第三章第五节 晶须(Whisker)

第五节晶须（Whisker）晶须(whisker)是指由高纯度单晶生长而成的直径几微米、长度几十微米的单晶纤维材料。由于其原子结构排列高度有序，结构完整难以容纳大晶体中常存的缺陷，故机械强度近似等于原子间价键力的理论强度晶须是含缺陷很少的单晶纤维，其拉伸强度接近其纯晶体的理论强度。十分优异的新型复合材料补强增韧材料。ZnO晶须微观形貌•晶须中唯一具有规整三维结构的四脚晶须独特的功能：•①高度形态规整性及尺寸均一性。T-ZnO晶须具有较高的形态规整性及尺寸均一性，晶体生长完整；•②各向同性。T—ZnO晶须具有三维空间的规整性，作为增强体能赋予其补强增韧的复合材料的机械等性能各向同性；•③半导体性质。T—ZnO是n型半导体•④吸收紫外线。T—Zno晶须在紫外光区具有显著吸收特性，可改善高分子基体材料的抗老化性；•⑤高密度性。通常添加剂的相对密度在2％一3％之间而T—ZnO晶须的相对密度为5．78％，这种性能使其用作减振材料。SiC晶须微观形貌六钛酸钾晶须以其优良的隔热性能、良好的红外线反射特点和高温吸音特性而备受青睐。•偏磷酸钙晶须：良好的生物活性和生物相容性晶须的制备方法有：化学气相沉积（CVD）法、溶胶-凝胶法、气液固法、液相生长法、固相生长法和原位生长法等。制备陶瓷晶须经常采用CVD法。即通过气体原料在高温下反应，并沉积在衬底上而长成晶须。e.g.CVD法制备SiC晶须的基本反应式为：CH3SiCl3（g）+H2SiC+HCl（g）CVD法制备难溶金属氮化物和碳化物的基本反应式为：2MCl4（g）+4H2+N2=2MN（s）+8HCl（g）MCl4（g）+CH2=MC（s）+4HCl（g）VLS（气液固）法制备SiC晶须的过程是：在预选高温将触媒固体颗粒（30m）熔化成液态触媒球，通入气相源(H2、CH4、SiO)，气相中的碳、硅原子被液球吸收溶解形成过饱和的碳硅溶液，以SiC的形式沉积在支撑衬底上。沉积不断进行，晶须不断生长，触媒球被生长着的晶须抬起，继续吸收、溶解和沉积。固相生长法的典型实例利用稻壳法制备SiC晶须反应：稻壳(700-900C、无氧气氛)SiO2(s)+C(s)SiO2（s）+3C（s）SiC+2CO(g)晶须不仅具有优异的力学性能，而且许多晶须具有各种特殊性能，可用来制备各种性能优异的功能复合材料。晶须的成本较高，影响其应用。目前已开发出许多低成本晶须，如K2Ti6O13等。另外晶须在基体材料中的分散工艺也是目前需要解决的问题之一。颗粒（Particle）具有高强度、高模量、耐热、耐磨、耐高温的陶瓷和石墨等非金属颗粒，加入到基体材料中起提高耐磨、耐热、强度、模量和韧性的作用。其成本低，易于批量生产。另外，还有一种颗粒增强体称为延性颗粒增强体（DuctileParticleReinforcement），主要为金属颗粒，一般是加入到陶瓷基体和玻璃陶瓷基体中起到增韧作用。如Al2O3中加入Al、Ni，WC中加入Co等。金属颗粒的加入使材料的韧性显著提高，但高温力学性能有所下降。第五节填料10.1填料的种类和作用10.1.1种类10.1.2作用10.2填料/聚合物复合材料的制备方法填料的分类化学组成来源外观形态填料功能无机填料合成填料天然填料增强剂有机填料填充剂粒状片状纤维状中空微珠返回填料的作用•增量作用：降低制品价格；•改性作用：显著改善制品机械性能，耐摩擦性，耐老化等性能。活性填料：起补强作用，可提高制品性能惰性填料：起稀释作用，降低了制品强度返回可相互转化聚合物/填料复合材料的制备方法•传统的制备方法•原位聚合制备方法熔融共混造粒填料单体分散聚合返回粉体材料的特性要求•a高纯•b形状•c无严重团聚•d结晶形态•e超细