【摘 要】
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稀土六硼化镧（LaB6）具有高熔点、低功函数、耐离子轰击、物理化学性质稳定的特性,是非常优异的热电子发射阴极材料。随着载人深空探测的进一步发展,对大功率、长寿命阴极器件提出了更高的要求,对应的阴极材料需要有大电流、长寿命、低工作温度。基于此,本文采用稀土元素Pr和碱土元素Ba调控LaB6,形成复合单晶LaxM1-xB6（M=Pr,Ba）,通过对单晶的系统化表征和分析,从而获得高热发射性能的复合单晶
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稀土六硼化镧（LaB6）具有高熔点、低功函数、耐离子轰击、物理化学性质稳定的特性,是非常优异的热电子发射阴极材料。随着载人深空探测的进一步发展,对大功率、长寿命阴极器件提出了更高的要求,对应的阴极材料需要有大电流、长寿命、低工作温度。基于此,本文采用稀土元素Pr和碱土元素Ba调控LaB6,形成复合单晶LaxM1-xB6（M=Pr,Ba）,通过对单晶的系统化表征和分析,从而获得高热发射性能的复合单晶,具体结论如下:本文首先采用放电等离子烧结设备制备了LaxBa1-xB6（x=0.75、0.5、0.25、0）多晶阴极材料,粉末球磨时间会影响La、Ba元素相互固溶,当球磨时间8h,烧结温度为1900℃时,复合多晶中的La、Ba为一相。La0.5Ba0.5B6多晶具有最佳的热发射性能,在T=1400℃、外加电压为U=1k V,La0.5Ba0.5B6多晶热发射电流密度达到了12.27A/cm~2,而LaB6多晶在T=1600℃、外加电压为U=1k V条件下的热发射电流密度仅为6.37A/cm~2。其次,采用光学浮区法制备了LaxBa1-xB6（x=0.9、0.8）单晶,热发射研究结果表明:La0.8Ba0.2B6[100]单晶在外加电压1k V,工作温度分别为1300、1400℃时,其热发射电流密度分别为26.52 A/cm~2、35.66A/cm~2,相同条件下LaB6单晶的电流密度分别为16.82、28.47A/cm~2,La0.8Ba0.2B6[100]单晶在1300℃条件下的热发射电流与LaB6单晶在1400℃条件下的热发射电流处于同一水平,La0.8Ba0.2B6[100]单晶具有很好的低温性能。结合SPS技术和光学浮区法制备了LaxPr1-xB6[100]单晶（x=0.75、0.5、0.25）,结果表明:LaxPr1-xB6复合单晶中的元素分布均匀无偏聚现象;生长速度为5mm/h的单晶的摇摆曲线衍射峰尖锐且光滑对称,半峰宽最窄仅为0.031°,晶体质量最好,然而热发射结果表明:速度为10mm/h的La0.5Pr0.5B6单晶具有最佳的热发射性能,主要因为慢速生长,材料高温停留时间长,挥发严重。La0.5Pr0.5B6单晶具有最佳的热发射性能,在外加电压1k V、工作温度1600℃时,热发射电流密度达到67.28A/cm~2,有效功函数仅为2.51e V,而相同条件下LaB6单晶的热发射电流密度仅为48.66 A/cm~2。
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