耐高温高强度陶瓷高温胶及制备方法、应用

本发明涉及陶瓷高温胶粘
技术领域：
，具体涉及耐高温高强度陶瓷高温胶及制备方法、应用。
背景技术：
：陶瓷基复合材料(cmc-sic，包括c/sic和sic/sic)具有耐高温、低密度、高强韧性、伪塑性力学行为、缺口不敏感性和不发生灾难性损毁等优异性能，是国际公认的新型热结构材料，在航空发动机和航天热结构领域广泛应用。cmc-sic连接或集成技术可分为机械连接、焊接和混合连接三类。cmc-sic机械连接有一定的优点，如易于质量控制，安全可靠，强度分散性小，抗剥离能力强，便于装卸。但机械连接孔势必降低构件结构强度与稳定性，需要增加整个构件的尺寸，使构件增重。在机械连接的制孔和安装过程中，易产生分层、掉渣，各向异性显著，应力集中等问题。cmc-sic焊接连接技术主要包含钎焊、扩散焊、瞬间液相连接、自蔓延高温合成焊、摩擦焊、玻璃封接和反应形成/结合等，其焊接界面具有可定制的微观结构和可控性，尤其是可定制成类似于sic陶瓷的中间层。然而这些方法要求专业的焊接设备、焊接温度高、需针对待焊接材料设计专门的高温粘接剂，罕见其在cmc-sic复合材料工程应用案例。发展新型cmc-sic高温粘接剂，降低当前cmc-sic复合材料焊接连接技术的技术难度和对设备的依赖度，简化焊接方法，是当前推动cmc-sic工程应用的关键途径之一。目前，有关于sic陶瓷的高温粘结剂，其常温的剪切强度一般低于8mpa，强度较低，并且，由于cmc-sic复合材料表面粗糙度高于sic陶瓷，故cmc-sic粘接强度一般低于sic陶瓷，因此，能够适用于sic陶瓷的高温粘结剂无法适用于cmc-sic复合材料。所以，有必要针对cmc-sic复合材料表面粗糙度高的特点，专门研制其高温粘接剂，提升其高温粘接强度。技术实现要素：本发明的目的在于提供耐高温高强度陶瓷高温胶，其具有较高的粘接强度，解决陶瓷基复合材料表面粗糙度高导致粘接强度低的问题，能够适用于cmc-sic复合材料。此外，本发明还提供上述供耐高温高强度陶瓷高温胶的制备方法、应用。本发明通过下述技术方案实现：耐高温高强度陶瓷高温胶，该陶瓷高温胶为将胶粘剂固化后在氧气环境下升温至1000-1500℃进行热处理获得；所述胶粘剂包括以下组分：b4c粉体、辅料和溶剂；所述辅料至少包括si粉体、sic粉体、sio2粉体、ti粉体、tic粉体中的一种；所述溶剂为先驱体与二甲苯的混合物，所述先驱体为pcs或sibcn。本发明主料为b4c粉体，在高温1000～1500℃下与空气中的氧气反应，生成b2o3玻璃起粘接作用。本发明辅料为无机填料，填充粘接层孔隙，与b2o3玻璃共同作用提升粘接强度。溶剂为液态先驱体，提供室温粘接强度，并且高温下裂解生成sic或sicbn，与空气反应生成sio2，从而与b2o3共同形成硅硼玻璃，起到高温粘接作用。因此，本发明通过主料、辅料和溶剂三者相互作用，使得该高温胶在1000～1500℃空气环境中如处理后具有高的粘接强度。进一步地，胶粘剂由以下组分组成：b4c粉体、辅料和溶剂；所述辅料至少包括si粉体、sic粉体、sio2粉体、ti粉体、tic粉体中的一种；所述溶剂为先驱体与二甲苯的混合物，所述先驱体为pcs或sibcn。进一步地，b4c粉体、辅料和溶剂的质量比为1～5：1：1～10。进一步地，b4c粉体、辅料和溶剂的质量比为1～4：1：1～4。进一步地，先驱体与二甲苯的质量比为1～3：1。一种陶瓷高温胶配方，所述包括以下组分：b4c粉体、辅料和溶剂；所述辅料至少包括si粉体、sic粉体、sio2粉体、ti粉体、tic粉体中的一种；所述溶剂为先驱体与二甲苯的混合物，所述先驱体为pcs或sibcn。进一步地，由包括以下组分组成：b4c粉体、辅料和溶剂；所述辅料至少包括si粉体、sic粉体、sio2粉体、ti粉体、tic粉体中的一种；所述溶剂为先驱体与二甲苯的混合物，所述先驱体为pcs或sibcn。如上述耐高温高强度陶瓷高温胶或上述的陶瓷高温胶配方用于陶瓷基复合材料和/或sic陶瓷材料粘接。耐高温高强度陶瓷高温胶的制备方法，包括以下步骤：s1、表面处理：将待胶粘陶瓷或陶瓷基复合材料进行表面处理，确保表面干燥、无油污；s2、配胶：将b4c粉体、辅料和溶剂按一定比例混合，研磨使三者混合均匀获得胶粘剂；s3、涂胶：在待胶粘表面均匀涂抹厚度为1～2mm胶粘剂；s4、固化；s5、热处理：将固化后的胶粘剂在氧气环境下升温至1000-1500℃进行热处理。如上述制备方法制备的陶瓷或陶瓷基复合材料，其特征在于，包括耐高温高强度陶瓷高温胶层和置于耐高温高强度陶瓷高温胶层两侧的陶瓷基复合材料和/或sic陶瓷材料。