晶須是由高純度單晶生長而成的微納米級的短纖維。其機械強度等於鄰接原子間力產生的強度。晶須的高度取向結構不僅使其具有高強度、高模量和高伸長率，而且還具有電、光、磁、介電、導電、超導電性質。
基本介紹
- 中文名：晶須
- 外文名：whisker
- 屬性：短纖維
- 長成形式：在人工控制條件下以單晶形式生長
簡介,分類,製備方法,市場前景,
簡介
晶須是指自然形成或者在人工控制條件下（主要形式）以單晶形式生長成的一種纖維，其直徑非常小（微米數量級），不含有通常材料中存在的缺陷（晶界、位錯、空穴等），其原子排列高度有序，因而其強度接近於完整晶體的理論值。其機械強度等於鄰接原子間力。晶須的高度取向結構不僅使其具有高強度、高模量和高伸長率，而且還具有電、光、磁、介電、導電、超導電性質。晶須的強度遠高於其他短切纖維，主要用作複合材料的增強體，用於製造高強度複合材料。
分類
晶須可分為有機晶須和無機晶須兩大類。其中有機晶須主要有纖維素晶須、聚（丙烯酸丁酯-苯乙烯）晶須、聚（4-羥基苯甲酯）晶須（PHB晶須）等幾種類型，在聚合物中套用較多。無機晶須主要包括陶瓷質晶須（SiC，鈦酸鉀，硼酸鋁等）、無機鹽晶須（硫酸鈣，碳酸鈣等）和金屬晶須（氧化鋁，氧化鋅等）等，其中金屬晶須主要套用於金屬基複合材料中，而陶瓷基晶須和無機鹽晶須則可套用於陶瓷複合材料、聚合物複合材料等多個領域。
下表列了幾種主要晶須的性能：
製備方法
自然界存在包含晶須的天然礦物（如：suanite），但數量有限，工業套用的晶須主要在人工控制條件下合成。製造晶須的材料分金屬、陶瓷和高分子材料三大類。已發現有100多種材料可製成晶須，主要是金屬、氧化物、碳化物、鹵化物、氮化物、石墨和高分子化合物。晶須可從過飽氣相、熔體、溶液或固體生長，常生長成不同規格的纖維，其使用形態有原棉、松纖維、氈或紙。原棉（由藍寶石晶須構成）具有很鬆散的結構，長徑比為500～5000∶1，松密度為0.028g/cm。松纖維具有輕微交錯的結構，長徑比為10～200∶1。氈或紙狀的晶須，排列雜亂，長徑比為250～2500∶1。
市場前景
以SiC晶須為例的市場前景分析：
SiC晶須是高技術關鍵新材料，是金屬基、陶瓷基和高聚物基等先進複合材料的增強劑,用於陶瓷基、金屬基和樹脂基複合材料。已在陶瓷刀具、太空梭、汽車用零部件、化工、機械及能源生產中獲廣泛套用。
SiC晶須主要套用領域在陶瓷刀具增韌。美國開發成功“SiC晶須及納米複合噴塗”，用於耐磨耐腐蝕耐高溫塗層，SiC晶須市場需求量將急劇增加，市場前景非常廣闊。
碳化矽晶須具有優良的機械性能、耐熱性、耐用腐蝕性以及抗高溫氧化性能，該新產品與基質材料具有良好的相容性，已成為各類高性能複合材料的主要增強、增韌劑之一。廣泛用作金屬、塑膠、陶瓷的複合材料。
SiC晶須增強的複合材料可開發套用於航空、軍事、礦冶、化工、汽車、運動器材、切削工具、噴咀、耐高溫部件等領域。晶須補強氮化矽陶瓷基複合材料具有優異的物理力學性能，除了可作為發動機的零部件外還可廣泛套用於各種耐磨、耐高溫、耐腐蝕、抗衝擊場合，具有廣闊的前景。在切削刀具、石材鋸、紡織割刀、噴砂咀、耐高溫擠壓模、密封環、裝甲等都有很大的市場需求。
北美的結構陶瓷市場主要組成是切削工具、耐磨零件、熱力發動機零件和航空技術製品。約有37%的結構陶瓷零件是由陶瓷基體複合物製成。而其餘的則是單一陶瓷製品。陶瓷基體複合材料主要用於生產切削工具、耐磨零件、外掛程式以及航空工業用產品。對於切削工具而言，使用由TiC強化的Si3N4和Al2O3以及由SiC晶須強化的Al2O3製成的基體複合陶瓷基體複合物製造的產品，大部分(約41%)為耐磨產品，有些類型的陶瓷複合材料還用於雷達、發動機和飛機燃氣輪機。17%的結構陶瓷套用在陶瓷刀具上。包括Al2O3、Al2O3/TiC、SiC晶須增強Al2O3、Si3N4和Sialon陶瓷。陶瓷刀具市場的發展速度得益於產業化進程的加快，SiC晶須增強Al2O3和Si3N4刀具價格下降也使陶瓷刀具更具市場競爭力。
