[发明专利]一种原位燃烧合成制备B4C纳米管的方法

权利要求书

1.一种原位燃烧合成制备B₄C纳米管的方法，其特征在于，按以下步骤进行：

步骤1：机械活化

将氧化硼和镁粉按摩尔比混合，放入高能球磨机中进行机械活化处理，得到含硼的前驱体混合物；其中，按摩尔比，B₂O₃：Mg＝1：(2～4)；

步骤2：自蔓延合成

将含硼的前驱体混合物与碳纳米管按摩尔比混合均匀，放入模具中，在10～60MPa压制成块状坯料，置于自蔓延反应炉中引发进行自蔓延反应，得到反应物料，反应物料冷却后，得到纳米管状B₄C产物弥散分布在MgO基体中的燃烧产物；

其中，按摩尔比，B₂O₃：Mg：C＝1：(2～4)：(0.5～0.6)；

步骤3：密闭强化浸出

将纳米管状B₄C产物弥散分布在MgO基体中的燃烧产物浸入稀盐酸中，置于密闭的反应釜中强化浸出，除杂，过滤，得到浸出液和滤渣，将浸出液采用喷雾热分解技术回收酸液循环利用，将滤渣洗涤，真空干燥，制得B₄C纳米管；

步骤4：喷雾热分解

将浸出液进行雾化，喷吹到高温热解炉中，进行热解，得到纳米级氧化镁和热解尾气；其中，热解尾气中的氯化氢经吸收后形成盐酸，返回密封强化浸出过程循环使用；在高温热解炉中的热解温度为200～700℃，热解时间为0.5～60min。

2.如权利要求1所述的原位燃烧合成制备B₄C纳米管的方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的高能球磨机的工艺参数为：料球质量比为1：(5～30)，球磨转速为150～450rpm，球磨时间为15～150min。

3.如权利要求1所述的原位燃烧合成制备B₄C纳米管的方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的反应物料冷却的方式为水冷或随炉冷却；

所述的步骤2中，所述的自蔓延反应的引发方式为局部点火法或整体加热法；其中，局部点火法是指在自蔓延反应炉中用电热丝加热反应块状坯料局部，引发自蔓延反应；整体加热法是指在自蔓延反应炉中将块状坯料整体升温，直至自蔓延反应发生为止，温度控制在500～800℃。

4.如权利要求1所述的原位燃烧合成制备B₄C纳米管的方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的纳米管状B₄C产物弥散分布在MgO基体中的燃烧产物中，纳米管状为二维纳米管结构。

5.如权利要求1所述的原位燃烧合成制备B₄C纳米管的方法，其特征在于，所述的步骤3中，所述的稀盐酸的摩尔浓度为1～12mol/L。

6.如权利要求1所述的原位燃烧合成制备B₄C纳米管的方法，其特征在于，所述的步骤3中，所述的将纳米管状B₄C产物弥散分布在MgO基体中的燃烧产物浸入稀盐酸中，盐酸与纳米管状B₄C产物弥散分布在MgO基体中的燃烧产物的加入量，根据反应化学方程式的摩尔比，加入盐酸的量比理论量多10～40％，反应所依据的化学方程式为MgO+2HCl＝MgCl₂+H₂O。

7.如权利要求1所述的原位燃烧合成制备B₄C纳米管的方法，其特征在于，所述的步骤3中，所述的强化浸出的工艺参数为：浸出温度为20～80℃，浸出时间为60～360min。

8.如权利要求1所述的原位燃烧合成制备B₄C纳米管的方法，其特征在于，所述的步骤3中，所述的将滤渣洗涤，真空干燥的具体操作步骤为：将去除浸出液的滤渣用水洗涤至洗液为中性，然后在真空烘箱中在真空条件下烘干，烘干温度为50～120℃，时间至少为4h。

9.如权利要求1所述的原位燃烧合成制备B₄C纳米管的方法，其特征在于，所述的步骤4中，所述的浸出液进行雾化喷吹的方式为：在0.13～0.6MPa的压力下，通过雾化喷嘴将浸出液进行雾化喷吹到高温热解炉中；

所述的步骤4中，所述的浸出液中氯化镁的质量浓度为50～300g/L。

10.如权利要求1所述的原位燃烧合成制备B₄C纳米管的方法，其特征在于，所述的步骤4中，所述的纳米级氧化镁的粒度为80～400nm；

所述的步骤4中，所述的氯化氢经吸收后形成的盐酸的浓度为1～8mol/L。