晶须增强陶瓷复合材料

1.1什么是晶须？
晶须是一种纤维状单晶，横断面近乎一致， 内外结构高度完整，长径比一般在5～1000以 上，直径通常在20nm ～100μm之间，但具 有特殊性质的晶须直径通常在1 ～10μm之间。
1.2晶须的发展历史
1661年，Robert Boyle 在 ”TheSceptical Chemist” 中首次 认识银晶须自发生长的现象。 20世纪60年代初开发了金属氧化物、碳化物、氮化物、卤化物 等晶须实验品。 1965年，开发出强度比Al高6倍的AlO3(w)/Al复合材料，强度 比塑料高10倍的Al2O3 (w)/塑料复合材料。
2.2.1晶须的生长机制
晶须是在一个过饱和度很低甚至接近平衡 蒸汽压的条件下生长的。它与块状晶体的区别在 于：晶须只有一维生长方向，块状晶体属二维生 长。
1、晶须生长的VLS机制
VLS机制（V代表提供的气体原料，L为液体触媒，S为固体晶须） 是晶须生长的最重要的机制。许多有价值的晶须，特别是陶瓷类 晶须的生长几乎都遵循VLS方式。该系统中存在的触媒液滴是气 体原料和固体产物之间的媒介。形成晶须的气体原料通过气-液 界面输入到小液滴中，使小液滴成为含有晶须气体原料的熔体， 当融体达到一定的过饱和度时析出晶体，并沉积在液滴与基体的 界面上。随着气源的连续供给，晶须连续长出，而将小液滴抬起， 应到停止生长，最后小液滴残留在晶须的顶端，构成VLS机制的 晶须形貌特征
晶须增强陶瓷复合材料
第三组
主 讲 人：叶文海 小组成员：卢波 许秦伟 田晔 蒋敏敏 袁倩 刘丽 叶文海
小组分工：
1、晶须的定义和发展历史 2、晶须的种类及制备方法 田晔 袁倩 许秦伟
3、晶须陶瓷基复合材料的增韧机制 和加工
4、晶须增强陶瓷复合材料的应用及 前景
蒋敏敏 卢波
叶文海
刘丽
主要内容：
1、晶须的定义和发展历史 2、晶须的种类及制备方法 3、晶须陶瓷基复合材料的增韧机制 4、晶须增强陶瓷复合材料的应用及前景
.砷化镓晶须
氧 化 物 晶 须 氧 化 锌
氮化硅晶须
2.2晶须的制备方法:
晶须可采用化学分解或电解的方法从过 饱和气体、液体、熔体中生长，也可从固 体中生长。即通常所指的气相法和液相法、 固相法。气相法中又分为蒸发-凝聚法和化 学气相法。液相法通常包括低温蒸发、电 解、添加剂、化学沉淀、胶体和高温熔体 等方法。固相法包括应力诱导和析出法。 诸多方法中以气相生长法最重要。
4.2晶须增强陶瓷复合材料的发展前景
气相 气相 液相 晶须
基体
2、其他生长机制
用TEM（透射电镜）观察液相法或气相法生长的晶须时， 可看到平行于轴向的螺旋错位和在晶须顶端显露出的生长台 阶，这足以证明晶须的生长是螺旋错位进行的。显露的台阶 给晶体提供了能量“优惠区”，使在很低的过饱和度条件下 晶须就能沿轴向生长并能保持边缘的光滑。 此外，还有其他的生长机制，如添加毒化剂限制扩散的 液相生长；在外场作用下增加晶体极性的液相或气相生长， 如在电场作用下使晶体沿电场方向以纤维状生长；在一定温 度梯度的温度场作用下通过气体蒸发与凝聚的气相生长机制 等。
1992年，中科院盐湖所由高世扬院士领导的课题组开始从事 晶须合成条件和机理的研究。2000年，完成了“年产100吨 硼酸铝晶须工业性实验”硅系晶须 ：碳化硅晶须、氮化硅晶须 2、氧化物晶须：氧化锌、氧化镁、氧化钛、氧化锡晶须、氧化 铜晶等 3、砷化镓晶须 4、其它种类晶须 硼酸盐晶须： 硼酸铝、硼酸镁、硼酸镍晶 须等。 盐类晶须：钛酸钾、硫酸钙、碳酸钙和硅酸 钙晶须等。 氢氧化物晶须：氢氧化镁等。
3.1晶须增强陶瓷基复合材料的增韧机理
3.2晶须增强陶瓷复合材料的加工
4.1晶须在复合材料中的应用
晶须主要用作复合材料的增强体，增强金属、陶瓷、树 脂及玻璃等材料。 在航空航天领域，金属基和树脂基的晶须复合材料由于 重量轻，比强度高，可用作直升机的旋翼、机翼、尾翼、空 间壳体，飞机起落架及其他宇宙航天部件。 在机械工业中，陶瓷基晶须复合材料SiC(W)/Al2O3已用 于切削刀具，在镍基耐热合金的加工中发挥作用。 在汽车工业中，发动机活塞的耐磨部件已采用 SiC(W)/Al2O3材料，大大 提高了使用寿命。正在研究开发晶 须塑料复合材料汽车车身和机体构件。 但因为晶须成本高，其应用收到了很大的限制，研究低 成本生产工艺是未来的重要研究课题。