какодоприпремити високоперформансе lантан хексаборид (ЛаБ6)
Лантан хексаборид (ЛаБ6) је тренутно препознат као најбољи материјал вруће катоде, који има карактеристике малог излаза, добре хемијске стабилности, високе тачке топљења, високе тврдоће, велике густине струје емисије и јаке отпорности на јонско бомбардовање. ЛаБ6 има широк спектар примена и успешно се користи у више од 20 војних и високотехнолошких области, као што су радар, ваздухопловство, електронска индустрија итд. Његова серија производа углавном укључује три врсте праха, поликристал и монокристал. Конкретно, монокристал хексаборида лантана је најбољи материјал за израду електронске цеви велике снаге, магнетрона, електронског снопа, јонског снопа и катоде акцелератора.
Физичка и хемијска својства ЛаБ6
Опсег постојања лантановог хексаборида: који садржи Б 85.8-88 (теж.)%, љубичаст је када садржи Б 85,8%, а плави када садржи Б 88%; Густина је 4,7г/цм3, отпор на собној температури је 15-27 μΩ, тврдоћа по Викерсу је 27,7 ГПа, радна функција је 2,66 еВ, емисиона константа је 29А/цм2·K2.
Лантан хексаборид је непрозиран и изгледа светло црвенкасто љубичасто када је сув, а тамноцрвен када је влажан. Лантан хексаборид има кубичну кристалну структуру, као што је приказано на слици 1:
Слика 1 Кристална структура ЛаБ6
Са слике се може видети да су структурне карактеристике кубног кристала лантановог хексаборида:
1) Атоми бора формирају тродимензионалну кубичну структуру, која садржи веће атоме лантана.
2) Борни оквир је октаедар, а на сваком врху коцке налази се октаедар формиран од атомског оквира бора, који су међусобно повезани својим врховима.
3) Сваки атом бора је у близини пет атома бора, четири унутар свог октаедра и један у правцу једне од главних оса коцке, дајући тако хомополарну структуру решетке са координационим бројем 5.
4) Сваки атом бора има три валентна електрона додељена пет веза.
5) Координациони број атома метала заробљених у решетки бора је 24.
Кристална структура борида одређује њихова јединствена својства:
1) Због јаке силе везе између атома бора (константа решетке 4,145 А), то је ватростално једињење са тачком топљења од 2210 степени.
2) На собној температури реагује само са азотном киселином и царском водом; Кисеоник се подвргава оксидацији само на 600-700 степену.
3) У оквиру одређеног температурног опсега, коефицијент експанзије се приближава нули.
4) Добра стабилност у ваздуху, а површинска контаминација током употребе може се обновити вакуумском топлотном обрадом.
5) Добра отпорност на јонско бомбардовање и способна да издржи велику снагу поља.
6) Због одсуства валентних веза између атома метала и атома бора, валентни електрони атома метала су слободни. Дакле, бориди имају високу проводљивост, а отпор лантановог хексаборида је отприлике исти као и металног олова. Температурни коефицијент његове отпорности је позитиван.
7) Ако се дозволи да хексабориди дођу у контакт са ватросталним металима на високим температурама, бор ће дифундовати у решетку метала и формирати међупросторне легуре бора са металом. У исто време, оквир бора ће се срушити, дозвољавајући атомима метала да испаре.
8) Када се бориди загреју на одређену температуру, атоми метала на површини кристала испаравају, али се одмах допуњују атомима метала који дифундују из унутрашњости решетке, док оквир бора остаје непромењен, минимизирајући губитак површински активних супстанци .
Због горе наведених предности, ЛаБ6 је направљен у електронске компоненте у модерној технологији и широко се користи у цивилној и одбрамбеној индустрији:
1) Електронске емисионе катоде. Због малог рада на бекству електрона, могу се добити катодни материјали са највећом емисионом струјом на средњим температурама, посебно висококвалитетни монокристали, који су идеални материјали за катоде електронске емисије велике снаге.
