PrB-,6-和(La-,x-Pr-,1-x-)B-,6-的放電等離子燒結(jié)制備及其性能研究.pdf

1、稀土六硼化物(REB6,RE為稀土元素)陰極材料是一種電子發(fā)射性能優(yōu)異的功能材料。它具有熔點(diǎn)高、硬度大、化學(xué)穩(wěn)定性好、蒸發(fā)率低等非金屬難熔化合物的特點(diǎn)。隨著電子束和離子束應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,人們對(duì)陰極材料的性能提出了更高的要求,希望進(jìn)一步提高電子發(fā)射密度、降低工作溫度、延長(zhǎng)使用壽命等。本論文采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SPS)制備了PrB6和(LaxPr1-x)B6,并研究了其力學(xué)性能與電子發(fā)射性能,為新REB6陰極材料的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了有益的探

2、索。
　　 本文采用氫直流電弧法,以稀土鑭塊和鐠塊為原料,制備了LaH2和PrH2納米粉末。利用透射電鏡對(duì)粉末的形貌進(jìn)行了觀察,并利用線性截距法測(cè)算了其平均粒徑。差熱分析得LaH2和PrH2的脫氫溫度分別為796.4℃和966.64℃。以LaH2、PrH2粉末和B納米粉為原料,用SPS技術(shù)成功制備了PrB6和(LaxPr1-x)B6多晶塊體材料,并探討了各燒結(jié)參數(shù)對(duì)其性能的影響,得到了制備PrB6和(LaxPr1-x)B6多晶塊

3、體的最佳工藝。成分分析表明,樣品中各元素的質(zhì)量百分比和原子比均接近理論值。
　　 實(shí)驗(yàn)研究表明,采用SPS方法制備得到的PrB6和(LaxPr1-x)B6塊體在相對(duì)密度、維氏硬度、抗彎強(qiáng)度和電子發(fā)射性能等方面均優(yōu)于普通燒結(jié)方法制備的產(chǎn)品,而且燒結(jié)時(shí)間短,燒結(jié)溫度低,實(shí)現(xiàn)了低溫快速燒結(jié)。隨著燒結(jié)溫度的升高,樣品的相對(duì)密度、維氏硬度、抗彎強(qiáng)度均有所提高,當(dāng)溫度達(dá)到一定程度,上升趨勢(shì)變緩;對(duì)斷口形貌的分析表明,隨著溫度的升高,樣品內(nèi)部

4、孔洞和空隙減小,顯微組織趨于均勻。隨著燒結(jié)壓力的增大,樣品的力學(xué)性能也有所增大,而且樣品內(nèi)部的晶粒逐漸變小,晶粒間的排列更加緊密。
　　 (LaxPr1-x)B6樣品隨著La、Pr原子比例的不同,其力學(xué)性能和熱電子發(fā)射性能均發(fā)生了較大變化。La、Pr原子比例為0.4:0.6時(shí),樣品具有最好的力學(xué)性能和熱電子發(fā)射性能。發(fā)射性能的測(cè)試表明,樣品具有優(yōu)異的發(fā)射性能:在陰極表面溫度分別為1673K、1773K、1873K時(shí),PrB6樣品

5、的最大熱電子發(fā)射電流密度分別為6.45A/cm2、16.85A/cm3、22.52A/cm2,(La0.4Pr0.6)B6樣品的最大發(fā)射電流密度分別為15.48A/cm2、24.96A/cm2、30.65A/cm2,
　　 總之,SPS是制備PrB6和(LaxPr1-x)B6陰極材料的有效方法之一,并且所制備的樣品均具有優(yōu)異的力學(xué)性能和熱電子發(fā)射性能。研究PrB6和(LaxPr1-x)B6的制備工藝和性能對(duì)于探索、開(kāi)發(fā)其他性能優(yōu)