[发明专利]一种多元稀土硼化物（CexPr1-x）B6阴极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于稀土硼化物热阴极材料技术领域，具体涉及一种高纯高致密多元稀土硼化物(Ce_xPr_1-x)B₆阴极材料及其制备方法。

背景技术

自1951年，美国的J.M.Lafferty发现六硼化镧具有优异的电子发射特性后，开启了稀土硼化物研究热潮。研究的热点主要集中在LaB₆和CeB₆等二元稀土硼化物阴极。20世纪60年代末，人们发现某些多元稀土硼化物如(La-Eu)B₆具有比LaB₆更为优异的发射性能。但到目前为止，国内外对多元稀土硼化物研究和应用非常匮乏。传统的多元稀土硼化物阴极材料的制备过程一般分两步，第一步先采用熔盐电解、硼热、炭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)烧结制备多元稀土硼化物块体。这种方法的缺点是烧结温度太高，烧结时间太长，产品不够致密，反应不完全，工艺复杂，因而会严重影响产品性能。传统热压烧结的产品1000V、1753K的发射电流密度仅为5.7A/cm²。

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_xPr_1-x)B₆阴极材料及其制备方法。本发明所提供的方法烧结温度低、时间短，且工艺简单。

本发明所提供的一种高纯高致密多元稀土硼化物阴极材料的组成为(Ce_xPr_1-x)B₆，其中，0.2≤x≤0.8。

本发明采用氢直流电弧蒸发冷凝与放电等离子烧结(SPS)结合的方法制备多元稀土硼化物(Ce_xPr_1-x)B₆阴极材料，具体步骤如下：

1)采用直流电弧蒸发冷凝设备，设备先抽真空至2×10^-2Pa以下，之后通入体积比为1∶1的氢气和氩气或体积比为1∶1的氢气和氦气，总气压为0.05MPa。以单质稀土金属Pr块为阳极，金属钨为阴极，反应电流120～150A，反应电压为30～40V，反应时间为50min，制备PrH₂纳米粉末；

2)采用直流电弧蒸发冷凝设备，设备先抽真空2×10^-2Pa以下，之后通入体积比为1∶1的氢气和氩气或体积比为1∶1的氢气和氦气，总气压为0.05MPa。以单质金属Ce块为阳极，金属钨为阴极，反应电流100～130A，反应电压为30～40V，反应时间为50min，制备CeH₂纳米粉末；

3)将PrH₂纳米粉末、CeH₂纳米粉末和B粉末于氧含量低于1.20×10^-4mg/L以下的氩气气氛中，按原子比x∶(1-x)∶6，0.2≤x≤0.8，研磨混匀后装入石墨模具中；

4)将模具置于SPS烧结腔体中，施加50～60MPa的轴向压力，在总气压低于5Pa的真空条件下烧结，以100～150℃/min的升温速率升温，烧结温度为1450℃，保温5min，随炉冷却至室温，得到多元稀土硼化物(Ce_xPr_1-x)B₆阴极材料。

其中，步骤1)所述的PrH₂纳米粉末的粒径为10～40nm；步骤2)所述的CeH₂纳米粉末的粒径为20～40nm；步骤3)所述的B粉末的粒径为20～40μm。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

本发明方法烧结温度低、时间短，工艺简单，所制备的多元稀土硼化物(Ce_xPr_1-x)B₆阴极材料致密度高，相对密度可达95％，维氏硬度达2484Kg/mm²，经X射线衍射分析为单一六硼化物相。

附图说明

图1、实施例1制备的(Ce_0.2Pr_0.8)B₆烧结块体样品的X射线谱图。