如何“打造”碳酸钙家族的“高富帅”——碳酸钙晶须？！

无机晶须是指具有一定长径比(≥10)和一定截面积(≤52×10-5cm2)的一维单晶材料，其晶体结构较为完整，内部缺陷较少，强度和模量均接近于完整晶体材料，具有高强度、耐热、耐磨、阻燃等优点，是复合材料的一种新型高性能增强增韧剂。

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，但其昂贵的价格阻碍了该类产品的全面推广使用，而性价比优良的碳酸钙晶须则很好的满足了市场需求。

1、什么是碳酸钙晶须?

碳酸钙晶须显微照片

碳酸钙晶须一般是以来源广泛、价格低廉的石灰石为原料，通过简单工艺低温下制成，生产成本低，晶须性能突出，无毒无害，是性价比较优一种的新型晶须材料，具有很好的发展前景。

碳酸钙晶体分类

碳酸钙晶须属于文石型结构，理想状态下，在碳酸钙饱和溶液介稳区(介于稳定区与不稳定区之间)，通过加入晶种，诱导产生结晶，并通过在反应过程中控制反应条件，可使析出的溶质在晶种长度方向上有序生长，最终得到碳酸钙晶须。

2、碳酸钙晶须制备方法

碳酸钙晶须的制备方法有：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

复分解制备法是通过可溶性碳酸盐溶液与可溶性(或微溶性)钙盐溶液进行反应生产碳酸钙晶须，水溶钙盐与碳酸盐间的溶液合成总是产生方解石，文石碳酸钙晶须的合成需要严格控制合成条件。

特点：复分解制备法生产碳酸钙晶须时反应物的浓度不能太高，否则很难进行;为提高反应物的浓度，可添加各种晶型控制剂。溶液浓度、温度的不均一会影响碳酸钙晶须的纯度和均匀性。

(2)碳酸化法

碳酸化法是向氢氧化钙悬浊液中通入二氧化碳，在晶形控制剂的作用下制备文石型碳酸钙晶须，类似于工业上轻质碳酸钙的合成，是目前国内外研究最多也较为成熟的一种方法。

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。采用的晶型控制剂可分为磷酸盐系列和镁盐系列两类，其中氯化镁晶种控制剂效果较优。

碳酸化法制备碳酸钙晶须的缺点是镁盐使用量大、反应浆液浓度较低。为提高生产效率和降低生产成本，必须解决镁盐回收利用和进一步提高反应浆液浓度的问题。

(3)超重力场合成法

超重力场合成法碳酸化法制备碳酸钙晶须是在旋转填充转子高速旋转产生的超重力场中合成微细碳酸钙晶须，该法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，但该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也不够理想。

(4)加热Ca(HCO3)2溶液法

加热Ca(HCO3)2溶液法是将一定浓度的碳酸氢钙溶液加热分解制备碳酸钙晶须，反应需要严格控制反应温度及搅拌速度等。

(5)尿素水解法

尿素水解法制备碳酸钙晶须是利用尿素水解缓慢释放出碳酸根离子降低文石合成的过饱和度，一般以可溶性钙盐(氯化钙或硝酸钙等)作为钙源，碳酸根离子的生成速度随尿素水解速度而定，因此较易控制碳酸钙晶须的形貌与大小。

特点：尿素水解法无需加入晶种或晶形控制剂，制备方法简单，条件易于控制。但反应需要大量尿素作反应物，生产成本过高。

从工业化生产角度分析，碳酸化法、复分解制备法和超重力场合成法更有实用价值。但各方法都有一定的局限性，仍需要进一步改进完善。