ہائی پرفارمنس لینتھنم ہیکسابورائیڈ کو کیسے تیار کریں۔

کیسےکواعلی تیار کریںکارکردگی lانتھنم ہیکسابورائیڈ (LaB6)

Lanthanum hexaboride (LaB6) اس وقت بہترین گرم کیتھوڈ مواد کے طور پر پہچانا جاتا ہے، جس میں کم فرار کام، اچھا کیمیائی استحکام، اعلی پگھلنے کا نقطہ، اعلی سختی، زیادہ اخراج کرنٹ کثافت اور آئن بمباری کے خلاف مضبوط مزاحمت کی خصوصیات ہیں۔ LaB6 میں ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج ہے، اور اسے 20 سے زیادہ فوجی اور ہائی ٹیک شعبوں میں کامیابی کے ساتھ استعمال کیا گیا ہے، جیسے کہ ریڈار، ایرو اسپیس، الیکٹرانک انڈسٹری وغیرہ۔ اس کی مصنوعات کی سیریز میں بنیادی طور پر تین قسم کے پاؤڈر، پولی کرسٹل اور سنگل کرسٹل شامل ہیں۔ خاص طور پر، لینتھینم ہیکسابورائیڈ سنگل کرسٹل ہائی پاور الیکٹران ٹیوب، میگنیٹران، الیکٹران بیم، آئن بیم اور ایکسلریٹر کیتھوڈ بنانے کے لیے بہترین مواد ہے۔

کی جسمانی اور کیمیائی خصوصیات لا بی 6

lanthanum hexaboride کی موجودگی کی حد: B 85 پر مشتمل ہے۔{1}} (wt)%، B 85.8% پر مشتمل ہونے پر یہ جامنی رنگ کا ہوتا ہے اور B 88% پر مشتمل ہونے پر نیلا ہوتا ہے۔ کثافت 4.7g/cm3 ہے، کمرے کے درجہ حرارت کی مزاحمت 15-27 μΩ ہے، Vickers کی سختی 27.7 GPa ہے، کام کا فنکشن 2.66 eV ہے، اخراج مستقل 29A/ ہے^cm2·K2.

Lanthanum hexaboride مبہم ہے اور خشک ہونے پر ہلکا سرخی مائل جامنی اور نم ہونے پر گہرا سرخ دکھائی دیتا ہے۔ لینتھنم ہیکسابورائڈ کیوبک کرسٹل ڈھانچہ ہے، جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے:

تصویر 1 LaB6 کا کرسٹل ڈھانچہ

اعداد و شمار سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ لینتھینم ہیکسابورائڈ کے کیوبک کرسٹل کی ساختی خصوصیات یہ ہیں:

1) بوران ایٹم تین جہتی کیوبک فریم ورک کا ڈھانچہ بناتے ہیں، جس میں بڑے لینتھینم ایٹم ہوتے ہیں۔

2) بوران کا فریم ورک ایک آکٹہیڈرن ہے، اور مکعب کے ہر ایک چوٹی پر، بوران ایٹم ورک کے ذریعے تشکیل پانے والا ایک آکٹہیڈرن ہوتا ہے، جو اپنے عمودی خطوط سے ایک دوسرے سے جڑا ہوتا ہے۔

3) ہر بوران ایٹم پانچ بوران ایٹموں سے متصل ہوتا ہے، چار اس کے آکٹہیڈرون کے اندر اور ایک مکعب کے اہم محوروں میں سے ایک کی سمت میں، اس طرح 5 کے کوآرڈینیشن نمبر کے ساتھ ہومو پولر جالی کا ڈھانچہ ملتا ہے۔

4) ہر بوران ایٹم میں پانچ بانڈز کو تفویض کردہ تین والینس الیکٹران ہوتے ہیں۔

5) بوران جالی میں پھنسے ہوئے دھاتی ایٹموں کی کوآرڈینیشن نمبر 24 ہے۔

بورائڈز کی کرسٹل ساخت ان کی منفرد خصوصیات کا تعین کرتی ہے:

1) بوران ایٹموں کے درمیان مضبوط بانڈنگ فورس کی وجہ سے (جالی مستقل 4.145 Å)، یہ ایک ریفریکٹری کمپاؤنڈ ہے جس کا پگھلنے کا نقطہ 2210 ڈگری ہے۔

2) کمرے کے درجہ حرارت پر، یہ صرف نائٹرک ایسڈ اور ایکوا ریگیا کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے۔ آکسیجن صرف 600-700 ڈگری پر آکسیڈیشن سے گزرتی ہے۔

