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科
2012年第2期(43)卷
悬浮区域熔炼法制备REB（LaB6、CeB）单晶体及其表征
张宁，张久兴，包黎红，李晓娜
（北京工业大学材料科学与工程学院，新型功能材料教育部重点实验室，北京100124）
摘要：采用区域熔炼法成功制备出了高质量、高纯度、大尺寸的ILaB、CeB，单晶体。系统分析了制备过程中每个参数对晶体生长的影响，确定了晶体成长最佳工艺：（1）LaB：转速为30r/min，生长速度为8～ 10mm/h，两次区熔；（2）CeBs：转速为30r/min，生长速度15～20mm/h，一次区熔。然后对晶体进行表征，主要方法有单晶衍射、断面扫描、拉受衍射、接摆曲线。由此可知悬浮区域熔炼法是制备高质量、高纯度、大尺寸REB，的最佳方法。
关键词：悬浮区城熔炼：单晶LaBs:单晶CeBi表征
中图分类号：TB34
文章编号：1001-9731(2012)02-0178-03 1引言
文献标识码：A
稀士六硼化物（REB，RE为稀土元素）是一类具有特殊晶体结构的硼化物，具有逸出功低、化学稳定性好、熔点高、硬度大、发射电流密度大、耐离子轰击能力强等特点，受到广泛关注。其中LaB。是公认最好的热阴极材料[1.2)，目前国内外对LaB，的研究主要集中于热电子发射和场发射性能。由于稀土磷化物粉末之间存在很强的屈服强度（PlasticYieldStress），传统的热压烧结方法很难制备出高致密的多晶块体，直接影响了材料的发射性能，难以实际应用。因此，近年来研究者们把目光转向了一维纳米线和二维薄膜材料。 Zhang等($通过气相沉积（CVD）法，将RCl,（R= La、Ce、Gd)粉末蒸发与BCl，和H2混合气体反应合成出LaB,，CeB,，GdB，纳米线。场发射测试结果表明 LaB，纳米线具有很高的场发射电流密度和场发射因子。然而，这种制备方法也存在一些缺陷，例如BCI 在反应过程中很容易吸潮，与水反应生成硼酸，直接影响了反应速度和反应产物。采用激光沉积（PLD）法，在钨、、钻基底上沉积的LaBs薄膜[9.10]研究表明，随着薄膜晶粒尺度的减小，场发射因子显著增大，但薄膜与基底之间附着力较弱，薄膜不致密导致发射电流密度低，导电性较差，有待于进步改进。CeB，作为热阴极材料具有以下优点：(1)抗碳污染能力强；(2)蒸发率低。此外CeB，还具有优异的磁学性能[15.17]。但目前国内研究CeB。还停留在多晶块体的制备，因此制备高质量大尺寸的LaB，CeB的单晶体具有重要意义。
单晶REB，通常采用“铝溶剂法”[11.123和"区域熔炼法"[18-15]制备。但由于铝溶剂法制备的单晶尺寸小，纯度低，而区域熔炼法制备出的单晶体质量好，纯度高、尺寸大。因而本文采用区域熔炼法”制备了高质
量、高纯度和大尺寸的LaB、CeB，单晶体。 2实验
2.1多晶棒的制备
将纯度为99.9%的LaB，CeB，粉末装人内径为 15mm、高度为140mm的石墨模具中进行真空放电等离子烧结（SPS），烧结设备型号为：SPS-3.20MK-V。烧结参数如下；烧结温度为1150～1200℃，烧结压强为20MPa，保温时间为5min.升温速率为110℃/min。整个装粉与烧结过程都是在配有氧含量净化装置的一
体化系统中进行，有效地避免了样品的氧化。 2.2单晶的制备
将烧结后的多晶棒切成直径为7mm的仔晶和料棒，在光学区域熔炼炉中进行区熔。光学炉型号为： FZ-T-12000-S-BU-PC，由4个Xe灯加热，熔区最高温度可达3000℃。晶体生长过程是在密闭的石英管中进行，为了有效抑制RE元素的挥发和氧化，在生长过程中，向石英管内通人高纯流动氩气，气体流速为2L/ min，气体压强为0.5MPa。为了使熔区更加均勾，将仔晶和料棒反向旋转。
图1为生长LaB单晶3h后的状态。从图1中可以看出生长稳定且均匀，生长状态良好。
图1单晶制备过程
Fig 1 Process of the growing single crystal I.aB，、CeB，单晶的制备工艺如表1所示。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50871002）
收到修改稿日期：2011-11-28
收到初稿日期：2011-06-24
通讯作者：张久兴
作者简介：张宁（1988一），男，山东邹械人，在读硕士，师承张久兴教授，从事稀土六硼化物研究，