隨著核能和核技術(shù)的飛速發(fā)展,用于輻射防護(hù)的高性能中子吸收材料的研究已成為核技術(shù)領(lǐng)域的重要課題。碳化硼（B₄C）因具有高的中子吸收截面、中子俘獲后產(chǎn)生的二次輻射能低、易于屏蔽等優(yōu)越的性能,而成為重要的中子吸收材料。但碳化硼的燒結(jié)致密性差和斷裂韌性差,將碳化硼納米化與使用增韌劑相結(jié)合是目前有效的改善方法。氧化石墨烯（GO）具有層狀結(jié)構(gòu),較大的比表面積和豐富的表面官能團(tuán)可以為反應(yīng)提供足夠的活性位點(diǎn)并降低反應(yīng)溫度,且氧化石墨烯在陶瓷基體中良好的分散性可以提高陶瓷材料的力學(xué)性能。GO既可以作為碳源制備納米B₄C,提高材料的中子屏蔽性能,又可以在納米B₄C粉末中起到增韌的作用,改善碳化硼的燒結(jié)致密性與斷裂韌性。因此,本論文以氧化石墨烯為碳源,分別與不同硼源反應(yīng)制備納米碳化硼,并對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）以GO-B₂O₃體系為研究對(duì)象,通過碳熱還原法制備納米B₄C。研究了碳硼摩爾比（C/B₂O₃=1.25... 

【文章來源】：西南科技大學(xué)四川省

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

碳化硼的（a）菱形晶體結(jié)構(gòu)和（b）晶體結(jié)構(gòu)圖

西南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-2B-C相圖Fig.1-2Boron-Carbonphasediagram1.2.2碳化硼的性能碳化硼中碳和硼以共價(jià)鍵方式結(jié)合，共價(jià)鍵分?jǐn)?shù)高達(dá)90%以上，這種獨(dú)特的結(jié)合方式賦予了碳化硼許多優(yōu)異的物理化學(xué)性能，使得它在拋光、高溫工程陶瓷、耐腐蝕器件、輕型裝甲、輻射防護(hù)材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。（1）物理和力學(xué)性能碳化硼具有極高的硬度，其維氏硬度30~37GPa，僅次于金剛石和立方氮化硼，可以將其用做拋光和水射線切割的磨料粉末。此外，由于B4C的硬度會(huì)隨著溫度的增加而增強(qiáng)，使得其可以作為高溫耐磨材料使用[33]。碳化硼的理論密度低于其他陶瓷材料，僅為2.52g/cm3，可用于輕型裝甲的制造。碳化硼的熔點(diǎn)很高（2450K）可用于高溫工程陶瓷領(lǐng)域。此外，碳化硼還具有高彈性模量、低膨脹系數(shù)和優(yōu)異的熱電性等特點(diǎn)。碳化硼的最大缺點(diǎn)是斷裂韌性差，如何改善碳化硼的斷裂韌性引起研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。（2）化學(xué)性能碳化硼是一種非常穩(wěn)定的化合物，在常溫下不會(huì)被氧氣氧化，不和鹵族氣體反應(yīng)，不會(huì)和酸堿溶液反應(yīng)，也不受到熱HNO3、HF的腐蝕。僅在HF-H2SO4和HF-H2SO4-HNO3的混酸溶液中有輕微分解。在較高溫度下，碳化硼表面會(huì)發(fā)生氧化形成氧化硼薄膜，進(jìn)而終止氧化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。因此，碳化硼可以在金屬和碳化物中起到防氧化的作用。（3）中子吸收性能碳化硼具有優(yōu)越的熱中子吸收性能，這得益于碳化硼中的10B。10B的熱中子吸收截面高達(dá)3837Bam，吸收熱中子后產(chǎn)生能量?jī)H為0.478MeV的γ輻射，很容易就可以將其屏蔽[6]。而且碳化硼的價(jià)格低廉，使用之后產(chǎn)生的廢料處理方便。因此，B4C可以廣泛應(yīng)用于輻射屏蔽領(lǐng)域。1.2.3碳化硼的制備方法國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有多種碳化硼粉末的制備方法，這些方法中有一些適用于碳化硼的商

