Sutiparatoi yn uchelperfformiad lanthanum hexaboride (LaB6)
Mae Lanthanum hexaboride (LaB6) yn cael ei gydnabod fel y deunydd catod poeth gorau ar hyn o bryd, sydd â nodweddion gwaith dianc isel, sefydlogrwydd cemegol da, pwynt toddi uchel, caledwch uchel, dwysedd cerrynt allyriadau uchel a gwrthwynebiad cryf i belediad ïon. Mae gan LaB6 ystod eang o gymwysiadau, ac fe'i defnyddiwyd yn llwyddiannus mewn mwy nag 20 o feysydd milwrol ac uwch-dechnoleg, megis radar, awyrofod, diwydiant electronig, ac ati. Mae ei gyfres o gynhyrchion yn bennaf yn cynnwys tri math o bowdr, polycrystal a grisial sengl. Yn benodol, grisial sengl hexaboride lanthanum yw'r deunydd gorau ar gyfer gwneud tiwb electron pŵer uchel, magnetron, trawst electron, pelydr ïon a catod cyflymydd.
Priodweddau ffisegol a chemegol o LaB6
Amrediad bodolaeth lanthanum hexaboride: sy'n cynnwys B 85.8-88 (wt)%, mae'n borffor pan yn cynnwys B 85.8%, a glas pan yn cynnwys B 88%; Dwysedd yw 4.7g/cm3, ymwrthedd tymheredd ystafell yw 15-27 μΩ, caledwch Vickers yw 27.7 GPa, swyddogaeth gwaith yw 2.66 eV, cysonyn allyriadau yw 29A/cm2·K2.
Mae Lanthanum hexaboride yn afloyw ac yn ymddangos yn borffor cochlyd ysgafn pan yn sych, ac yn goch dwfn pan yn llaith. Mae gan Lanthanum hexaboride strwythur grisial ciwbig, fel y dangosir yn Ffigur 1:
Ffigur 1 Strwythur grisial o LaB6
O'r ffigur, gellir gweld mai nodweddion strwythurol y grisial ciwbig o lanthanum hexaboride yw:
1) Mae atomau boron yn ffurfio strwythur fframwaith ciwbig tri dimensiwn, sy'n cynnwys atomau lanthanwm mwy.
2) Mae'r fframwaith boron yn octahedron, ac ar bob fertig ciwb, mae octahedron wedi'i ffurfio gan fframwaith atomig boron, sydd wedi'i gysylltu â'i gilydd gan ei fertigau.
3) Mae pob atom boron yn gyfagos i bum atom boron, pedwar o fewn ei octahedron ac un i gyfeiriad un o brif echelinau'r ciwb, gan roi adeiledd dellt homopolar gyda rhif cydlynu o 5.
4) Mae gan bob atom boron dri electron falens wedi'u neilltuo i bum bond.
5) Y nifer cydgysylltu o atomau metel sydd wedi'u dal mewn dellt boron yw 24.
Mae strwythur grisial borides yn pennu eu priodweddau unigryw:
1) Oherwydd y grym bondio cryf rhwng atomau boron (cyson dellt 4.145 Å), mae'n gyfansoddyn anhydrin gyda phwynt toddi o 2210 gradd.
2) Ar dymheredd ystafell, dim ond gydag asid nitrig ac aqua regia y mae'n adweithio; Mae ocsigen yn cael ei ocsidio ar 600-700 gradd yn unig .
3) O fewn ystod tymheredd penodol, mae'r cyfernod ehangu yn agosáu at sero.
4) sefydlogrwydd da yn yr aer, a gellir adfer halogiad arwyneb yn ystod y defnydd trwy driniaeth wres gwactod.
5) Gwrthwynebiad da i belediad ïon a gallu gwrthsefyll cryfder maes uchel.
6) Oherwydd absenoldeb bondiau falens rhwng atomau metel ac atomau boron, mae electronau falens atomau metel yn rhydd. Felly mae gan borides ddargludedd uchel, ac mae gwrthiant lanthanum hexaboride tua'r un peth â gwrthiant plwm metelaidd. Mae cyfernod tymheredd ei wrthedd yn bositif.
7) Os caniateir i hecsaboridau ddod i gysylltiad â metelau anhydrin ar dymheredd uchel, bydd boron yn ymledu i dellt y metel ac yn ffurfio aloion boron rhyngosodol â'r metel. Ar yr un pryd, bydd y fframwaith boron yn cwympo, gan ganiatáu i'r atomau metel anweddu.
8) Pan fydd borides yn cael ei gynhesu i dymheredd penodol, mae'r atomau metel ar wyneb y grisial yn anweddu, ond yn cael eu hailgyflenwi ar unwaith gan yr atomau metel sy'n ymledu o'r tu mewn i'r dellt, tra bod y fframwaith boron yn aros heb ei newid, gan leihau colli sylweddau gweithredol arwyneb. .
Oherwydd y manteision uchod, mae LaB6 wedi'i wneud yn gydrannau electronig mewn technoleg fodern a'i ddefnyddio'n helaeth mewn diwydiannau sifil ac amddiffyn:
1) catodau allyriadau electronig. Oherwydd y gwaith dianc electron isel, gellir cael deunyddiau catod gyda'r cerrynt allyriadau uchaf ar dymheredd canolig, yn enwedig crisialau sengl o ansawdd uchel, sy'n ddeunyddiau delfrydol ar gyfer catodau allyriadau electronau pŵer uchel.
