[发明专利]一种多元稀土六硼化物(La0.6CexPr0.4-x)B6单晶体的制备方法

说明书

本发明公开了一种多元稀土六硼化物(La_0.6Ce_xPr_0.4‑x)B₆单晶体的制备方法，是采用放电等离子烧技术结合光学区熔法制备得到高质量、高性能、大尺寸的(La_0.6Ce_xPr_0.4‑x)B₆单晶体。本发明所得样品单一物相，没有杂质生成，且单晶质量良好没有出现孪晶现象。

技术领域

本发明属于稀土六硼化物阴极材料技术领域，具体涉及多元稀土六硼化物单晶体的制备方法。

背景技术

LaB₆和CeB₆是优异的热电子发射阴极材料，广泛应用在军用、民用领域。然而CeB₆和 LaB₆阴极工作温度仍然偏高，影响到器件的寿命，因此研究者希望在不降低稀土六硼化物发射性能的基础上，降低阴极材料的工作温度。近期研究结果证明在二元稀土六硼化物中掺杂其它低逸出功的稀土元素，可以有效地提高阴极材料的发射性能，从而使得该阴极材料在较低的工作温度下其发射能力也能满足器件的要求，目前制备的三元六硼化物单晶如：(La-Ce) B₆、(La-Pr)B₆、(Ce-Pr)B₆，但是它们性能虽然比二元稀土有所提高，但性能仍然满足不了要求，因此，迫切需要开展四元稀土六硼化物单晶的制备及性能的研究，然而关于大尺寸、高质量、高性能四元稀土六硼化物单晶的制备未见报道。

目前，单晶块体的研制方法主要有：Al熔剂法、熔盐电解法、区熔法。其中，Al熔剂法制备得到的单晶尺寸小、纯度低，无法实现工业应用需求，且制备过程中不可避免的引入了 Al杂质从而降低了单晶纯度，影响其发射性能；而熔盐电解法制备单晶体的周期较长，得到的单晶体容易含有其他杂质，纯度较低，仅适用于制备对纯度要求不是很高的小尺寸单晶体。区熔法是一种在相对大的固相原料中熔化少量材料形成稳定熔区，并使熔区缓慢通过整个原料的一种方法，此过程中保持稳定、连续的熔区是制备单晶的必要条件。与Al熔剂法和熔盐电解法相比，区熔法可用于制备高纯度、大尺寸单晶。

发明内容

本发明旨在克服现有单晶制备技术存在的如单晶尺寸小、性能低等缺陷，提供了一种高质量、高性能、大尺寸的多元稀土六硼化物(La_0.6Ce_xPr_0.4-x)B₆(0.1≤x≤0.3)单晶体的制备方法。

本发明采用放电等离子烧结(SPS)技术结合光学区熔法制备高质量、高性能、大尺寸的多元稀土六硼化物(La_0.6Ce_xPr_0.4-x)B₆(0.1≤x≤0.3)，具体步骤如下：

(1)按照0.6：x：0.4-x的摩尔比，0.1≤x≤0.3，将LaB₆、CeB₆、PrB₆粉末高能球磨均匀后放入石墨模具中，然后将石墨模具放入放电等离子烧结炉的腔体内，在真空度5-10Pa下进行烧结，工艺参数设置为：烧结温度1600-1700℃，烧结压力40-50MPa，保温时间5min，升温速率100-110℃/min；烧结完成后随炉冷却至室温，取出，得到多晶样品；

(2)将所述多晶样品切割成多晶棒，将两根多晶棒分别作为上料棒和下料棒，加入到光学区熔炉中进行一次区熔，上、下料棒反向旋转，转动速度为15-30rpm、一次区熔速度为 20-30mm/h；整个晶体生长过程在密闭的石英管中进行，石英管内通入氩气气流；