一种六硼化镧粉末的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种六硼化镧粉末的制备方法，以工业纯铝、A1?10La中间合金和A1?3B中间合金为原料，该三种原料的质量比为1∶(0.5～0.8)∶(0.8～1.2)，本发明涉及的熔体反应法合成六硼化镧粉末的方法，所需原料低廉、设备及工艺简单，在常压下即可进行，所需温度相对较低，且不需要保护气氛，所制得的六硼化镧颗粒形状规则，为立方块状。
【专利说明】
一种六硼化镧粉末的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明属于六硼化镧材料的制备技术领域，涉及一种利用熔体反应法在常压、相对较低温度下合成六硼化镧(LaB6)粉末材料的方法。
技术背景
[0002]六硼化镧具有CsCl结构，其中La原子占据Cs原子的中心位置，La原子被立方对称的的八个B6八面体围绕，这种由硼构成的共价键结合导致了六硼化镧的高机械性能，高热稳定性，高的化学稳定性。对于三价的稀土金属La来说，Be网络结构需要两个电子来稳定其结构，因而自身还有一个电子富余，通常条件下是导体。六硼化镧的其他性质如高熔沸点，低逸出功等等也是源于其结构特点。LaB6是很重要的热电子发射材料，已经广泛地应用于电子、机械、精密仪器等领域。
【发明内容】
[0003]技术问题:本发明提供一种利用熔体反应法在常压、相对较低的温度下处理的\原料低廉、设备简单、反应温度较低且无需保护气氛的六硼化镧粉末的制备方法。
[0004]技术方案:本发明的六硼化镧粉末的制备方法，包括以下步骤:
[0005]步骤I:以工业纯铝、Al-1OLa中间合金和A1-3B中间合金为原料，按照三种原料的质量比为1:(0.5?0.8):(0.8?1.2)称料并经烘箱烘干备用；
[0006]步骤2:在坩祸电阻炉中，将步骤I中烘干后的工业纯铝在石墨黏土坩祸中于7400C -760 0C熔化，保温20-40分钟，获得均匀的铝熔体；
[0007]步骤3:在步骤2中获得的铝熔体中，加入烘干后的A1-3B中间合金，并升温至850?900 °C保温20-40分钟，获得均匀熔体；
[0008]步骤4:在步骤3获得的均匀熔体中，于880?920°C加入Al-1OLa中间合金，并保温20-40分钟，期间每隔5-10分钟对熔体进行搅拌，最后一次搅拌进行后，将获得的均匀熔体静置I?2小时；
[0009]步骤5:将步骤4所得均匀熔体的上半层撇去，下半层熔体浇入铜模中，并用冷水对铜模进行激冷，待冷却后获得含有大量六硼化镧颗粒的铝合金锭；
[0010]步骤6:将步骤5所得的铝合金锭放入质量百分比5?10%的稀盐酸溶液中，待铝合金锭全部溶解，将所得溶液进行抽滤；
[0011 ]步骤7:将步骤6抽滤所得颗粒放入质量百分比I?3 %的稀盐酸溶液中，并置于超声波清洗机中进行清洗I?2小时，之后再次对所得溶液进行抽滤；
[0012]步骤8:将步骤7抽滤所得颗粒溶入50°C?70°C温水中，并置于超声波清洗机中进行清洗10?20分钟，之后再次对所得溶液进行抽滤，抽滤所得粉末经干燥后，即为所制备的六硼化镧粉末。
[0013 ]本发明方法中，步骤4中，Al -1 OLa中间合金加入到均匀熔体中后，溶解出的La元素与B元素通过反应获得六硼化镧颗粒。
[0014]本发明方法以工业纯铝、Al-1OLa中间合金和A1-3B中间合金为原料在常压、相对较低温度、无需任何保护气氛的条件下，用简单的设备及工艺即可制备六硼化镧粉末。本发明所需原料低廉、设备及工艺简单，在常压下即可进行，所需温度相对较低，且不需要保护气氛，所制得的六硼化镧颗粒形状规则，为立方块状。
[0015]有益效果:本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0016](I)六硼化镧常见的制备方法有:元素直接合成法，碳热还原氧化稀土，硼热还原等等。由于上述方法需要直接采用纯镧或纯硼作为原料，而纯镧和纯硼的化学性质活泼，易烧损，上述方法在制备过程中需要附带真空或保护气氛条件的反应釜或其他高端设备。本发明涉及的六硼化镧粉末制备方法，采用铝熔体反应法，利用铝镧及铝硼二元中间合金作为镧源和硼源，有效避免了通过纯镧及纯硼作为原料时出现的烧损问题，并且原位合成的六硼化镧具有纯度高，元素收得率高等优势。
[0017](2)六硼化镧是一种高熔点化合物，常见的制备方法需要在1500°C以上的高温下进行反应，设备成本和要求很高。而CVD法通常使用毒性较大的BBr3、BCl3或B2H6气体，具有一定的危险性。本发明通过铝熔体原位合成方法，有效避免了高温反应的条件，反应温度控制在850°C-900°C，并且制备过程不适用有毒性的化学试剂。因此，本发明原料成本低，设备及工艺简单，不需要附加保护气氛，是绿色无污染的制备技术。
【附图说明】
[0018]图1是实施例一制备所得六硼化镧粉末的扫描电镜(SEM)照片。
[0019]图2是实施例一制备所得六硼化镧粉末的能谱分析(EDS)结果。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。
[0021]实施例一:本实施例中六硼化镧(LaB6)粉末的制备方法如下:
[0022]步骤I:以工业纯铝、Al-1OLa中间合金和A1-3B中间合金为原料，按照三种原料的质量比为1: 0.5:0.8称料并经烘箱烘干备用；
