一種六硼化鑭粉末的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種六硼化鑭粉末的制備方法，以工業(yè)純鋁、A1?10La中間合金和A1?3B中間合金為原料，該三種原料的質(zhì)量比為1∶(0.5～0.8)∶(0.8～1.2)，本發(fā)明涉及的熔體反應(yīng)法合成六硼化鑭粉末的方法，所需原料低廉、設(shè)備及工藝簡單，在常壓下即可進行，所需溫度相對較低，且不需要保護氣氛，所制得的六硼化鑭顆粒形狀規(guī)則，為立方塊狀。
【專利說明】
一種六硼化鑭粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于六硼化鑭材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用熔體反應(yīng)法在常壓、相對較低溫度下合成六硼化鑭(LaB6)粉末材料的方法。
技術(shù)背景
[0002]六硼化鑭具有CsCl結(jié)構(gòu)，其中La原子占據(jù)Cs原子的中心位置，La原子被立方對稱的的八個B6八面體圍繞，這種由硼構(gòu)成的共價鍵結(jié)合導(dǎo)致了六硼化鑭的高機械性能，高熱穩(wěn)定性，高的化學(xué)穩(wěn)定性。對于三價的稀土金屬La來說，Be網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要兩個電子來穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)，因而自身還有一個電子富余，通常條件下是導(dǎo)體。六硼化鑭的其他性質(zhì)如高熔沸點，低逸出功等等也是源于其結(jié)構(gòu)特點。LaB6是很重要的熱電子發(fā)射材料，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于電子、機械、精密儀器等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種利用熔體反應(yīng)法在常壓、相對較低的溫度下處理的\原料低廉、設(shè)備簡單、反應(yīng)溫度較低且無需保護氣氛的六硼化鑭粉末的制備方法。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的六硼化鑭粉末的制備方法，包括以下步驟:
[0005]步驟I:以工業(yè)純鋁、Al-1OLa中間合金和A1-3B中間合金為原料，按照三種原料的質(zhì)量比為1:(0.5?0.8):(0.8?1.2)稱料并經(jīng)烘箱烘干備用；
[0006]步驟2:在坩禍電阻爐中，將步驟I中烘干后的工業(yè)純鋁在石墨黏土坩禍中于7400C -760 0C熔化，保溫20-40分鐘，獲得均勻的鋁熔體；
[0007]步驟3:在步驟2中獲得的鋁熔體中，加入烘干后的A1-3B中間合金，并升溫至850?900 °C保溫20-40分鐘，獲得均勻熔體；
[0008]步驟4:在步驟3獲得的均勻熔體中，于880?920°C加入Al-1OLa中間合金，并保溫20-40分鐘，期間每隔5-10分鐘對熔體進行攪拌，最后一次攪拌進行后，將獲得的均勻熔體靜置I?2小時；
[0009]步驟5:將步驟4所得均勻熔體的上半層撇去，下半層熔體澆入銅模中，并用冷水對銅模進行激冷，待冷卻后獲得含有大量六硼化鑭顆粒的鋁合金錠；
[0010]步驟6:將步驟5所得的鋁合金錠放入質(zhì)量百分比5?10%的稀鹽酸溶液中，待鋁合金錠全部溶解，將所得溶液進行抽濾；
[0011 ]步驟7:將步驟6抽濾所得顆粒放入質(zhì)量百分比I?3 %的稀鹽酸溶液中，并置于超聲波清洗機中進行清洗I?2小時，之后再次對所得溶液進行抽濾；
[0012]步驟8:將步驟7抽濾所得顆粒溶入50°C?70°C溫水中，并置于超聲波清洗機中進行清洗10?20分鐘，之后再次對所得溶液進行抽濾，抽濾所得粉末經(jīng)干燥后，即為所制備的六硼化鑭粉末。
[0013 ]本發(fā)明方法中，步驟4中，Al -1 OLa中間合金加入到均勻熔體中后，溶解出的La元素與B元素通過反應(yīng)獲得六硼化鑭顆粒。
