
【化】 ceramic whisker
【電】 ceramic
【化】 whisker; whiskers
陶瓷晶須(Ceramic Whiskers)是一種具有單晶結構的纖維狀高性能材料,其直徑通常為0.1-1微米,長度可達數十至數百微米。這類材料因其獨特的微觀結構和力學性能,被廣泛應用于複合材料、航空航天、電子器件等領域。
陶瓷晶須是人工合成的單晶體,原子排列高度有序,晶體缺陷極少。其名稱來源于類似“晶須”的微觀形态,例如碳化矽晶須(SiC whiskers)和氧化鋁晶須(Al₂O₃ whiskers)。由于單晶結構特性,其抗拉強度可達7-14 GPa,遠高于同類多晶陶瓷材料。
主流工藝包括化學氣相沉積(CVD)和溶膠-凝膠法。例如,碳化矽晶須可通過矽源氣體(如SiCl₄)與碳源在高溫下反應生成,反應式為: $$ text{SiCl}_4 + text{CH}_4 xrightarrow{1400^circ C} text{SiC} + 4text{HCl} $$
類型 | 密度(g/cm³) | 熔點(℃) | 典型用途 |
---|---|---|---|
SiC晶須 | 3.21 | 2700 | 切削工具增強 |
Al₂O₃晶須 | 3.97 | 2050 | 高溫過濾材料 |
Si₃N₄晶須 | 3.44 | 1900 | 精密陶瓷軸承 |
(數據來源:Springer材料科學手冊)
陶瓷晶須是以碳、矽、鋁、鎂等複合陶瓷材料為基礎,通過特定工藝生長出的單晶體短纖維。其直徑通常為1-3微米,長度可達20-200微米,甚至數厘米(如部分人工晶須)。以下是綜合多個來源的詳細解釋:
陶瓷晶須的原子排列高度有序,幾乎不存在普通材料中的晶界、位錯、空穴等缺陷。這種完美晶體結構使其機械強度接近理論極限值,抗拉強度可達鄰接原子間力的級别。
盡管20世紀60年代已開發近百種晶須,但因制備技術複雜、成本高昂,實際大規模應用仍有限。當前研究重點在于優化工藝以降低成本,并拓展其在新能源、精密制造等領域的潛力。
如需更詳細的技術參數或标準文件,可參考《JC/T 2150-2012 钛酸鉀(鈉)陶瓷晶須》等行業标準。
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