晶须增强陶瓷复合材料

4.2晶须增强陶瓷复合材料的发展前景
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。
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。
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”等项目。
2.1晶 须 种 类
1、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。
.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。
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
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。
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wk.baidu.com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