3) درجہ حرارت کی ایک مخصوص حد کے اندر، توسیع کا گتانک صفر تک پہنچ جاتا ہے۔

4) ہوا میں اچھی استحکام، اور استعمال کے دوران سطح کی آلودگی کو ویکیوم ہیٹ ٹریٹمنٹ کے ذریعے بحال کیا جا سکتا ہے۔

5) آئن بمباری کے خلاف اچھی مزاحمت اور اعلی فیلڈ طاقت کا مقابلہ کرنے کے قابل۔

6) دھاتی ایٹموں اور بوران ایٹموں کے درمیان والینس بانڈز کی عدم موجودگی کی وجہ سے، دھاتی ایٹموں کے والینس الیکٹران آزاد ہیں۔ لہٰذا بورائیڈز میں زیادہ چالکتا ہوتی ہے، اور لینتھینم ہیکسابورائیڈ کی مزاحمت تقریباً وہی ہے جو دھاتی لیڈ کی ہوتی ہے۔ اس کی مزاحمت کا درجہ حرارت گتانک مثبت ہے۔

7) اگر ہیکسابورائیڈز کو اعلی درجہ حرارت پر ریفریکٹری دھاتوں کے ساتھ رابطے میں آنے کی اجازت دی جائے تو بوران دھات کی جالی میں پھیل جائے گا اور دھات کے ساتھ بیچوالا بوران مرکب بنائے گا۔ اسی وقت، بوران کا فریم ورک گر جائے گا، جس سے دھات کے ایٹم بخارات بن جائیں گے۔

8) جب بورائڈز کو ایک خاص درجہ حرارت پر گرم کیا جاتا ہے تو، کرسٹل کی سطح پر موجود دھاتی ایٹم بخارات بن جاتے ہیں، لیکن جالی کے اندر سے پھیلنے والے دھاتی ایٹموں کے ذریعے فوری طور پر بھر جاتے ہیں، جبکہ بوران کا فریم ورک غیر تبدیل شدہ رہتا ہے، سطح کے فعال مادوں کے نقصان کو کم سے کم کرتا ہے۔ .

مندرجہ بالا فوائد کی وجہ سے، LaB6 کو جدید ٹیکنالوجی میں الیکٹرانک اجزاء بنایا گیا ہے اور سول اور دفاعی صنعتوں میں وسیع پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے:

1) الیکٹرانک اخراج کیتھوڈس۔ الیکٹران سے بچنے کے کم کام کی وجہ سے، درمیانے درجہ حرارت پر سب سے زیادہ اخراج والے کیتھوڈ مواد حاصل کیے جا سکتے ہیں، خاص طور پر اعلیٰ معیار کے سنگل کرسٹل، جو کہ ہائی پاور الیکٹران کے اخراج کیتھوڈس کے لیے مثالی مواد ہیں۔

2) ہائی برائٹنس پوائنٹ لائٹ سورس۔

3) اعلی استحکام اور طویل عمر کے نظام کے اجزاء۔ اس کی بہترین جامع کارکردگی انجینئرنگ کے شعبوں میں اعلیٰ کارکردگی والے اجزاء کی تیاری کے لیے مختلف الیکٹران بیم سسٹمز، جیسے الیکٹران بیم اینگریونگ، الیکٹران بیم ہیٹ سورسز، الیکٹران بیم ویلڈنگ گنز، اور ایکسلریٹرس میں اس کے اطلاق کو قابل بناتی ہے۔

کی تیاری لا بی 6

(1) LaB6 پاؤڈر کی تیاری

1) خالص عنصر کی ترکیب کا طریقہ

یہ طریقہ ابتدائی تحقیق کا طریقہ ہے، جو فیز ڈایاگرام ریسرچ کے لیے موزوں ہے، لیکن عملی پروڈکشن ایپلی کیشنز کے لیے موزوں نہیں ہے۔

2) لا پر مشتمل مرکبات اور B پر مشتمل مرکبات کی ترکیب

یہ طریقہ ایک صنعتی طریقہ ہے، اور ری ایکٹنٹس کے لحاظ سے مختلف رد عمل کے فارمولے ہیں:

3) خالص بی کے ساتھ لا مرکبات کو کم کرنا

(2) LaB6 پولی کرسٹل لائن مواد کی تیاری

LaB6 پولی کرسٹلز عام طور پر سنٹرنگ اور گرم دبانے کے طریقوں سے تیار کیے جاتے ہیں۔ ایسے حالات میں جہاں نمونے میں خالی جگہیں ہیں، sintering کو صرف تیاری کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ LaB6، ZrB2، یا ZrC کروسیبلز کا استعمال کرتے ہوئے سنٹرنگ۔ B کی دراندازی کو روکنے کے لیے B crucible استعمال کرنا مناسب نہیں ہے۔ عام طور پر ایک ہائیڈروجن ماحول میں sintered. گرم دبانے کا دباؤ 400 atm ہے، درجہ حرارت 2000 ڈگری ہے، اور ہولڈنگ ٹائم 1-2 گھنٹے ہے۔ بلٹ کا سائز عام طور پر φ 100mm × 30mm ہوتا ہے۔

