《高分子复合材料》课件-3.46晶须

1.晶须的分类

一、晶须的简介1、概念晶须是由高纯度单晶生长而成的微纳米级的短纤维。其机械强度等于邻接原子间力产生的强度。晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率，而且还具有电、光、磁、介电、导电、超导电性质。1.1晶须增强体的分类晶须可分为有机晶须和无机晶须两大类。有机晶须主要有纤维素晶须、聚（丙烯酸丁酯-苯乙烯）晶须、聚（4-羟基苯甲酯）晶须（PHB晶须）等几种类型，在聚合物中应用较多。无机晶须主要包括陶瓷质晶须（SiC，钛酸钾，硼酸铝等）、无机盐晶须（硫酸钙，碳酸钙等）和金属晶须（氧化铝，氧化锌等）等，其中金属晶须主要应用于金属基复合材料中，而陶瓷基晶须和无机盐晶须则可应用于陶瓷复合材料、聚合物复合材料等多个领域。（1）金属晶须主要有Ni、Fe、Cu、Si、Ag、Ti、Cd等；（2）氧化物晶须主要有MgO、ZnO、BeO、Al2O3、TiO2、Y2O3、Cr2O3等。1.2无机晶须（3）陶瓷晶须主要是碳化物晶须，如SiC、TiC、ZrC、WC、B4C等。（4）硼化物晶须主要有TiB2、ZrB2、TaB2、CrB、NbB2等（5）无机盐类晶须主要有如K2Ti6O13和Al18B4O33

具有实用价值的晶须直径约为1~10μm，长度与直径比在5～1000之间。实际上，晶须是含缺陷很少的单晶短纤维，其拉伸强度接近其纯晶体的理论强度。1.3晶须的结构特点2.晶须增强体的物理性质晶须增强体的物理性质晶须是由高纯度单晶生长而成的微纳米级的短纤维。其机械强度等于邻接原子间力产生的强度。晶须的高度取向结构不仅使其具有高强度、高模量和高伸长率，而且还具有电、光、磁、介电、导电、超导电性质。晶须增强体的物理性质晶须是由高纯度单晶生长而成的微纳米级的短纤维。其机械强度等于邻接原子间力产生的强度。其晶体结构近乎完整,不会有晶粒界、位错、空洞等晶体结构缺陷,具有异乎寻常的力学等物理性能,本文中将要述及的几种晶须增强体的物理性能如下表1所列。晶须增强体的物理性质一般晶须的延伸率与玻璃纤维相当,而拉伸模量与硼纤维相当,兼具这两种纤维的最佳性能,参见图1。另外,晶须的强度与直径也有密切关系,晶须直径小于10μm时,其强度急剧增加。该关系仅是晶须强度与直径的理论表达,一般认为,随着晶须直径的增大,晶须晶格缺陷相应增多,从而使其强度下降,所以,在晶须制备过程中,采用何种方式、何种工艺控制晶须以单晶形式生长,是制取高强度、高有序性、完整晶须的关键,参见图2。3.晶须的应用

用于陶瓷基复合材料随着科学技术的发展,人们对于耐高温、耐腐蚀、耐磨材料的要求越来越高。众所周知,陶瓷配料具有强度高、耐磨、抗腐蚀及耐高温的特性,但它有一个致命的弱点就是脆,易碎。因而对其进行增韧改性是十分必要的。在所有的增韧改性方法中,利用晶须增韧改性效果最为显著。用于金属基复合材料金属基复合材料是以金属或合金为基体与各种增强材料复合而制得的复合材料。具有高强度、高模量、耐高温、不燃、不吸潮、导热导电性好、抗辐射等特性。是令人注目的航空航天用高温材料,可用作飞机涡轮发动机和火箭发动机热区和超音速飞机的表面材料。晶须在金属复合材料中主要起强化作用,会使金属材料得到良好的耐磨性和较低的膨胀率。用于高分子材料晶须在高分子材料结构的控制和改性中,可获得不同特性的高分子材料。且晶须对其进行改性是最好的一种。研究表明,经过表面改性后的碱式氯化镁晶须,表面极性发生了改变,加大了与聚氯乙烯的亲和力,得碱式氯化镁晶须的分散性很好,得到的碱式氯化镁晶须聚氯乙烯材料易辊炼、易塑化、不粘辊、表面光洁度、加工性能,拉伸强度和冲击强度都有所提高。用于功能复合材料功能复合材料作为一种新材料,有着广阔的应用领域和诱人的发展前景,可以分为磁功能、电功能、光功能、热功能、摩擦功能、阻尼功能、防弹功能、抗辐射功能等功能复合材料。利用功能复合材料的性能特点来制备晶须，提高性能。用于阻热防火材料随着我国各个行业的迅猛发展,对各种建筑(工业、商业、民用等)的要求越来越高,而各种建筑中必然要用到大量的建筑材料,而其中大部分为木材和易燃材料,这就必须考虑使用防火阻燃材料来减少火灾发生的可能性。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须来增强其各种性能。用于造纸等其它材料随着人们对纸张的要求越来越高,需求量越来越多,且要求纸张质量高、价格低等。为了满足要求,选择晶须作为纸浆的填料生产高质量晶须已成为一种明智之举。在目前的研究中,碳酸钙晶须具有特殊柱状方向性,作造纸填料时能够与原纸面平行且紧密排列,提高了纸张的各种性能。晶须代替石棉传统的摩擦材料主要是用石棉,但世界各国由于其对于