[发明专利]一种含硼先驱体共聚物的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷先驱体合成技术领域，具体涉及一种含硼先驱体共聚物的合成方法。

背景技术

激光驱动惯性约束聚变主要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，之后使之在中心“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。作为氖-氖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究中的核心技术。按材料分，目前主要的靶丸体系包括空心玻璃微球、空心塑料微球、空心Be-Cu微球等。而通过多种计算软件，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。

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≥1100℃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lmm，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℃下理论导热系数达到35W/m·K，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。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。

目前，凭借先驱体转化法的优势，通过合成先驱体聚合物来制备碳化硼陶瓷是研究热点。Pender等人(Pender M J,Sneddon L G.An efficient template synthesis of aligned boron carbide nanofibersusing a single-source molecular precursor[J].Chemistry of Materials,2000,12:280-283.)在Cp₂Ti(CO)₂催化下利用1,5-己二烯和十硼烷反应合成了6-己烯十硼烷单体，采用Cp₂ZrMe₂/B(C₆F₅)₃催化体系完成了6-己烯十硼烷的配位聚合反应，合成了十硼烷在聚合物支链上的聚6-己烯基十硼烷先驱体。但其陶瓷产率较低，限制了其进一步应用。Forsthoefel等人(Forsthoefel K M.Chemical precursors to non-oxide ceramics:macro to nanoscale materials[D].Philadelphia:University of Pennsylvania,2004.)

使用相同的Zr催化剂，用邻碳硼烷代替十硼烷制备了聚6-己烯基邻碳硼烷先驱体，但是，由于邻碳硼烷的稳定性好，难以低温交联，陶瓷化过程中易于整体挥发脱除，从而导致陶瓷产率极低(<20％)。简科等人(简科,王浩,王军,等.一种高硼含量碳化硼先驱体制备方法[P].CN Patent,104891494.2015-09-09.)采用Pender报导的Cp₂Ti(CO)₂催化硼氢化反应制备了6-降冰片烯基十硼烷以及6-环辛烯基十硼烷，并且利用Grubbs I、II代催化剂使其进行烯烃开环复分解聚合，得到了十硼烷侧链结构的新型硼碳陶瓷先驱体—聚6-环辛烯基十硼烷和聚6-降冰片烯基十硼烷。先驱体中氧含量较高，限制了其应用。同年，简科等人(简科,王浩,王军,等.一种高陶瓷收率聚碳硼烷的制备方法[P].CN Patent,104592520.2015-06-06.)采用对二溴苯与卡硼烷有机锂化物反应，制备了高陶瓷产率的聚碳硼烷先驱体，但其制备成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含硼先驱体共聚物的合成方法，该发明解决了现有技术中，碳化硼先驱体氧含量较高、溶解性较差、催化剂成本较高等技术问题。