[發明專利]一種鑭鈣復合六硼化物多晶陰極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110111412.2
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112723891B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 張久興;魯新;鄧陳輝;楊新宇;王衍
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發明公開了一種鑭鈣復合六硼化物多晶陰極材料及其制備方法，是以LaBsubgt;6/subgt;粉末和CaBsubgt;6/subgt;粉末為原料，經過球磨混合、干燥、預壓后，再經放電等離子燒結而成。本發明所合成的Lasubgt;x/subgt;Casubgt;1?x/subgt;Bsubgt;6/subgt;多晶體具有較均勻的致密度和優異的熱發射性能。

技術領域

本發明屬于稀土、堿土硼化物熱陰極材料技術領域，具體涉及一種鑭鈣復合六硼化物多晶陰極材料及其制備方法。

背景技術

LaB₆是性能優異的陰極材料，具有功函數低、熔點高、抗中毒能力強、化學穩定性好等特點，被廣泛應用在真空電子器件、電子束焊接機、航空航天等多種民用工業和國防工業。但是隨著高功率真空電子器件的快速發展，對陰極的性能提出了更高的要求，如何進一步改善LaB₆陰極的熱發射性能和使用壽命，使其在低溫條件下也能滿足電子器件的要求，成為當前一個亟需解決的問題。

自從1951年J.Lafferty發現稀土六硼化物具有優異的熱發射性能以來，研究的方向主要集中在二元稀土六硼化物和以LaB₆為基的多元稀土六硼化物上，這表明稀土摻雜可以提高LaB₆的熱發射性能。此外堿土六硼化物與六硼化鑭具有相似的結構，且功函數比較低，通過堿土摻雜降低材料的逸出功，目前相關報道較少，因此有必要開展相關復合硼化物的制備技術研究。

發明內容

本發明旨在克服LaB₆陰極低溫熱發射性能較差的缺陷，提供了一種鑭鈣復合六硼化物多晶陰極材料及其制備方法，旨在獲得比LaB₆陰極具有更高熱發射電流密度的多元硼化物陰極材料。

本發明為實現發明目的，采用如下技術方案：

本發明公開的一種鑭鈣復合六硼化物多晶陰極材料的制備方法，是以LaB₆粉末和CaB₆粉末為原料，經過球磨混合、干燥、預壓后，再經放電等離子燒結而成。具體包括以下步驟：

步驟1：將LaB₆、CaB₆粉末按摩爾比x:(1-x)進行配粉，其中0≤x≤1；將配好的粉末進行球磨，獲得混合均勻的LaB₆/CaB₆粉末；

步驟2：將步驟1獲得的混合粉末置于電熱真空干燥箱內，80℃干燥2h；

步驟3：將步驟2中干燥后的混合粉末裝入石墨模具內，通過調整兩端模具壓頭的位置，使得粉末處于模具的中間；然后放置在手動液壓機上進行預壓成型；

步驟4：將步驟3中裝好粉末的石墨模具外圍裹上一層碳氈，置于放電等離子燒結裝置的爐腔中，抽真空至20Pa以下，然后進行燒結，燒結工藝為：

軸向壓力為20～70MPa，

升溫速率為40～120℃/min，

燒結溫度為1900～2000℃，

保溫時間為5～10min；

步驟5：燒結完成后降溫至室溫，即獲得La_xCa_1-xB₆塊體多晶陰極材料。

作為優選，步驟1中，所述LaB₆粉末和所述CaB₆粉末的純度皆不低于99.9％、粒徑在40～48μm之間。

作為優選，步驟1中，所述球磨的方法是：將配好的粉末放置在不銹鋼球磨罐中，在震動式球磨機上球磨4h，變頻頻率為50HZ，其中球磨氣氛為氬氣氣氛，球粉比為8:1，