说一说“晶须型”材料的分类

无机晶须分为金属晶须和非金属晶须两大类。金属晶须常见于金属基复合材料及贵金属纳米线及纳米阵列等一维纳米功能材料；非金属晶须包括氧化物晶须及盐类晶须，主要用于聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料的补强增韧，也有少量具有特殊物理化学性能的一维纳米功能晶须，如ZnO纳米线具有特殊的光学特性。非金属晶须的强度、弹性模量、耐热性等性能均优于金属晶须，广泛用于各种基底复合材料的补强增韧，以下是部分常用的非金属晶须。

晶须增韧陶瓷材料的原理示意图

一、碳化硅晶须

SiC晶须是一种晶体内部缺陷极少，具有一定长径比的单晶纤维，它具有相当优异的抗高温性能和极高的机械强度。SiC晶须为立方晶须，和金刚石同属于一种晶型，是目前所有人工合成的晶须中硬度最大、模量最高、抗拉强度最大、耐热温度最高的晶须产品，根据结构差异有α型及β型两种形式，β型的性能要优于α型。

β型SiC晶须较α型具有更高的硬度（莫氏硬度达9.5以上），更优异的导电性能、耐高温性能，更高的断裂韧性，主要用于需要高温高强应用材质的增韧场合，如飞机、导弹的外壳上、发动机、高温涡轮转子、特种部件等等，有着极高的性能价格比。

二、氧化铝晶须

氧化铝有许多同质异晶体，研究报道过的变体有10多种，其中α-Al2O3属三方晶系，结构最紧密，活性低，在所有温度下稳定，而且电学性质最好，具有优良的机电性能，为目前研究最多的晶型。

氧化铝晶须

因此α-Al2O3晶须的熔点高达2082℃，呈现白色，具有针状或是纤维状结构，断面一般为六角形，具有高强度、高弹性模量等优越的力学性能，高温条件下具有抗氧化能力。广泛应用于金属、陶瓷和高分子复合材料中，主要起到增强增韧作用。

三、碳酸钙晶须

碳酸钙晶须的直径细小，对塑料起着微观增强效果，用其增强的塑料制品表面光洁度高，能用于精密塑料制品的成型碳酸钙晶须具有强度高、模量高、耐热与隔热性好等优良特性，是一种质优价廉的环保材料。用其增强高分子材料，可将无机晶须的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与高分子材料的韧性相结合，制备出高性能的高分子复合材料。在涂料中碳酸钙晶须作为涂料的增粘剂，能显著提高涂料的黏度，增加触变性，提高涂料的抗开裂、附着力、粘接强度等性能。碳酸钙晶须用于汽车制动器衬片，可以替代石棉制品。

四、钛酸钾晶须

钛酸钾晶须是指化学式为K2O·nTiO2的针状无机晶须，随着n的变化，钛酸钾晶须的结构和性能会发生变化。钛酸钾的制备工艺已经较为成熟，目前已实现工业化。钛酸钾晶须具有良好的绝热性、耐化学腐蚀性、耐磨性，具有较低的热导率和较高的红外线反射率，可广泛用于高温绝热材料、绝缘材料、催化剂载体、过滤材料。

以钛酸钾晶须、熔融石英、氧化铝为原料制备的钛酸钾晶须增强陶瓷基蜂窝陶瓷构件，具有尺寸精密、耐高温性能良好等特点，可用作汽车尾气处理、石油燃烧气净化用的触媒载体。钛酸钾晶须增强工程塑料，可用于制备各种聚合物基复合材料结构构件，广泛用于汽车、舰船及计算机等领域。

五、莫来石晶须

莫来石具有耐高温、抗氧化、热膨胀系数小、高温强度高以及抗热震性能好等优点，是一种重要的工程材料。外加莫来石晶须可以明显的改善陶瓷的韧性。对普通陶瓷而言，莫来石晶须质量分数为30%时，增韧效果最佳，对于莫来石陶瓷来说，莫来石晶须质量分数为10%时，增韧效果最佳。作为一种潜在的陶瓷基、金属基、聚合物基复合材料的增强增韧材料，目前莫来石晶须可广泛用于高温结构材料、摩擦材料等领域。

莫来石晶须

六、氮化硅晶须

与碳化硅晶须相比，氮化硅晶须具有较高的强度，通常其拉伸强度可达138GPa，是碳化硅晶须的5倍。还具有高弹性模量（390GPa）、低膨胀系数和良好的化学稳定性。

用氮化硅晶须作为增强体时，晶须性能及要求因基体的不同而不同，如氮化硅晶须与石英玻璃具有良好的物理相容性，其复合材料具有优异的力学性能；氮化硅晶须增韧碳化硅陶瓷中，既保留碳化硅陶瓷优良的耐高温、抗蠕变、抗氧化等性能，又具有比碳化硅陶瓷更高的强度和韧性；氮化硅晶须增韧氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷及玻璃等其它基体的复合材料时，其基体性能都不同程度地得到了改善。

氮化硅晶须

七、氧化锌晶须

四针状ZnO晶须是在20世纪40年代被发现，并在1989年由日本松下产业首先研制成功。晶须外观上呈白色疏松状粉体，结构为四针状三维立体结构，晶须有一核心，从核心径向伸展出四根针状分枝。由于独特的立体三维结构，很容易实现其在基体材料中均匀分布，加入到金属、树脂、陶瓷等基体材料中形成复合材料后，可起到骨架作用，使抗拉强度明显增加；另外它具有优秀的电波吸收功能，还可以增强电子有效收集，从而制备出高转化率、低成本、空气中稳定的光伏电池。

四针状氧化锌晶须

八、硫酸钙晶须

硫酸钙晶须是以石膏为原材料，通过人为控制，以单晶形式生长的，具有均匀的横截面、完整的外形、完善的内部结构的纤维状（须状）单晶体，具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能。

硫酸钙晶须集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一体，可用于高分子材料、涂料、油漆、摩擦和密封材料中作补强增韧剂或功能型填料；又可直接作为过滤材料、保温材料、耐火隔热材料、红外线反射材料和包覆电线的高绝缘材料。