[发明专利]一种碳化硼纳米线的制备方法

说明书

一种碳化硼纳米线的制备方法，本发明涉及碳化硼材料制备领域，具体涉及碳化硼纳米线的制备技术，具体涉及B₄C纳米线的制备技术。本发明要解决现有方法制备B₄C纳米线的纯度低，形貌不均的技术问题。方法：一、原料的混合；二、高温加热生长B₄C纳米线。本发明制备的碳化硼纳米线纯度高、长径比高、形貌均一。本发明制备的碳化硼纳米线用于提高陶瓷、金属、树脂等材料的强度。

技术领域

本发明涉及碳化硼材料制备领域，具体涉及碳化硼纳米线的制备技术。

背景技术

B₄C最早是在1858年被发现的，化学计量分子式为B₄C的化合物直到1934年才被认知。B₄C由于其共价键的性质而具有较高的熔点、较高的硬度、耐磨性好、耐酸碱腐蚀、密度小、具有很高的热中子吸收能力。它的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，属于一种非金属材料，具有重要的物化性质。B₄C具有高温超常硬度的性能，在防弹衣和研磨器具等领域被广泛应用。B₄C是最轻的陶瓷材料，由于其密度小可以用作喷气机叶片，在航天航空领域应用较多。由于其中子吸收能力很强可用作核反应堆的控制棒和阻止放射性物质泄漏的材料。

典型的纳米线的纵横比在1000以上，常被称为一维材料。通常情况下，随着尺寸的减小，纳米线会体现出更好的机械性能，强度变高，韧性变好。一般认为，一些一维纳米材料由于其极高的强度和韧性，是脆性陶瓷理想的增强体。将一维纳米材料，如纤维、晶须、纳米线、纳米管等材料引入碳化物陶瓷基复合材料中不仅能改善其力学性能，还能优化复合材料结构，达到增韧效果。这在一定程度上克服了传统陶瓷复合材料的低韧性缺点，纳米线的长径比优势还可以发挥出桥连和裂纹转向等作用，进一步增强材料的强度和韧性等力学性能。除此之外，B₄C纳米线还被广泛用于增加树脂类、金属类材料的结构强度中。

目前有关B₄C纳米线的制备研发较少，具体方法主要有碳热还原法、化学沉积法、有机前驱体法等，使用铁、钴、镍等过度金属金属或其金属盐作为催化剂，通过催化剂控制生长方向的方式在高温下形成纳米线。这些方法存在纯度低、形貌不均一、金属催化剂存在于纳米线头部难以除去等缺点。

发明内容

本发明要解决现有方法制备B₄C纳米线的长径比低，形貌不均的技术问题，而提供一种碳化硼纳米线的制备方法。

一种碳化硼纳米线的制备方法，具体按以下步骤进行：

一、将硼的氧化物和硼粉干燥，混合均匀得到混合粉料；

二、将步骤一获得的混合粉料放入坩埚中，在惰性气氛条件下，采用高温炉加热，控制升温速率为1℃/min～50℃/min，升温至温度为1200℃～1800℃，停止通入惰性气体，并通入还原气体，进行气相反应，获得碳化硼纳米线，完成该方法。

其中，步骤二中在高温炉内坩埚的气流下端再放入一个空的坩埚。

本发明主要反应方程式如下所示：

2B+2B₂O₃＝3B₂O₂ (1)

2B₂O₂+6CO＝B₄C+5CO₂ (2)

本发明的有益效果：