納米SiO2改性環(huán)氧膠粘劑及其粘接SiC陶瓷工藝和機(jī)理研究.pdf

1、SiC陶瓷材料由于密度小、線膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好、抗熱震性好，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械工業(yè)、電子等各個(gè)領(lǐng)域。但是由于受到制備和加工技術(shù)的限制，難以生產(chǎn)出大尺寸的SiC陶瓷構(gòu)件，而通常所用的釬焊和擴(kuò)散焊法，連接溫度較高，冷卻后母材中產(chǎn)生較大的應(yīng)力和應(yīng)變而無(wú)法進(jìn)行大面積連接，針對(duì)這一問(wèn)題，本文選擇粘接這一低溫低成本技術(shù)進(jìn)行了SiC陶瓷的連接，并對(duì)膠粘劑進(jìn)行了優(yōu)選和改性，研究了改性機(jī)理和粘接機(jī)理，分析了粘接接頭的抗老化性能和膠粘劑

2、的熱解過(guò)程，建立了熱解動(dòng)力學(xué)方程。
　　通過(guò)有機(jī)硅改性酚醛樹(shù)脂膠、J-228環(huán)氧樹(shù)脂膠、J-101環(huán)氧樹(shù)脂膠和J-27H環(huán)氧樹(shù)脂膠四種膠粘劑對(duì)SiC陶瓷的粘接，發(fā)現(xiàn)J-101環(huán)氧樹(shù)脂膠能夠得到較好的連接接頭和較高的粘接強(qiáng)度；通過(guò)試驗(yàn)確定了J-101環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑粘接SiC陶瓷時(shí)最佳的工藝參數(shù)，分別為：固化時(shí)間2.5h，固化溫度90℃，固化壓力為接觸壓力，固化劑含量為20％-23%。
　　但是環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑存在固化物脆性大，熱

3、穩(wěn)定性低等問(wèn)題，本文通過(guò)添加納米SiO2實(shí)現(xiàn)了增韌增強(qiáng)，提高熱穩(wěn)定性的目的。當(dāng)納米SiO2的含量為3%時(shí)，接頭的剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值43.33MPa，與未改性時(shí)的強(qiáng)度相比，提高了25.6%；經(jīng)過(guò)納米SiO2改性后環(huán)氧膠粘劑的斷口形貌凹凸不平，呈片狀或魚(yú)鱗狀，斷裂形式由脆斷轉(zhuǎn)為塑性斷裂，增加了環(huán)氧膠粘劑的韌性。通過(guò)添加KH-550硅烷偶聯(lián)劑，進(jìn)一步提高了剪切強(qiáng)度，當(dāng)KH-550含量為2%時(shí)，接頭的剪切強(qiáng)度能達(dá)到48.45MPa，與單純的使用

4、環(huán)氧膠粘劑得到的接頭剪切強(qiáng)度相比，強(qiáng)度提高了40.5%。
　　對(duì)SiC陶瓷粘接機(jī)理的分析表明，機(jī)械結(jié)合力、吸附作用和化學(xué)鍵是粘接力的主要來(lái)源，經(jīng)過(guò)處理的陶瓷表面存在許多凹凸不平的溝痕和孔隙，在固化的過(guò)程中環(huán)氧膠粘劑首先通過(guò)擴(kuò)散填滿(mǎn)這些溝痕和孔隙，形成機(jī)械結(jié)合；當(dāng)環(huán)氧膠粘劑與SiC陶瓷表面的分子間距離達(dá)到10以下時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生吸附作用；硅烷偶聯(lián)劑的加入在SiC陶瓷和環(huán)氧膠粘劑之間形成了化學(xué)鍵。
　　采用熱加速的方法研究了老化溫度