2) Тачкасти извор светлости високе осветљености.
3) Висока стабилност и дуг животни век компоненти система. Његове одличне свеобухватне перформансе омогућавају његову примену у различитим системима електронских зрака, као што су гравирање електронским снопом, извори топлоте електронским снопом, пиштољи за заваривање електронским снопом и акцелератори, за производњу компоненти високих перформанси у области инжењеринга.
Припрема ЛаБ6
(1) Припрема ЛаБ6 праха
1) Метода синтезе чистог елемента
Овај метод је почетни метод истраживања, погодан за истраживање фазног дијаграма, али није погодан за практичне производне примене.
2) Синтеза једињења која садрже Ла и једињења која садрже Б
Ова метода је индустријска метода и постоје различите формуле реакције у зависности од реактаната:
3) Редукција Ла једињења са чистим Б
(2) Припрема ЛаБ6 поликристалних материјала
ЛаБ6 поликристали се углавном припремају методама синтеровања и врућег пресовања. У ситуацијама када узорак има шупљине, синтеровање се може користити само за припрему. Синтеровање коришћењем ЛаБ6, ЗрБ2 или ЗрЦ лонаца. Да би се спречила инфилтрација Б, није препоручљиво користити Б лончић. Обично се синтерује у атмосфери водоника. Притисак врућег пресовања је 400 атм, температура је 2000 степени, а време држања је 1-2 сати. Величина гредице је углавном φ 100 мм × 30 мм.
(3) Припрема ЛаБ6 монокристала
Тренутно се методе припреме монокристала могу сажети као метода зонског топљења, метода растварача и метода гасне фазе.
1) Метода зонског топљења
Метода зонског топљења је најчешће коришћена метода за припрему монокристала борида ретких земаља. Када користишЛаБ6као материјал за зрачење електроде потребно је припремити монокристале високе чистоће. Иако није пронађена тачна веза између нечистоћа у ЛаБ6 и његовог радног века као електроде која емитује, већа је чистоћаЛаБ6, што је дужи његов радни век. Стога је припрема материјала високе чистоће веома значајна.
У циљу припреме високе чистоћеЛаБ6, генерално је усвојена метода топљења зоне суспензије без лончића, заштићена инертним гасом, као што је приказано на слици 2:
Слика 2 Шематски дијаграм методе зонског топљења
Методе зонског топљења за припрему монокристала укључују грејање радио фреквенцијом, грејање електронским снопом, загревање лука и грејање ласерским снопом.
2) Метода растварача
Метода растварача је такође основна метода за припрему монокристалаЛаБ6, који укључује две методе: метод растварача алуминијума и метод растварача ретких земаља. Ова два су слична, осим што овај други користи елементе ретких земаља уместо алуминијума, као што је приказано на дијаграму испод:
Слика 3 Шематски дијаграм методе растварача алуминијума
3) Метода преципитације у гасној фази (ЦВД).
Метода преципитације у гасној фази је процес употребе гасовитих супстанци да се подвргну хемијским реакцијама на површини чврстог материјала, стварајући чврсте наслаге. Шематски дијаграм његовог принципа је следећи:
Слика 4 Шематски дијаграм принципа ЦВД методе
Формуле хемијских реакција које се примењују на производњу ЛаБ6 ЦВД методом укључују:
ХНРЕ је успешно направио ЛаБ6 прах са чистоћом већом од 99% претходном обрадом сировина бор карбида и хемијским пречишћавањем ЛаБ6 праха. Такође смо развили процес синтеровања са двоструким градијентом температуре и притиска за поликристалне блокове ЛаБ6 високе густине. Густина поликристалне масе је више од 95%, а величина зрна је око 20 μм. Наша шупља катода направљена од поликристалног блока ЛаБ6 има карактеристике високе густине емисионе струје, дугог века катоде и стабилних перформанси катоде.