[發明專利]一種大尺寸稀土硼化物SmB6單晶體的制備方法

有效

• 申請號: 201310095466.X
• 申請日: 2013-03-23
• 公開（公告）號: CN103205801A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 張忻;張繁星;李曉娜;張久興
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C30B13/00
• 分類號: C30B13/00;C30B29/10
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于稀土硼化物陰極材料技術領域，具體涉及到一種利用光學區域熔煉法制備SmB₆單晶體材料的方法。

技術背景

自1951年，美國的J.M.Lafferty發現六硼化鑭具有優異的電子發射特性后，開啟了稀土硼化物研究熱潮。稀土六硼化物(ReB₆,Re為稀土元素)是一類具有特殊晶體結構的硼化物，具有熔點高、硬度大、逸出功低、發射電流密度大、化學穩定性好、耐離子轟擊能力強等特點，是理想的熱陰極材料。稀土六硼化物研究的熱點主要集中在LaB₆和CeB₆等二元稀土硼化物陰極。Sm元素作為一種重要的稀土元素被廣泛應用，而SmB₆單晶體的制備與研究較少。

目前，通常采用鋁溶劑法制備稀土硼化物SmB₆單晶體，但此方法制備出的單晶體尺寸較小，并在制備過程中易帶入雜質鋁元素，降低了單晶純度，降低了發射電流密度，限制了其實際應用。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術的問題，而提供一種高質量，高純度，大尺寸的SmB₆單晶體陰極材料的制備方法。本發明所提供的方法能提高單晶體的質量及尺寸，有利于大規模工業生產和應用。

本發明采用放電等離子燒結(SPS)與懸浮區域熔煉相結合的方法制備大尺寸，高質量SmB₆單晶體，具體步驟如下：

1）將Sm粉末、B粉末按摩爾比1:6球磨混勻后裝入石墨模具中；將模具置于SPS燒結腔體中，在總氣壓低于5Pa的真空條件下燒結；以100～110℃/min的升溫速率升溫至1450～1500℃，保溫5～8min，隨爐冷卻至室溫，得到SmB₆多晶棒；

2）采用光學區域熔煉爐，以直徑為6～8mm的SmB₆多晶棒為籽晶和料棒進行第一次區熔；設備抽真空至1Pa以下后，沖入流動氬氣至氣壓升至0.5MPa，氣體流速為1.5～2L/min，30min區熔爐功率增加到籽晶和料棒熔化并形成穩定熔區，為了使熔區更加均勻，將籽晶和料棒反向旋轉，轉速為30rpm，晶體生長速度單位15～20mm/h，生長至5—6cm長度后進入步驟3）；

3）采用光學區域熔煉爐，以一次區熔的SmB₆為料棒，以SPS燒結的SmB₆多晶棒為籽晶進行第二次區熔；設備抽真空至1Pa以下后，沖入流動氬氣至氣壓升至0.5MPa，氣體流速為1.5～2L/min，30min區熔爐功率增加到籽晶和料棒熔化并形成穩定熔區，為了使熔區更加均勻，將籽晶和料棒反向旋轉，轉速為30rpm，晶體生長速度單位10～12mm/h，生長至5—6cm長度后進入步驟4）；

4）采用光學區域熔煉爐，以二次區熔的SmB₆為料棒，以SPS燒結的SmB₆多晶棒為籽晶進行第三次區熔；設備抽真空至1Pa以下后，沖入流動氬氣至氣壓升至0.5MPa，氣體流速為1.5～2L/min，30min區熔爐功率增加到籽晶和料棒熔化并形成穩定熔區，為了使熔區更加均勻，將籽晶和料棒反向旋轉，轉速為30rpm，晶體生長速度單位6～8mm/h，生長至5—6cm長度。

其中，步驟1）所述的放電等離子燒結設備型號為SPS-3.20MK-V；步驟2）所述的光學區域熔煉爐型號為FZ-T-12000-S-BU-PC。

與現有制備技術相比較，本發明具有以下有益效果：

本發明所制備的多元稀土硼化物SmB₆單晶體生長尺寸大、質量高，單晶體為的柱狀塊體。

附圖說明

圖1、實施例1制備的SmB₆單晶體的實物照片。

圖2、實施例1制備的SmB₆單晶體的單晶衍射慢速掃描照片。

圖3、實施例2制備的SmB₆單晶體沿c軸生長方向勞埃照片。

圖4、實施例2制備的SmB₆單晶體調節晶格常數通過OrientExpress軟件擬合后的勞埃圖譜。

以下結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明，但是本發明的保護范圍不限于下述實施例。

具體實施方式

實施例1