一种六硼化镧晶须的制备方法技术

一种六硼化镧晶须的制备方法，以金属镧和单质硼粉为反应原料，以金属铝为助熔剂，将金属镧粉与单质硼粉充分混合并研磨均匀，加入一定量的金属铝，并通过缝隙填充法、分层法和钻孔法的特殊方法对铝助溶剂进行处理，去除铝表面氧化膜、使得原料相对集中和减小提纯时间，提高六硼化镧晶须的制备效率。

【技术实现步骤摘要】
一种六硼化镧晶须的制备方法
本专利技术涉及一种六硼化镧晶须的制备方法。
技术介绍
六硼化镧由于其独特的结构特点，决定了其特殊的性能。六个体积较小的硼原子形成八面体的框架结构，八个硼的这种框架结构在立方体的八个顶点包裹着体积较大的镧原子。这种独特的结构决定了其具有较高的熔点、较大的硬度、较好的化学稳定性和热稳定性，并且具有良好的导电性和低的逸出功，同时其具有耐离子轰击性强、抗中毒性好、寿命长等优点。因此，六硼化镧是一种良好的热阴极电子源，被广泛运用于透射电镜、扫描电镜和电子束加工设备等领域。现已成功制备出粉末状、块状和针状的六硼化镧。其中，铝助熔剂法培养温度较低，工艺简单，能够制备出较大的针状单晶六硼化镧。然而，在过去的助熔剂法制备六硼化镧的过程中，直接将配好的配料放入高温炉中烧结，会存在一些问题：首先，加入的铝助熔剂是一个个颗粒状的，这样铝助熔剂总比表面积过大，与空气接触后在表面形成致密的氧化铝薄膜，从而在炉子中铝氧化后被表面的氧化膜包裹住，很难与金属镧粉和硼粉接触，从而大大降低了生产效率，这也是铝助溶剂法制备六硼化镧晶须最大的问题；其次由于铝要过量，这样导致原料镧粉和硼粉在铝助溶剂中过于分散，不利于生长出更大的六硼化镧晶须；最后，烧结完成后，生长出的六硼化镧晶须分布在铝块的各个部分，要将铝块全部溶去才能提纯，耗时过长，效率低下。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺点，提出一种六硼化镧晶须的制备方法。本专利技术以金属镧和单质硼粉为反应原料，以金属铝为助熔剂，将金属镧粉与单质硼粉充分混合并研磨均匀，加入一定量的金属铝，并通过特殊方法对铝助溶剂进行处理，从而达到去除铝表面氧化膜、使得原料相对集中和减小提纯时间的作用，进而提高六硼化镧晶须的制备效率。本专利技术制备六硼化镧晶须的具体步骤是：1、配制原料：在手套箱中磨取一定质量的金属镧粉末，并与一定质量的硼粉混合，将金属镧粉末和硼粉放入研钵研磨25～30min，使得金属镧粉与硼粉充分研磨并混合均匀。2、采用缝隙填充法或分层法或钻孔法对铝助溶剂进行处理：(1)缝隙填充法：在氧化铝坩埚中加入一定高纯度的颗粒铝，再将混合均匀的金属镧粉与硼粉倒入坩埚中，轻轻晃动，使得配料填入颗粒铝缝隙中，再加入少量铝颗粒覆盖金属镧粉与硼粉表面。将坩埚放入感应加热装置中，并在真空度为3pa环境中升温到650～700℃，待铝颗粒充分融化后停止加热。然后，将坩埚放入炉中烧结，升温至1350℃并保温12小时。烧结结束后，将样品取出，放入稀盐酸中浸泡，待铝助熔剂溶解后过滤得到六硼化镧晶须。(2)分层法：先在氧化铝坩埚中放入金属铝，然后氧化铝坩埚放入感应加热装置中并在真空度为3pa环境下加热，待铝块融化后停止加热并取出。在铝表面加入一层金属镧粉和硼粉，并在配料上面再加入一层铝。将氧化铝坩埚放入感应加热装置中，在真空度为3pa环境下加热。如此重复，得到三层铝夹两层配料的结构。然后，将氧化铝坩埚放入炉中烧结，升温至1350℃并保温12小时。烧结结束后，将样品取出，放入稀盐酸中浸泡，待铝助熔剂溶解后过滤得到六硼化镧晶须。(3)钻孔法：先在氧化铝坩埚中放入一定量的金属铝，然后将氧化铝坩埚放入感应加热装置中并在真空度为3pa环境下加热，待铝块融化后停止加热并取出。