无机晶须是那些具有一定长宽比(& ge10)和一定的截面积(& le52 &次;10-5cm2)一维单晶材料,晶体结构比较完整,内部缺陷少,强度和模量接近完全晶体材料,具有高强度、耐热、耐磨、阻燃等优点。是一种新型的高性能复合材料增强增韧剂。
目前已经工业化生产的无机晶须主要有碳化硅、硼酸铝、硼酸镁、硫酸镁、钛酸钾、莫来石、氧化铝、氧化镁等。,但其高昂的价格阻碍了这些产品的全面推广和使用,而性价比优异的碳酸钙晶须能很好地满足市场需求。
1.碳酸钙晶须是什么?

碳酸钙晶须一般以来源广泛、价格低廉的石灰石为原料,在低温下通过简单工艺制成,生产成本低,晶须性能突出,无毒无害,是一种性价比好、发展前景好的新型晶须材料。

碳酸钙晶须属于文石结构。理想情况下,在碳酸钙饱和溶液的介稳区(稳定区和不稳定区之间),通过加入晶种诱导结晶。通过控制反应过程中的反应条件,析出的溶质可以在晶种的长度方向有序生长,最终得到碳酸钙晶须。
2.碳酸钙晶须的制备方法
碳酸钙晶须的制备方法包括复分解法、碳酸化法、超重力场合成法、加热Ca(HCO3)2溶液法、尿素水解法等。
(1)复分解制备法
复分解法是通过可溶性碳酸盐溶液与可溶性(或微溶性)钙盐溶液反应生成碳酸钙晶须。方解石总是由水溶性钙盐和碳酸盐之间的溶液合成产生,而文石碳酸钙晶须的合成条件需要严格控制。
特点:复分解法生产碳酸钙晶须时反应物浓度不能太高,否则难以进行;为了增加反应物的浓度,可以加入各种晶体控制剂。溶液浓度和温度的不均匀性会影响碳酸钙晶须的纯度和均匀性。
(2)碳化法
碳酸化法是在氢氧化钙悬浮液中引入二氧化碳,在晶型控制剂的作用下制备文石碳酸钙晶须。类似于工业上轻质碳酸钙的合成,是目前国内外都在研究的方法。
特点:碳酸化法制备碳酸钙晶须具有操作简单、反应条件易于控制的特点。所得碳酸钙晶须长径比高、纯度高、碳酸钙颗粒含量小,符合工业化生产的条件。所用的晶体控制剂可分为磷酸盐系列和镁盐系列,其中氯化镁晶种控制剂效果较好。
碳化法制备碳酸钙晶须的缺点是镁盐用量大,反应料浆浓度低。为了提高生产效率,降低生产成本,需要解决镁盐的回收问题,进一步提高反应料浆的浓度。
(3)超重力场的合成方法
超重力场合成碳化法制备碳酸钙晶须是在高速旋转的填充转子中合成微细的碳酸钙晶须,类似于超重力法制备纳米碳酸钙的方法。
特点:超重力场合成法具有反应温度和乳液浓度低、控制剂用量少、反应时间短等优点。但这种方法需要在特定的超重力反应装置中进行,碳酸钙晶须的长径比并不理想。
(4)加热Ca(HCO3)2溶液
加热Ca(HCO3)2溶液的方法是通过加热分解一定浓度的碳酸氢钙溶液来制备碳酸钙晶须,应严格控制反应温度和搅拌速度。
(5)尿素水解法
尿素水解制备碳酸钙晶须是利用尿素水解缓慢释放碳酸根离子来降低文石合成的过饱和度。通常,可溶性钙盐(氯化钙或硝酸钙等。)作为钙源,碳酸根离子的生成速率取决于尿素的水解速率,因此易于控制碳酸钙晶须的形貌和尺寸。
特点:尿素水解法不需要添加晶种或晶型控制剂,制备方法简单,条件容易控制。但是该反应需要大量的尿素作为反应物,生产成本太高。
从工业生产的角度看,碳酸化法、复分解法和超重力场合成法比较实用。但每种方法都有一定的局限性,仍需进一步完善。