Obtención de hexaboruro de lantano LaB6

[pfdc]

Desde hace unos meses estoy trabajando en materiales buenos emisores termoionicos, algunos un tanto sofisticados como el hexaboruro de lantano. Conocía este material porque se emplea en los filamentos de los microscopios electrónicos, que anuncian emisiones diez veces mas altas y diez veces mas duración que los filamentos de wolframio para la misma temperatura. Así que me decidí a sintetizarlo.
En mi fondo de armario, tenia boro, amorfo en polvo y también cristalino en polvo y lantano metal. Así que la primera cosa que se te ocurre es meter en un crisol un trozo de lantano y rodearlo de boro, meterlo en el horno y calentar a 1100ºC esperando que reaccione.

Después de un buen rato saque el crisol, y desmenuce el contenido. No parecía que hubiese reaccionado mucho material aunque al desmenuzar el contenido vi pequeños trozos de color purpura característico del LaB6. Como la temperatura de fusión del lantano es del ordena de 1000 ºC pensaba que la reacción iba a ser mucho mas completa de lo que fue.

Después de varios intentos fallidos por esa misma vía decidí cambiar de estrategia. Mezclaría oxido de lantano con polvo de boro y lo calentaría esperando la siguiente reacción:

La2O3 + 14 B ------ 2LaB6 + B2O3.

las proporciones son, 324 gr de La2O3 y 152 gr de boro.

El boro libre es muy difícil de eliminar, sin embargo el oxido de lantano es soluble en clorhídrico, así que es mejor que haya un exceso de oxido.
Las cantidades que mezclé fueron, 3,3 gramos de oxido por 1,5 gr de boro.


Continuará...

[Vicente]

He encontrado algo de información sobre cómo se puede obtener en la patente estadounidense US4260525 (https://docs.google.com/viewer?url=pate ... 260525.pdf) y en el libro "Compounds and Alloys Under High Pressure: A Handbook" de E. Yu Tonkov, pág. 48.

Saludos

[Radagast]

Profe, he leido en esta web

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.js ... %3D6572545

(Si mal no lei) que son necesarios al menos 1250 °C y vacio moderado...

[Radagast]

https://books.google.com.ar/books?id=_9 ... &lpg=PA141

En ese link mencionan una temperarura de 1800 °C y otros datos de mucho interes acerca del hexaboruro

Saludos

[pfdc]

[quote="Vicente"]He encontrado algo de información sobre cómo se puede obtener en la patente estadounidense US4260525 (https://docs.google.com/viewer?url=pate ... 260525.pdf) y en el libro "Compounds and Alloys Under High Pressure: A Handbook" de E. Yu Tonkov, pág. 48.

Saludos[/quotey]


Bueno, por ahí anda la cosa.....

Parte de la mezcla de los dos componentes la prensé en una pastilla de 12 mm diametro y 4 mm de gruesa mediante una útil de fabricación propia y un gato hidráulico de coche que me da una fuerza equivalente a 1 TM.
Habida cuenta, que el boro y hexaboruro funden por encima de 2000 ºC y sin embargo el B2O3 sublima en vacío a 1000ºC, mi idea fue hacer esta reacción a 1200 ºC en vacío y mantenerla suficiente tiempo para que todo el trióxido de boro sublimase. Ademas pesando cuidadosamente los componentes y el resultado final, podría tener una comprobación de que la reacción había tenido éxito.

ya que

La2O3 + 14 B ------ 2LaB6 + B2O3.

324 gr. + 151,2 gr ----- 405,6 gr. 69,6 gr.

En teoría el producto resultante tendría solo pesaría
405,6 / 475,2 = 0,853 del peso inicial

ya que tendría una merma de peso de 0,157 sobre el inicial debido al trioxido sublimado.

La pastilla prensada pesó 1,714 gr. y fue colocada en un crisol de grafito (de fabricación propia) que pesaba 2,858 gr. El conjunto fue situado en la cámara de vacío con una resistencia calefactora de wolframio. Un termopar colocado en el crisol nos indicaba la temperatura del mismo. Rodeando el crisol coloque fibra cerámica, para que hiciese de aislante térmico y para que los vapores sublimados se depositasen allí en vez de guarrearme toda la cámara.

Después de unos minutos a un vacío por debajo de 10 e-3 torr aplique calefacción, y al llegar la temperatura a los 800 ºC el material debió entrar en reacción ya que la temperatura subió bruscamente a 1200 ºC y el vacío bajo bastante a 10 e-1 torr.
Mantuve el crisol durante otros 15 minutos a 1200 ºC tras lo cual deje enfriar el crisol y luego abrí la cámara.

La pastilla previa tenia un color gris claro, producto de la mezcla del oxido de lantano de color blanco y negro del boro, pero la nueva pastilla tenia el color purpura característico del hexaboruro.



La fotografía esta tomada con el movil a traves del ocular del microscopio, por lo que no se puede estepera de ella mas calidad.

Sin embargo al pesar el crisol resultó que la pastilla pesaba 1,621 gr. en vez de los 1,463 gr calculados que debería pesar.



Continuará...

[pfdc]

De nuevo el material a la cámara y después de dos horas de calentamiento a 1100 ºC , y una vez frío, la pastilla del material peso 1,497 muy próximos a los 1,463 gr que teóricamente debería pesar.
Este exceso de peso puede deberse al exceso de oxido de lantano que a propósito se añadió de mas con el objeto de agotar todo el boro.


Vista del crisol. Es de grafito, tiene 20 mm diámetro exterior, 15 mm interior y 10 mm altura. Observese en la base un orificio ciego para insertar un termopar.

El hexaboruro es insoluble el ácido clorhídrico, sin embargo si lo es en oxido de lantano. Por ello la pastilla desmenuzada se sumergió en HCl al 10 % durante 24 horas y después se lavo repetidamente con agua destilada.
Con ello dimos por terminada la fabricación del hexaboruro. Ahora queda comprobar sus propiedades termoionicas.

Salud!!

[Radagast]

Buen logro Profe! he leido por ahi mientras me adentraba en el lab6, que el hexaboruro de cerio tiene cualidades similares y mayor vida util, no se que comportamiento tendrá pero es bueno saberlo


Saludos

[Amalitus I]

Buenas,
Una dudilla... ¿Serviría un crisol de alumina electrofundida?

Saludos

[pfdc]

Seguramente servirä, pero porque no de grafito?
Te los haces tu mismo con la forma que quieras ....... los materiales no de adhieren en el....... no hay material que supere su temperatura de fusión.... el único inconveniente es la oxidación... pero en vació???????

Salud!!

Próximamente: comprobación del efecto termoionico de diversos materiales... BaO, SrO, LaB6.... Diamante... ( si, si diamante), y tal vez me atreva con los grafenos...

[pfdc]

De cualquier manera, si no requieres grandes cantidades te las puedo proporcionar yo. ¿para que duplicar esfuerzos?
Salud!!