[0023]步骤2:在坩祸电阻炉中，将步骤I中烘干后的工业纯铝在石墨黏土坩祸中于740°C熔化，保温20分钟，获得均匀的铝熔体；
[0024]步骤3:在步骤2中获得的铝熔体中，加入烘干后的A1-3B中间合金，并升温至850°C保温20分钟，获得均匀熔体；
[0025]步骤4:在步骤3获得的均匀熔体中，于880°C加入Al-1OLa中间合金，并保温20分钟，获得均匀熔体，期间每隔5分钟对熔体进行搅拌，最后一次搅拌进行后，静置I小时。
[0026]步骤5:将步骤4所得熔体上半层撇去，下半层熔体浇入铜模中，并用冷水对铜模进行激冷，待冷却后获得含有大量六硼化镧颗粒的铝合金锭；
[0027]步骤6:将步骤5所得的铝合金锭放入稀盐酸溶液中，待铝合金锭全部溶解，将所得溶液进行抽滤；
[0028]步骤7:将步骤6抽滤所得颗粒放入稀盐酸溶液中，并置于超声波清洗机中进行清洗I小时，之后再次对所得溶液进行抽滤；
[0029]步骤8:将步骤7抽滤所得颗粒溶入50°C温水中，并置于超声波清洗机中进行清洗10分钟，之后再次对所得溶液进行抽滤，抽滤所得粉末经干燥后，即为所制备的六硼化镧粉末。
[0030]图1和图2即为制备所得产物的扫描电镜(SEM)照片和能谱分析(EDS)结果，扫描电镜照片和能谱分析结果表明所得产物确实是六硼化镧颗粒(含有微量的铝)，颗粒呈立方体，大小约为5?20μηι。
[0031]实施例二:本实施例与实施例一不同的是步骤I中三种原料质量比为1:0.8:0.8。其他与实施例一相同。
[0032]实施例三:本实施例与实施例一不同的是步骤I中三种原料质量比为1:0.5:1.2。其他与实施例一相同。
[0033]实施例四:本实施例与实施例一不同的是步骤I中三种原料质量比为1:0.7:1。其他与实施例一相同。
[0034]实施例四:本实施例与实施例一不同的是步骤2中保温温度为760°C，保温时间为40分钟。其他与实施例一相同。
[0035]实施例五:本实施例与实施例一不同的是步骤2中保温温度为750°C，保温时间为30分钟。其他与实施例一相同。
[0036]实施例六:本实施例与实施例一不同的是步骤3中保温温度为900°C，保温时间为40分钟。其他与实施例一相同。
[0037]实施例七:本实施例与实施例一不同的是步骤3中保温温度为870°C，保温时间为30分钟。其他与实施例一相同。
[0038]实施例八:本实施例与实施例一不同的是步骤4中保温温度为920°C，保温时间为40分钟，每隔10分钟对熔体进行搅拌，静置时间为2小时。其他与实施例一相同。
[0039]实施例九:本实施例与实施例一不同的是步骤4中保温温度为900°C，保温时间为30分钟，每隔8分钟对熔体进行搅拌，静置时间为1.5小时。其他与实施例一相同。
[0040]实施例十:本实施例与实施例一不同的是步骤7中清洗时间为2小时。其他与实施例一相同。
[0041 ]实施例^^一:本实施例与实施例一不同的是步骤7中清洗时间为1.5小时。其他与实施例一相同。
[0042]实施例十二:本实施例与实施例一不同的是步骤8中水温为700C，清洗时间为20分钟。其他与实施例一相同。
[0043]实施例十二:本实施例与实施例一不同的是步骤8中水温为600C，清洗时间为15分钟。其他与实施例一相同。
[0044]上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种六硼化镧粉末的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤1:以工业纯铝、Al-1OLa中间合金和A1-3B中间合金为原料，按照三种原料的质量比为1:(0.5?0.8):(0.8?1.2)称料并经烘箱烘干备用； 步骤2:在坩祸电阻炉中，将步骤I中烘干后的工业纯铝在石墨黏土坩祸中于740°C_760°C熔化，保温20-40分钟，获得均匀的铝熔体； 步骤3:在步骤2中获得的铝熔体中，加入烘干后的A1-3B中间合金，并升温至850?900°C保温20-40分钟，获得均匀熔体； 步骤4:在步骤3获得的均匀熔体中，于880?920°C加入Al-1OLa中间合金，并保温20-40分钟，期间每隔5-10分钟对熔体进行搅拌，最后一次搅拌进行后，将获得的均匀熔体静置I?2小时； 步骤5:将步骤4所得均匀熔体的上半层撇去，下半层熔体浇入铜模中，并用冷水对铜模进行激冷，待冷却后获得含有大量六硼化镧颗粒的铝合金锭； 步骤6:将步骤5所得的铝合金锭放入质量百分比5?10%的稀盐酸溶液中，待铝合金锭全部溶解，将所得溶液进行抽滤； 步骤7:将步骤6抽滤所得颗粒放入质量百分比I?3%的稀盐酸溶液中，并置于超声波清洗机中进行清洗I?2小时，之后再次对所得溶液进行抽滤； 步骤8:将步骤7抽滤所得颗粒溶入50°C?70°C温水中，并置于超声波清洗机中进行清洗10?20分钟，之后再次对所得溶液进行抽滤，抽滤所得粉末经干燥后，即为所制备的六硼化镧粉末。2.根据权利要求1所述的熔体反应法合成六硼化镧粉末的方法，其特征在于，所述步骤4中，Al-1OLa中间合金加入到均匀熔体中后，溶解出的La元素与B元素通过反应获得六硼化镧颗粒。
【文档编号】C01B35/04GK105967199SQ201610521623
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】潘冶, 李陈林, 顾腾飞, 景力军, 陆韬
【申请人】东南大学