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無機晶須是一種由高純度單晶生長而成的微納米級的短纖維，其力學強度相當于原子間力產生的強度，并且無機晶須的截面十分完整、結構缺陷較少、長徑比范圍較大，因此在應用于高分子材料、復合材料等材料的改性過程中，能極大地改善材料的理化性質和力學性能。

能夠制成晶須的無機材料很多，碳化硅就是代表之一。作為一種共價鍵極強的材料，碳化硅陶瓷具有高強度、高導熱、高導電、高硬度、抗蠕變、耐磨、耐腐蝕、抗氧化以及熱穩定性等優良的綜合性能。當其以晶須形態存在時，有α型和β型兩種晶型，其中β型碳化硅晶須是當前已知的晶須中具有最高硬度、最大模量、最大抗拉伸強度和最強耐熱性的產品，具有很高的性價比，而且容易與材料進行復合，因而國際社會對碳化硅晶須展開了廣泛的研究。

α型和β型的碳化硅晶須性能對比

一、碳化硅晶須的應用

作為一種高效的補強材料，碳化硅晶須能通過裂紋偏轉、斷晶作用、晶須拔出效應和裂紋橋聯作用阻止微裂紋的進一步擴展，強化增韌復合材料，目前主要被用于金屬基、樹脂基、陶瓷基等復合材料上。

增強金屬基復合材料

目前金屬基復合材料MMC中基體材料比較常見的主要有以下幾種：①密度小，比強度高的Al、Mg金屬基體；②高熔點、結構穩定、高溫性能優良的Ti金屬基體；③耐高溫，高磁導率，低矯頑力的Fe、Ni金屬基體；④導電、導熱，抗腐燭能力的Cu、Ag、Au金屬基體。

其中，SiC_W/Cu復合材料抗拉強度高，綜合性能良好；SiC_W/Al基復合材料與傳統的金屬材料相比，具有更高的比剛度、比強度、軸向拉伸強度、耐磨損性能，更低熱膨脹系數；MB15材料在加入SiC_W后提高了硬度和時效速度。

增強陶瓷基復合材料

陶瓷材料由于具有耐腐蝕、耐磨損、耐高溫，以及優良的高溫力學性能而被廣泛應用于各行各業，然而陶瓷材料的最大缺點是脆性大、易斷裂，因此阻礙了它們在應用上的發展。為了增高陶瓷材料的強度，改善其脆性，提高可靠性，通過晶須增韌陶瓷基復合材料是目前最有效的解決方法之一。

碳化硅晶須增強陶瓷基復合材料的制備方法較多，主要包括：熱壓燒結法、熱等靜壓燒結法、無壓燒結法、化學氣相滲透法、放電等離子燒結法。同時，碳化硅晶須增強陶瓷基復合材料已應用于多種陶瓷基復合材料，如SiC_W增韌Al₂O₃/Ti₃SiC₂復合材料可提高其斷裂韌性和抗彎強度；增韌ZrB₂材料可提高其彎曲強度和斷裂韌性；增韌Ti(C,N)基金屬陶瓷復合材料時可提高其各項力學性能。

增強樹脂基復合材料

高性能樹脂基復合材料由于具有較高的比模量、比強度、抗疲勞性、抗振性、耐腐蝕性、低熱膨脹系數以及低密度，在國民行業中應用越來越廣泛。不過對于航空航天領域來說，雖然高性能樹脂基復合材料可減輕很多零部件的質量，但要作為主要承力部件，高性能樹脂材料需具備耐高溫、更高的強度、高透波性、吸波性、隱身性等性能，因此采用碳化硅晶須增韌樹脂基復合材料成為了新的研究熱點。

郭衛衛研究采用光固化快速成型技術制備碳化硅晶須增強紫外光固化用樹脂基復合材料，以偶聯劑KH550對晶須進行表面處理，研究晶須的添加對材料光固化速度以及對制備工藝、材料力學性能的影響。試驗得出，加入碳化硅晶須可大幅度減慢光固化速度并改善復合材料力學性能嗎，而且對光固化工藝幾乎無影響。

目前，使用碳化硅晶須增強、增韌的先進復合材料已廣泛用于航空航天、國防軍工和民用等眾多工業領域，如：①航空航天用軸承、燃料系統閥門、燃燒器電池、高性能雷達天線和紅外線整流罩、直升機和噴氣飛機零件等；②汽車用燃燒噴射器，低熱排泄內燃機以及其他熱機零件等；③化工、能源領域中汽油重整裂化器，機械用封蓋噴嘴等；④電子行業中多層電容器，壓力和氣體傳感器等；⑤生物陶瓷領域中人造牙齒，骨頭，關節等。

二、總結

憑借各項優良的綜合性能，碳化硅晶須享有“晶須之王”的美譽，備受國內外科研工作者的關注。據悉美國和日本很早便投入到了碳化硅晶須的研究和工業化生產中，并獲得了顯著的社會效益，我國在這方面起步較晚但進展迅速，提高碳化硅晶須及其它晶須的研究層次，有利于提升我國復合材料的研究水平，對提高我國在國際社會中的軍事競爭力具有重大幫助。

目前碳化硅晶須在增韌復合材料方面，關注度較高、應用更為廣泛的碳化硅晶須增強金屬基和陶瓷基復合材料，對樹脂基復合材料的研究工作相對較少，因此為能充分發揮晶須在樹脂基中的作用，還應對晶須的表面改性進行系統深入研究。

資料來源：

無機晶須的制備及應用進展，杜煒，艾超前，馬雪東，杜毅帆，王偉。

碳化硅晶須增韌復合材料的研究現狀，王陽陽，賈晨，賈先，楊建鋒。

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