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whisker
简介
一种纤维状的直径小于数微米到几十微米、长度达数厘米的单晶体。它可在自然界生成，也可由人工制成，强度极高，是制备复合材料具有潜力的增强体材料。60年代初就已开发出近百种晶须实验品，1975年Hulco公司从稻草制备出β-SiC晶须。到80年代初，美、日实现了大规模生产SiC晶须，它是目前最重要的晶须材料。现在已能从100种以上的材料制备出相应的晶须，其中包括金属、氧化物、碳化物、卤化物、氮化物、石墨及有机化合物。
制备方法 制备晶须的方法通常有气相法、液相法和固相法。各种晶须采用不同的制备方法，金属晶须采用金属盐的氢还原法或金属的蒸发和凝聚法;氧化物晶须的制备方法有蒸气传递法和化学气相生长法;SiC、Si3N4、TiN、TiB2、AlN等陶瓷材料晶须通常采用化学气相法制备。
性能 由于晶须的晶体完整，不含有普通材料中存在的孔洞、位错和颗粒界面等缺陷，原子排列高度有序，其密度、强度都接近理想晶体的理论值，具有极高的强度和弹性模量(见表)。一般晶须的伸长率与玻璃纤维的相当，而弹性模量与硼纤维的相近，兼具这两种纤维的最佳性能。此外，晶须还具有保持高温强度的性能。一些金属晶须和半导体材料晶须还具有特殊的磁性、电学和光学性能。
几种常见晶须的物理性能
| 晶须材料 |
密 度 /g·cm-3 |
熔点 /℃ |
抗拉强度 /GPa |
弹性模量 /GPa |
|
Al2O3 AlN BeO BC 石墨 MgO α-SiC β-SiC Si3N4 |
3.9 3.3 1.8 2.5 2.25 3.6 3.15 3.15 3.2 |
2082 2199 2549 2449 3593 2799 2316 2316 1899 |
13.8～27.6 13.8～20.7 13.8～19.3 6.9 20.7 24.1 6.9～34.5 6.9～34.5 3.4～10.3 |
482.3～1033.5 344.5 689.5 447.9 978.4 310.1 482.3 551.2～827.9 379 |
应用 晶须主要用作复合材料的增强体，以增强金属、陶瓷、树脂及玻璃等。在航空和航天领域，晶须增强的金属基和树脂基复合材料由于重量轻、比强度高可用作直升机的旋翼、机翼和尾翼，空间壳体，飞机起落架和其他宇宙航空零件。在机械工业中，晶须增强陶瓷基复合材料SiC(W)/Al2O3已用作切削刀具。在汽车工业中，晶须增强玻璃复合材料Si(W)/SiO2已用作汽车热交换器的支管内衬。发动机活塞的耐磨部位已采用Si(W)/Al复合材料，大大提高了使用寿命。晶须材料还将用作化学工业中的晶须纸、晶须布及各种过滤器。晶须还用作医学材料、体育器材及特殊功能材料等。