كيفلإعداد عاليأداء lأنثانوم هيكسابوريد (LaB6)
يعتبر سداسي بوريد اللانثانوم (LaB6) أفضل مادة كاثود ساخنة في الوقت الحاضر، حيث يتميز بانخفاض معدل الهروب، والاستقرار الكيميائي الجيد، ونقطة الانصهار العالية، والصلابة العالية، وكثافة التيار الانبعاثي العالية، والمقاومة القوية لقصف الأيونات. يتمتع LaB6 بمجموعة واسعة من التطبيقات، وقد تم استخدامه بنجاح في أكثر من 20 مجالًا عسكريًا وعالي التقنية، مثل الرادار، والفضاء الجوي، والصناعة الإلكترونية، وما إلى ذلك. تتضمن سلسلة منتجاته بشكل أساسي ثلاثة أنواع من المسحوق، والبلورات المتعددة، والبلورات المفردة. على وجه الخصوص، يعتبر سداسي بوريد اللانثانوم البلوري المفرد أفضل مادة لصنع أنبوب الإلكترون عالي الطاقة، والمغنطرون، وشعاع الإلكترون، وشعاع الأيونات، وكاثود المسرع.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية لاب6
مدى وجود هيكسابوريد اللانثانوم: يحتوي على 85.8-88 (وزنيًا)% من البورون، ويكون أرجوانيًا عند احتوائه على 85.8% من البورون، وأزرق عند احتوائه على 88% من البورون؛ الكثافة 4.7 جم/سم3، مقاومة درجة حرارة الغرفة 15-27 μΩ، صلابة فيكرز 27.7 جيجاباسكال، دالة العمل 2.66 إلكترون فولت، ثابت الانبعاث 29 أمبير/سم2·K2.
يعتبر هيكسابوريد اللانثانوم معتمًا ويبدو بلون أرجواني محمر فاتح عندما يجف، وأحمر غامق عندما يكون رطبًا. يتمتع هيكسابوريد اللانثانوم ببنية بلورية مكعبة، كما هو موضح في الشكل 1:
الشكل 1 البنية البلورية لـ LaB6
ومن الشكل يتضح أن الخصائص البنيوية للبلورة المكعبة لهيكسابوريد اللانثانوم هي:
1) تشكل ذرات البورون بنية إطارية مكعبة ثلاثية الأبعاد، تحتوي على ذرات اللانثانوم الأكبر حجمًا.
2) هيكل البورون عبارة عن ثماني السطوح، وعند كل رأس من رؤوس المكعب يوجد ثماني السطوح يتكون من هيكل ذري من البورون، والذي يرتبط مع بعضه البعض بواسطة رؤوسه.
3) كل ذرة بورون مجاورة لخمس ذرات بورون، أربع منها داخل ثماني السطوح وواحدة في اتجاه أحد المحاور الرئيسية للمكعب، مما يعطي بنية شبكية متجانسة ذات رقم إحداثي 5.
4) تحتوي كل ذرة بورون على ثلاثة إلكترونات تكافؤ مخصصة لخمس روابط.
5) العدد التنسيقي لذرات المعدن المحاصرة في شبكة البورون هو 24.
يحدد التركيب البلوري للبوريدات خصائصها الفريدة:
1) بسبب قوة الترابط القوية بين ذرات البورون (ثابت الشبكة 4.145 Å)، فهو مركب مقاوم للحرارة ودرجة انصهاره 2210 درجة.
2) عند درجة حرارة الغرفة، يتفاعل فقط مع حمض النيتريك والماء الملكي؛ ويتأكسد الأكسجين فقط عند درجة حرارة 600-700 درجة.
3) ضمن نطاق معين من درجات الحرارة، يقترب معامل التمدد من الصفر.
4) يمكن استعادة الاستقرار الجيد في الهواء والتلوث السطحي أثناء الاستخدام عن طريق المعالجة الحرارية الفراغية.
5) مقاومة جيدة لقصف الأيونات وقادرة على تحمل قوة المجال العالية.
6) بسبب عدم وجود روابط تكافؤ بين ذرات المعدن وذرات البورون فإن إلكترونات التكافؤ لذرات المعدن تكون حرة، لذا فإن البوريدات لها موصلية عالية، ومقاومة هيكسابوريد اللانثانوم تساوي تقريبًا مقاومة الرصاص المعدني، ومعامل درجة الحرارة لمقاومته موجب.
7) إذا سُمح لسداسي بوريدات أن تتلامس مع المعادن المقاومة للحرارة عند درجات حرارة عالية، فسوف ينتشر البورون في شبكة المعدن ويشكل سبائك بورونية بينية مع المعدن. وفي الوقت نفسه، سوف ينهار إطار البورون، مما يسمح لذرات المعدن بالتبخر.
8) عندما يتم تسخين البوريدات إلى درجة حرارة معينة، تتبخر ذرات المعدن على سطح البلورة، ولكن يتم تجديدها على الفور بواسطة ذرات المعدن المنتشرة من داخل الشبكة، في حين يظل إطار البورون دون تغيير، مما يقلل من فقدان المواد النشطة على السطح.
بفضل المزايا المذكورة أعلاه، تم تصنيع LaB6 في مكونات إلكترونية في التكنولوجيا الحديثة وتم استخدامه على نطاق واسع في الصناعات المدنية والدفاعية:
1) الكاثودات ذات الانبعاث الإلكتروني. نظرًا لانخفاض جهد هروب الإلكترون، يمكن الحصول على مواد الكاثود ذات أعلى تيار انبعاث عند درجات الحرارة المتوسطة، وخاصة البلورات المفردة عالية الجودة، وهي مواد مثالية لكاثودات انبعاث الإلكترون عالية الطاقة.
