中国矿业大学（北京）马淑花团队研究成果：碳化硅晶须制备方法研究进展
引言
碳化硅（SiC）是一种兼具高硬度、优良耐磨性及良好抗热冲击和抗氧化特性的半导体材料，广泛应用于磨料、航空航天、高温半导体等多个领域。依据形态不同，SiC可分为颗粒、晶须和纤维三类，其中碳化硅晶须（SiCw）因高强度、高模量、低密度、优异的化学稳定性，被誉为"晶须之王"，是金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料的理想增强组分。碳化硅晶须凭借其卓越的高强度、耐高温性能及优异的化学稳定性，在航空航天、复合材料等领域中展现出了良好的应用前景。
一、研究背景
SiCw分为六方晶系（α型）和立方晶系（β型），β型在耐温性（2 960 ℃ vs 1 800 ℃）、模量（48 0GPa vs 392 GPa）和抗拉强度（20.8 GPa vs 12.9～13.7 GPa）等方面均优于α型。本文综述了近年来化学气相沉积法、热蒸发法、溶胶-凝胶法、碳热还原法和微波加热法制备碳化硅晶须的最新研究进展，并对各种制备方法的工艺参数、优劣势及应用场景进行了对比。在此基础上提出了目前碳化硅晶须制备方法存在的问题，并对未来的研究方向进行了展望，以期为碳化硅晶须的基础研究和规模化合成提供一些有益的参考。文章基于中国矿业大学（北京）马淑花教授团队研究成果及北京市自然科学基金项目支持。
二、创新亮点
（1）5大制备方法系统对比
文章系统综述了化学气相沉积法（CVD）、热蒸发法、溶胶-凝胶法、碳热还原法和微波加热法，从反应机理、工艺参数、产品质量、成本及应用场景进行了全面横向对比，为方法选择提供了清晰指南。
(2）机理与工艺参数深度解析
碳热还原法区分了无催化剂的气-固（VS）机制和有催化剂的气-液-固（VLS）机制；微波加热法揭示了温度与等离子体效应协同调控晶须形貌的机制，如1 100 ℃生成无定形包覆层、1 500 ℃节点平滑等。
（3）低成本与绿色工艺创新
涵盖了稻壳灰、粉煤灰、轮胎半焦、工业微硅粉等低成本原料的应用，以及堆积床法、两步碱活化-碳热还原等新工艺，体现了资源化利用与工艺创新并重的研究趋势。
三、图文展示
图1 CVD 设备的原理图
Fig.1 Schematic diagram of the CVD equipment
图2 热蒸发法装置示意图
Fig.2 Schematic diagram of the thermal evaporation device
图3 碳热还原法制备SiCw机理图
Fig.3 Mechanism diagram of SiCw preparation by carbohermal reduction method
图4 碳化硅晶须生长机制的示意图（a）原材料气体（SiO和CO）和共晶（Fe-C和Mn-C）的生成（b）晶核的凝聚（c）碳化硅晶须的生长
Fig.4 The schematic illustration for the growth mechanism of SiC whiskers: (a) the generation of raw material gas (SiO and CO) and eutectic (Fe-C and Mn-C); (b) the coagulation of crystallization nuclei; (c) the growth of SiC whiskers
图5 微波加热法的装置示意图
Fig.5 Schematic diagram of the device for microwave heating method
四、结论
碳化硅晶须制备方法已形成三大技术体系，但仍存在制备成本偏高、以批次式生产为主难以规模化、生长机制不明晰导致产品均一性差等问题。
未来研究方向包括：
一是通过工艺创新与设备优化，突破产量、能耗及成本瓶颈，实现规模化连续化生产；
二是深化生长机理研究，开发高温原位表征与计算模拟手段，精准调控晶须微观结构，满足航空航天、国防军工、新能源等高端领域的定制化需求。
五、引用本文
文章发表于《功能材料》2026年第57卷第5期，欢迎引用本文：
王晓,王晓辉,初茉,等.碳化硅晶须制备方法研究进展[J].功能材料,2026,57(5):49-57.
WANG X,WANG X H,CHU M,et al.Research progress on the preparation methods of silicon carbide whisker[J].Journal of functional materials,2026,57(5):49-57.
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