西南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖1-3不同放大倍率下的三維納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)碳化硼SEM圖Fig.1-3SEMimagesofthree-dimensionalnano-networkboroncarbideatdifferentmagnifications（2）自蔓延高溫合成法自蔓延高溫合成法（Self–propagationHigh–temperatureSynthesis，簡(jiǎn)稱SHS）是將氧化硼粉體、碳粉和Mg粉或Al粉均勻混合后壓成胚體，在Ar氣氛圍中點(diǎn)燃反應(yīng)，最后將獲得的粉末樣品進(jìn)行酸洗即可得到B4C粉末。SHS合成B4C的過程中大多以Mg粉作為還原金屬，因此又將其稱為鎂熱還原法。具體的反應(yīng)方程式如下：2B2O3+5Mg+C=B4C+5MgO+CO（1-5）該反應(yīng)按照以下兩個(gè)步驟進(jìn)行：2B2O3+6Mg=4B+6MgO（1-6）4B+C=B4C（1-7）SHS具有傳統(tǒng)制備方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，例如反應(yīng)溫度低、能耗孝操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)迅速和獲得的B4C粉末粒徑小等。但反應(yīng)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物MgO會(huì)殘留在最終產(chǎn)物中，即使用熱酸反復(fù)浸出也極難徹底去除[39]。Mohammad等[40]以石墨粉、鎂粉和B2O3為原料通過60h的球磨和自蔓延合成法合成了平均粒徑為10-80nm的B4C粉末。Berchmans等[41]使用Na2B3O7和石焦油作原料，加入適量的Ga金屬作還原劑，在1000oC下反應(yīng)5h得到晶粒尺寸為21~23nm的B4C粉體。張華宇等[42]通過Mg-B2O3-C體系合成了MgO-B4C，研究了壓力對(duì)整個(gè)體系微觀組織的影響并分析了反應(yīng)原理。Atasoy等[43]通過Al-H3BO3-C體系，在1300oC下反應(yīng)5h制備了純度較高的B4C粉體。（3）激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法（LICVD）是以激光為加熱熱源，誘發(fā)氣體分子發(fā)生反應(yīng)合成納米粉末的技術(shù)。LICVD制備B4C的過程為，用強(qiáng)激光輻射含有硼元素和碳元素的混合氣體（B2H6、BCl3、CHCl3等），隨著反應(yīng)溫度急劇上升，混合氣體中的B元素和C元素發(fā)生反應(yīng)生成納

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微波水熱法制備ZnO-還原氧化石墨烯納米復(fù)合材料及其光催化性能[J]. 鄧興紅,伍水生,李代光,陶淳,易兵.  環(huán)境化學(xué). 2020(02)
[2]我國(guó)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究現(xiàn)狀及展望[J]. 楊英明,孫建東,李全生.  煤炭工程. 2019(02)
[3]核防護(hù)用中子吸收材料的研究現(xiàn)狀[J]. 高曉菊,燕東明,曹劍武,王躍旗,李維民,孫素潔,曲發(fā)增.  陶瓷. 2016(11)
[4]以碳化細(xì)菌纖維素為碳源制備網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)碳化硼[J]. 徐娟,李兆乾,王善強(qiáng),段曉惠,裴重華.  西南科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(03)
[5]硼含量對(duì)含硼不銹鋼組織和性能的影響[J]. 佴啟亮,鄭文杰,宋志剛,陳清明,豐涵.  鋼鐵研究學(xué)報(bào). 2013(06)
[6]碳化硼粉末的制備方法[J]. 李蓓,簡(jiǎn)敏,王美玲,付道貴,鄒從沛.  核動(dòng)力工程. 2012(S2)
[7]含碳化硼的吸收和屏蔽中子輻射涂料的研究[J]. 黃益平,馮惠生,梁璐,徐姣,張衛(wèi)江.  天津大學(xué)學(xué)報(bào). 2011(07)
[8]高能射線及其屏蔽材料[J]. 劉顯坤,劉穎,唐杰,涂銘旌,代君龍,李潤(rùn)東,胡春明.  金屬功能材料. 2006(01)
[9]21世紀(jì)世界能源發(fā)展的10個(gè)趨勢(shì)[J]. 孫曉仁,孫怡玲.  科技導(dǎo)報(bào). 2004(05)
[10]自蔓延高溫合成MgO-B4C微觀組織研究[J]. 張化宇,韓杰才,赫曉東,杜善義,張宇民.  宇航材料工藝. 2000(02)

碩士論文
[1]碳化物增強(qiáng)鋁合金防輻射屏蔽材料的制備及性能研究[D]. 李奎江.南華大學(xué) 2018
[2]鉛硼聚乙烯復(fù)合材料的制備及性能研究[D]. 何潘婷.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]B4C/Al中子吸收復(fù)合材料的制備、性能測(cè)試與蒙特卡羅模擬[D]. 戴龍澤.南京航空航天大學(xué) 2014
[4]銀納米結(jié)構(gòu)/氧化石墨烯復(fù)合材料的制備及其電催化性能的研究[D]. 孫晚霞.北京化工大學(xué) 2013
[5]艦船核動(dòng)力裝置輻射防護(hù)研究[D]. 王琳.哈爾濱工程大學(xué) 2006



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