待冷却后，在铝块的垂直方向打孔，将混合均匀的金属镧粉与硼粉填充到孔洞中，并在金属镧粉与硼粉上面覆盖一层铝块。然后，将氧化铝坩埚放入炉中烧结，升温至1350℃并保温12小时。烧结结束后，将样品取出，放入稀盐酸中浸泡，待铝助熔剂溶解后过滤得到六硼化镧晶须。所述金属镧、硼粉和铝助熔剂的质量比为2:1:27。放入炉中烧结的升温速率为100℃/h。放入炉中的降温速率是100℃/h。浸泡样品的稀盐酸的浓度为5mol/L。本专利技术与现有技术相比具有如下优点和效果：(1)本专利技术制备的六硼化镧晶须尺寸大，长度为1342～2700μm，宽度为57～152μm，质量好，性能优异。(2)本专利技术所采用的原料是金属镧棒和硼粉，成本廉价，容易获取，工艺简单，生长条件容易实现。(3)本专利技术所采取的对铝助溶剂特殊处理的方法，有效去除了铝表面的氧化膜，有利于原料与铝助溶剂充分接触。(4)本专利技术所采取的对铝助溶剂特殊处理的方法，能够使配料相对集中，有利于更大六硼化镧晶须的生长。(5)本专利技术所采取的对铝助溶剂特殊处理的方法，有利于提高烧结后六硼化镧晶须的提纯效率。附图说明图1a、图1b、图1c、1d为缝隙填充法下，100℃/h升温速率、100℃/h降温速率、最高温度1350℃保温12h条件下制备的六硼化镧晶须光学显微镜图；图2a、图2b、图2c、图2d为分层法下，100℃/h升温速率、100℃/h降温速率、最高温度1350℃保温12h条件下制备的六硼化镧晶须光学显微镜图；图3为钻孔法下，100℃/h升温速率、100℃/h降温速率、最高温度1350℃保温12h条件下制备的长2325μm，截面宽86μm的六硼化镧晶须光学显微镜图；图4为钻孔法下，100℃/h升温速率、100℃/h降温速率、最高温度1350℃保温12h条件下制备的长2225μm，截面宽76μm的六硼化镧晶须光学显微镜图；图5为钻孔法下，100℃/h升温速率、100℃/h降温速率、最高温度1350℃保温12h条件下制备的长2210μm，截面宽72μm的六硼化镧晶须光学显微镜图；图6为钻孔法下，100℃/h升温速率、100℃/h降温速率、最高温度1350℃保温12h条件下制备的长2700μm，截面宽120μm的六硼化镧晶须光学显微镜图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1在手套箱中，先将金属镧棒表面黑色的氧化膜去除，露出银色的金属镧。再锉取质量为2g的金属镧粉末，并与质量为1g的硼粉混合，将金属镧粉末和硼粉放入研钵研磨30min，使得金属镧粉与硼粉充分混合。在氧化铝坩埚中加入20g铝颗粒，再将混合均匀的配料倒入坩埚中，轻轻晃动，使得配料填入颗粒铝缝隙中，再加入7g铝颗粒覆盖在金属镧粉末和硼粉表面。将氧化铝坩埚放入感应加热装置中，在真空度为3pa环境中升温到700℃，待铝颗粒充分融化后停止加热。然后将氧化铝坩埚放入炉中烧结，调节升温速率为100℃/h，升温至1350℃并保温12小时，降温速率为100℃/h。烧结结束后，将样品取出，放入浓度为5mol/L的稀盐酸中浸泡，待铝助熔剂溶解后过滤得到六硼化镧晶须。所得到的六硼化镧晶须长度为1342～1507μm，截面宽度为64～152μm，如图1a所示为长1507μm，截面宽64μm的六硼化镧晶须；图1b所示为长1406μm，截面宽110μm的六硼化镧晶须；图1c所示为长1342μm，截面宽152μm的六硼化镧晶须；图1d所示为长1349μm，截面宽100μm的六硼化镧晶须。实施例2在手套箱中，先将金属镧棒表面黑色的氧化膜去掉，露出银色的金属镧。再锉取质量为3g的金属镧粉末，并与质量为1.5g的硼粉混合，将金属镧粉末和硼粉放入研钵研磨30min，使得金属镧粉与硼粉充分混合。