[發明專利]一種碳化硼空心微球的制備方法

有效

• 申請號: 201510043766.2
• 申請日: 2015-01-29
• 公開（公告）號: CN104609423A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 簡科;王浩;王軍;黃堅;陳舟;邵長偉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: C01B31/36
• 分類號: C01B31/36
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 胡佳

技術領域

本發明涉及一種碳化硼空心微球的制備方法。

背景技術

與核裂變依靠原子核分裂釋放能量不同，聚變由較輕原子核聚合成較重原子核釋放能量，常見的是由氫的同位素氘與氚聚合成氦釋放能量。與核裂變相比，核聚變能儲量更豐富，幾乎用之不竭，且干凈安全。當星體內部存在巨大壓力，核聚變能在約1000萬攝氏度的高溫下完成，然而，在壓力小很多的地球，核聚變所需溫度達到1億攝氏度以上，美國“國家點火裝置”通過匯聚大功率激光束實現這一高溫。

激光驅動慣性約束點火是實現核聚變的最有效途徑之一，靶丸的設計與制備技術一直是激光慣性約束聚變研究中的核心技術。碳化硼陶瓷具有高熔點、低密度、高彈性模量、化學性質穩定、優異的熱電性能、良好的力學穩定性、很低的熱膨脹系數以及一定的半導體特性等一系列優異性能，在核領域具有廣泛的應用前景。一維和二維的LASNEX模擬計算表明，在一定條件下，以純碳化硼空心微球為燃料容器的低溫靶十分有利于內爆點火實驗。

碳化硼空心微球作為核聚變對靶丸使用還停留在理論模擬計算階段，主要原因在于缺乏合適的碳化硼空心微球的制備工藝。碳化硼空心微球要作為點火靶丸使用，要求十分苛刻，直徑需要達到毫米級，壁厚可控，表面光潔度、壁厚均勻性和球形度均要較好。

碳化硼陶瓷的制備方法較多，如熱壓燒結法、放電等離子燒結法、反應燒結法和先驅體轉化法等，但目前幾乎所有的資料均是用于制備陶瓷微粉或陶瓷塊體，幾乎沒有制備碳化硼空心微球的報道。先驅體轉化法具有成型方便和燒結溫度低等特點，是適合制備碳化硼陶瓷的理想制備方法。國外關于碳化硼陶瓷先驅體的報道比較多，主要是用于做納米材料，而國內則報道較少。

空心微球是一種典型的大孔材料。大孔材料可以通過多種制備方法得到，如發泡法、擠壓法、取代法、模板法、乳液法等。其中，發泡、擠壓和取代法是在目標多孔材料的原材料中填加發泡劑或通過減壓等使體系中產生大量氣泡以達到成孔的目的，這些方法制備的多孔材料孔徑一般都不均勻，孔的形狀也不易控制。模板法是目前有序大孔材料制備領域里最為成熟的一種技術，目前通過此法制備的有序大孔材料主要有大孔氧化硅、金屬氧化物、碳、金屬及聚合物等，其主要問題是所制備的孔徑一般為從幾十納米到幾百納米不等，很難制備出亞毫米或毫米級的大孔材料。乳液法是目前唯一可以制備孔徑均勻的亞毫米級和毫米級空心微球的方法，但只能制備聚合物空心微球，目前空心塑料微球靶丸的制備主要采用這種方法，目前已實現了直徑達2mm以上的大直徑PS空心微球的制備，基本上解決了乳液微封裝技術制備空心塑料微球工藝中的不足之處，如微球表面粗糙度、球壁內微泡結構等。

分析國內外研究現狀可知，結合先驅體轉化法和乳液法的優勢，是制備碳化硼空心微球最有前途的方法。目前，將先驅體轉化法和乳液法相結合制備碳化硼空心微球的研究還未見文獻報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種直徑能超過1毫米，球形度和表面光潔度較好，適合作為核聚變靶丸應用的碳化硼空心微球的制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種碳化硼空心微球的制備方法，包括以下步驟：

(1)將聚碳硼烷先驅體溶解于四氫呋喃中，兩者質量比為7～12:100；然后在溶液中加入支持高分子，支持高分子與先驅體質量比為1～3:1，將配置好的溶液記為A相；

(2)選用硅油作為B相；

(3)將A相置于帶攪拌的三口燒瓶中，邊攪拌邊將B相緩慢滴加到三口燒瓶中，B相和A相的體積比為1:1～5，滴加速度控制在5～20mL/min，攪拌速率為30～300r/min，將配置好的乳液記為A/B相；

(4)另外取B相置于大燒杯中，B相與A/B相體積比為100～300:1，加熱至90～180℃，緩慢滴加A/B相，滴加速度控制在1～5mL/min，滴加完成后靜置0.5-6h，將底部形成的B/A/B相小球取出；

(5)將取出的小球轉移至室溫硅油中冷卻定型，時間為0.5-3h；

(6)將定型好的小球置于二甲苯中浸泡24～72h整形，脫除殘留四氫呋喃及微球內硅油，得到粒徑較均一的聚碳硼烷空心微球；

(7)將聚碳硼烷空心微球置于管式爐中，在高純氮氣保護下，升溫至900～1200℃并保溫1～2h，得到碳化硼空心微球。

進一步，步驟(1)中，所述支持高分子為聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯腈，支持高分子與先驅體質量比為1～2:1。