[发明专利]一种高性能四元稀土六硼化物-二硼化锆复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种高性能四元稀土六硼化物‑二硼化锆复合材料的制备方法，其是结合放电等离子烧结技术和光学区熔法，在氩气氛围下，以10～500mm/h的抽拉速度进行两次定向凝固，从而制得高质量、高性能的La0.6Ce0.3Pr0.1B6‑ZrB2复合材料。本发明制得的La0.6Ce0.3Pr0.1B6‑ZrB2复合材料，以La0.6Ce0.3Pr0.1B6单晶为基体、ZrB2为纤维，其热电子发射性能优异，在工作温度1600℃、外加电压4kV下，发射电流密度可达84.96A/cm2。

主权项

1.一种高性能四元稀土六硼化物‑二硼化锆复合材料的制备方法，其特征在于：所述四元稀土六硼化物为La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆，所述La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆‑ZrB₂复合材料的制备方法包括以下步骤：步骤1、放电等离子烧结制备La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆‑ZrB₂预制体将LaB₆粉末和CeB₆粉末按质量比2:1球磨混合均匀；再将球磨后的粉末和PrB₆粉末按质量比9:1球磨混合均匀，获得粒径在10～50μm的La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆混合粉末；将ZrB₂粉末球磨至粒径在10～50μm；再将所述La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆混合粉末与ZrB₂粉末按79wt.％:21wt.％的共晶相图的质量百分比配料、混粉，然后球磨并干燥，获得La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆‑ZrB₂混合粉末；将所述La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆‑ZrB₂混合粉末放入石墨模具内并预压成型，然后置于放电等离子烧结炉的炉腔内，抽真空、施加50～60MPa的轴向压力，升温至1800～1900℃，保温15～20min，再降温至1500～1600℃并恒温均匀退火1小时，最后随炉冷却，在炉温低于50℃时取出试样，获得La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆‑ZrB₂预制体；步骤2、电火花线切割La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆‑ZrB₂试棒用电火花线切割设备将La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆‑ZrB₂预制体切割成所需尺寸的试棒，并将试棒置于酒精中超声波清洗，然后将清洗后试棒置于电热真空干燥箱内，100℃干燥12h；步骤3、La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆‑ZrB₂试棒定向凝固将清洗干燥后的试棒作为上料棒、将[100]La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆单晶作为下料棒，在光学区熔炉中进行第一次定向凝固，凝固速度为10～500mm/h，定向凝固过程中上、下料棒以40～45rpm的速度反向旋转；第一次定向凝固结束后，将上、下料棒取出并从单晶与复合材料的过渡位置处切开，然后再放入光学区熔炉中进行第二次定向凝固，并保证第二次定向凝固时上料棒的悬挂方向与第一次定向凝固时的悬挂方向相反，第二次定向凝固与第一次定向凝固的工艺参数相同；整个复合材料生长过程在密闭的石英管中进行，石英管内通入氩气气流；第二次定向凝固后，即得到以La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆单晶为基体的La_0.6Ce_0.3Pr_0.1B₆‑ZrB₂复合材料。