人們很早就開(kāi)始了對(duì)B、C材料的研究工作，到1934年碳化硼化學(xué)計(jì)量分子式B4C才被認(rèn)知，其存在多種同分異構(gòu)體，最穩(wěn)定的碳化硼結(jié)構(gòu)是具有斜方六面體結(jié)構(gòu)的相，碳含量從8.8％-20％間變化，相應(yīng)的分子式在B10.5C到B4C之間變化。B4C中硼和碳共價(jià)鍵結(jié)合率超過(guò)90％的特殊結(jié)合方式使其化學(xué)惰性極強(qiáng)，具有高硬度、高熔點(diǎn)、低密度、耐磨損等穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)以及良好的中子吸收能力。

目前國(guó)內(nèi)外制備碳化硼的方法主要有電弧爐碳熱還原法熱法、自蔓延高溫合成法、激光誘導(dǎo)CVD法等。本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足所提供的一種快速制備碳化硼枝狀納米纖維的方法，使用檸檬酸作為碳源，氧化硼為硼源，采用自蔓延法即可在較低的溫度下制備得到碳化硼枝狀納米纖維。

本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：

一種快速制備碳化硼枝狀納米纖維的方法，是以鎂粉(Mg)、氧化硼(B2O3)、硼氫化鉀(KBH4)和檸檬酸(C6H8O7)為原料，首先將稱量好的原料混合均勻，然后放入不銹鋼球磨罐，抽真空球磨6-24h。然后將球磨均勻的前驅(qū)體粉料置于自制的自蔓延頂端帶孔不銹鋼反應(yīng)罐中，振實(shí)，然后將反應(yīng)罐放入600-900℃的自蔓延反應(yīng)爐中保溫6-15min，取出粗產(chǎn)物于80℃的鹽酸和硝酸混合物中熱攪拌12h，抽濾，后用蒸餾水及乙醇多次洗滌和干燥，在80℃真空干燥箱中干燥24h，即可得灰色的B4C粉體。

本發(fā)明涉及到的碳化硼枝狀納米纖維在生長(zhǎng)過(guò)程中可能發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

C6H8O7+Mg+B2O3→B4C+MgO+H2O↑+CO↑   (1)

B2O3+KBH4+C6H8O7→B4C+KOH+H2↑+CO↑+H2O↑   (2)

C6H8O7→12C*+11H2O↑   (3)

B2O3+3Mg→B*+3MgO   (4)

B2O3+2KBH4→4B*+2KOH+H2O↑+2H2↑   (5)

C*+4B*→B4C   (6)

本發(fā)明涉及到的兩個(gè)主反應(yīng)式如式1和式2所示。碳化硼枝狀納米纖維的可能生長(zhǎng)機(jī)理簡(jiǎn)述如下：首先，檸檬酸在周圍熱輻射條件下受熱分解為氣相活性C*(式3)，然后Mg和氧化硼發(fā)生鎂熱還原反應(yīng)生成活性氣態(tài)B*(式4)，同時(shí)多余的氧化硼也能夠KBH4還原成氣相活性B*(式5)。當(dāng)然，在發(fā)生以上反應(yīng)的同時(shí)，由于反應(yīng)體系在相對(duì)密閉的空間，導(dǎo)致反應(yīng)體系可能形成較多的氣相CO、H2O及H2?；钚訠*和C*在反應(yīng)罐內(nèi)先形成B4C液滴，由于實(shí)驗(yàn)使用的不銹鋼反應(yīng)罐上端均勻分布了幾個(gè)小孔洞，導(dǎo)致在發(fā)生反應(yīng)的時(shí)候，形成大量氣相的CO、H2O和H2會(huì)隨著瞬間局部熱膨脹形成的高壓使得氣體物質(zhì)向頂端出氣孔噴出。此時(shí)，會(huì)在反應(yīng)罐內(nèi)部，由于氣體的噴出，形成某些方向的氣流。這些B4C液滴也會(huì)伴隨著氣流濺射，在濺射的過(guò)程中會(huì)受到其他氣流的影響，從而形成枝狀納米纖維(式4)。當(dāng)多個(gè)方向上的B4C液滴融合在一起的時(shí)候，有可能在某些區(qū)域多個(gè)納米纖維會(huì)熔在一起形成片層狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)本發(fā)明使用檸檬酸作為碳源，氧化硼和硼氫化鉀為硼源，采用球磨輔助自蔓延法即可快速制備得到碳化硼枝狀納米纖維。納米纖維粗細(xì)分布均勻，直徑為80-250nm，長(zhǎng)度為1-5μm。該獨(dú)特結(jié)構(gòu)具有大的比表面積，可用于材料增強(qiáng)增韌等方面。

(2)本發(fā)明制備碳化硼枝狀納米纖維的工藝簡(jiǎn)單有效，能耗低，所用原料價(jià)格低廉無(wú)毒，具有一定的產(chǎn)業(yè)化前景。