无机晶须是一种由高纯度单晶生长而成的微纳米级的短纤维，其力学强度相当于原子间力产生的强度，并且无机晶须的截面十分完整、结构缺陷较少、长径比范围较大，因此在应用于高分子材料、复合材料等材料的改性过程中，能极大地改善材料的理化性质和力学性能。

能够制成晶须的无机材料很多，碳化硅就是代表之一。作为一种共价键极强的材料，碳化硅陶瓷具有高强度、高导热、高导电、高硬度、抗蠕变、耐磨、耐腐蚀、抗氧化以及热稳定性等优良的综合性能。当其以晶须形态存在时，有α型和β型两种晶型，其中β型碳化硅晶须是当前已知的晶须中具有最高硬度、最大模量、最大抗拉伸强度和最强耐热性的产品，具有很高的性价比，而且容易与材料进行复合，因而国际社会对碳化硅晶须展开了广泛的研究。

α型和β型的碳化硅晶须性能对比

一、碳化硅晶须的应用

作为一种高效的补强材料，碳化硅晶须能通过裂纹偏转、断晶作用、晶须拔出效应和裂纹桥联作用阻止微裂纹的进一步扩展，强化增韧复合材料，目前主要被用于金属基、树脂基、陶瓷基等复合材料上。

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增强金属基复合材料

目前金属基复合材料MMC中基体材料比较常见的主要有以下几种：

①密度小，比强度高的Al、Mg金属基体；

②高熔点、结构稳定、高温性能优良的Ti金属基体；

③耐高温，高磁导率，低矫顽力的Fe、Ni金属基体；

④导电、导热，抗腐蚀能力的Cu、Ag、Au金属基体。

其中，SiCW/Cu复合材料抗拉强度高，综合性能良好；SiCW/Al基复合材料与传统的金属材料相比，具有更高的比刚度、比强度、轴向拉伸强度、耐磨损性能，更低热膨胀系数；MB15材料在加入SiCW后提高了硬度和时效速度。

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增强陶瓷基复合材料

陶瓷材料由于具有耐腐蚀、耐磨损、耐高温，以及优良的高温力学性能而被广泛应用于各行各业，然而陶瓷材料的最大缺点是脆性大、易断裂，因此阻碍了它们在应用上的发展。为了增高陶瓷材料的强度，改善其脆性，提高可靠性，通过晶须增韧陶瓷基复合材料是目前最有效的解决方法之一。

碳化硅晶须增强陶瓷基复合材料的制备方法较多，主要包括：热压烧结法、热等静压烧结法、无压烧结法、化学气相渗透法、放电等离子烧结法。同时，碳化硅晶须增强陶瓷基复合材料已应用于多种陶瓷基复合材料。

如SiCW增韧Al2O3/Ti3SiC2复合材料可提高其断裂韧性和抗弯强度；增韧ZrB2材料可提高其弯曲强度和断裂韧性；增韧Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料时可提高其各项力学性能。

增韧Si3N4陶瓷

Si3N4陶瓷在高温结构材料领域应用广泛，但其脆性使其应用受到一定限制。所以Si3N4研究的主要方向是提高韧性。SiCW对热冲击引起裂纹扩展的影响起着重要作用，研究表明，复合材料中的SiCW和Si3N4颗粒的加入可大幅提高其断裂韧性、抗弯强度和维氏硬度，此即细晶强化和弥散强化的综合作用使复合材料增韧。

研究表明，在氧化铝基材料中加入20 wt%的SiCw，可以将材料的断裂韧性从不足3.0 MPa·m1/2增加到8.5 MPa·m1/2，将其抗折强度从 400 MPa 提高到约800 MPa。

加入适量SiCw可有效提供涂层的韧性，抑制开裂。本公司开发的SiCw具有出色的抗氧化效果，能适应涂层服役的苛刻环境，已经在某研究院展开中试实验。

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增强树脂基复合材料

高性能树脂基复合材料由于具有较高的比模量、比强度、抗疲劳性、抗振性、耐腐蚀性、低热膨胀系数以及低密度，在国民行业中应用越来越广泛。不过对于航空航天领域来说，虽然高性能树脂基复合材料可减轻很多零部件的质量，但要作为主要承力部件，高性能树脂材料需具备耐高温、更高的强度、高透波性、吸波性、隐身性等性能，因此采用碳化硅晶须增韧树脂基复合材料成为了新的研究热点。

