我院起草制定了六硼化镧及相关化学分析方法的行业标准6项,申请相关发明专利8件,其中3件已获授权;共发表相关学术论文7篇。 2018年度,“高纯稀土硼化物材料制备新工艺”完成成果评价,并获得中国有色金属工业科技进步奖二等奖。
六硼化镧简介
六硼化镧的性质
LaB6属于立方晶系CsCl型,由较大的镧原子构成了简单立方体,较小的硼原子则在晶格之中构成了八面体,从结晶化学的角度来看,可以理解为构成八面体的硼原子形成了稳定三维骨架,而镧原子则分布于中间的空隙内。
因B6八面体网络需两个电子稳定其结构,La的三个价电子会有一个富裕,LaB6表现为金属导体。金属导体LaB6纳米材料的表面等离子体共振吸收在1000nm左右,这可弥补ITO(氧化铟锡)等红外阻隔材料在近红外区域阻隔效果差的缺点,使LaB6成为一种重要的红外阻隔材料。由于LaB6结构中B原子间强烈的共价键,形成紧密的空间网络,使之具有低挥发性,低逸出功,高熔点、高强度和高稳定性等特点。
六硼化镧的制备方法
1.碳化硼热还原法制备, 其反应式为:La2O3+3B4C → 2LaB6+3CO;由于该反应引入了碳化硼作为反应原料,产品中碳含量很难控制,且由于碳化硼硬度高,粒度大,很容易产生混料不均匀现象,使产品化学成分发生偏离。
2.元素合成法,采用高纯硼粉和金属镧作为原料,得到高纯的产品,此方法合成纯度高,工艺容易控制,但二种原料价格昂贵,使其成本很高。
3.自蔓延高温合成法,使用的原料为镁粉、氧化镧、三氧化二硼。这是所有方法中唯一不需使用高温设备的方法,能源成本较低,但这个方法的缺点后处理工序较烦琐,产品纯度稍低,但其粒度方面比较有优势。
4.卤化物硼热还原法,该方法使用氯化镧、硼粉作为反应原料,得到的产物是六硼化镧和气相产物氯化硼,产物物相单一,处理起来相对容易,也比较容易得到较高的纯度。
六硼化镧的用途
六硼化镧用途十分广泛,已成功应用于雷达航空航天、电子工业、仪表仪器、医疗器械、家电、冶金、环保等二十余个军事和高科技领域。其系列产品主要包括三种粉末、多晶体、单晶体。特别是六硼化镧单晶,是制作大功率电子管、磁控器、电子束、离子束、加速器阴极的最佳材料。
作为一种优秀的阴极材料,六硼化镧的逸出功比较低,特别适用于高温、大电流密度的器件。基于它的独特结构,使其具有很好的电子活性,在加热时,晶胞中扩散出的金属La原子可以立即补充表面蒸发掉的金属La原子,使LaB6表面始终保持良好的阴极活性。由于LaB6的高电导率、良好的热稳定性及化学稳定性、低逸出功和优异的阴极表面活性等特点,使它在阴极发射中得到广泛的应用,成为良好的热阴极材料和场发射阴极材料。