（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/三水）晶須是指以單晶形式生長(cháng)成的具有一定長(cháng)徑比的一種纖維材料，其直徑約為1-100mm，長(cháng)度約為10-1000mm， 長(cháng)徑比達到5-1000甚至更高的纖維狀單晶體。不含有通常材料中存在的缺陷（晶界、位錯、空穴等），原子高度有序，強度接近于完整晶體的理論值，晶須具有一定的橫截面形狀、完整的外形、完整的內部結構，是目前已知強度最大的固體，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，可作為復合材料的增強和改性組分。然而，國內外現已開(kāi)發(fā)出的晶須材料，如碳化硅晶須、氮化硅晶須、氧化鋁晶須等多數價(jià)格高昂、制備工藝復雜，限制了其應用領(lǐng)域的拓展。
硫酸鈣晶須，也就是石膏晶須，是無(wú)水硫酸鈣的纖維狀單晶體，白色疏松針狀物，具有完善的結構、完整的外形、特定的橫截面、穩定的尺寸，其平均長(cháng)徑比一般為30-80。和其他無(wú)機晶須相比，硫酸鈣晶須性?xún)r(jià)比高、原料資源豐富、制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，是綠色環(huán)保材料，可用作增強材料、摩擦材料、環(huán)保過(guò)濾材料、涂料紙張填充材料等，有著(zhù)廣闊的應用前景和實(shí)用價(jià)值。
1、硫酸鈣晶須概述
硫酸鈣晶須有三種，分別為無(wú)水硫酸鈣（CaSO4）晶須、半水硫酸鈣（CaSO4·0.5H2O）晶須和二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O）晶須。均為蓬松狀白色固體，纖維狀或針狀單晶體形態(tài)。其中，無(wú)水硫酸鈣晶須在工業(yè)生產(chǎn)中的應用前景最好，可以作為中等強度的增強劑。其物理性質(zhì)為：相對分子質(zhì)量為 136.14，直徑為 0.1-2mm、長(cháng)度為 20-150mm、長(cháng)徑比為 10-100；熔點(diǎn)為 1450℃，相對密度為 2.96，莫氏硬度為 3-4，拉伸強度為 2.058Gpa，彈性模量為 176.4Gpa。
二水硫酸鈣晶須相對分子質(zhì)量為 172.18，長(cháng)徑比一般為 15-100，耐熱性、硬度、強度均較差；室溫下就會(huì )風(fēng)化脫水，110℃左右繼續脫水成為無(wú)定形的粉體。因此，其在工業(yè)應用方面收到了一定的限制，不被看好。
半水硫酸鈣晶須相對分子質(zhì)量為 145.15，長(cháng)徑比、耐熱性、硬度和強度均介于二水和無(wú)水硫酸鈣晶須之間，在 160℃左右脫水成為無(wú)定形的硫酸鈣粉體。工業(yè)應用時(shí)，可先將其轉化為無(wú)水硫酸鈣晶須使用。
硫酸鈣晶須物理化學(xué)性能比較好，表1是硫酸鈣晶須與其他晶須性能及價(jià)格的比較。從表中可以看出，雖然硫酸鈣晶須在力學(xué)性能方面略遜于現有開(kāi)發(fā)的一些優(yōu)良晶須，但是其具有很強的價(jià)格優(yōu)勢。其原料多、成本低、制備方法相對簡(jiǎn)單，是一種性能多樣的非金屬綠色環(huán)保材料，可用于工程塑料、造紙、剎車(chē)片等眾多領(lǐng)域，擁有廣闊的工業(yè)應用前景。
表 1 硫酸鈣晶須與其他晶須性能及價(jià)格比較表
2、硫酸鈣晶須的生長(cháng)機理
無(wú)水硫酸鈣晶須的生長(cháng)過(guò)程可以歸納為如下步驟：溶解→重結晶→脫水成型，具體反應如下:
硫酸鈣晶須是一種單晶體，其生長(cháng)過(guò)程主要遵循軸向螺旋錯位生長(cháng)機理，符合 Harlman 和 Perdoek 等人提出的周期鏈理論。硫酸鈣的晶體結構是以[SO42-]四面體與 Ca2+相互聯(lián)結，形成了平行于（010）面的雙層軸向，是晶體生長(cháng)的主要方向，正是由于其軸向和側面存在的生長(cháng)速率差異，完成了其形態(tài)一維位錯延伸。生石膏溶解，釋放出結晶水；當溶解后的生石膏達到過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，重結晶形成晶核；晶體在晶核的基礎上生長(cháng)，軸向強健生長(cháng)速率最快呈螺旋位錯增殖，側面生長(cháng)緩慢甚至停滯；晶體沿軸向不斷尖端生長(cháng)位錯延伸，形成了硫酸鈣晶須的最終形態(tài)。
此外，半水和二水硫酸鈣晶須不太穩定，容易在潮濕的空氣中或水溶液發(fā)生水化反應，導致其物理化學(xué)性質(zhì)及晶體形貌發(fā)生變化，針對這方面的研究比較多，結果表面其水化過(guò)程和機理符合溶解析晶理論。水化反應影響了硫酸鈣晶須的存放及使用，因此通常對硫酸鈣晶須還需要進(jìn)行一定穩定化處理，諸如高溫煅燒、添加穩定劑、表面改性處理等。
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