碳化硅晶须增强紫外光固化用树脂基复合材料

郭卫卫研究采用光固化快速成型技术制备碳化硅晶须增强紫外光固化用树脂基复合材料，以偶联剂KH550对晶须进行表面处理，研究晶须的添加对材料光固化速度以及对制备工艺、材料力学性能的影响。试验得出，加入碳化硅晶须可大幅度减慢光固化速度并改善复合材料力学性能吗，而且对光固化工艺几乎无影响。

碳/碳(C/C)复合材料是新型高温结构材料，在服役环境气氛中容易损害，用SiCw增韧C/C复合材料高温氧化防护的涂层中，不仅能使SiCw与基体的层间剪切强度提高，而且可以使其内部裂纹的扩展得到缓冲或阻止。研究表明，有SiCw涂层C/C复合材料在空气中氧化后的质量损失0.7%，没有涂层的质量损失高达15%。

环氧树脂（ER）广泛用于机械、涂料、电子电气、化工以及航天航空等领域。电子工业中的元器件正向着高性能化和微型化发展，也就要求器件具备优异的热学和电学性能。SiCw作为一种共价化合物，可作为ER的填料，以满足电子元器件的高性能化、微型化、高电绝缘、高导热、低膨胀性等工作环境要求。研究表明，随SiCw含量增加，SiCw/ER复合材料导热系数增大，冲击强度和弯曲强度呈先升后降的态势。此外，SiCw可有效降低ER的玻璃化温度。

目前，使用碳化硅晶须增强、增韧的先进复合材料已广泛用于航空航天、国防军工和民用等众多工业领域，如：①航空航天用轴承、燃料系统阀门、燃烧器电池、高性能雷达天线和红外线整流罩、直升机和喷气飞机零件等；②汽车用燃烧喷射器，低热排泄内燃机以及其他热机零件等；③化工、能源领域中汽油重整裂化器，机械用封盖喷嘴等；④电子行业中多层电容器，压力和气体传感器等；⑤生物陶瓷领域中人造牙齿，骨头，关节等。

二、总结

凭借各项优良的综合性能，碳化硅晶须享有“晶须之王”的美誉，备受国内外科研工作者的关注。据悉美国和日本很早便投入到了碳化硅晶须的研究和工业化生产中，并获得了显著的社会效益，我国在这方面起步较晚但进展迅速，提高碳化硅晶须及其它晶须的研究层次，有利于提升我国复合材料的研究水平，对提高我国在国际社会中的军事竞争力具有重大帮助。

目前碳化硅晶须在增韧复合材料方面，关注度较高、应用更为广泛的碳化硅晶须增强金属基和陶瓷基复合材料，对树脂基复合材料的研究工作相对较少，因此为能充分发挥晶须在树脂基中的作用，还应对晶须的表面改性进行系统深入研究。

资料来源1：

1.无机晶须的制备及应用进展，杜炜，艾超前，马雪东，杜毅帆，王伟。

2.碳化硅晶须增韧复合材料的研究现状，王阳阳，贾晨，贾先，杨建锋。

资料来源2：

1. 李军, 谭周建, 廖寄乔, 张翔,李丙菊, C/C复合材料表面原位生长SiCw的工艺, 中国有色金属学报 22(2012) 427-433.

2. 罗学涛, 陈小君, 黄前军,陈立富, 定向SiC晶须增韧Si3N4陶瓷的制备及热震性能研究, 无机材料学报 19(2004) 553-558.

3. 周宏明, 柳公器, 肖来荣,易丹青, Si_3N_(4p)-SiC_w/MoSi_2复合材料的强韧化效果与机制, 机械工程材料 33(2009) 46-49.

4. S. Baldacim, C. Santos, O. Silva,C. Silva, Mechanical properties evaluation of hot-pressed Si3N4–SiC (w) composites, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 21(2003) 233-239.

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6. 顾军渭, 张秋禹,王小强, 碳化硅/环氧树脂导热复合材料的制备与性能, 中国胶粘剂 19(2010) 18-22.

7. 孟琨,MENGKun, 环氧树脂/碳化硅晶须导热复合材料的制备研究, 粘接 (2010) 42-46