2) مصدر ضوء عالي السطوع.
3) مكونات النظام عالية الاستقرار وطويلة العمر. أدائها الشامل الممتاز يمكّنها من التطبيق في أنظمة الحزم الإلكترونية المختلفة، مثل النقش بالحزم الإلكترونية، ومصادر الحرارة بالحزم الإلكترونية، ومسدسات اللحام بالحزم الإلكترونية، والمسرعات، لإنتاج مكونات عالية الأداء في المجالات الهندسية.
التحضير ل لاب6
(1) تحضير مسحوق LaB6
1) طريقة تركيب العناصر النقية
هذه الطريقة هي طريقة البحث الأولية، وهي مناسبة لبحث مخطط الطور، ولكنها غير مناسبة لتطبيقات الإنتاج العملية.
2) تخليق المركبات المحتوية على La والمركبات المحتوية على B
هذه الطريقة هي طريقة صناعية، وهناك صيغ مختلفة للتفاعل اعتمادًا على المتفاعلات:
3) اختزال مركبات La باستخدام B النقي
(2) تحضير مواد متعددة البلورات من LaB6
يتم تحضير بلورات LaB6 بشكل عام عن طريق التلبيد والضغط الساخن. في المواقف التي تحتوي فيها العينة على فراغات، لا يمكن استخدام التلبيد إلا للتحضير. التلبيد باستخدام بوتقة LaB6 أو ZrB2 أو ZrC. لمنع تسرب B، لا ينصح باستخدام بوتقة B. عادة ما يتم التلبيد في جو من الهيدروجين. ضغط الضغط الساخن هو 400 ضغط جوي، ودرجة الحرارة 2000 درجة، ووقت الاحتفاظ هو 1-2 ساعة. حجم السبيكة هو عمومًا φ 100 مم × 30 مم.
(3) تحضير بلورة LaB6 المفردة
في الوقت الحاضر، يمكن تلخيص طرق تحضير البلورات المفردة على أنها طريقة ذوبان المنطقة، وطريقة المذيب، وطريقة الطور الغازي.
1) طريقة ذوبان المنطقة
طريقة ذوبان المنطقة هي الطريقة الأكثر استخدامًا لإعداد بلورات البوريدات الأرضية النادرة المفردة. عند استخداملاب6باعتبارها مادة إشعاع أقطاب كهربائية، من الضروري تحضير بلورات مفردة ذات نقاء عالٍ. وعلى الرغم من عدم العثور على علاقة دقيقة بين الشوائب الموجودة في LaB6 وعمر خدمتها كقطب باعث، إلا أن نقاءها العالي يعني أن المادة قد تكون أكثر نقاءً.لاب6كلما زادت مدة خدمتها، فإن تحضير مواد عالية النقاء أمر ذو أهمية كبيرة.
من أجل تحضير مشروب عالي النقاءلاب6، يتم عادةً اعتماد طريقة ذوبان منطقة التعليق بدون بوتقة، محمية بالغاز الخامل، كما هو موضح في الشكل 2:
الشكل 2 مخطط تخطيطي لطريقة ذوبان المنطقة
تشمل طرق ذوبان المناطق لإعداد البلورات المفردة التسخين بالترددات الراديوية، والتسخين بحزمة الإلكترونات، والتسخين بالقوس، والتسخين بحزمة الليزر.
2) طريقة المذيب
تعتبر طريقة المذيب أيضًا الطريقة الأساسية لإعداد البلورات المفردةلاب6والتي تتضمن طريقتين: طريقة مذيب الألومنيوم وطريقة مذيب العناصر الأرضية النادرة. والطريقتان متشابهتان، إلا أن الطريقة الأخيرة تستخدم العناصر الأرضية النادرة بدلاً من الألومنيوم، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه:
الشكل 3 مخطط تخطيطي لطريقة مذيب الألومنيوم
3) طريقة ترسيب الطور الغازي (CVD)
طريقة الترسيب بالطور الغازي هي عملية استخدام المواد الغازية للخضوع لتفاعلات كيميائية على سطح مادة صلبة، مما يؤدي إلى توليد رواسب صلبة. الرسم التخطيطي لمبدأها هو كما يلي:
الشكل 4 مخطط تخطيطي لمبدأ طريقة الترسيب الكيميائي البخاري
تتضمن صيغ التفاعل الكيميائي المطبقة على إنتاج LaB6 بطريقة الترسيب الكيميائي البخاري ما يلي:
نجحت شركة HNRE في تصنيع مسحوق LaB6 بنقاء يزيد عن 99% من خلال المعالجة المسبقة لمواد خام كربيد البورون والتنقية الكيميائية لمسحوق LaB6. كما قمنا بتطوير عملية التلبيد ذات التدرج المزدوج في درجة الحرارة والضغط لكتل LaB6 متعددة البلورات عالية الكثافة. تبلغ كثافة الكتلة متعددة البلورات أكثر من 95%، ويبلغ حجم الحبيبات حوالي 20 ميكرومتر. يتميز الكاثود المجوف المصنوع من كتلة LaB6 متعددة البلورات بخصائص كثافة تيار الانبعاث العالية وعمر الكاثود الطويل وأداء الكاثود المستقر.