3 靶丸制备工艺发展建议

3.1 陶瓷制备工艺

目前，国内外报道制备 陶瓷的方法有很多，主要有粉末热压烧结法、高温自蔓延合成法、激光化学气相反应法以及溶胶－凝胶碳热还原法等。但除了粉末热压烧结法和溶胶－凝胶碳热还原法外，其余方法主要是用于制备 粉末。粉末热压烧结法只能制备形状简单的平板样件，与粉末热压烧结法相比，溶胶－凝胶碳热还原法的优点在于可以成型薄膜和复杂形状构件，但该技术最大的不足在于凝胶的陶瓷产率太低（一般低于20%）。

先驱体转化技术是一种通过先驱体高分子的热裂解制备非氧化物陶瓷的技术。该技术可通过分子设计对陶瓷先驱体的组成、结构进行设计和优化，从而使对应陶瓷产物的物理和机械等性能都得到了很大改观，最重要的是具有良好的工艺性，借助聚合物先驱体工艺性好的优点，可以通过先驱体转化技术更容易地控制陶瓷产物的形态，适合制备纤维、薄膜或复合材料等陶瓷产品。该技术起始于20世纪70年代中叶，德国的Verbeek、Winter和日本的Yajima是这项技术的开创者。随着先驱体转化技术的发展和日趋完善，该技术逐渐在非氧化物陶瓷的制备领域占据了主导地位。各种各样的陶瓷先驱体及对应非氧化物陶瓷也应运而生，其中最具有代表性的是以聚碳硅烷（PCS）、聚硅氮烷（PSZ）和硼氮烷或聚硼氮烷制备的SiC、SiCN以及BN陶瓷产品。除了先驱体的合成以外，先驱体改性及制备功能化陶瓷的研究也如火如荼，如分别以含铝的聚碳硅烷及含硼的聚硅氮烷制备SiC／Al和SiCN／B陶瓷等。

3.2　 空心微球制备工艺展望

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。其主要制备过程如图２所示。

首先将凝胶小球排列成三维有序的模板，然后把有机先驱体聚合物或目标产物的原料渗入到模板中，再通过合适的路线或方法将原料转化为目标产物（如热解处理等），最后除去模板制成有序大孔目标产物。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。

对于亚毫米或毫米级的大孔材料，乳液法应用最为广泛。目前主要用于制备空心玻璃微球和空心塑料微球。日本大阪大学已经采用乳液法实现了直径达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ＰＳ靶丸工艺中的不足之处，如微球表面粗糙度、球壁内微泡结构等。图3给出了乳液法制备ＰＳ靶丸的工艺流程。图3中W1相为纯水，W2相为质量分数5%的PVA的水溶液，Ｏ相为质量分数6%的PS的苯／１，２－二氯乙烷溶液，Ｗ１／Ｏ 为油包水初始乳液，Ｗ１／Ｏ／Ｗ２为水包油包水二次乳液。

从以上分析可知，结合先驱体转化法和乳液法的优势，是制备B₄C靶丸最有前途的方法。目前，将先驱体转化法和乳液法相结合制备B₄C空心微球的研究还未见文献报道。

4 结　论

B₄C作为靶丸材料有利于内爆点火实验，应用前景广阔。然而，要作为靶丸使用，需要制备出直径1～2mm、壁厚30～150μｍ、表面光洁度好和壁厚均匀性好的B₄C空心微球，目前主要问题在于缺乏合适的B₄C空心微球的制备工艺，B₄C作为靶丸材料使用还停留在理论模拟阶段。

提出了一种新型制备工艺，结合先驱体转化法和乳液法的优势，首先在先驱体分子设计的基础上，合成合适的B₄C陶瓷先驱体聚碳硼烷，然后利用先驱体聚合物工艺性好的特点，采用乳液法制备出空心聚碳硼烷先驱体微球，然后再经过先驱体的交联和无机化制备出符合核聚变靶丸使用要求的B₄C空心微球。通过设计和改善先驱体合成工艺，调节B₄C空心微球的组成和结构；通过优化空心微球制备工艺，控制空心微球孔径、壁厚及内外表面光洁度，从而实现B₄C空心微球的制备及其作为核聚变靶丸应用。

（本文文字版权属于《功能材料》，详细信息请参见《功能材料》2014年18期）