[发明专利]一种镧钙复合六硼化物多晶阴极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镧钙复合六硼化物多晶阴极材料及其制备方法，是以LaBsubgt;6/subgt;粉末和CaBsubgt;6/subgt;粉末为原料，经过球磨混合、干燥、预压后，再经放电等离子烧结而成。本发明所合成的Lasubgt;x/subgt;Casubgt;1‑x/subgt;Bsubgt;6/subgt;多晶体具有较均匀的致密度和优异的热发射性能。

技术领域

本发明属于稀土、碱土硼化物热阴极材料技术领域，具体涉及一种镧钙复合六硼化物多晶阴极材料及其制备方法。

背景技术

LaB₆是性能优异的阴极材料，具有功函数低、熔点高、抗中毒能力强、化学稳定性好等特点，被广泛应用在真空电子器件、电子束焊接机、航空航天等多种民用工业和国防工业。但是随着高功率真空电子器件的快速发展，对阴极的性能提出了更高的要求，如何进一步改善LaB₆阴极的热发射性能和使用寿命，使其在低温条件下也能满足电子器件的要求，成为当前一个亟需解决的问题。

自从1951年J.Lafferty发现稀土六硼化物具有优异的热发射性能以来，研究的方向主要集中在二元稀土六硼化物和以LaB₆为基的多元稀土六硼化物上，这表明稀土掺杂可以提高LaB₆的热发射性能。此外碱土六硼化物与六硼化镧具有相似的结构，且功函数比较低，通过碱土掺杂降低材料的逸出功，目前相关报道较少，因此有必要开展相关复合硼化物的制备技术研究。

发明内容

本发明旨在克服LaB₆阴极低温热发射性能较差的缺陷，提供了一种镧钙复合六硼化物多晶阴极材料及其制备方法，旨在获得比LaB₆阴极具有更高热发射电流密度的多元硼化物阴极材料。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

本发明公开的一种镧钙复合六硼化物多晶阴极材料的制备方法，是以LaB₆粉末和CaB₆粉末为原料，经过球磨混合、干燥、预压后，再经放电等离子烧结而成。具体包括以下步骤：

步骤1：将LaB₆、CaB₆粉末按摩尔比x:(1-x)进行配粉，其中0≤x≤1；将配好的粉末进行球磨，获得混合均匀的LaB₆/CaB₆粉末；

步骤2：将步骤1获得的混合粉末置于电热真空干燥箱内，80℃干燥2h；

步骤3：将步骤2中干燥后的混合粉末装入石墨模具内，通过调整两端模具压头的位置，使得粉末处于模具的中间；然后放置在手动液压机上进行预压成型；

步骤4：将步骤3中装好粉末的石墨模具外围裹上一层碳毡，置于放电等离子烧结装置的炉腔中，抽真空至20Pa以下，然后进行烧结，烧结工艺为：

轴向压力为20～70MPa，

升温速率为40～120℃/min，

烧结温度为1900～2000℃，

保温时间为5～10min；

步骤5：烧结完成后降温至室温，即获得La_xCa_1-xB₆块体多晶阴极材料。

作为优选，步骤1中，所述LaB₆粉末和所述CaB₆粉末的纯度皆不低于99.9％、粒径在40～48μm之间。

作为优选，步骤1中，所述球磨的方法是：将配好的粉末放置在不锈钢球磨罐中，在震动式球磨机上球磨4h，变频频率为50HZ，其中球磨气氛为氩气气氛，球粉比为8:1，