本发明属于材料技术领域，特别涉及一种碳化硼纳米粉体的制备方法。
背景技术：
碳化硼(b4c)具有密度低、强度和硬度高、优异的高温稳定性以及化学稳定性等特点，在国防、核能、航空航天、机械、耐磨技术等领域，正日益显示出其广阔的发展应用前景。特别是在陶瓷装甲中，b4c陶瓷的硬度最高、密度最低，尽管其价格较高，但在保证性能的条件下，以减轻重量为首要前提的装甲系统中，b4c仍被优先选用。b4c防弹陶瓷已广泛用于防弹衣、步兵战车和轻型装甲车的装甲防护以及武装直升机腹板。
通常b4c陶瓷的烧结是采用在非常高的温度下用b4c粉体经无压烧结或热压烧结而成的，根据hall–petch定律，晶粒越细烧结体的硬度会越高。因此，前驱物的晶粒细化成为一个提高b4c陶瓷性能的有效途径。于是，人们设法将b4c制备成纳米粉体，然后通过采用适当的烧结方法(如sps烧结)尽量抑制烧结过程中的晶粒长大，取得了较好的效果。例如：b.m.moshtaghioun等人采用高能球磨方法将b4c粉末细化到亚微米级，经退火后用放电等离子烧结，制备出硬度达到～38gpa的b4c陶瓷。而为提高块体的致密度，烧结b4c时通常需要在粉体中添加各种烧结助剂以促进烧结。最近，通过添加石墨烯，碳纳米管等纳米尺度碳材料的方法，采用高压或放电等离子烧结的方法合成出b4c块材的断裂韧性得到了明显提高。碳热还原法作为工业制备b4c粉体的主要方法，制备时为了避免有氧化硼剩余，碳一般是过量的。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉、没有有氧化硼剩余、能够控制碳用量的制备碳包裹的碳化硼纳米粉体的方法。本发明主要是通过真空高温反应方法，以廉价易得的硼酸(h3bo3)和蔗糖(c12h22o11)为原料，通过不同加热温度，在高真空条件下反应得到碳包裹的b4c纳米粉体。
本发明的技术方案如下：
(1)将硼酸(h3bo3)和蔗糖(c12h22o11)按摩尔比b:c＝1:1混合，得到混合粉体，之后加入到去离子水中搅拌至完全溶解，得到无色透明的硼酸和蔗糖混合溶液。为保证硼酸与蔗糖充分溶解，每100ml去离子水中加入5g硼酸与蔗糖的混合粉体；
(2)将步骤(1)得到的无色透明混合溶液在80-200℃加热烘干并搅拌，得到红褐色固体，将固体用玛瑙研钵研磨，制得红褐色粉末；
(3)将步骤(2)得到的红褐色粉末装到石墨坩埚中，将坩埚放入管式炉内，在管式炉内部真空小于10-3pa后开始加热，升温至1550-1600℃，保温5-10分钟后缓慢降温，得到碳包裹的b4c碳化硼纳米粉体。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所用原料廉价易得，制备工艺简单，可用于大规模生产。
2、在制备b4c纳米粉体过程中将过量的碳控制在纳米级别，使之成为有效的烧结添加剂，同时控制了b4c粉体的粒径小而均匀，一般在100nm以下。
3、b4c纳米颗粒的碳包裹层均匀，且厚度小于5nm。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的碳包裹的b4c碳化硼纳米粉体x射线衍射图以及b4c理论模型的x射线衍射图；
图2为本发明实施例1得到的碳包裹的b4c碳化硼纳米粉体拉曼图；
图3为本发明实施例1、2、3、4得到的碳包裹的b4c碳化硼纳米粉体扫描电镜图；图中：a为实施例1、b为实施例2、c为实施例3、d为实施例4；
图4为本发明实施例1得到的碳包裹的b4c碳化硼纳米粉体透射电镜图。
具体实施方式
实施例1
