《高分子復(fù)合材料》課件-3.46晶須

1.晶須的分類

一、晶須的簡介1、概念晶須是由高純度單晶生長而成的微納米級(jí)的短纖維。其機(jī)械強(qiáng)度等于鄰接原子間力產(chǎn)生的強(qiáng)度。晶須的高度取向結(jié)構(gòu)不僅使其具有高強(qiáng)度、高模量和高伸長率，而且還具有電、光、磁、介電、導(dǎo)電、超導(dǎo)電性質(zhì)。1.1晶須增強(qiáng)體的分類晶須可分為有機(jī)晶須和無機(jī)晶須兩大類。有機(jī)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，在聚合物中應(yīng)用較多。無機(jī)晶須主要包括陶瓷質(zhì)晶須（SiC，鈦酸鉀，硼酸鋁等）、無機(jī)鹽晶須（硫酸鈣，碳酸鈣等）和金屬晶須（氧化鋁，氧化鋅等）等，其中金屬晶須主要應(yīng)用于金屬基復(fù)合材料中，而陶瓷基晶須和無機(jī)鹽晶須則可應(yīng)用于陶瓷復(fù)合材料、聚合物復(fù)合材料等多個(gè)領(lǐng)域。（1）金屬晶須主要有Ni、Fe、Cu、Si、Ag、Ti、Cd等；（2）氧化物晶須主要有MgO、ZnO、BeO、Al2O3、TiO2、Y2O3、Cr2O3等。1.2無機(jī)晶須（3）陶瓷晶須主要是碳化物晶須，如SiC、TiC、ZrC、WC、B4C等。（4）硼化物晶須主要有TiB2、ZrB2、TaB2、CrB、NbB2等（5）無機(jī)鹽類晶須主要有如K2Ti6O13和Al18B4O33

具有實(shí)用價(jià)值的晶須直徑約為1~10μm，長度與直徑比在5～1000之間。實(shí)際上，晶須是含缺陷很少的單晶短纖維，其拉伸強(qiáng)度接近其純晶體的理論強(qiáng)度。1.3晶須的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.晶須增強(qiáng)體的物理性質(zhì)晶須增強(qiáng)體的物理性質(zhì)晶須是由高純度單晶生長而成的微納米級(jí)的短纖維。其機(jī)械強(qiáng)度等于鄰接原子間力產(chǎn)生的強(qiáng)度。晶須的高度取向結(jié)構(gòu)不僅使其具有高強(qiáng)度、高模量和高伸長率，而且還具有電、光、磁、介電、導(dǎo)電、超導(dǎo)電性質(zhì)。晶須增強(qiáng)體的物理性質(zhì)晶須是由高純度單晶生長而成的微納米級(jí)的短纖維。其機(jī)械強(qiáng)度等于鄰接原子間力產(chǎn)生的強(qiáng)度。其晶體結(jié)構(gòu)近乎完整,不會(huì)有晶粒界、位錯(cuò)、空洞等晶體結(jié)構(gòu)缺陷,具有異乎尋常的力學(xué)等物理性能,本文中將要述及的幾種晶須增強(qiáng)體的物理性能如下表1所列。晶須增強(qiáng)體的物理性質(zhì)一般晶須的延伸率與玻璃纖維相當(dāng),而拉伸模量與硼纖維相當(dāng),兼具這兩種纖維的最佳性能,參見圖1。另外,晶須的強(qiáng)度與直徑也有密切關(guān)系,晶須直徑小于10μm時(shí),其強(qiáng)度急劇增加。該關(guān)系僅是晶須強(qiáng)度與直徑的理論表達(dá),一般認(rèn)為,隨著晶須直徑的增大,晶須晶格缺陷相應(yīng)增多,從而使其強(qiáng)度下降,所以,在晶須制備過程中,采用何種方式、何種工藝控制晶須以單晶形式生長,是制取高強(qiáng)度、高有序性、完整晶須的關(guān)鍵,參見圖2。3.晶須的應(yīng)用

用于陶瓷基復(fù)合材料隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)于耐高溫、耐腐蝕、耐磨材料的要求越來越高。眾所周知,陶瓷配料具有強(qiáng)度高、耐磨、抗腐蝕及耐高溫的特性,但它有一個(gè)致命的弱點(diǎn)就是脆,易碎。因而對(duì)其進(jìn)行增韌改性是十分必要的。在所有的增韌改性方法中,利用晶須增韌改性效果最為顯著。用于金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料是以金屬或合金為基體與各種增強(qiáng)材料復(fù)合而制得的復(fù)合材料。具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、不燃、不吸潮、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、抗輻射等特性。是令人注目的航空航天用高溫材料,可用作飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熱區(qū)和超音速飛機(jī)的表面材料。晶須在金屬復(fù)合材料中主要起強(qiáng)化作用,會(huì)使金屬材料得到良好的耐磨性和較低的膨脹率。用于高分子材料晶須在高分子材料結(jié)構(gòu)的控制和改性中,可獲得不同特性的高分子材料。且晶須對(duì)其進(jìn)行改性是最好的一種。研究表明,經(jīng)過表面改性后的堿式氯化鎂晶須,表面極性發(fā)生了改變,加大了與聚氯乙烯的親和力,得堿式氯化鎂晶須的分散性很好,得到的堿式氯化鎂晶須聚氯乙烯材料易輥煉、易塑化、不粘輥、表面光潔度、加工性能,拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都有所提高。用于功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料作為一種新材料,有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和誘人的發(fā)展前景,可以分為磁功能、電功能、光功能、熱功能、摩擦功能、阻尼功能、防彈功能、抗輻射功能等功能復(fù)合材料。利用功能復(fù)合材料的性能特點(diǎn)來制備晶須，提高性能。用于阻熱防火材料隨著我國各個(gè)行業(yè)的迅猛發(fā)展,對(duì)各種建筑(工業(yè)、商業(yè)、民用等)的要求越來越高,而各種建筑中必然要用到大量的建筑材料,而其中大部分為木材和易燃材料,這就必須考慮使用防火阻燃材料來減少火災(zāi)發(fā)生的可能性。要得到比普通防火阻燃材料效果更好的材料,可以向普通防火阻燃材料中添加晶須來增強(qiáng)其各種性能。用于造紙等其它材料隨著人們對(duì)紙張的要求越來越高,需求量越來越多,且要求紙張質(zhì)量高、價(jià)格低等。為了滿足要求,選擇晶須作為紙漿的填料生產(chǎn)高質(zhì)量晶須已成為一種明智之舉。在目前的研究中,碳酸鈣晶須具有特殊柱狀方向性,作造紙?zhí)盍蠒r(shí)能夠與原紙面平行且緊密排列,提高了紙張的各種性能。晶須代替石棉傳統(tǒng)的摩擦材料主要是用石棉,但世界各國由于其對(duì)于