2020-10-23 13:29:02

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晶须:由高纯度单晶生长而成的微纳米级的短纤维。其机械强度等于邻接原子间力产生的强度。晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率,而且还具有电、光、磁、介电、导电、超导电性质。

基本信息

  • 中文名

    晶须

  • 外文名

    whisker

  • 属 性

    短纤维

  • 长成形式

    在人工控制条件下以单晶形式生长

折叠 编辑本段 简介

晶须是指自然形成或者在人工控制条件下(主要形式)以单晶形式生长成的一种纤维,其直径非常小(微米数量级),不含有通常材料中存在的缺陷(晶界、位错、空穴等),其原子排列高度有序,因而其强度接近于完整晶体的理论值。其机械强度等于邻接原子间力。晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率,而且还具有电、光、磁、介电、导电、超导电性质。晶须的强度远高于其他短切纤维,主要用作复合材料的增强体,用于制造高强度复合材料。

折叠 编辑本段 分类

晶须可分为有机晶须和无机晶须两大类。其中有机晶须主要有纤维素晶须、聚(丙烯酸丁酯-苯乙烯)晶须、聚(4-羟基苯甲酯)晶须(PHB晶须)等几种类型,在聚合物中应用较多。无机晶须主要包括陶瓷质晶须(SiC,钛酸钾,硼酸铝等)、无机盐晶须(硫酸钙,碳酸钙等)和金属晶须(氧化铝,氧化锌等)等,其中金属晶须主要应用于金属基复合材料中,而陶瓷基晶须和无机盐晶须则可应用于陶瓷复合材料、聚合物复合材料等多个领域。

下表列了几种主要晶须的性能:

折叠 编辑本段 制备方法

自然界存在包含晶须的天然矿物(如:suanite),但数量有限,工业应用的晶须主要在人工控制条件下合成。制造晶须的材料分金属、陶瓷和高分子材料三大类。已发现有100多种材料可制成晶须,主要是金属、氧化物、碳化物、卤化物、氮化物、石墨和高分子化合物。晶须可从过饱气相、熔体、溶液或固体生长,常生长成不同规格的纤维,其使用形态有原棉、松纤维、毡或纸。原棉(由蓝宝石晶须构成)具有很松散的结构,长径比为500~5000∶1,松密度为0.028g/cm。松纤维具有轻微交错的结构,长径比为10~200∶1。毡或纸状的晶须,排列杂乱,长径比为250~2500∶1。

折叠 编辑本段 市场前景

以SiC晶须为例的市场前景分析:

SiC晶须是高技术关键新材料,是金属基、陶瓷基和高聚物基等先进复合材料的增强剂,用于陶瓷基、金属基和树脂基复合材料。已在陶瓷刀具、航天飞机、汽车用零部件、化工、机械及能源生产中获广泛应用。

SiC晶须主要应用领域在陶瓷刀具增韧。美国开发成功"SiC晶须及纳米复合喷涂",用于耐磨耐腐蚀耐高温涂层,SiC晶须市场需求量将急剧增加,市场前景非常广阔。

碳化硅晶须具有优良的机械性能、耐热性、耐用腐蚀性以及抗高温氧化性能,该新产品与基质材料具有良好的相容性,已成为各类高性能复合材料的主要增强、增韧剂之一。广泛用作金属、塑料、陶瓷的复合材料。

SiC晶须增强的复合材料可开发应用于航空、军事、矿冶、化工、汽车、运动器材、切削工具、喷咀、耐高温部件等领域。晶须补强氮化硅陶瓷基复合材料具有优异的物理力学性能,除了可作为发动机的零部件外还可广泛应用于各种耐磨、耐高温、耐腐蚀、抗冲击场合,具有广阔的前景。在切削刀具、石材锯、纺织割刀、喷砂咀、耐高温挤压模、密封环、装甲等都有很大的市场需求。

北美的结构陶瓷市场主要组成是切削工具、耐磨零件、热力发动机零件和航空技术制品。约有37%的结构陶瓷零件是由陶瓷基体复合物制成。而其余的则是单一陶瓷制品。陶瓷基体复合材料主要用于生产切削工具、耐磨零件、插件以及航空工业用产品。对于切削工具而言,使用由TiC强化的Si3N4和Al2O3以及由SiC晶须强化的Al2O3制成的基体复合陶瓷基体复合物制造的产品,大部分(约41%)为耐磨产品,有些类型的陶瓷复合材料还用于雷达、发动机和飞机燃气轮机。17%的结构陶瓷应用在陶瓷刀具上。包括Al2O3、Al2O3/TiC、SiC晶须增强Al2O3、Si3N4和Sialon陶瓷。陶瓷刀具市场的发展速度得益于产业化进程的加快,SiC晶须增强Al2O3和Si3N4刀具价格下降也使陶瓷刀具更具市场竞争力。

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