硼化鑭（別名六硼化鑭）是一種化學物質，分子式是LaB6。紅紫色固體。等軸晶系。密度2.61g/cm3。熔點2210℃。高於熔點則分解。常溫下不溶於水和酸。將三氧化二鑭及硼砂溶解在一種合適的熔鹽里，並在高溫下利用石墨陽極電解，將六硼化鑭沉積在石墨或鋼製的陰極上。由於具有熔點高、熱電子放射性能高的特點，在核聚變反應堆、熱電子發電等方面可替代高熔點金屬和合金。
基本介紹
- 中文名：硼化鑭
- 外文名：lanthanum hexaboride
- 中文別名：六硼化鑭
- 英文名稱：Lanthanum boride (LaB6)
- 分子式：B6La
- 分子量：203.7715
- EINECS：234-531-6
- CAS：12008-21-8
化學品信息,物化性質,製備,單晶製備,區熔法,溶劑法,氣相沉澱法,性質,用途,
化學品信息
中文名稱:硼化鑭
中文別名:六硼化鑭
英文名稱:lanthanum hexaboride
英文別名:Lanthanum boride (LaB6), (OC-6-11)-; Lanthanum boride; Lanthanum boride (LaB6); Lanthanum hexaboride
CAS:12008-21-8
化學式 LaB6
摩爾質量 203.78 g·mol-1
外觀 紫色晶體
密度 4.72 g/cm3
熔點 2210 °C（2483 K）
溶解性（水） 不溶
結構
晶體結構 Cubic
空間群 Pm3m ; Oh
物化性質
性質：紅紫色固體。等軸晶系。密度2.61g/cm3。熔點2715℃。高於熔點則分解。常溫下不溶於水和酸。將三氧化二鑭及硼砂溶解在一種合適的熔鹽里，並在高溫下利用石墨陽極電解，將六硼化鑭沉積在石墨或鋼製的陰極上。由於具有熔點高、熱電子放射性能高的特點，在核聚變反應堆、熱電子發電等方面可替代高熔點金屬和合金。
六硼化鑭的存在範圍：含B 85.8～88(wt)%，含B 85.8%時為紫色，88%時為藍色；密度為4.7g/cm3，室溫電阻15～27μΩ，維氏硬度為27.7GPa，功函式為2.66eV，發射常數為29A/cm22K2。
六硼化鑭不透明，在乾燥時呈現出淡紅紫色，潮濕時呈現出深紅色。
硼化鑭立方晶體的結構特點：
1）硼原子形成三維的立方體框架結構，其內為體積較大的鑭原子。 2）硼框架是八面體，立方體的每一個頂點上都有一個由硼原子框架形成的八面體，八面體又以頂點互相連線。
3）每個硼原子與五個硼原子相鄰，四個在自身所在的八面體內，另一個位於立方體主軸之一的方向上，因此給出了配位數為5的同極晶格結構。
4）每個硼原子有三個價電子，分配到5個鍵中。 5）陷入硼晶格中的金屬原子的配位數為24。 硼化物的晶體結構決定了它的一系列獨特性能：
1）由於硼原子之間強大的鍵結合力（晶格常數4.145Å），故為難熔化合物，熔點為2210℃。
2）化學性質很穩定，不與水、氧，甚至也不與鹽酸反應；在室溫下，只與硝酸和王水反應；在600～700℃時氧氣才會發生氧化。
3）在一定的溫度區間內，膨脹係數接近於零。
4）在空氣中的穩定性好，使用過程中的表面沾污可用真空熱處理來復原。
5）耐離子轟擊性能好，能承受高的場強。
6）由於金屬原子與硼原子之間沒有價鍵，金屬原子的價電子是自由的。所以硼化物具有高導電率，六硼化鑭的電阻大致與金屬鉛的電阻相同。其電阻率的溫度係數是正的。
7）若讓六硼化物在高溫下與難熔金屬接觸，硼將擴散入金屬的晶格中，並與金屬形成填隙式硼合金，與此同時硼框架將會瓦解，放任金屬原子蒸發。
8）當把硼化物加熱到相當的溫度時，晶體表面的金屬原子蒸發，但是立即被從晶格內部擴散出來的金屬原子所補充，而硼框架保持不變，使得表面活性物質的損失降到最低。
由於上述優點，LaB6製作成現代技術中的電子元件，廣泛地套用於民用和國防工業：1）電子發射陰極。由於電子逸出功低，可獲得中溫發射電流最大的陰極材料，尤其是高品質的單晶體，是適用於大功率電子發射陰極的理想材料。2）高亮度點光源。用於製備電子顯微鏡的核心元件，如選擇光學過濾器、軟X衍射單色器及其他電子束光源。3）高穩定和高壽命系統元件。優異的綜合性能使其在各種電子束系統中獲得套用，如電子束雕刻、電子束熱源、電子束焊槍以及加速器等工程領域中用於製作高性能元件。