(3) LaB6 سنگل کرسٹل کی تیاری

فی الحال، سنگل کرسٹل کی تیاری کے طریقوں کا خلاصہ زون پگھلنے کا طریقہ، سالوینٹ طریقہ، اور گیس فیز طریقہ کے طور پر کیا جا سکتا ہے۔

1) زون پگھلنے کا طریقہ

نایاب ارتھ بورائیڈ سنگل کرسٹل کی تیاری کے لیے زون پگھلنے کا طریقہ سب سے زیادہ استعمال ہونے والا طریقہ ہے۔ استعمال کرتے وقت_{لا بی 6}ایک الیکٹروڈ تابکاری مواد کے طور پر، یہ اعلی طہارت کے ساتھ واحد کرسٹل تیار کرنے کے لئے ضروری ہے. اگرچہ LaB6 میں موجود نجاستوں اور ایک خارج کرنے والے الیکٹروڈ کے طور پر اس کی سروس لائف کے درمیان کوئی قطعی تعلق نہیں پایا گیا ہے، لیکن طہارت جتنی زیادہ ہوگی_{لا بی 6}، اس کی سروس کی زندگی جتنی لمبی ہوگی۔ لہذا، اعلی پاکیزگی کے مواد کی تیاری بہت معنی خیز ہے۔

اعلی طہارت تیار کرنے کے لئے_{لا بی 6}، ایک سسپنشن زون پگھلنے کا طریقہ عام طور پر بغیر کروسیبل کے اپنایا جاتا ہے، جو کہ انرٹ گیس سے محفوظ ہوتا ہے، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے:

شکل 2 زون پگھلنے کے طریقہ کار کا اسکیمیٹک خاکہ

سنگل کرسٹل کی تیاری کے لیے زون پگھلنے کے طریقوں میں ریڈیو فریکوئنسی ہیٹنگ، الیکٹران بیم ہیٹنگ، آرک ہیٹنگ، اور لیزر بیم ہیٹنگ شامل ہیں۔

2) سالوینٹ طریقہ

سالوینٹ طریقہ بھی سنگل کرسٹل کی تیاری کا بنیادی طریقہ ہے۔_{لا بی 6}، جس میں دو طریقے شامل ہیں: ایلومینیم سالوینٹ طریقہ اور نادر زمین سالوینٹ طریقہ۔ دونوں ایک جیسے ہیں، سوائے اس کے کہ مؤخر الذکر ایلومینیم کے بجائے نادر زمینی عناصر کا استعمال کرتا ہے، جیسا کہ ذیل کے خاکے میں دکھایا گیا ہے:

تصویر 3 ایلومینیم سالوینٹس کے طریقہ کار کا اسکیمیٹک خاکہ

3) گیس فیز ورن (CVD) طریقہ

گیس فیز ورن کا طریقہ ایک ٹھوس مواد کی سطح پر کیمیائی رد عمل سے گزرنے کے لیے گیسی مادوں کو استعمال کرنے کا عمل ہے، جس سے ٹھوس ذخائر پیدا ہوتے ہیں۔ اس کے اصول کا اسکیمیٹک خاکہ حسب ذیل ہے:

شکل 4 سی وی ڈی طریقہ کے اصول کا اسکیمیٹک خاکہ

CVD طریقہ سے LaB6 کی تیاری پر لاگو کیمیائی رد عمل کے فارمولوں میں شامل ہیں:

HNRE نے بوران کاربائیڈ کے خام مال کی پری ٹریٹمنٹ اور LaB6 پاؤڈر کی کیمیائی پیوریفیکیشن کے ذریعے کامیابی کے ساتھ 99% سے زیادہ کی پاکیزگی کے ساتھ LaB6 پاؤڈر تیار کیا ہے۔ ہم نے اعلی کثافت LaB6 پولی کرسٹل لائن بلاکس کے لیے درجہ حرارت کے دباؤ کے ڈبل گریڈینٹ سنٹرنگ کا عمل بھی تیار کیا ہے۔ پولی کرسٹل لائن بلک کی کثافت 95٪ سے زیادہ ہے، اور اناج کا سائز تقریبا 20 μm ہے۔ LaB6 پولی کرسٹل بلاک سے بنے ہمارے کھوکھلے کیتھوڈ میں اعلی اخراج کرنٹ کثافت، طویل کیتھوڈ لائف اور کیتھوڈ کی مستحکم کارکردگی کی خصوصیات ہیں۔