一种宽温域复合密封材料及其应用

本发明属于材料领域，具体涉及一种新型宽温域复合密封材料极其应用，特别适用于玻璃、金属、陶瓷部件之间需要高温密封的场合。

背景技术：

1、由于材料和技术的限制，使得高温环境(>500℃)的密封问题尚未得到很好的解决。现行的高温密封方式主要有压密封和硬密封。压密封(如云母材料)是指借助外力将密封材料与待密封件压紧来实现密封。该密封方式不需要材料间精确的热匹配，但加压装置的引入增大了使用的复杂性。硬密封是指密封材料与待密封部件间进行硬连接，密封后密封材料不能产生塑性形变的密封方式。常用的材料主要有金属(如铜焊、银浆、合金等)、玻璃、玻璃-陶瓷等。其中，玻璃具有制备简单、成本低廉、性能可调等优点，因而成为广泛研究和应用的对象。

2、玻璃随温度的升高，依次经过玻璃态(室温～玻璃化转变温度)、高弹态(玻璃化转变温度～粘流温度)、粘流态的转变(粘流温度以上)。玻璃在作为密封材料使用时，需先升温至粘流温度以上使玻璃发生粘性流动，然后再降温至粘流温度以下(工程中通常降至软化温度以下)使用。在使用玻璃实施密封时，通常需要在封接零件施加一定的压力，以保证玻璃均匀地铺展在待封接部位。这对于不能施加压力的应用场景造成了限制。另外，玻璃只有在维持高弹态时才具有良好的密封效果。当温度高于玻璃的粘流温度时，玻璃进入粘流态，容易从密封部位流出导致密封失效。当温度低于玻璃化转变温度时，玻璃进入玻璃态，由于应力失配可能在密封界面或玻璃内部产生裂纹，从而对密封效果造成影响。因此，玻璃作为密封材料使用时，其适用温度范围在玻璃化转变温度～软化温度之间，这极大地限制了玻璃密封材料的应用。因此，拓宽密封材料的适用温度区间，发展无需加压便可实现有效密封的密封技术是高温密封领域亟待解决的问题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对现有密封技术的不足，克服密封玻璃适用温度范围窄和需要加压密封等问题，提供一种新型宽温域、无需加压的复合密封材料极其应用，特别适用于玻璃、金属、陶瓷部件之间需要高温密封的场合。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种宽温域复合密封材料，密封材料包含固化组分和软化组分；所述固化组分为胶凝材料，软化组分为玻璃材料；所述固化组分的质量比为50-80％，所述软化组分的质量比为20-50％。

4、所述复合密封材料中还含缓凝剂，所述缓凝剂占宽温域复合密封材料总质量的0.1-0.5％。

5、所述缓凝剂为硼砂、酒石酸钾钠、柠檬酸、聚乙烯醇中一种或几种。

6、所述胶凝材料为一种或几种水硬性胶凝材料；

7、所述玻璃材料为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、铝酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、硅铝酸盐玻璃、磷酸盐玻璃的一种或几种。

8、所述水硬性胶凝材料为硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐、氟铝酸盐、磷酸盐一种或几种。

