稀土六硼化物是优良的电子发射材料，广泛应用为电子束分析仪器、电子束加工设备、粒子束加速器以及其它一些动态真空系统的电子源。但随着真空电子器件的不断发展，要求阴极材料必须提供较大的发射电流密度前提下还应具良好的热稳定性和抗离子轰击能力，在动态环境下具有较好的工作重复性。这就对稀土六硼化物阴极材料的质量提出了更高的要求。本文以低逸出功Gd基(Gd1-xRx)B6(R=La，Nd，Ba，0≤x≤1)稀土六硼化物多晶体和La基LaxR1-xB6(R=Ce，Sm，0≤x≤1)稀土六硼化物单晶体为研究对象，借助XRD、TEM、EBSD、单晶衍射仪以及劳埃衍射等分析测试手段，系统研究了多晶体以及单晶体稀土六硼化物的物相组成、微结构及热发射性能和场发射性能。　　以纳米稀土氢化物GdH2、LaH2、NdH2、BaH2和B为原料，采用SPS原位合成法制备了高致密，单相的Gd基(Gd1-xRx)B6稀土六硼化物阴极材料。系统研究了掺杂元素Nd，Ba和La对GdB6结构、物相组成及发射性能的影响。结果表明，该方法制备出的GdB6致密度高达97.5％，维氏硬度为2091 kg/mm2，在外加电压为1 KV，阴极温度为1873 K时，最大发射电流密度为11.0 A/cm2，表现出了良好的发射性能。与传统热压烧结法相比，SPS原位反应合成不仅促进了材料的致密化，而且还提高了电子发射性能。Nd元素的掺杂使GdB6发射电流密度从11.0 A/cm2增至16.30 A/cm2，逸出功从2.99 eV降至2.80 eV；Ba元素的掺杂使GdB6发射电流密度降至2.25 A/cm2，导致逸出功增加；La元素的掺杂使发射电流密度增至36.20 A/cm2，逸出功降至2.62 eV。　　前期研究工作表明，晶粒尺度对多晶稀土六硼化物阴极材料的逸出功有着重要的影响，本工作中以纳米LaH2和纳米B粉为原料，通过SPS原位反应合成了一系列晶粒度可控的LaB6多晶块体，系统研究了晶粒尺度对LaB6发射性能的影响规律，并研究了纳米B粉的晶态及粒度对LaB6块体合成温度及晶粒尺度的影响规律。热发射测试结果表明，随着晶粒度的减小，LaB6热发射电流密度从33.26A/cm2增加至56.81.A/cm2。场发射测试结果表明，纳米晶场发射尖锥开启电压与微米晶相比降低了200 V。发射性能数据表明，随着晶粒尺度的逐渐减小LaB6的发射性能呈增大趋势。B粉的晶态与粒度大小决定了LaB6多晶块体的合成温度，无定形B纳米粉反应烧结最低温度为1200℃，该烧结温度与晶态B纳米粉合成温度相比降低约150℃。在LaB6多晶块体合成温度下，以无定形B纳米粉为原料的烧结块体的平均晶粒尺度为150 nm，而以晶态B纳米粉为原料的烧结块体的平均晶粒尺度为5μm。　　LaB6纳米多晶块体材料的场发射性测试结果已表明，晶粒尺度的纳米化并不能显著提高场发射性能，主要是由于晶界的存在，无法获得足够理想针尖形状与尺寸。本工作中采用区域熔炼法制备出了高质量、高纯度、低逸出功的LaB6和CeB6单晶体，单晶体的直径为6 mm，长度为50 mm。并系统研究了工艺参数对单晶体质量的影响，确定了单晶体最佳生长工艺为：气氛为高纯氩气，气氛压力为0.5 MPa，样品转速为30 rpm，生长速度为8-15 mm/h。单晶LaB6和CeB6(100)晶面的热发射测试结果表明，在外加电压为950V，阴极温度为1873 K时，单晶LaB6、CeB6的最大热发射电流密度分别为50.28.A/cm2、53.25 A/cm2，单晶CeB6的最大发射电流密度已超过现有文献报导的CeB6单晶体的最高热发射水平。场发射性能测试结果表明，LaB6单晶的最大场发射电流密度高达到4.9×106A/cm2，表现出良好的场发射性能。利用Richardson直线法求出了单晶LaB6(100)晶面的绝对零度逸出功和有效逸出功分别为1.96 eV和2.67 eV，与多晶材料相比，逸出功大幅度降低，从而有效提高了发射电流密度。　　采用区域熔炼法成功制备出了高质量、高纯度、低逸出功的多元LaxCe1-xB6(0.2≤x≤0.6)单晶体，单晶体的直径为6 mm，长度为35 mm。单晶衍射仪和劳埃定向检测结果表明该系列单晶体中完全消除了亚晶界。系统分析了在外加电压为950 V，阴极温度为1873 K条件下，LaxGe1-xB6单晶(100)晶面的热发射性能。结果表明，单晶La0.4Ce0.6B6的最大发射电流密度为52.8 A/cm2；单晶La0.6Ce0.4B6的最大发射电流密度为53.82 A/cm2，单晶La0.2Ce0.8B6的具有最大发射电流密度高达71.2 A/cm2，并且未达到饱和状态，该发射电流密度为现有文献报道的所有稀土六硼化物的最高水平。