本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本发明通过主料、辅料和溶剂三者相互作用，使得该高温胶在1000～1500℃空气环境中如处理后具有高的粘接强度，粘接强度可达10mpa以上，适合于陶瓷基复合材料大面积粘接应用。2、本发明高温胶的配方简单、使用方便。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明的工艺流程图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。实施例1：如图1所示，耐高温高强度陶瓷高温胶的制备方法，包括以下步骤：s1、表面处理：将待胶粘反应烧结sic块体陶瓷或和2dc/sic复合材料表面用无水酒精或丙酮擦拭干净，放置2～5分钟，待表面干燥，确保表面干燥、无油污；s2、配胶：将主料b4c粉体、辅料和溶剂按重量比为1：1：1.5混合，采用手工研磨方式，使三者混合均匀获得胶粘剂；辅料为sic粉体，溶剂为sibcn液态先驱体，sibcn液态先驱体中sibcn先驱体与二甲苯的质量比为1:1；s3、涂胶：在sic块体陶瓷或和2dc/sic复合材料的表面分别均匀涂抹厚度为1mm胶粘剂；s4、固化：在常温下固化1天，清理外表面的余胶获得多个sic块体陶瓷试验件和多个2dc/sic复合材料试验件，固化后室温下粘接强度为5.21mpa；s5、热处理：将固化后的sic块体陶瓷试验件和多个2dc/sic复合材料试验件置于马弗炉(含氧气)中分别升温至1000℃、1300℃和1500℃进行热处理，然后将各个试验件进行粘接强度性能测试测试方法(gb/t17517-1998)。测试结果如表1所示：表11000℃1300℃1500℃sic块体陶瓷试验件29.02mpa21.89mpa15.46mpa2dc/sic复合材料试验件17.59mpa12.15mpa10.43mpa实施例2：本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于主料b4c粉体、辅料和溶剂三者的在重量比不同，以及辅料不同，具体包括以下步骤：s1、表面处理：将待胶粘反应烧结sic块体陶瓷或和2dc/sic复合材料表面用无水酒精或丙酮擦拭干净，放置2～5分钟，待表面干燥，确保表面干燥、无油污；s2、配胶：将主料b4c粉体、辅料和溶剂按重量比为1：1：1混合，采用手工研磨方式，使三者混合均匀获得胶粘剂；辅料为tic粉体，溶剂为sibcn液态先驱体，sibcn液态先驱体中sibcn先驱体与二甲苯的质量比为3：1；s3、涂胶：在sic块体陶瓷或和2dc/sic复合材料的表面分别均匀涂抹厚度为1mm胶粘剂；s4、固化：在常温下固化1天，清理外表面的余胶获得多个sic块体陶瓷试验件和多个2dc/sic复合材料试验件，固化后室温下粘接强度为5.30mpa；s5、热处理：将固化后的sic块体陶瓷试验件和多个2dc/sic复合材料试验件置于马弗炉(含氧气)中分别升温至1000℃、1300℃和1500℃进行热处理，然后将各个试验件进行粘接强度性能测试测试方法(gb/t17517-1998)。测试结果如表2所示：表21000℃1300℃1500℃sic块体陶瓷试验件32.96mpa31.76mpa14.93mpa2dc/sic复合材料试验件12.91mpa10.26mpa11.25mpa实施例3：本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于主料b4c粉体、辅料和溶剂三者的在重量比不同，以及辅料不同，具体包括以下步骤：s1、表面处理：将待胶粘反应烧结sic块体陶瓷或和2dc/sic复合材料表面用无水酒精或丙酮擦拭干净，放置2～5分钟，待表面干燥，确保表面干燥、无油污；s2、配胶：将主料b4c粉体、辅料和溶剂按重量比为1：1：1混合，采用手工研磨方式，使三者混合均匀获得胶粘剂；辅料为ti粉体和tic粉体按1：1混合，溶剂为sibcn液态先驱体，sibcn液态先驱体中sibcn先驱体与二甲苯的质量比为3：1；s3、涂胶：在sic块体陶瓷或和2dc/sic复合材料的表面分别均匀涂抹厚度为1mm胶粘剂；s4、固化：在常温下固化1天，清理外表面的余胶获得多个sic块体陶瓷试验件和多个2dc/sic复合材料试验件，固化后室温下粘接强度为5.18mpa；s5、热处理：将固化后的sic块体陶瓷试验件和多个2dc/sic复合材料试验件置于马弗炉(含氧气)中分别升温至1000℃、1300℃和1500℃进行热处理，然后将各个试验件进行粘接强度性能测试测试方法(gb/t17517-1998)。