкоземни елементи вместо алуминий, както е показано на диаграмата по-долу:
Фигура 3 Схематична диаграма на метода с алуминиев разтворител
3) Метод на утаяване в газова фаза (CVD).
Методът на утаяване в газова фаза е процес на използване на газообразни вещества, за да претърпят химични реакции на повърхността на твърд материал, генерирайки твърди отлагания. Схематичната диаграма на неговия принцип е следната:
Фигура 4 Схематична диаграма на принципа на CVD метода
Формулите за химическа реакция, приложими за производството на LaB6 чрез CVD метод, включват:
HNRE успешно направи прах LaB6 с чистота над 99% чрез предварителна обработка на суровини от борен карбид и химическо пречистване на прах LaB6. Ние също така разработихме процес на синтероване с двоен градиент на температура и налягане за поликристални блокове LaB6 с висока плътност. Плътността на поликристалния обем е повече от 95%, а размерът на зърното е около 20 μm. Нашият кух катод, изработен от поликристален блок LaB6, има характеристиките на висока плътност на емисионния ток, дълъг живот на катода и стабилна производителност на катода.