一种大尺寸稀土硼化物SmB6单晶体的制备方法属于稀土硼化物热阴极材料技术领域。目前，SmB6稀土硼化物单晶的制备与研究很少，且制备工艺复杂，单晶体质量较差，尺寸小，很难实现实际应用。本发明专利技术采用放电等离子烧结和悬浮区域熔炼相结合的方法，在高真空环境下制备高质量、大尺寸的稀土硼化物SmB6单晶体。以Sm粉末和B粉末为初始原料制备出的SmB6单晶为的圆柱体，单晶衍射仪测试结果显示单晶质量良好没有出现孪晶现象。
Preparation method of large size rare earth boride SmB6 single crystal
The invention relates to a preparation method of large size rare earth boride SmB6 single crystal, which belongs to the technical field of rare earth boride hot cathode material. At present, the preparation and research of SmB6 rare earth boride single crystal are few, and the preparation process is complex, the quality of single crystal is poor, and the size is small, so it is difficult to realize the practical application. The invention adopts the method of the combination of the discharge plasma sintering and the floating zone melting, and the preparation of high quality and large size rare earth boride SmB6 single crystal in a high vacuum environment. The SmB6 single crystal was prepared from Sm powder and B powder as the starting material. The results of single crystal diffractometer show that the quality of the single crystal is good, and there is no twin phenomenon.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于稀土硼化物阴极材料
，具体涉及到一种利用光学区域熔炼法制备SmB6单晶体材料的方法。
技术介绍
自1951年，美国的J.M.Lafferty发现六硼化镧具有优异的电子发射特性后，开启了稀土硼化物研究热潮。稀土六硼化物(ReB6, Re为稀土元素)是一类具有特殊晶体结构的硼化物，具有熔点高、硬度大、逸出功低、发射电流密度大、化学稳定性好、耐离子轰击能力强等特点，是理想的热阴极材料。稀土六硼化物研究的热点主要集中在LaB6和CeB6等二元稀土硼化物阴极。Sm元素作为一种重要的稀土元素被广泛应用，而SmB6单晶体的制备与研究较少。目前，通常采用铝溶剂法制备稀土硼化物SmB6单晶体，但此方法制备出的单晶体尺寸较小，并在制备过程中易带入杂质铝元素，降低了单晶纯度，降低了发射电流密度，限制了其实际应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术的问题，而提供一种高质量，高纯度，大尺寸的SmB6单晶体阴极材料的制备方法。本专利技术所提供的方法能提高单晶体的质量及尺寸，有利于大规模工业生产和应用。本专利技术采用放电等离子烧结(SPS)与悬浮区域熔炼相结合的方法制备大尺寸，高质量SmB6单晶体,具体步骤如下: I)将Sm粉末、B粉末按摩尔比1:6球磨混匀后装入石墨模具中；将模具置于SPS烧结腔体中，在总气压低于5Pa的真空条件下烧结；以100 110°C /min的升温速率升温至1450 1500°C，保温5 8min，随炉冷却至室温，得到SmB6多晶棒；2)采用光学区域熔炼炉，以直径为6 8mm的SmB6多晶棒为籽晶和料棒进行第一次区熔；设备抽真空至IPa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为1.5 2L/min，30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均匀，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm,晶体生长速度单位15 20mm/h,生长至5—6cm长度后进入步骤3);3)采用光学区域熔炼炉，以一次区熔的SmB6为料棒，以SPS烧结的SmB6多晶棒为籽晶进行第二次区熔；设备抽真空至IPa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为1.5 2L/min，30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均勻，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm,晶体生长速度单位10 12mm/h,生长至5一6cm长度后进入步骤4)；4)采用光学区域熔炼炉，以二次区熔的SmB6为料棒，以SPS烧结的SmB6多晶棒为籽晶进行第三次区熔；设备抽真空至IPa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为1.5 2L/min，30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均勻，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm,晶体生长速度单位6 8mm/h,生长至5—6 cm长度。其中，步骤I)所述的放电等离子烧结设备型号为SPS-3.20MK-V ;步骤2)所述的光学区域熔炼炉型号为FZ-T-12000-S-BU-PC。与现有制备技术相比较，本专利技术具有以下有益效果:本专利技术所制备的多元稀土硼化物SmB6单晶体生长尺寸大、质量高，单晶体为q)4.5 mm X 5 Om m的柱状块体。附图说明图1、实施例1制备的SmB6单晶体的实物照片。图2、实施例1制备的SmB6单晶体的单晶衍射慢速扫描照片。图3、实施例2制备的SmB6单晶体沿c轴生长方向劳埃照片。图4、实施例2制备的SmB6单晶体调节晶格常数通过OrientExpress软件拟合后的劳埃图谱。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明，但是本专利技术的保护范围不限于下述实施例。