一种高陶瓷收率聚碳硼烷的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高陶瓷收率聚碳硼烷的制备方法。
【背景技术】
[0002]激光驱动惯性约束聚变主要是利用高能激光驱动器在极短时间内将聚变燃料空心微球(靶丸)加热、压缩到高温、高密度，使之在中心“点火”，点燃实现后继核反应实现受控核聚变，从而获得干净聚变能源。作为氘-氚燃料和诊断气体容器，靶丸的设计与制备技术一直是激光惯性约束聚变研宄中的核心技术。
[0003]按材料分，目前主要的靶丸体系主要包括空心玻璃微球、空心塑料微球、空心Be-Cu微球等。而通过多种计算软件，如ILESTA(日本大阪大学)、LILAC、ORCHID (美国罗切斯特大学)、LASNEX-1D、LASNEX-2D、HYDRA(美国劳伦斯里弗莫尔国家实验室)、FCI1、FASTA-2D、2D-FCI2(法国)等，还模拟计算筛选出碳化硼等极具应用前景的靶丸材料体系。
[0004]碳化硼以其卓越的物理性质在机械、电子、核技术等领域有着广泛的应用前景。它是自然界最硬的材料之一，硬度仅次于金刚石和立方BN。随着温度的升高，金刚石和立方BN的硬度会逐渐降低，而碳化硼在高温下却表现出较高的热稳定性，温度多1100°C时它是最硬的材料。除此之外，碳化硼还具有高熔点、低密度、高弹性模量、化学性质稳定、优异的热电性能、良好的力学稳定性、很低的热膨胀系数等一系列优异性能，在核领域具有广泛的应用前景。一维和二维的LASNEX模拟计算表明，在一定条件下，以纯碳化硼球壳为燃料容器的低温靶十分有利于内爆点火实验。其主要优势包括:1)由于纯碳化硼微球具有很好的高温性能和耐压强度，按照对微球抗张强度的估算，直径1mm，壁厚0.15mm的碳化硼微球可以负载的气压达到GPa数量级，可实现微球的高温、高压充气。2)碳化硼具备很好的化学稳定性、热稳定性和传热性能(25°C下理论导热系数达到35W/m.Κ，远高于玻璃和塑料)，使其可以实现热扩散充气和存放，并有利于冷冻层的红外均化。3)与玻璃相比，其组分更为单一，不含碱金属成分，可消除因化学不稳定性造成的表面光洁度下降、潮解等问题。4)碳化硼不仅能屏蔽超热电子对燃料的预热，而且可以在不掺杂的情况下获得有利于内爆稳定的烧蚀前沿密度面。
[0005]从以上分析可知，碳化硼作为靶丸材料有利于内爆点火实验，应用前景广阔。目前碳化硼作为靶丸材料使用还停留在理论模拟阶段，主要问题在于缺乏合适的碳化硼空心微球的制备工艺，其中一个最基本的问题是缺乏高陶瓷收率的碳化硼先驱体。因此，制备一种溶解性良好，陶瓷产率较高的碳化硼陶瓷先驱体就显得尤为重要。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，提供一种高陶瓷收率碳化硼先驱体的制备方法。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:
[0008](I)在带搅拌、蒸馏装置的反应器中，加入对二溴苯或间二溴苯，卡硼烷有机锂化合物，两者摩尔比为1:0.5?2，将反应器反复抽真空、充干燥氮气至少三次，以排除其中的空气和水分，并将反应器预冷至-50?-10°C ；
[0009](2)将三氯化硼或三氟化硼溶解至正己烷中，浓度控制为I?lOmol/L ;
[0010](3)将步骤⑵得到的三氯化硼或三氟化硼溶液加入反应器中，以I?2°C /min的升温速率升温至0°c，在N2气氛保护下，持续搅拌反应，搅拌速率为60?240r/min，反应12 ?72h ；
[0011](4)将体系以0.1?30 °C /min的升温速率升温至150?200 °C，经减压蒸馏去除体系中溶剂成分；冷却至室温，即成。
[0012]进一步，步骤(I)中，优选对二溴苯，反应器预冷至-15?_25°C，所述氮气纯度为99.999%。
[0013]进一步，步骤(2)中，优选三氯化硼，浓度控制为3?5mol/L。
[0014]进一步，步骤(3)中，反应时间优选20?28h。
[0015]进一步，步骤(4)中，升温速率优选2?10°C /min，最终温度优选160?170°C。
[0016]利用本发明制成的碳化硼先驱体主要由B、C、0、H等元素组成，根据需要，可以制成液态、粘稠态、固态等交联度不同的先驱体，交联后具有较高的陶瓷收率，1000°c，惰性气氛中烧成I小时后质量保留率达到75%，适合用于制备核聚变用碳化硼靶丸，也适合用于制备各类高性能碳化硼基复合材料。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例1所得碳化硼先驱体的红外光谱图；
[0018]图2为本发明实施例1所得碳化硼先驱体的热重曲线；
[0019]图3为本发明实施例1所得碳化硼先驱体烧成产物的XRD谱图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0021]实施例1
[0022]本实施例包括以下步骤:
[0023](I)在带搅拌、蒸馏装置的250ml三口烧瓶中，加入对二溴苯和卡硼烷有机锂化合物，两者摩尔比为1:1;然后对三口烧瓶进行抽真空、充高纯氮气至压力表归零，反复三次，以排除其中的空气和水分，再将反应器预冷至-20°C ;
[0024](2)将三氯化硼溶解至正己烷中，浓度控制为4mol/L ;
[0025](3)在步骤(I)所述三口烧瓶中，加入步骤(2)所述三氯化硼溶液；在N2气氛保护下，以1.50C /min的升温速率升温至0°C，在N2气氛保护下，持续搅拌反应，搅拌速率为150r/min，反应 24h ；
[0026](4)在N2气氛保护下，将体系以6°C /min的升温速率将温度升至165°C，减压蒸馏除去体系中溶剂成分；冷却至室温，即得到目标产物。
[0027]图1为产物的红外谱图，分析可知，所得目标产物中含有B-C、B-0化学键。图2为产物体的热重曲线，从图中可知产物交联后具有较高的陶瓷收率，1000 °c，惰性气氛中烧成I小时后质量保留率达到75%。在氮气氛围下，将所得目标产物置于管式炉中烧至1000°C，得到黑色固体产物，对所得黑色固体产物进行XRD分析，结果如图3所示，在20°和35°附近存在碳化硼的典型衍射峰，说明产物中存在硼碳键，即所得目标产物为碳化硼先驱体。
[0028]实施例2
[0029]本实施例包括以下步骤:
[0030](I)在带搅拌、蒸馏装置的250ml三口烧瓶中，加入对二溴苯和卡硼烷有机锂化合物，两者摩尔比为1:0.5;然后对三口烧瓶进行抽真空、充高纯氮气至压力表归零，反复三次，以排除其中的空气和水分，再将反应器预冷至_15°C ;
[0031](2)将三氯化硼溶解至正己烷中，浓度控制为3mol/L ;
[0032](3)在步骤(I)所述三口烧瓶中，加入步骤(2)所述三氯化硼溶液；在队气氛保护下，以1°C /min的升温速率升温