[发明专利]一种碳化硼先驱体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硼先驱体的制备方法。

背景技术

目前，可被广泛接受的碳化硼模型是：B₁₁C组成的二十面体和C-B-C链构成的菱面体。由于碳原子和硼原子半径相似，存在类质同相替代，因而碳化硼中的碳硼比并不固定，多在1:4附近变化，且当碳硼比=1:4时，碳化硼的各项性能最好。碳化硼(B₄C)是共价键很强的化合物(共价键占90％以上)，熔点高(2450℃)，密度低（2.519g／cm³，是陶瓷材料中最轻的材料)，加之具有较高的弹性模量，用于工程陶瓷、宇航、军事装甲和核工业等领域是非常理想的。由于其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，居目前人工合成物质中第三位，尤其是近于恒定的高温硬度，使其成为最有发展前途的高温耐磨材料之一；由于它密度低，力学性能好，因而可应用于防弹装甲材料；由于它有很强的耐腐蚀能力，可作为重要的特种耐腐蚀材料；此外，碳化硼材料由于其具有较大的热中子俘获截面，具有极好的吸收中子和抗辐射性能，被国际公认推荐为最佳的核反应堆控制材料和屏蔽材料。

碳化硼陶瓷的制备方法很多，如热压烧结法、放电等离子烧结法、反应烧结法和先驱体转化法等。其中，先驱体转化法因具有成型方便，烧成温度低，元素组成可设计与调节等优点，成为碳化硼陶瓷较理想的制备方法。但现有的先驱体转化法存在的不足是：生产成本较高，制得的碳化硼先驱体溶解性较差，且产率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种生产成本较低，所制得碳化硼先驱体溶解性好、产率高的碳化硼先驱体的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碳化硼先驱体的制备方法，包括以下步骤：

（1）按硼烷:一官能度烯烃R-CH₂=CH₂:二官能度烯烃CH₂=CH₂-R-CH₂=CH₂的质量比为1：（0.1～20）：（0.1～20）的比例取料备用；

式中R为烃基；

（2）在带搅拌、蒸馏装置的反应器中，加入步骤（1）所述一官能度烯烃或/和二官能度烯烃；然后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-2～-35℃；

（3）在步骤（2）所述反应器中，加入步骤（1）所述硼烷；在N₂气氛保护下，将反应器置于室温环境，持续搅拌反应，搅拌速率为60～240r/min，反应2～72 h； 

（4）在N₂气氛保护下，将体系以0.1～30℃/min的升温速率升温至30～400℃，经减压蒸馏去除体系中溶剂成分；冷却至室温，即成。

进一步，步骤（1）中，所述硼烷可为硼烷络合物或五硼烷，优选硼烷络合物；所述一官能度烯烃可为1-辛烯、苯乙烯或1-戊烯，优选苯乙烯；所述二官能度烯烃可为1,5-己二烯、1，7-辛二烯或1，6-庚二烯，优选1,5-己二烯。

进一步，步骤（2）中，反应器预冷至-5～-15℃。

进一步，步骤（3）中，反应时间优选3～20h。

进一步，步骤（4）中，升温速率优选1～10℃/min，最终温度优选200～400℃。

利用本发明制成的碳化硼先驱体主要由B、C、O、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，用于制备陶瓷纤维、陶瓷块状材料和陶瓷基复合材料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：所用原料硼烷、一官能度烯烃（R-CH₂=CH₂）、二官能度烯烃（CH₂=CH₂-R-CH₂=CH₂）易得，价格较低；工艺简单，无需过滤操作，无需催化剂；所得聚合物具有良好的溶解性能，通过控制反应条件，可以得到不同状态的聚合物；目标产物的产率可达85%以上；制造成本低。

附图说明

图1为本发明实施例1所得碳化硼先驱体的红外光谱图；

图2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

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例包括以下步骤：

（1）取硼烷络合物40ml，1,5-己二烯20g，备用；