[發明專利]一種多元稀土硼化物(CexBa1-x)B6及其制備方法

有效

• 申請號: 200810239386.6
• 申請日: 2008-12-12
• 公開（公告）號: CN101434395A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 張久興;周身林;包黎紅;劉丹敏
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張 慧

技術領域

本發明屬于稀土硼化物材料技術領域，具體涉及一種高純高致密多元稀土硼化物(Ce_xBa_1-x)B₆多晶塊體材料及其制備方法。

背景技術

稀土硼化物由于其獨特的電子結構，具有很多良好的物理、化學性能。自J.M.Lafferty發現六硼化鑭具有優異的電子發射特性后，研究的熱點主要集中在了以LaB₆為主的二元稀土硼化物上，多元稀土硼化物的研究和應用非常少，因此，有必要對不同體系多元稀土硼化物加強研究，研究它們的制備工藝、結構特征、物理化學性質和光、電、磁、熱、力學等性能，以利于進一步探索和擴大新的應用領域。多元稀土硼化物的傳統制備方法一般分為兩步：第一步先采用熔鹽電解、鎂熱、硼熱、碳化硼還原等方法制備多元稀土硼化物粉末，將粉末經化學方法除雜提純、水洗、干燥、破碎、篩分；第二步再采用熱壓燒結的方法在高溫(1800℃～2100℃)條件下，長時間(2～10h)燒結制備成多元稀土硼化物塊體。這些方法的缺點是燒結溫度太高，燒結時間太長，產品不致密，反應不完全，產物不純，工藝復雜，因而會嚴重影響產品的性能。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術的問題，而提供一種高純高致密多元稀土硼化物(Ce_xBa_1-x)B₆及其制備方法。本發明所提供的方法具有燒結溫度低、時間短，工藝簡單等優點。

本發明所提供的一種高純高致密多元稀土硼化物的組成為(Ce_xBa_1-x)B₆，其中，0.2≤x≤0.8。

本發明采用直流電弧蒸發冷凝與放電等離子燒結(SPS)相結合的方法制備多元稀土硼化物(Ce_xBa_1-x)B₆，具體步驟如下：

1)采用直流電弧蒸發冷凝設備，先將設備抽真空至20Pa，充氬氣清洗，再抽真空至2.5×10^-2Pa，之后收集室充氬氣，反應室通入體積比為2～4∶1的氫氣和氬氣，總氣壓為0.07～0.9MPa，以單質金屬Ce塊為陽極，金屬W為陰極，陰極與陽極距離2～4mm，反應電流40～80A，反應電壓為25～60V，反應時間為40～60min，制備CeH₂納米粉末；

2)采用直流電弧蒸發冷凝設備，先將設備抽真空至20Pa，充氬氣清洗，再抽真空至2.5×10^-2Pa，之后收集室充氬氣，反應室通入體積比為2～4∶1的氫氣和氬氣，總氣壓為0.07～0.9MPa，以單質金屬Ba塊為陽極，金屬W為陰極，陰極與陽極距離2～4mm，反應電流40～80A，反應電壓為25～40V，反應時間為40～60min，制備BaH₂納米粉末；

3)將CeH₂納米粉末、BaH₂納米粉末和B粉末于氧含量低于20ppm以下的氬氣氣氛中，按原子比x∶(1-x)∶6配料，其中0.2≤x≤0.8，研磨混勻后裝入石墨模具中，預加10MPa的軸向壓力壓制成型；

4)將模具置于SPS燒結腔體中，在氧含量低于20ppm以下的氬氣氣氛或真空度優于10Pa的真空條件下，以120～160℃/min的升溫速率升溫燒結4分鐘后，再加壓至30～60MPa，燒結溫度為1400～1600℃，保溫5～15min，隨爐冷卻至室溫，得到多元稀土硼化物(Ce_xBa_1-x)B₆，原理如方程式(1)、(2)和(3)中所示。

xCeH₂(s)→xCe(s)+xH₂(g)?????????????????????(1)

(1-x)BaH₂(s)→(1-x)Ba(s)+(1-x)H₂(g)?????????(2)

xCe(1)+(1-x)Ba(1)+6B(s)→Ce_xBa(_1-x)B₆(s)????(3)其中，步驟1)所述的CeH₂納米粉末的粒徑為20～40nm；步驟2)所述的BaH₂納米粉末的粒徑為20～50nm；步驟3)所述的B粉末的粒徑為20～40nm或1～40μm。

與現有技術相比較，本發明具有以下有益效果：