
【化】 ceramic whisker
【电】 ceramic
【化】 whisker; whiskers
陶瓷晶须(Ceramic Whiskers)是一种具有单晶结构的纤维状高性能材料,其直径通常为0.1-1微米,长度可达数十至数百微米。这类材料因其独特的微观结构和力学性能,被广泛应用于复合材料、航空航天、电子器件等领域。
陶瓷晶须是人工合成的单晶体,原子排列高度有序,晶体缺陷极少。其名称来源于类似“晶须”的微观形态,例如碳化硅晶须(SiC whiskers)和氧化铝晶须(Al₂O₃ whiskers)。由于单晶结构特性,其抗拉强度可达7-14 GPa,远高于同类多晶陶瓷材料。
主流工艺包括化学气相沉积(CVD)和溶胶-凝胶法。例如,碳化硅晶须可通过硅源气体(如SiCl₄)与碳源在高温下反应生成,反应式为: $$ text{SiCl}_4 + text{CH}_4 xrightarrow{1400^circ C} text{SiC} + 4text{HCl} $$
类型 | 密度(g/cm³) | 熔点(℃) | 典型用途 |
---|---|---|---|
SiC晶须 | 3.21 | 2700 | 切削工具增强 |
Al₂O₃晶须 | 3.97 | 2050 | 高温过滤材料 |
Si₃N₄晶须 | 3.44 | 1900 | 精密陶瓷轴承 |
(数据来源:Springer材料科学手册)
陶瓷晶须是以碳、硅、铝、镁等复合陶瓷材料为基础,通过特定工艺生长出的单晶体短纤维。其直径通常为1-3微米,长度可达20-200微米,甚至数厘米(如部分人工晶须)。以下是综合多个来源的详细解释:
陶瓷晶须的原子排列高度有序,几乎不存在普通材料中的晶界、位错、空穴等缺陷。这种完美晶体结构使其机械强度接近理论极限值,抗拉强度可达邻接原子间力的级别。
尽管20世纪60年代已开发近百种晶须,但因制备技术复杂、成本高昂,实际大规模应用仍有限。当前研究重点在于优化工艺以降低成本,并拓展其在新能源、精密制造等领域的潜力。
如需更详细的技术参数或标准文件,可参考《JC/T 2150-2012 钛酸钾(钠)陶瓷晶须》等行业标准。
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