测试结果如表3所示：表31000℃1300℃1500℃sic块体陶瓷试验件31.37mpa11.83mpa11.23mpa2dc/sic复合材料试验件15.67mpa11.57mpa10.68mpa实施例4：本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于主料b4c粉体、辅料和溶剂三者的在重量比不同，以及辅料不同，具体包括以下步骤：s1、表面处理：将待胶粘反应烧结sic块体陶瓷或和2dc/sic复合材料表面用无水酒精或丙酮擦拭干净，放置2～5分钟，待表面干燥，确保表面干燥、无油污；s2、配胶：将主料b4c粉体、辅料和溶剂按重量比为4：1：4混合，采用手工研磨方式，使三者混合均匀获得胶粘剂；辅料为si粉体，溶剂为sibcn液态先驱体，sibcn液态先驱体中sibcn先驱体与二甲苯的质量比为1:1；s3、涂胶：在sic块体陶瓷或和2dc/sic复合材料的表面分别均匀涂抹厚度为1mm胶粘剂；s4、固化：在常温下固化1天，清理外表面的余胶获得多个sic块体陶瓷试验件和多个2dc/sic复合材料试验件，固化后室温下粘接强度为5.26mpa；s5、热处理：将固化后的sic块体陶瓷试验件和多个2dc/sic复合材料试验件置于马弗炉(含氧气)中分别升温至1000℃、1300℃和1500℃进行热处理，然后将各个试验件进行粘接强度性能测试测试方法(gb/t17517-1998)。测试结果如表4所示：表41000℃1300℃1500℃sic块体陶瓷试验件26.03mpa11.14mpa10.54mpa2dc/sic复合材料试验件17.30mpa10.73mpa10.92mpa实施例5：本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于主料b4c粉体、辅料和溶剂三者的在重量比不同，以及辅料不同，具体包括以下步骤：s1、表面处理：将待胶粘反应烧结sic块体陶瓷或和2dc/sic复合材料表面用无水酒精或丙酮擦拭干净，放置2～5分钟，待表面干燥，确保表面干燥、无油污；s2、配胶：将主料b4c粉体、辅料和溶剂按重量比为1：1：3混合，采用手工研磨方式，使三者混合均匀获得胶粘剂；辅料为si粉体和sio2粉体按1:1混合，溶剂为sibcn液态先驱体，sibcn液态先驱体中sibcn先驱体与二甲苯的质量比为1：1；s3、涂胶：在sic块体陶瓷或和2dc/sic复合材料的表面分别均匀涂抹厚度为1mm胶粘剂；s4、固化：在常温下固化1天，清理外表面的余胶获得多个sic块体陶瓷试验件和多个2dc/sic复合材料试验件，固化后室温下粘接强度为5.16mpa；s5、热处理：将固化后的sic块体陶瓷试验件和多个2dc/sic复合材料试验件置于马弗炉(含氧气)中分别升温至1000℃、1200℃、1300℃、1400℃和1500℃进行热处理，然后将各个试验件进行粘接强度性能测试测试方法(gb/t17517-1998)。测试结果如表5所示：表51000℃1200℃1300℃1400℃1500℃sic块体陶瓷试验件13.96mpa27.51mpa17.99mpa15.45mpa11.16mpa2dc/sic复合材料试验件13.36mpa20.89mpa12.15mpa10.59mpa10.74mpa对比例1：本对比例基于实施例5，与实施例5的区别在于：热处理：将固化后的sic块体陶瓷试验件和多个2dc/sic复合材料试验件在置于真空炉中分别升温至1000℃、1200℃、1300℃、1400℃和1500℃进行热处理。测试结果如表6所示：表61000℃1200℃1300℃1400℃1500℃sic块体陶瓷试验件0.470mpa0.259mpa0.675mpa0.755mpa2.475mpa2dc/sic复合材料试验件0.582mpa0.566mpa0.551mpa0.308mpa1.889mpa对比例2：本对比例基于实施例5，与实施例5的区别在于：胶粘剂中不含主料b4c粉体，固化后室温下5.36mpa。高温处理后测试结果如表7所示：表71000℃1200℃1300℃1400℃1500℃sic块体陶瓷试验件无强度无强度无强度无强度无强度2dc/sic复合材料试验件无强度无强度无强度无强度无强度以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12