製備
硼化鑭可由鑭或氫化鑭粉末和無定形硼粉在氫氣中高溫加熱得到。
硼還原氧化鑭也能得到六硼化鑭：
- 2 La2O3+ 30 B → 4 LaB6+ 3 B2O2↑
氧化鑭也能被碳化硼還原：
- La2O3+ 3 B4C → 2 LaB6+ 3 CO
硼還原氯化鑭也能得到六硼化鑭，這種方法不會引入碳、氧等雜質：
- LaCl3+ 7 B → LaB6+ BCl3
單晶製備
目前單晶的製備方法可歸納為：區熔法、溶劑法和氣相法。
區熔法
區熔法是製備稀土硼化物單晶最常用的一種方法。套用LaB6作電極放射材料時需要製備純度很高的單晶，雖然還沒有發現LaB6中雜質與其作為發射電極的使用壽命之間的確切關係，但是LaB6的純度越高，其壽命也越長。因此，製備製備高純度的材料是很有意義的。
溶劑法
溶劑法也是製備單晶LaB6的基本方法，有鋁溶劑法和稀土溶劑法兩種。兩者相似，只是後者用稀土元素代替鋁。
氣相沉澱法
氣相沉澱法是利用氣態物質在某固體材料表面上進行化學反應，生成固態沉積物的過程。
性質
LaB6陰極是一種特殊結構的晶體，由於它具有金屬的良好導電性及逸出功低，當它工作在1400～1680℃時，可以獲得0～100A/cm2的直流發射電流，遠勝於氧化物和純金屬陰極；同時它又具有很好的熱穩定性和化學穩定性。
自從發現LaB6具有低的功函式，且有低的蒸氣壓，適宜用作熱電子發射的材料以來，人們一直在研究LaB6陰極的優點。早期使用過燒結式LaB6，但其在亮度和穩定性方面都存在問題，因為燒結式LaB6的結構不均勻且含有大量雜質。這些問題在研製出單晶LaB6後得到了解決，因為單晶LaB6具有均勻的結構和很高的純度。因此單晶LaB6取代了發卡式鎢陰極，用於電子束裝置，如電子顯微鏡和電子曝光系統。
研究表明，（100）晶面具有最低的功函式，能提供最高的電流密度，且使用情況最好。
陰極頂端大小的影響
理論上講，從熱電子槍所發射的電子束亮度是由陰極溫度、功函式和加速電壓共同決定的。然而，實際的亮度受發射電流限制和空間電荷效應的影響而降低。而空間電荷效應又取決於電子槍空間的場強分布，即取決於陰極表面的幾何形狀和尺寸，其中包括陰極頂端的大小。
實驗指出，尖端曲率相當小時，可以得到低功函式LaB6所希望有的高亮度。但在長期工作時間內，小曲率半徑的陰極僅僅在經過較短的工作時間後，尖端的小球面消失。100μm的大曲率半徑在超過1500小時後，仍能保持垂直於光軸的（100）面，因而提供了相當穩定的發射。
尖端軸取向的影響
功函式的各向異性取決於LaB6晶體的晶格結構，因此，發射特性也取決於陰極尖端軸向的結晶取向。為了獲得適用於電子束裝置的電子發射，選取恰當的取向作為陰極尖端的軸是很重要的。
試驗表明LaB6在<100>晶向上逸出功最低，所以亮度最高。因此要求陰極棒的軸線應與這個晶向一致，誤差±2°之內。
壽命特徵
LaB6陰極的壽命特徵，即長期工作的發射性能主要由LaB6材料的消耗所決定。LaB6的消耗量是由於材料的熱蒸發所致，隨著溫度的升高和真空度的變壞，消耗量增大。
用途
用途十分廣泛，已成功套用於雷達航空航天、電子工業、儀表儀器、醫療器械、家電冶金、環保等二十餘個軍事和高科技領域。其系列產品主要包括三種粉末、多晶體、單晶體。特別是六硼化鑭單晶，是製作大功率電子管、磁控器、電子束、離子束、加速器陰極的最佳材料。
LaB6在電子行業有諸多的套用，其場發射性能較W等材料好，已經廣泛的用於電子顯微鏡等方面。目前文獻報導指出LaB6具有超導性能，但溫度很低，在1K左右。
由於LaB6具有許多優越的性能，如、電子發射強度大、抗輻射性強、高溫化學穩定性好等。該材料在軍事上以及許多高科技領域有廣泛用途，可用於雷達、航空航天、電子工業、儀器儀表、醫療器械、家電、冶金等多種行業。其中硼化鑭單晶是製作大功率電子管、磁控管、電子束、離子束、加速器陰極的最佳材料
