金屬晶須增強體

晶須是在受控條件下培殖生長的高純度纖細單晶體,其晶體結構近乎完整,不含有晶粒界、位錯、空洞等晶體結構缺陷,具有異乎尋常的力學等物理性能。金屬晶須增強體是晶須增強體的一種。

基本介紹

• 中文名：金屬晶須增強體
• 外文名：metallic whisker reinforcement
• 類別：晶須品種之一
• 原材料：金屬材料

性質

一般晶須的延伸率與玻璃纖維相當，而拉伸模量與硼纖維相當。

晶須的強度與直徑也有密切關係，晶須直徑小於10μm時，其強度急劇增加。該關係僅是晶須強度與直徑的理論表達。一般認為，隨著晶須直徑的增大，晶須晶格缺陷相應增多，從而使其強度下降。

製作

金屬晶須增強體一般是由金屬的固體、熔體或氣體為原料，採用熔融鹽電解法或氣相沉積法製得。

晶須增強複合材料之前,必先有效解決其團聚問題,由於晶須增強體有較大的長徑比,通常在7～30範圍內,故分散比較困難。常用的晶須分散技術主要有球磨分散，超聲分散，sol—gel法分散以及分散介質選擇、pH值的調整等。對於某些長徑比較大、分枝較多的晶須,首先還需通過球磨或高速搗碎的方式減少分枝和降低長徑比。晶須分散的主要關鍵在於消除晶須的團聚或者說集聚。形成集聚的原因主要有晶須之間的相互糾結以及由於晶須之間的化學吸附所導致的集聚。球磨和超聲分散主要是藉助外加機械力將糾結在一起的團聚體“撕開”,但還需藉助合適的分散介質和分散劑以及pH值的調整等來改變晶須的表面狀態,以消除晶須之間的化學吸附,達到均勻分散的目的;sol—gel法則主要是通過將各個複合體系先製成膠體,藉助膠體這一特殊介質的電化學作用,使晶須均勻分散,最終製得分散均勻的成型體。

技術難點

許多晶須本身又具有一定的毒性（術語，與金屬的界面反應）。如硼酸鋁晶須在增強金屬基(鋁基)複合材料時,存在著嚴重的界面反應現象,這對複合材料的微觀結構和力學性能有著十分重要的影響,過量的界面反應會改變基體合金成分,引起界面微觀結構的變化,損傷晶須增強相,從而削弱複合材料的性能。

用途

在航空航天領域,金屬基和樹脂基的晶須複合材料由於重量輕、比強度高,可用作直升飛機的旋翼、機翼、尾翼、空間殼體、飛機起落架及其他宇宙航空部件。金屬晶須的主要用途是，可作為複合材料增強體，在火箭、飛彈、噴氣發動機等方面有廣泛的套用，特別是用作導電複合材料和電磁波禁止材料。