氮化硼陶瓷纖維的制備與發展

氮化硼(BN)是一種重要的非氧化物陶瓷材料，主要有α-BN，β-BN，γ-BN三種晶體結構，其中，α-BN，γ-BN為六方晶型統稱為h-BN。其層狀晶體結構與石墨類似。h-BN晶體結構中每一層是由B3N3六元環狀單元構成，表現出明顯的各向異性。BN是一種潔白潤滑性很好的耐高溫晶體。它的絕緣性能特別好，即使在高溫下，其絕緣性能也超過比較耐高溫的氧化物，它的電阻率在2000℃時是1900?·cm，在室溫時>1012?·cm，它的熱膨脹系數低至-2.9×10-6/deg。與多種金屬不浸潤，具有優良的耐腐蝕性，介電常數和損耗角正切小。這些優良性質使BN材料廣泛應用于陶瓷、涂層涂料和宇航工程等諸多工業領域。

制備方法

以環硼氮烷為單體

環硼氮烷(H3B3N3H3，BZ)是一個液態分子，它的初次合成是在1926年由Stock實現的。它具有適當的B/N原子比，好的對稱性和制備BN陶瓷比較高的理論產率。

以三氯環硼氮烷為單體

由于環硼氮烷的可選擇性少，作為BN前驅體的應用是有限的，因此，目前大部分的研究者都著力于通過三氯化硼和氯化銨在一定條件下合成B-三氯環硼氮烷(TCB)單體。三氯環硼氮烷的熱 穩定性比環硼氮烷高，通過對其親核取代并交聯脫氨反應生成聚[B-(烷氨基)環硼氮烷]和聚[(硼烷氨基) 環硼氮烷]。得到的聚合物在重復的B3N3環基礎上，在環硼氮烷環之間主要以有機基團-NR-或-NH-連接，有效改善了前驅體的加工性能。

一步合成法

當含氮的親核性試劑在低溫下是高活性時，就會得到一種單體化合物，單體的自縮合就生成了低交聯密度的聚合物前驅體。使用三氯環硼氮烷和六甲基二硅氮烷(HMDZ) 反應生成聚合物的一步合成法已經被多個研究者研究過了。這個反應的發生基于生成了穩定的易揮發的Me3SiCl，它的作用就像驅動力。

兩步合成法

作為一個總的兩步工藝，三氯環硼氮烷上的氯原子首先被氨或胺親核取代，反應在三級胺(如，Et3N)的存在下進行。這些胺或氨連接到B原子上，釋放的氯化氫以鹽(Et3N·HCl)的形式沉淀出來。得到的氨基環硼氮烷發生胺解反應生成相應的聚氨基環硼氮烷。B、N六元環以-NH-或-NR-連接。

以三氯化硼為單體

部分研究者使用有機胺直接取代BCl3中的Cl原子，合成出一類具有反應活性的氨基硼吖嗪單體。不同有機胺可以合成出不同性質的單體，加熱交聯成環，熱聚合后得到聚合物前驅體，氨處理可增加交聯程度，同時使碳含量降低。

結語

目前，由三氯環硼氮烷為單體，通過兩步法制備BN纖維，由于可通過使用不同的親核試劑來設計前驅體的分子結構，改善前驅體的加工性能，影響較后制得的BN纖維的物理性能，現階段的主要焦點還處于通過采用不同路線和改善工藝條件，控制聚合的過程和前驅體的分子結構，使前驅體具有良好的加工性能，并能轉變為高性能的BN纖維。因此，BN纖維前驅體的新發展還有以下幾個方向：
（1）新型單體的合成和聚合物前體的設計，
（2）對空氣不敏感的前體，
（3）可控制的聚合反應，
（4）合成前驅體的工藝條件比較苛刻，合成成本高，不能實現大量生產，還有待改進。 
（5）初生纖維的高溫裂解過程工藝還有待進一步研究。
（6）BN纖維的力學性能有待進一步提高。