[0014]本發(fā)明方法以工業(yè)純鋁、Al-1OLa中間合金和A1-3B中間合金為原料在常壓、相對較低溫度、無需任何保護氣氛的條件下，用簡單的設(shè)備及工藝即可制備六硼化鑭粉末。本發(fā)明所需原料低廉、設(shè)備及工藝簡單，在常壓下即可進行，所需溫度相對較低，且不需要保護氣氛，所制得的六硼化鑭顆粒形狀規(guī)則，為立方塊狀。
[0015]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0016](I)六硼化鑭常見的制備方法有:元素直接合成法，碳熱還原氧化稀土，硼熱還原等等。由于上述方法需要直接采用純鑭或純硼作為原料，而純鑭和純硼的化學(xué)性質(zhì)活潑，易燒損，上述方法在制備過程中需要附帶真空或保護氣氛條件的反應(yīng)釜或其他高端設(shè)備。本發(fā)明涉及的六硼化鑭粉末制備方法，采用鋁熔體反應(yīng)法，利用鋁鑭及鋁硼二元中間合金作為鑭源和硼源，有效避免了通過純鑭及純硼作為原料時出現(xiàn)的燒損問題，并且原位合成的六硼化鑭具有純度高，元素收得率高等優(yōu)勢。
[0017](2)六硼化鑭是一種高熔點化合物，常見的制備方法需要在1500°C以上的高溫下進行反應(yīng)，設(shè)備成本和要求很高。而CVD法通常使用毒性較大的BBr3、BCl3或B2H6氣體，具有一定的危險性。本發(fā)明通過鋁熔體原位合成方法，有效避免了高溫反應(yīng)的條件，反應(yīng)溫度控制在850°C-900°C，并且制備過程不適用有毒性的化學(xué)試劑。因此，本發(fā)明原料成本低，設(shè)備及工藝簡單，不需要附加保護氣氛，是綠色無污染的制備技術(shù)。
【附圖說明】
[0018]圖1是實施例一制備所得六硼化鑭粉末的掃描電鏡(SEM)照片。
[0019]圖2是實施例一制備所得六硼化鑭粉末的能譜分析(EDS)結(jié)果。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合實施例和說明書附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0021]實施例一:本實施例中六硼化鑭(LaB6)粉末的制備方法如下:
[0022]步驟I:以工業(yè)純鋁、Al-1OLa中間合金和A1-3B中間合金為原料，按照三種原料的質(zhì)量比為1: 0.5:0.8稱料并經(jīng)烘箱烘干備用；
[0023]步驟2:在坩禍電阻爐中，將步驟I中烘干后的工業(yè)純鋁在石墨黏土坩禍中于740°C熔化，保溫20分鐘，獲得均勻的鋁熔體；
[0024]步驟3:在步驟2中獲得的鋁熔體中，加入烘干后的A1-3B中間合金，并升溫至850°C保溫20分鐘，獲得均勻熔體；
[0025]步驟4:在步驟3獲得的均勻熔體中，于880°C加入Al-1OLa中間合金，并保溫20分鐘，獲得均勻熔體，期間每隔5分鐘對熔體進行攪拌，最后一次攪拌進行后，靜置I小時。
[0026]步驟5:將步驟4所得熔體上半層撇去，下半層熔體澆入銅模中，并用冷水對銅模進行激冷，待冷卻后獲得含有大量六硼化鑭顆粒的鋁合金錠；
[0027]步驟6:將步驟5所得的鋁合金錠放入稀鹽酸溶液中，待鋁合金錠全部溶解，將所得溶液進行抽濾；
[0028]步驟7:將步驟6抽濾所得顆粒放入稀鹽酸溶液中，并置于超聲波清洗機中進行清洗I小時，之后再次對所得溶液進行抽濾；
[0029]步驟8:將步驟7抽濾所得顆粒溶入50°C溫水中，并置于超聲波清洗機中進行清洗10分鐘，之后再次對所得溶液進行抽濾，抽濾所得粉末經(jīng)干燥后，即為所制備的六硼化鑭粉末。
[0030]圖1和圖2即為制備所得產(chǎn)物的掃描電鏡(SEM)照片和能譜分析(EDS)結(jié)果，掃描電鏡照片和能譜分析結(jié)果表明所得產(chǎn)物確實是六硼化鑭顆粒(含有微量的鋁)，顆粒呈立方體，大小約為5?20μηι。
[0031]實施例二:本實施例與實施例一不同的是步驟I中三種原料質(zhì)量比為1:0.8:0.8。其他與實施例一相同。
[0032]實施例三:本實施例與實施例一不同的是步驟I中三種原料質(zhì)量比為1:0.5:1.2。其他與實施例一相同。