将阿法埃莎化学有限公司生产的硼酸(h3bo3)和蔗糖(c12h22o11)按摩尔比b:c＝1:1混合，加入去离子水中搅拌至完全溶解，每100ml去离子水加入5g混合粉体，得到无色透明的硼酸和蔗糖混合溶液；将得到的无色透明混合溶液在恒温加热板上以80℃加热烘干并搅拌，得到红褐色固体，将固体用玛瑙研钵研磨，制得红褐色粉末；将得到的红褐色粉末装到石墨坩埚中，将坩埚放入真空管式炉内，在管式炉内部真空小于10-3pa后开始加热，以8℃/min的升温速度匀速升温至1550℃，保温5分钟后缓慢降温，得到碳包裹的b4c碳化硼纳米粉体。
利用x射线衍射仪(brukerd8,germany)对得到粉体进行分析，如图1所示，通过与b4c理论模型模拟的x射线衍射图谱比较，粉体主要由b4c相构成，也可以看到非晶碳宽化的峰；利用拉曼光谱仪(horibajobinyvon)对得到的粉体进行分析，如图2所示，其主要成分由b4c和c构成。结合透射电子显微镜(titanetemg2)分析结果(如图4所示)可以看出，b4c纳米颗粒表面包裹层为非晶碳层，且厚度小于5nm。如图3(a)所示，从扫描电子显微镜得到的形貌图(sem,hitachis-4800)可以看出，粉体的粒径小而均匀。
实施例2
将阿法埃莎化学有限公司生产的硼酸(h3bo3)和蔗糖(c12h22o11)按摩尔比b:c＝1:1混合，加入去离子水中搅拌至完全溶解，每100ml去离子水加入5g混合粉体，得到无色透明的硼酸和蔗糖混合溶液；将得到的无色透明混合溶液在恒温加热板上以90℃加热烘干并搅拌，得到红褐色固体，将固体用玛瑙研钵研磨，制得红褐色粉末；将得到的红褐色粉末装到石墨坩埚中，将坩埚放入真空管式炉内，在管式炉内部真空小于10-3pa后开始加热，以200℃/3min的升温速度匀速升温至1550℃，保温6分钟后缓慢降温，得到碳包裹的b4c碳化硼纳米粉体。
利用x射线衍射仪(brukerd8)对得到粉体进行分析，通过与b4c理论模型模拟的x射线衍射图谱比较，粉体主要由b4c相构成；利用拉曼光谱仪(horibajobinyvon)对得到的粉体进行分析，其主要成分由b4c和c构成。如图3(b)所示，可以看出粉体的粒径小而均匀。
实施例3
将阿法埃莎化学有限公司生产的硼酸(h3bo3)和蔗糖(c12h22o11)按摩尔比b:c＝1:1混合，加入去离子水中搅拌至完全溶解，每100ml去离子水加入5g混合粉体，得到无色透明的硼酸和蔗糖混合溶液；将得到的无色透明混合溶液在恒温加热板上以200℃加热烘干并搅拌，得到红褐色固体，将固体用玛瑙研钵研磨，制得红褐色粉末；将得到的红褐色粉末装到石墨坩埚中，将坩埚放入真空管式炉内，在管式炉内部真空小于10-3pa后开始加热，以8℃/min的升温速度匀速升温至1600℃，保温8分钟后缓慢降温，得到碳包裹的b4c碳化硼纳米粉体。
利用x射线衍射仪(brukerd8)对得到粉体进行分析，通过与b4c理论模型模拟的x射线衍射图谱比较，粉体主要由b4c相构成；利用拉曼光谱仪(horibajobinyvon)对得到的粉体进行分析，其主要成分由b4c和c构成。如图3(c)所示，可以看出粉体的粒径小而均匀。
实施例4
将阿法埃莎化学有限公司生产的硼酸(h3bo3)和蔗糖(c12h22o11)按摩尔比b:c＝1:1混合，加入去离子水中搅拌至完全溶解，每100ml去离子水加入5g混合粉体，得到无色透明的硼酸和蔗糖混合溶液；将)得到的无色透明混合溶液在恒温加热板上以100℃加热烘干并搅拌，得到红褐色固体，将固体用玛瑙研钵研磨，制得红褐色粉末；将得到的红褐色粉末装到石墨坩埚中，将坩埚放入真空管式炉内，在管式炉内部真空小于10-3pa后开始加热，以200℃/3min的升温速度匀速升温至1600℃，保温10分钟后缓慢降温，得到碳包裹的b4c碳化硼纳米粉体。
利用x射线衍射仪(brukerd8,germany)对得到粉体进行分析，通过与b4c理论模型模拟的x射线衍射图谱比较，粉体主要由b4c相构成；利用拉曼光谱仪(horibajobinyvon)对得到的粉体进行分析，，其主要成分由b4c和c构成。如图3(d)所示，可以看出粉体的粒径小而均匀。