9、所述胶凝材料为1-100μm的粉末或颗粒；

10、所述玻璃材料为粉末、颗粒或纤维；所述粉末或颗粒尺寸为1-100μm，纤维直径为5-50μm、长度为0.1-10mm。

11、一种所述的宽温域复合密封材料的应用，所述复合密封材料在作为宽温域密封材料中的应用。

12、一种所述材料的密封方法，将所述材料与水均匀混合后，涂布于待密封部位，室温至材料中软化组分的软化温度以上时即可实现密封。

13、所述水的添加量为复合密封材料质量的50～150％。

14、所述于室温下使材料中固化组分发生固化，形成固化密封层，进而实现对待密封部位的密封处理；

15、升温至软化组分的软化温度以上时，材料中所述软化组分发生软化，形成软化密封层，进而实现对待密封部位的密封处理。

16、本发明的优势在于：

17、(1)密封效果好：本发明复合密封材料含有固化组分和软化组分，其中固化组分为胶凝材料，软化组分为玻璃材料。当复合材料与水混合实施密封时，玻璃材料作为骨料起到支撑作用，可以有效地防止胶凝材料的过度流动，水硬性的胶凝材料具有很好的流动性，可以均匀地附着在骨料和待密封部件的表面、孔道和缝隙处，保证了密封的有效性可靠性。当温度升温至玻璃材料的软化温度以上时，玻璃发生软化流动，填充在固化密封层微小的漏气通道处，进一步防止密封层的漏气，达到双重密封的效果。因此，该复合密封材料比单一的玻璃材料具有更好的密封效果。

18、(2)适用温度范围广：本发明所提供的复合密封材料中的胶凝材料，在室温固化后便可实现固化密封，随温度上升至玻璃材料的软化温度以上，玻璃发生软化流动形成软化密封。在室温至玻璃的软化温度区间内，该复合密封材料都具有良好的密封效果，极大地拓宽了密封材料的适用温度范围。

19、(3)成本低，操作简单。本发明所提供的复合密封材料，其固化组分和软化组分中的胶凝材料和玻璃材料均为常见材料，可根据使用的温度和场景调控材料组分和用量，制备成本较低。使用时仅需要将组分与水混合均匀，涂布于待密封部位，室温固化后便可实现密封，操作过程简单，无需加压操作，可适用于平面、裂缝、沟槽等多场景的密封。

技术特征：

1.一种宽温域复合密封材料，其特征在于：密封材料包含固化组分和软化组分；所述固化组分为胶凝材料，软化组分为玻璃材料；所述固化组分的质量比为50-80％，所述软化组分的质量比为20-50％。

2.按权利要求1所述的宽温域复合密封材料，其特征在于：所述复合密封材料还含缓凝剂，所述缓凝剂占宽温域复合密封材料总质量的0.1-0.5％。

3.按权利要求2所述的宽温域复合密封材料，其特征在于：所述缓凝剂为硼砂、酒石酸钾钠、柠檬酸、聚乙烯醇中一种或几种。

4.按权利要求1所述的宽温域复合密封材料，其特征在于：

5.按权利要求4所述的宽温域复合密封材料，其特征在于：所述水硬性胶凝材料为硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐、氟铝酸盐、磷酸盐一种或几种。

6.按权利要求4或5所述的宽温域复合密封材料，其特征在于：所述胶凝材料为1-100μm的粉末或颗粒；

7.一种权利要求1所述的宽温域复合密封材料的应用，其特征在于：所述复合密封材料在作为宽温域密封材料中的应用。

8.一种权利要求1所述材料的密封方法，其特征在于：将权利要求1或2所述材料与水均匀混合后，涂布于待密封部位，室温至材料中软化组分的软化温度以上时即可实现密封。

9.按权利要求8所述的密封方法，其特征在于：所述水的添加量为复合密封材料质量的50～150％。

10.按权利要求8所述的密封方法，其特征在于：所述于室温下使材料中固化组分发生固化，形成固化密封层，进而实现对待密封部位的密封处理；

技术总结
本发明属于材料领域，具体涉及一种新型宽温域复合密封材料极其应用，特别适用于玻璃、金属、陶瓷部件之间需要高温密封的场合。密封材料包含固化组分和软化组分；所述固化组分为胶凝材料，软化组分为玻璃材料；所述固化组分的质量比为50‑80％，所述软化组分的质量比为20‑50％。该复合密封材料可实现室温至软化组分软化温度范围内的有效密封。除此以外，该密封材料所采用的原料简单、制备和使用过程方便、成本低，适合于多种领域的密封。

技术研发人员：李晓锦,王秀玲,刘文奇,苗纪远
受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12