[0033]實施例四:本實施例與實施例一不同的是步驟I中三種原料質(zhì)量比為1:0.7:1。其他與實施例一相同。
[0034]實施例四:本實施例與實施例一不同的是步驟2中保溫溫度為760°C，保溫時間為40分鐘。其他與實施例一相同。
[0035]實施例五:本實施例與實施例一不同的是步驟2中保溫溫度為750°C，保溫時間為30分鐘。其他與實施例一相同。
[0036]實施例六:本實施例與實施例一不同的是步驟3中保溫溫度為900°C，保溫時間為40分鐘。其他與實施例一相同。
[0037]實施例七:本實施例與實施例一不同的是步驟3中保溫溫度為870°C，保溫時間為30分鐘。其他與實施例一相同。
[0038]實施例八:本實施例與實施例一不同的是步驟4中保溫溫度為920°C，保溫時間為40分鐘，每隔10分鐘對熔體進行攪拌，靜置時間為2小時。其他與實施例一相同。
[0039]實施例九:本實施例與實施例一不同的是步驟4中保溫溫度為900°C，保溫時間為30分鐘，每隔8分鐘對熔體進行攪拌，靜置時間為1.5小時。其他與實施例一相同。
[0040]實施例十:本實施例與實施例一不同的是步驟7中清洗時間為2小時。其他與實施例一相同。
[0041 ]實施例^^一:本實施例與實施例一不同的是步驟7中清洗時間為1.5小時。其他與實施例一相同。
[0042]實施例十二:本實施例與實施例一不同的是步驟8中水溫為700C，清洗時間為20分鐘。其他與實施例一相同。
[0043]實施例十二:本實施例與實施例一不同的是步驟8中水溫為600C，清洗時間為15分鐘。其他與實施例一相同。
[0044]上述實施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和等同替換，這些對本發(fā)明權(quán)利要求進行改進和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種六硼化鑭粉末的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟1:以工業(yè)純鋁、Al-1OLa中間合金和A1-3B中間合金為原料，按照三種原料的質(zhì)量比為1:(0.5?0.8):(0.8?1.2)稱料并經(jīng)烘箱烘干備用； 步驟2:在坩禍電阻爐中，將步驟I中烘干后的工業(yè)純鋁在石墨黏土坩禍中于740°C_760°C熔化，保溫20-40分鐘，獲得均勻的鋁熔體； 步驟3:在步驟2中獲得的鋁熔體中，加入烘干后的A1-3B中間合金，并升溫至850?900°C保溫20-40分鐘，獲得均勻熔體； 步驟4:在步驟3獲得的均勻熔體中，于880?920°C加入Al-1OLa中間合金，并保溫20-40分鐘，期間每隔5-10分鐘對熔體進行攪拌，最后一次攪拌進行后，將獲得的均勻熔體靜置I?2小時； 步驟5:將步驟4所得均勻熔體的上半層撇去，下半層熔體澆入銅模中，并用冷水對銅模進行激冷，待冷卻后獲得含有大量六硼化鑭顆粒的鋁合金錠； 步驟6:將步驟5所得的鋁合金錠放入質(zhì)量百分比5?10%的稀鹽酸溶液中，待鋁合金錠全部溶解，將所得溶液進行抽濾； 步驟7:將步驟6抽濾所得顆粒放入質(zhì)量百分比I?3%的稀鹽酸溶液中，并置于超聲波清洗機中進行清洗I?2小時，之后再次對所得溶液進行抽濾； 步驟8:將步驟7抽濾所得顆粒溶入50°C?70°C溫水中，并置于超聲波清洗機中進行清洗10?20分鐘，之后再次對所得溶液進行抽濾，抽濾所得粉末經(jīng)干燥后，即為所制備的六硼化鑭粉末。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔體反應(yīng)法合成六硼化鑭粉末的方法，其特征在于，所述步驟4中，Al-1OLa中間合金加入到均勻熔體中后，溶解出的La元素與B元素通過反應(yīng)獲得六硼化鑭顆粒。
【文檔編號】C01B35/04GK105967199SQ201610521623
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】潘冶, 李陳林, 顧騰飛, 景力軍, 陸韜
【申請人】東南大學(xué)