在氧化铝坩埚中放入14g金属铝，然后放入感应加热装置中，在真空度为3pa环境下加热，待铝块融化后停止加热并取出氧化铝坩埚。在铝层上面加入2.25g金属镧粉末和硼粉，并在金属镧粉末和硼粉上面再加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六硼化镧晶须的制备方法，其特征在于：所述的制备六硼化镧晶须的方法步骤如下：(1)配制原料：在手套箱中磨取金属镧粉末，并与硼粉混合，将金属镧粉和硼粉放入研钵研磨25～30min，使得金属镧粉与硼粉充分研磨并混合均匀；(2)通过缝隙填充法、分层法或钻孔法对铝助溶剂进行处理：所述的缝隙填充法为：在氧化铝坩埚中加入颗粒铝，再将混合均匀的金属镧粉与硼粉倒入坩埚中，晃动，使得配料填入颗粒铝缝隙中，然后加入少量铝颗粒覆盖金属镧粉与硼粉表面；将坩埚放入感应加热装置中，并在真空度为3pa环境中升温到650～700℃，待铝颗粒充分融化后停止加热；然后将坩埚放入炉中烧结，升温至1350℃并保温12小时；烧结结束后，将样品取出，放入稀盐酸中浸泡，待铝助熔剂溶解后过滤得到六硼化镧晶须；所述的分层法为：先在氧化铝坩埚中放入金属铝，然后氧化铝坩埚放入感应加热装置中并在真空度为3pa环境下加热，待铝块融化后停止加热并取出；在铝表面加入一层金属镧粉和硼粉，并在配料上面再加入一层铝；将氧化铝坩埚放入感应加热装置中，在真空度为3pa环境下加热；如此重复，得到三层铝夹两层配料的结构；然后，将氧化铝坩埚放入炉中烧结，升温至1350℃并保温12小时；烧结结束后，将样品取出，放入稀盐酸中浸泡，待铝助熔剂溶解后过滤得到六硼化镧晶须；所述的钻孔法为：先在氧化铝坩埚中放入金属铝，然后将氧化铝坩埚放入感应加热装置中并在真空度为3pa环境下加热，待铝块融化后停止加热并取出；待冷却后，在铝块的垂直方向打孔，将混合均匀的金属镧粉与硼粉填充到孔洞中，并在金属镧粉与硼粉上面覆盖一层铝块；然后，将氧化铝坩埚放入炉中烧结，升温至1350℃并保温12小时；烧结结束后，将样品取出，放入稀盐酸中浸泡，待铝助熔剂溶解后过滤得到六硼化镧晶须；所述金属镧、硼粉和铝助熔剂的质量比为2:1:27；放入炉中烧结的升温速率为100℃/h；放入炉中的降温速率是100℃/h；浸泡样品的稀盐酸的浓度为5mol/L。...

【技术特征摘要】
1.一种六硼化镧晶须的制备方法，其特征在于：所述的制备六硼化镧晶须的方法步骤如下：(1)配制原料：在手套箱中磨取金属镧粉末，并与硼粉混合，将金属镧粉和硼粉放入研钵研磨25～30min，使得金属镧粉与硼粉充分研磨并混合均匀；(2)通过缝隙填充法、分层法或钻孔法对铝助溶剂进行处理：所述的缝隙填充法为：在氧化铝坩埚中加入颗粒铝，再将混合均匀的金属镧粉与硼粉倒入坩埚中，晃动，使得配料填入颗粒铝缝隙中，然后加入少量铝颗粒覆盖金属镧粉与硼粉表面；将坩埚放入感应加热装置中，并在真空度为3pa环境中升温到650～700℃，待铝颗粒充分融化后停止加热；然后将坩埚放入炉中烧结，升温至1350℃并保温12小时；烧结结束后，将样品取出，放入稀盐酸中浸泡，待铝助熔剂溶解后过滤得到六硼化镧晶须；所述的分层法为：先在氧化铝坩埚中放入金属铝，然后氧化铝坩埚放入感应加热装置中并在真空度为3pa环境下加热，待铝块融化后停止加热并取出；在铝表面加入一层金属镧粉和硼粉，并在配料上面再加入一层铝；将氧化铝坩埚放入感应加热装置中，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪加巍，伍岳，高召顺，肖立业，韩立，刘俊标，左婷婷，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11