[发明专利]一种乳液微封装技术制备聚碳硼烷空心微球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能陶瓷技术领域，具体的涉及一种乳液微封装技术制备聚碳硼烷空心微球的方法。

背景技术

可控热核聚变能源是人类理想的干净能源。1升海水中提取出的氘完全聚变反应放出的能量与100升汽油燃烧释放的能量相当，若实现可控核聚变，人类将在一个相当长的历史时期内无需担心能源问题。核聚变过程需要极高温度和极高压条件才能触发，能否成功“点火”是关键和难点所在，当星体内部存在巨大的压力，核聚变能在约1000万摄氏度的高温下完成。然而，在压力小很多的地球上，核聚变所需温度达到1亿摄氏度以上，美国“国家点火装置”通过激光来实现惯性约束聚变的点火。

激光驱动惯性约束点火是实现核聚变的最有效途径之一，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。碳化硼陶瓷具有高熔点、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、很低的热膨胀系数以及一定的半导体特性等一系列优异性能，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，以纯碳化硼空心微球为燃料容器的靶丸十分有利于内爆点火实验。

碳化硼空心微球作为核聚变的靶丸使用还停留在理论模拟计算阶段，主要原因在于缺乏合适的碳化硼空心微球的制备工艺。碳化硼空心微球要作为点火靶丸使用，要求十分苛刻，需要制备出直径1-2mm、壁厚30-150μm、表面光洁度较好和壁厚均匀性较好的碳化硼空心微球，目前主要问题在于缺乏合适的碳化硼空心微球的制备工艺，碳化硼作为靶丸材料使用还停留在理论模拟阶段。

碳化硼陶瓷的制备方法较多，如电子束蒸发镀膜法、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，但目前几乎所有的资料均是用于制备陶瓷微粉或陶瓷块体，很少有制备碳化硼空心微球的报道。四川大学廖志君等人通过电子束蒸发镀膜技术，并借助自行研制的三维磁控滚动沉积装置，制备出了高光洁度、高球形度的碳化硼微球，并实现了碳化硼微球的空心化，但主要问题是制备周期长，产率低，球的组成结构和内外光洁度不能完全满足使用要求。[廖志君，范强，王自磊等.电子束蒸发技术制备碳化硼薄膜的方法与装置.国家发明专利:ZL200910060287.6,2010-12-01.]

先驱体转化法具有成型方便和烧结温度低等特点，是适合制备碳化硼陶瓷的理想制备方法。国外关于碳化硼陶瓷先驱体的报道比较多，主要是用于做纳米材料，未见国外先驱体转化制备碳化硼空心微球的报道。

碳化硼空心微球是一种典型的大孔材料。大孔材料可以通过多种制备方法得到，如发泡法、挤压法、取代法、模板法、乳液法等。其中，发泡、挤压和取代法是在目标多孔材料的原材料中填加发泡剂或通过减压等使体系中产生大量气泡以达到成孔的目的，这些方法制备的多孔材料孔径一般都不均匀，孔的形状也不易控制。模板法是目前有序大孔材料制备领域里最为成熟的一种技术，目前通过此法制备的有序大孔材料主要有大孔氧化硅、金属氧化物、碳、金属及聚合物等，其主要问题是所制备的孔径一般为从几十纳米到几百纳米不等，很难制备出亚毫米或毫米级的大孔材料。乳液法是目前唯一可以制备孔径均匀的亚毫米级和毫米级空心微球的方法，但只能制备聚合物空心微球，目前空心塑料微球靶丸的制备主要采用这种方法，目前已实现了直径达2mm以上的大直径PS空心微球的制备，基本上解决了乳液法制备空心塑料微球工艺中的不足之处，如微球表面粗糙度、球壁内微泡结构等。

分析国内外研究现状可知，结合先驱体转化法和乳液法的优势，是制备碳化硼空心微球最有前途的方法。前期，国防科技大学简科等人已针对碳化硼靶丸材料的制备需求，合成出了高硼含量、高陶瓷产率的聚碳硼烷先驱体[简科，王浩，王军等.一种高硼含量聚碳硼烷的制备方法.国家发明专利:ZL 201510245900.7,2015-05-15]，并以此为原料，开展了碳化硼空心微球制备技术研究[简科，王浩，王军等.一种碳化硼空心微球的制备方法.国家发明专利:ZL201510043766.2,2015-05-20]，主要存在的问题是乳液法制备聚碳硼烷过程中，聚碳硼烷微球的大小和壁厚没有相应的控制手段，所制备的微球几乎不可能刚好达到靶丸所需的直径和壁厚尺寸要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种乳液微封装技术制备聚碳硼烷空心微球的方法，该发明解决了现有技术中方法制备得到的碳化硼空心微球无法满足靶丸对直径和壁厚的要求；制备得到的碳化硼空心微球的直径和壁厚无法严格控制的技术问题。