2) ffynhonnell golau pwynt disgleirdeb uchel.
3) Cydrannau system sefydlogrwydd uchel a hyd oes hir. Mae ei berfformiad cynhwysfawr rhagorol yn galluogi ei gymhwyso mewn amrywiol systemau trawst electron, megis engrafiad trawst electron, ffynonellau gwres pelydr electron, gynnau weldio trawst electron, a chyflymwyr, ar gyfer cynhyrchu cydrannau perfformiad uchel mewn meysydd peirianneg.
Paratoi LaB6
(1) Paratoi powdr LaB6
1) dull synthesis elfen pur
Y dull hwn yw'r dull ymchwil cychwynnol, sy'n addas ar gyfer ymchwil diagram cam, ond nid yw'n addas ar gyfer cymwysiadau cynhyrchu ymarferol.
2) Synthesis o gyfansoddion sy'n cynnwys La a chyfansoddion sy'n cynnwys B
Mae'r dull hwn yn ddull diwydiannol, ac mae yna fformiwlâu adwaith gwahanol yn dibynnu ar yr adweithyddion:
3) Lleihau cyfansoddion La gyda B pur
(2) Paratoi deunyddiau polygrisialog LaB6
Yn gyffredinol, mae polycrystals LaB6 yn cael eu paratoi trwy ddulliau sintering a gwasgu poeth. Mewn sefyllfaoedd lle mae bylchau yn y sampl, dim ond ar gyfer paratoi y gellir defnyddio sintro. Sintro gan ddefnyddio crucibles LaB6, ZrB2, neu ZrC. Er mwyn atal ymdreiddiad B, nid yw'n ddoeth defnyddio crucible B. Fel arfer yn cael ei sintro mewn atmosffer hydrogen. Y pwysedd gwasgu poeth yw 400 atm, y tymheredd yw 2000 gradd, a'r amser dal yw 1-2 awr. Mae maint y biled yn gyffredinol φ 100mm × 30mm.
(3) Paratoi LaB6 Grisial Sengl
Ar hyn o bryd, gellir crynhoi dulliau paratoi crisialau sengl fel dull toddi parth, dull toddyddion, a dull nwy-cyfnod.
1) dull toddi parth
Dull toddi parth yw'r dull a ddefnyddir amlaf ar gyfer paratoi crisialau sengl boride daear prin. Wrth ddefnyddioLaB6fel deunydd ymbelydredd electrod, mae angen paratoi crisialau sengl gyda phurdeb uchel. Er na chanfuwyd union berthynas rhwng yr amhureddau yn LaB6 a'i fywyd gwasanaeth fel electrod allyrru, po uchaf yw purdebLaB6, po hiraf yw ei fywyd gwasanaeth. Felly, mae paratoi deunyddiau purdeb uchel yn ystyrlon iawn.
Er mwyn paratoi uchel-purdebLaB6, mabwysiadir dull toddi parth atal dros dro heb crucible yn gyffredinol, wedi'i ddiogelu gan nwy anadweithiol, fel y dangosir yn Ffigur 2:
Ffigur 2 Diagram sgematig o ddull toddi parth
Mae'r dulliau toddi parth ar gyfer paratoi crisialau sengl yn cynnwys gwresogi amledd radio, gwresogi trawst electron, gwresogi arc, a gwresogi trawst laser.
2) dull toddyddion
Y dull toddydd hefyd yw'r dull sylfaenol ar gyfer paratoi grisial senglLaB6, sy'n cynnwys dau ddull: dull toddydd alwminiwm a dull toddyddion daear prin. Mae'r ddau yn debyg, ac eithrio bod yr olaf yn defnyddio elfennau daear prin yn lle alwminiwm, fel y dangosir yn y diagram isod:
Ffigur 3 Diagram sgematig o ddull toddydd alwminiwm
3) dull dyddodiad cyfnod nwy (CVD).
Dull dyddodiad cyfnod nwy yw'r broses o ddefnyddio sylweddau nwyol i gael adweithiau cemegol ar wyneb deunydd solet, gan gynhyrchu dyddodion solet. Mae diagram sgematig ei egwyddor fel a ganlyn:
Ffigur 4 Diagram sgematig o egwyddor dull CVD
Mae'r fformiwlâu adwaith cemegol sy'n berthnasol i gynhyrchu LaB6 trwy ddull CVD yn cynnwys:
Mae HNRE wedi llwyddo i wneud powdwr LaB6 allan gyda phurdeb o fwy na 99% trwy rag-drin deunyddiau crai boron carbid a phuro powdr LaB6 yn gemegol. Rydym hefyd wedi datblygu proses sintro graddiant dwbl tymheredd-pwysedd ar gyfer blociau polygrisialog LaB6 dwysedd uchel. Mae dwysedd y swmp polycrystalline yn fwy na 95%, ac mae maint y grawn tua 20 μm. Mae gan ein catod gwag wedi'i wneud o floc polycrystal LaB6 nodweddion dwysedd cerrynt allyriadau uchel, bywyd cathod hir a pherfformiad catod sefydlog.