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六硼化鑭的基本特性

LaB6(屬低價(jià)態(tài)硼和稀有金屬元素鑭組成的無(wú)機(jī)非金屬化合物)，具有特殊的 晶體結(jié)構(gòu)和硼化物的基本特性。LaB6相在鑭-硼系統(tǒng)相圖上只占有一片狹小的相區(qū) (含B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85.7%～89%)[6]，含B85.8%時(shí)為藍(lán)色(含B88%時(shí)為紫色)，密度 4.71g/cm3，晶格常數(shù)為4.157?。從材料特性上，SRM 660c 六硼化鑭粉末屬于金屬難熔化合物； 從化學(xué)成分上看，屬于陶瓷材料。六硼化鑭材料從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，可分為粉體、 多晶體及其復(fù)合材料等形態(tài)。

在常溫下，LaB6陰極材料只和HNO3等強(qiáng)酸產(chǎn)生作用，而與O2、H2O以及 HCl 等弱酸不發(fā)生反應(yīng)，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性[7]。在空氣氛中，當(dāng)溫度升高到601 ℃以上時(shí)LaB6材料才逐漸被氧化；當(dāng)溫度處于601～900℃區(qū)域，LaB6材料的氧化 速率逐漸提高；當(dāng)溫度處于901℃以上時(shí)，溫度的升高會(huì)引起LaB6材料氧化速率 的明顯提高[8]。在真空氣氛中，LaB6材料易于和其他物質(zhì)或氣體反應(yīng)，形成低熔 點(diǎn)的物質(zhì)；在高溫下，形成的物質(zhì)會(huì)不斷揮發(fā)使六硼化鑭晶體低逸出功面暴露在 發(fā)射面上，進(jìn)而使六硼化鑭具有優(yōu)異的抗中毒能力。

當(dāng)LaB6陰極被加熱到較高溫度時(shí)，表面的金屬鑭原子因蒸發(fā)損失產(chǎn)生空位， 而內(nèi)部的金屬鑭原子也會(huì)相應(yīng)的擴(kuò)散出來(lái)補(bǔ)充空位，使硼框架結(jié)構(gòu)保持不變，這一性質(zhì)使LaB6陰極蒸發(fā)損失降到最.低程度，并同時(shí)保持一個(gè)活性陰極表面。

六硼化鑭晶體結(jié)構(gòu)

SRM 660c 六硼化鑭粉末 晶體具有立方晶系結(jié)構(gòu)，屬于 CsCl 結(jié)構(gòu)（如圖 1.1），體積小的 B 原子 呈正八面體結(jié)構(gòu)排列將體積大的 La 原子包圍在框架中。立方體每個(gè)頂點(diǎn)都含一 個(gè)由 B 原子框架形成的八面體，它們之間以頂點(diǎn)相互連接，每個(gè) B 原子連接另外 5 個(gè) B 原子，B-B 之間屬于共價(jià)鍵，而且 La-B 之間屬于金屬鍵，具有良好的電導(dǎo) 率[6]。B 原子之間的共價(jià)鍵，鍵長(zhǎng)短、鍵能高，使 LaB6 晶體具有硬度大，熔點(diǎn)高 和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種難熔的非金屬化合物。

六硼化鑭的性能特點(diǎn)

LaB6作為陰極材料其中一個(gè)很重要的特性，是其具有發(fā)射電流密度大和高溫 下蒸發(fā)率低的特點(diǎn)，在相同發(fā)射電流密度下，LaB6陰極材料高溫下的蒸發(fā)率要低 于一般陰極材料，如與鎢陰極相比，在同等發(fā)射電流密度下，LaB6陰極的蒸發(fā)率 要遠(yuǎn)低于鎢陰極蒸發(fā)率[9]，而且低的蒸發(fā)率是延長(zhǎng)陰極使用壽命的重要因素。

SRM 660c 六硼化鑭粉末材料也具有低功函數(shù)特性，例如以熱游離發(fā)射式掃描電子顯微鏡中所用 到的六硼化鑭陰極，就是利用高溫條件下使電子有足夠的能量克服功函數(shù)而發(fā)射， 因此，LaB6的低功率函數(shù)可以在低溫(1300℃)下進(jìn)行，同時(shí)可降低材料的揮發(fā)， 亮度更高，但是此時(shí)LaB6材料本身的活性強(qiáng)、活化能小，需要在真空度較好的環(huán) 境下操作，進(jìn)而增加了LaB6材料研制和應(yīng)用成本。

除此之外，LaB6陰極還具有電導(dǎo)率高、熱膨脹率低、耐離子轟擊、耐強(qiáng)電場(chǎng) 和抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其基本物理性能見(jiàn)表1.1所示。

SRM 660c 六硼化鑭粉末陰極以其*的性能，已經(jīng)漸漸取代了部分鎢陰極在工業(yè)中的應(yīng)用，表 1.2是長(zhǎng)1.6cm，橫截面積為1mm2 的桿狀LaB6陰極在不同溫度下的發(fā)射性能、使用 壽命等與鎢陰極的比較[10]。

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