具体实施例方式实施例1 I)将Sm粉末、B粉末按摩尔比1:6球磨混匀后装入石墨模具中。将模具置于SPS烧结腔体中，在总气压低于5Pa的真空条件下烧结。以100°C /min的升温速率升温至1450°C，保温5min，随炉冷却至室温，得到SmB6多晶棒；2)采用光学区域熔炼炉，以直径为6mm的SmB6多晶棒为籽晶和料棒进行第一次区熔。设备抽真空至IPa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为1.5L/min,30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均匀，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm,晶体生长速度单位15mm/h ；3)采用光学区域熔炼炉，以一次区熔的SmB6为料棒，以SPS烧结的SmB6多晶棒为籽晶进行第二次区熔。设备抽真空至IPa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为1.5L/min，30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均勻，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm,晶体生长速度单位10mm/h ；4)采用光学区域熔炼炉，以二次区熔的SmB6为料棒，以SPS烧结的SmB6多晶棒为籽晶进行第三次区熔。设备抽真空至IPa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为1.5L/min，30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均勻，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm,晶体生长速度单位6mm/h ；实施例2I)将Sm粉末、B粉末按摩尔比1:6球磨混匀后装入石墨模具中。将模具置于SPS烧结腔体中，在总气压低于5Pa的真空条件下烧结。以110°C /min的升温速率升温至1500°C，保温8min，随炉冷却至室温，得到SmB6多晶棒；2)采用光学区域熔炼炉，以直径为8mm的SmB6多晶棒为籽晶和料棒进行第一次区熔。设备抽真空至IPa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为2L/min，30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均匀，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm,晶体生长速度单位20mm/h ；3)采用光学区域熔炼炉，以一次区熔的SmB6为料棒，以SPS烧结的SmB6多晶棒为籽晶进行第二次区熔。设备抽真空至IPa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为2L/min，30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均勻，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm,晶体生长速度单位12mm/h ；4)采用光学区域熔炼炉，以二次区熔的SmB6为料棒，以SPS烧结的SmB6多晶棒为籽晶进行第三次区熔。设备抽真空至IPa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为2L/min，30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均勻，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm,晶体生长速度单位8mm/h ；实施例1中制备的SmB6单晶体为蓝紫色，如图1所示，样品粗细均匀，表面光滑，没有发现气体和杂质溢出的痕迹。图2为实施例1制备的SmB6单晶体的单晶衍射仪慢速扫描照片，衍射斑点完整，没有出现劈裂拖尾等现象说明样品为单晶且质量良好。图3为实施例2制备的SmB6单晶体沿c轴生长方向劳埃照片。图4为实施例2制备的SmB6单晶体调节晶格常数通过OrientExpress软件拟合后的劳埃图谱，从图谱表明两者吻合的很好，可看出样品具有很好的对称性。表明生长 参数改变之后仍可以制备出高质量的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大尺寸稀土硼化物SmB6单晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）将Sm粉末、B粉末按摩尔比1:6球磨混匀后装入石墨模具中；将模具置于SPS烧结腔体中，在总气压低于5Pa的真空条件下烧结；以100～110℃/min的升温速率升温至1450～1500℃，保温5～8min，随炉冷却至室温，得到SmB6多晶棒；2）采用光学区域熔炼炉，以直径为6～8mm的SmB6多晶棒为籽晶和料棒进行第一次区熔；设备抽真空至1Pa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为1.5～2L/min，30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均匀，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm，晶体生长速度单位15～20mm/h，生长至5—6cm长度后进入步骤3）；3）采用光学区域熔炼炉，以一次区熔的SmB6为料棒，以SPS烧结的SmB6多晶棒为籽晶进行第二次区熔；设备抽真空至1Pa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为1.5～2L/min，30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均匀，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm，晶体生长速度单位10～12mm/h，生长至5—6cm长度后进入步骤4）；4）采用光学区域熔炼炉，以二次区熔的SmB6为料棒，以SPS烧结的SmB6多晶棒为籽晶进行第三次区熔；设备抽真空至1Pa以下后，冲入流动氩气至气压升至0.5MPa，气体流速为1.5～2L/min，30min区熔炉功率增加到籽晶和料棒熔化并形成稳定熔区，为了使熔区更加均匀，将籽晶和料棒反向旋转，转速为30rpm，晶体生长速度单位6～8mm/h，生长至5—6cm长度。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张忻，张繁星，李晓娜，张久兴，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。