[发明专利]一种多元稀土硼化物(CexBa1-x)B6及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于稀土硼化物材料技术领域，具体涉及一种高纯高致密多元稀土硼化物(Ce_xBa_1-x)B₆多晶块体材料及其制备方法。

背景技术

稀土硼化物由于其独特的电子结构，具有很多良好的物理、化学性能。自J.M.Lafferty发现六硼化镧具有优异的电子发射特性后，研究的热点主要集中在了以LaB₆为主的二元稀土硼化物上，多元稀土硼化物的研究和应用非常少，因此，有必要对不同体系多元稀土硼化物加强研究，研究它们的制备工艺、结构特征、物理化学性质和光、电、磁、热、力学等性能，以利于进一步探索和扩大新的应用领域。多元稀土硼化物的传统制备方法一般分为两步：第一步先采用熔盐电解、镁热、硼热、碳化硼还原等方法制备多元稀土硼化物粉末，将粉末经化学方法除杂提纯、水洗、干燥、破碎、筛分；第二步再采用热压烧结的方法在高温(1800℃～2100℃)条件下，长时间(2～10h)烧结制备成多元稀土硼化物块体。这些方法的缺点是烧结温度太高，烧结时间太长，产品不致密，反应不完全，产物不纯，工艺复杂，因而会严重影响产品的性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的问题，而提供一种高纯高致密多元稀土硼化物(Ce_xBa_1-x)B₆及其制备方法。本发明所提供的方法具有烧结温度低、时间短，工艺简单等优点。

本发明所提供的一种高纯高致密多元稀土硼化物的组成为(Ce_xBa_1-x)B₆，其中，0.2≤x≤0.8。

本发明采用直流电弧蒸发冷凝与放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备多元稀土硼化物(Ce_xBa_1-x)B₆，具体步骤如下：

1)采用直流电弧蒸发冷凝设备，先将设备抽真空至20Pa，充氩气清洗，再抽真空至2.5×10^-2Pa，之后收集室充氩气，反应室通入体积比为2～4∶1的氢气和氩气，总气压为0.07～0.9MPa，以单质金属Ce块为阳极，金属W为阴极，阴极与阳极距离2～4mm，反应电流40～80A，反应电压为25～60V，反应时间为40～60min，制备CeH₂纳米粉末；

2)采用直流电弧蒸发冷凝设备，先将设备抽真空至20Pa，充氩气清洗，再抽真空至2.5×10^-2Pa，之后收集室充氩气，反应室通入体积比为2～4∶1的氢气和氩气，总气压为0.07～0.9MPa，以单质金属Ba块为阳极，金属W为阴极，阴极与阳极距离2～4mm，反应电流40～80A，反应电压为25～40V，反应时间为40～60min，制备BaH₂纳米粉末；

3)将CeH₂纳米粉末、BaH₂纳米粉末和B粉末于氧含量低于20ppm以下的氩气气氛中，按原子比x∶(1-x)∶6配料，其中0.2≤x≤0.8，研磨混匀后装入石墨模具中，预加10MPa的轴向压力压制成型；

4)将模具置于SPS烧结腔体中，在氧含量低于20ppm以下的氩气气氛或真空度优于10Pa的真空条件下，以120～160℃/min的升温速率升温烧结4分钟后，再加压至30～60MPa，烧结温度为1400～1600℃，保温5～15min，随炉冷却至室温，得到多元稀土硼化物(Ce_xBa_1-x)B₆，原理如方程式(1)、(2)和(3)中所示。

xCeH₂(s)→xCe(s)+xH₂(g)                     (1)

(1-x)BaH₂(s)→(1-x)Ba(s)+(1-x)H₂(g)         (2)

xCe(1)+(1-x)Ba(1)+6B(s)→Ce_xBa(_1-x)B₆(s)    (3)其中，步骤1)所述的CeH₂纳米粉末的粒径为20～40nm；步骤2)所述的BaH₂纳米粉末的粒径为20～50nm；步骤3)所述的B粉末的粒径为20～40nm或1～40μm。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：