[發(fā)明專利]一種多元稀土硼化物(Lax

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711463453.8
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108129153B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周身林;周奕;樊后坤;劉世糧;葉子飄;胡強(qiáng)林;羅小兵;余曉光;溫玉鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 井岡山大學(xué)
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/645
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種多元稀土硼化物(La_xSr_1?x)B₆多晶陰極材料的制備方法，屬于稀土、堿土六硼化物陰極材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所提供的多元稀土六硼化物的組成為(La_xSr_1?x)B₆，其中，0.1≤x≤0.9。本發(fā)明所提供的方法以La₂O₃、SrO和B粉末為原料，采用球磨、真空熱壓反應(yīng)燒結(jié)，最高燒結(jié)溫度1500?1800℃，合成(La_xSr_1?x)B₆固溶體。該方法將粉末合成和燒結(jié)致密化兩個過程合二為一，簡化制備流程，有助于降低燒結(jié)溫度，提高純度和致密度，降低生產(chǎn)成本，適合工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。本發(fā)明獲得的(La_xSr_1?x)B₆固溶體多晶體具有單相、高致密、高發(fā)射性能的特點(diǎn)，能廣泛應(yīng)用于多個陰極領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于稀土、堿土六硼化物陰極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種(La_xSr_1-x)B₆固溶體多晶體及其制備方法。

背景技術(shù)

陰極是各種現(xiàn)代真空電子設(shè)備的心臟器件，在國防工業(yè)、民用領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。熱陰極作為真空電子器件的電子發(fā)射源，對大功率微波器件的性能起著至關(guān)重要的作用，被廣泛地應(yīng)用于各種高功率微波器件中，特別是在衛(wèi)星、雷達(dá)等軍用設(shè)備中應(yīng)用更是日趨成熟。

六硼化鑭(LaB₆)是性能優(yōu)異的熱陰極材料，具有大電流發(fā)射密度、長壽命、抗中毒、化學(xué)穩(wěn)定性高、耐離子轟擊等優(yōu)點(diǎn)，有重要研究意義和應(yīng)用價(jià)值。LaB₆在軍事上用途很廣泛，主要被普遍應(yīng)用在雷達(dá)上，現(xiàn)有雷達(dá)測距太近，難以滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭要求，急需更換大功率電子管。還用于等離子體發(fā)動機(jī)和推進(jìn)器，為在近地球空間產(chǎn)生人工等離子體以及宇宙飛船靜電控制而設(shè)計(jì)。

隨著技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，目前電子束技術(shù)及裝備一方面向微電子束發(fā)展，另一方面向高功率發(fā)展，對陰極材料研究提出了更高要求。陰極需要進(jìn)一步提高發(fā)射電流密度，降低工作溫度，延長工作壽命等。因此，現(xiàn)階段對提高陰極性能的研究重點(diǎn)聚焦在如何降低材料的功函數(shù)。

近期，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了復(fù)合多元稀土六硼化物陰極材料的研究，主要研究思路是對LaB₆中的La進(jìn)行其他稀土元素?fù)诫s替代，以減小功函數(shù)。這些研究取得了一定進(jìn)展，但是與鋇鎢等低溫陰極相比，各類現(xiàn)有LaB₆基多元稀土六硼化物陰極的功函數(shù)仍偏大，工作溫度偏高。因此要想拓展其在更廣領(lǐng)域(包括中低溫領(lǐng)域)的應(yīng)用，還需要更進(jìn)一步降低功函數(shù)，提高發(fā)射性能。

有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將LaB₆與堿土金屬硼化物如SrB₆或BaB₆混合在一起時，其熱電子發(fā)射性能比LaB₆更好，這引起了人們對多元稀土、堿土金屬六硼化物的研究興趣。近期，申請人采用第一性原理計(jì)算了 Sr摻雜LaB₆的功函數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，某些特定組分的(La_xSr_1-x)B₆如(La_0.6Sr_0.4)B₆與LaB₆相比具有更低的功函數(shù)和更高的熱電子發(fā)射性能。這表明，適量的Sr摻雜有望降低LaB₆陰極工作溫度并大幅提高其熱電子發(fā)射性能。SrB₆本身具有較低功函數(shù)，在LaB₆中摻雜Sr替代部分La除了能提高發(fā)射性能之外，還能大幅提高電阻率，有助于六硼化物陰極在直熱式陰極領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，通過摻雜Sr無序替代摻雜La來調(diào)控LaB₆的晶體結(jié)構(gòu)，制備性能優(yōu)異的多元稀土硼化物 (La_xSr_1-x)B₆固溶體多晶陰極，從而實(shí)現(xiàn)陰極材料性能的可控、提高熱發(fā)射性能具有重要意義。