六硼化镧粉体的制备及其烧结性能研究

论文摘要

六硼化镧（LaB6）材料具有电导率高、稳定性好、高温下蒸发率低、发射电流密度大等优异性能,已在电子显微镜、电子束焊接、放电管等需要大发射电流的领域获得应用。因其所具有的优异特性以及广泛的应用领域,大量科研机构都陆续开展了LaB6材料的研究。然而,为了制备高性能的LaB6多晶材料,首先需要制得纯度高、粒度分布均匀的LaB6粉末。因此,本文旨在研究纯度高、烧结性能良好、粒度分布均匀的LaB6粉末的低成本制备技术,为制备高性能LaB6多晶体及其复合材料奠定基础。以La2O3（D50<0.2μm）和B4C（D50=3.70μm）为原料,在常压下合成了LaB6粉末。计算了常压合成LaB6的热力学条件,采用XRD、SEM、激光粒度分析表征了不同温度、保温时间和不同粒径B4C原料合成的LaB6粉末的物相组成、颗粒形貌和粒度分布,探讨了LaB6粉末的合成反应机理。结果表明,常压下1650℃保温2h的产物经酸洗后,能得到纯度为99.22%、平均粒径为15.86μm、粒度分布均匀、具有立方体结构的LaB6粉末。当La2O3颗粒尺寸远小于B4C时,LaB6首先在B4C表面生成,随温度升高和保温时间延长,未反应的La2O3和LaBO3通过LaB6壳不断扩散到B4C核表面直至反应完全。温度和保温时间对合成LaB6颗粒的影响没有B4C原料明显,合成LaB6粉末的初始形貌和尺寸主要取决于反应物B4C原料。本文采用热压烧结技术制备了LaB6多晶体,系统研究了烧结温度、保温时间、外加压力和粉体粒度对LaB6多晶体性能的影响,初步探讨了LaB6多晶体的热压烧结机理。研究结果表明:以自制的纯度达99.22%、平均粒径为15.86μm的LaB6粉末为原料,在2050℃、30MPa条件下保温1h,制备的LaB6多晶体的相对致密度达到96.32%,抗弯强度和显微硬度分别达到153.2MPa和16.27GPa。烧结温度、保温时间和外加压力的提高,有利于LaB6多晶体的烧结致密化,但过高的烧结和延长保温时间均不利于材料的进一步致密化,反而会使晶粒异常长大,材料性能急剧下降。采用较小粒径的LaB6粉末有利于增加致密化烧结速率,也有利于减小气孔尺寸和气孔率,能有效提高样品的烧结密度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 6 的基本特性'>1.2 LaB₆的基本特性
• 6 晶体结构'>1.2.1 LaB₆晶体结构
• 6 的性能特点及其应用'>1.2.2 LaB₆的性能特点及其应用
• 6 材料的国内外研究现状'>1.3 LaB₆材料的国内外研究现状
• 1.3.1 国内研究情况
• 1.3.2 国外研究情况
• 6 材料的制备工艺研究'>1.4 LaB₆材料的制备工艺研究
• 6 粉末的制备'>1.4.1 LaB₆粉末的制备
• 6 多晶体及其复合材料制备'>1.4.2 LaB₆多晶体及其复合材料制备
• 6 单晶材料制备'>1.4.3 LaB₆单晶材料制备
• 1.5 粉末烧结基本理论
• 1.5.1 粉体烧结过程
• 1.5.2 固相烧结的主要传质方式
• 1.5.3 影响粉末烧结的因素
• 1.6 论文研究的目的、意义及内容
• 1.6.1 研究目的及意义
• 1.6.2 研究内容
• 第2章 实验方法及表征
• 6 粉末和块体的实验装置'>2.1 制备LaB₆粉末和块体的实验装置
• 2.2 实验原料及仪器
• 2.3 制备工艺流程及条件
• 6 粉体制备'>2.3.1 LaB₆粉体制备
• 6 多晶体制备'>2.3.2 LaB₆多晶体制备
• 2.4 性能测试与表征
• 2.4.1 热重分析（TG-DTA）
• 2.4.2 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.4.3 激光粒度分析
• 2.4.4 红外碳硫分析（C/S）
• 2.4.5 显微形貌分析（SEM）
• 2.4.6 密度和相对致密度测定
• 2.4.7 显微硬度测定
• 2.4.8 抗弯强度测定
• 6粉末的制备及表征'>第3章 LaB₆粉末的制备及表征
• 3.1 引言
• 4C 还原法制备LaB₆ 粉末的热力学和动力学分析'>3.2 B₄C 还原法制备LaB₆粉末的热力学和动力学分析
• 2O₃-B₄C 体系制备LaB₆ 粉末的影响因素'>3.3 La₂O₃-B₄C 体系制备LaB₆粉末的影响因素
• 6 合成的影响'>3.3.1 温度对LaB₆合成的影响
• 3.3.2 保温时间和酸洗对反应产物相组成的影响
• 3.3.3 焙烧工艺对样品显微形貌和粒度分布的影响
• 4C 颗粒大小对LaB₆ 粉末合成的影响'>3.3.4 B₄C 颗粒大小对LaB₆粉末合成的影响
• 6 粉末形成过程分析'>3.4 LaB₆粉末形成过程分析
• 3.5 本章小结
• 6多晶块体及表征'>第4章 热压烧结制备LaB₆多晶块体及表征
• 4.1 引言
• 4.2 热压烧结工艺参数的制定
• 4.2.1 烧结温度
• 4.2.2 热压压力
• 4.2.3 保温时间
• 6 多晶体相对致密度的影响'>4.3 烧结工艺对LaB₆多晶体相对致密度的影响
• 6 显微形貌和力学性能的影响'>4.4 烧结工艺对LaB₆显微形貌和力学性能的影响
• 4.4.1 温度对样品显微形貌和力学性能的影响
• 4.4.2 热压压力对样品显微形貌和力学性能的影响
• 4.4.3 保温时间对样品显微形貌和力学性能的影响
• 6 粉体特性对热压烧结性能的影响'>4.5 LaB₆粉体特性对热压烧结性能的影响
• 6 多晶体热压烧结过程分析'>4.6 LaB₆多晶体热压烧结过程分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 致谢