六硼化鑭的特性

六硼化鑭屬于CsCI型立方原始格子，鑭原子占據(jù)立方體的八個頂角，六個硼原子構(gòu)成八面體并且位于立方體的中心。六硼化鑭中硼原子之間形成共價鍵，鍵能很高，鍵強(qiáng)很大，鍵長較短，使六硼化鑭的結(jié)構(gòu)緊密，也使得六硼化鑭具有較高的熔點，其熔點達(dá)到2210℃^[1]。

圖1 六硼化鑭的外觀

圖2 六硼化鑭的晶體結(jié)構(gòu)

六硼化鑭的具體特性如下^[1]：

①蒸發(fā)低，由于六硼化鑭的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，硼原子之間形成共價鍵，鍵能很高、鍵強(qiáng)很大，這種穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)使得六硼化鑭中的原子難以脫離晶格，從而減少了蒸發(fā)的可能性。

②高導(dǎo)電性，在六硼化鑭中，硼原子成鍵時不足的電子由鑭原子提供，使得La-B是金屬鍵。金屬鍵的特點是電子具有離域性，電子可以在整個晶體中自由穿梭，這極大提高了六硼化鑭的導(dǎo)電性能，同時鑭的價電子數(shù)為3，參與成鍵時只需2個電子，剩下的1個電子成為自由電子，該能夠自由移動。綜上兩點，使得六硼化鑭具有高的導(dǎo)電性。

③具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，常溫下不與水、氧氣以及鹽酸發(fā)生反應(yīng)，在空氣中的穩(wěn)定性良好，使用過程中的表面沾污可用真空熱處理來復(fù)原。在室溫下，六硼化鑭只與硝酸與王水發(fā)生反應(yīng)。在有氧氣的氛圍下，溫度達(dá)到600至700℃時才會發(fā)生氧化反應(yīng)。在真空氛圍中，六硼化鑭易與其他物質(zhì)或氣體反應(yīng)，形成低熔點的物質(zhì)，在高溫下，形成的物質(zhì)會不斷蒸發(fā)使六硼化鑭晶體低逸出功面暴露在發(fā)射面上，這使得六硼化鑭具有優(yōu)異的抗中毒能力。

④強(qiáng)補(bǔ)充能力，當(dāng)六硼化鑭被加熱到較高的溫度時，六硼化鑭熱陰極表面的鑭原子會隨之蒸發(fā)而產(chǎn)生空位，但六硼化鑭內(nèi)部的晶格會擴(kuò)散出金屬原子，使得硼框架結(jié)構(gòu)保持不變。

六硼化鑭的制備方法

六硼化鑭陰極材料可以分為六硼化鑭單晶材料和多晶六硼化鑭，其中六硼化鑭單晶材料的內(nèi)部缺陷少，無多余晶界，發(fā)射性能整體優(yōu)于多晶六硼化鑭，但是由于六硼化鑭單晶材料制作工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、技術(shù)難度大，難以滿足對高性能陰極材料的迫切需求。現(xiàn)有技術(shù)中也指出，燒結(jié)致密的多晶六硼化鑭發(fā)射性能也可達(dá)到六硼化鑭單晶材料的水平，且相比于六硼化鑭單晶材料，多晶六硼化鑭的制作工藝相對簡單，對設(shè)備的要求相對更低，已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的一種陰極材料。下面是一種多晶六硼化鑭制備方法的步驟^[2]：

稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%、粒徑為4 μm的六硼化鑭粉末和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為百分之0.1%、粒徑為4 μm的高純球形鎳粉，將六硼化鑭粉體和球形鎳粉的混合粉體置于聚氨酯球磨罐中，采用直徑為10 mm、8 mm和5 mm的氧化鋯磨球作為研磨介質(zhì)，于保護(hù)氣中全方位行星球磨14 h，制得球磨粉末，保護(hù)氣為氮氣和氬氣的混合氣體，其中，氮氣占比80%，其余為氬氣；將球磨粉末取出后置于電熱真空烘箱中95℃干燥24 h，然后將粉末取出置于超聲波振動篩分儀上過篩，振動篩分頻率為18 KHz，收集2 μm以下的粉末；將篩分后獲得的粉末置于墊有石墨紙的石墨模具中，然后將模具置于熱壓燒結(jié)爐中，抽真空至1×10^-2pa，然后進(jìn)行梯度熱壓燒結(jié)，具體燒結(jié)條件為：a）5℃/min的速率勻速升溫至600℃，同時施加60 Mpa的軸向壓力，保壓燒結(jié)90 min；b）10℃/min的速率勻速升溫至1400℃，同時施加90 Mpa的軸向壓力；c）保壓條件下，以5℃/min的速率勻速升溫至1700℃并保溫90 min；d）以10℃/min的速率勻速降溫至800℃并以0.3 Mpa/min的速率勻速泄壓至20 Mpa；e）泄壓至0 Mpa后，隨爐自然冷卻，制得。

參考文獻(xiàn)

[1] 祁康成. 六硼化鑭場發(fā)射特性研究[D]. 電子科技大學(xué), 2008.

[2] 成都斯銳克科技有限公司. 一種多晶六硼化鑭及其制備方法和應(yīng)用: 202510313126.2[P]. 2025-10-24.