[发明专利]一种多元稀土硼化物(Lax

说明书

一种多元稀土硼化物(La_xSr_1‑x)B₆多晶阴极材料的制备方法，属于稀土、碱土六硼化物阴极材料技术领域。本发明所提供的多元稀土六硼化物的组成为(La_xSr_1‑x)B₆，其中，0.1≤x≤0.9。本发明所提供的方法以La₂O₃、SrO和B粉末为原料，采用球磨、真空热压反应烧结，最高烧结温度1500‑1800℃，合成(La_xSr_1‑x)B₆固溶体。该方法将粉末合成和烧结致密化两个过程合二为一，简化制备流程，有助于降低烧结温度，提高纯度和致密度，降低生产成本，适合工业生产和应用。本发明获得的(La_xSr_1‑x)B₆固溶体多晶体具有单相、高致密、高发射性能的特点，能广泛应用于多个阴极领域。

技术领域

本发明属于稀土、碱土六硼化物阴极材料技术领域，具体涉及一种(La_xSr_1-x)B₆固溶体多晶体及其制备方法。

背景技术

阴极是各种现代真空电子设备的心脏器件，在国防工业、民用领域均有广泛的应用。热阴极作为真空电子器件的电子发射源，对大功率微波器件的性能起着至关重要的作用，被广泛地应用于各种高功率微波器件中，特别是在卫星、雷达等军用设备中应用更是日趋成熟。

六硼化镧(LaB₆)是性能优异的热阴极材料，具有大电流发射密度、长寿命、抗中毒、化学稳定性高、耐离子轰击等优点，有重要研究意义和应用价值。LaB₆在军事上用途很广泛，主要被普遍应用在雷达上，现有雷达测距太近，难以满足现代战争要求，急需更换大功率电子管。还用于等离子体发动机和推进器，为在近地球空间产生人工等离子体以及宇宙飞船静电控制而设计。

随着技术和经济的飞速发展，目前电子束技术及装备一方面向微电子束发展，另一方面向高功率发展，对阴极材料研究提出了更高要求。阴极需要进一步提高发射电流密度，降低工作温度，延长工作寿命等。因此，现阶段对提高阴极性能的研究重点聚焦在如何降低材料的功函数。

近期，国内外学者进行了复合多元稀土六硼化物阴极材料的研究，主要研究思路是对LaB₆中的La进行其他稀土元素掺杂替代，以减小功函数。这些研究取得了一定进展，但是与钡钨等低温阴极相比，各类现有LaB₆基多元稀土六硼化物阴极的功函数仍偏大，工作温度偏高。因此要想拓展其在更广领域(包括中低温领域)的应用，还需要更进一步降低功函数，提高发射性能。

有研究发现，当将LaB₆与碱土金属硼化物如SrB₆或BaB₆混合在一起时，其热电子发射性能比LaB₆更好，这引起了人们对多元稀土、碱土金属六硼化物的研究兴趣。近期，申请人采用第一性原理计算了 Sr掺杂LaB₆的功函数，研究发现，某些特定组分的(La_xSr_1-x)B₆如(La_0.6Sr_0.4)B₆与LaB₆相比具有更低的功函数和更高的热电子发射性能。这表明，适量的Sr掺杂有望降低LaB₆阴极工作温度并大幅提高其热电子发射性能。SrB₆本身具有较低功函数，在LaB₆中掺杂Sr替代部分La除了能提高发射性能之外，还能大幅提高电阻率，有助于六硼化物阴极在直热式阴极领域的应用。因此，通过掺杂Sr无序替代掺杂La来调控LaB₆的晶体结构，制备性能优异的多元稀土硼化物 (La_xSr_1-x)B₆固溶体多晶阴极，从而实现阴极材料性能的可控、提高热发射性能具有重要意义。