一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶及其制备方法与流程

本发明涉及碳化硅陶瓷基复合材料粘接，具体涉及一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶及其制备方法。

背景技术：

1、碳化硅陶瓷基复合材料(cmc-sic，主要包括c/sic和sic/sic)可满足1650℃以下长寿命、2000℃以下有限寿命和2800℃以下瞬时寿命的使用要求。c/sic在高推重比航空发动机、卫星姿控发动机、超高声速冲压发动机、空天往返防热系统、巡航导弹发动机、液体火箭发动机、固体火箭发动机、涡轮燃气电站和核能反应堆等武器装备以及民用领域的应用均取得重要进展。随着cmc-sic应用领域的不断扩大，构件越来越大且越来越复杂，对cmc-sic连接提出了越来越高的要求。

2、焊接是cmc-sic主要连接方法之一，主要有钎焊、固相反应连接和聚合物转化陶瓷连接等。但是，上述cmc-sic焊接方法要求在一定压力、高温或多次浸渍等条件下，通过焊料与cmc-sic反应形成粘接层，这限制了焊接方法在大型薄壁复杂cmc-sic构件中的应用。因此，发展施胶工艺简单且粘接强度高的陶瓷高温胶，成为推动cmc-sic焊接在大型薄壁复杂构件工程应用的重要方向。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶及其制备方法，以解决现有技术中cmc-sic焊接需要高压力和高温度的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，包括以下原料：40-50wt％的液态先驱体溶剂和30-40wt％的含硼粉体活性料，余量为惰性粉体；其中，液态先驱体溶剂为正硅酸乙酯、液态聚碳硅烷和二甲苯的混合液或酚醛树脂和正硅酸乙酯的混合液；含硼粉体活性料为硼酸粉体，或为硼酸粉体、bn粉体和b4c粉体中至少两种；惰性粉体为si粉体和sio2粉体的混合物，或为sio2粉体、al2o3粉体、y2o3粉体和cao粉体的混合物。

3、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

4、进一步，该高温胶包括以下原料：40wt％的液态先驱体溶剂、40wt％的含硼粉体活性料和20wt％的惰性粉体；其中，液态先驱体溶剂为液态聚碳硅烷和二甲苯的混合液；含硼粉体活性料为硼酸粉体和b4c粉体的混合物；惰性粉体为si粉体和sio2粉体的混合物。

5、进一步，液态先驱体溶剂为正硅酸乙酯；含硼粉体活性料为硼酸粉体；惰性粉体为io2粉体、al2o3粉体、y2o3粉体和cao粉体的混合物。

6、进一步，液态聚碳硅烷和二甲苯的体积比为0.8-1.2：1；酚醛树脂和正硅酸乙酯的体积比为0.8-1.2：1。

7、进一步，液态聚碳硅烷和二甲苯的体积比为1：1。

8、进一步，酚醛树脂和正硅酸乙酯的体积比为1：1。

9、进一步，含硼粉体活性料为硼酸粉体、bn粉体和b4c粉体的混合物时，混合物中硼酸粉体的质量分数大于0且小于30％，bn粉体的质量分数为30-50％。

10、进一步，含硼粉体活性料为硼酸粉体、bn粉体和b4c粉体中任意两种时，两种物质的质量比为0.8-1.2：1。

11、进一步，含硼粉体活性料为硼酸粉体、bn粉体和b4c粉体中任意两种时，两种物质的质量比为1：1。

12、进一步，si粉体和sio2粉体的混合物中，si粉体和sio2粉体的质量比为0.8-1.2：1。

13、进一步，si粉体和sio2粉体的混合物中，si粉体和sio2粉体的质量比为1：1。

14、进一步，sio2粉体、al2o3粉体、y2o3粉体和cao粉体的混合物中，sio2粉体、al2o3粉体、y2o3粉体和cao粉体的质量比为0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2：1。

15、进一步，sio2粉体、al2o3粉体、y2o3粉体和cao粉体的混合物中，sio2粉体、al2o3粉体、y2o3粉体和cao粉体的质量比为1：1：1：1。

16、本发明还提供上述用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶的制备方法，包括以下步骤：将原料混合，然后采用湿磨法研磨，制得用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶。

17、进一步，添加酒精或丙酮研磨6-24h。

18、本发明还提供上述用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶在粘接碳化硅陶瓷基复合材料方面的应用。

19、本发明还提供上述一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶的粘接方法，包括以下步骤：将待粘接的碳化硅陶瓷基复合材料进行表面预处理，然后涂覆上述的高温胶，再固化，得到粘接好的碳化硅陶瓷基复合材料。

20、进一步，涂覆厚度为1-2mm。

21、进一步，于常温下固化20-25h或于35-45℃条件下固化12-24h。

22、进一步，于常温下固化24h。

23、进一步，于40℃条件下固化12h。

24、本发明具有以下有益效果：

25、1、本发明采用液态先驱体溶剂、含硼粉体活性料和惰性粉体配制高温胶，三组组分相辅相成，液态先驱体溶剂在固化后立即发挥中低温粘接作用，含硼粉体活性料在使用过程中经空气氧化生成硅硼玻璃起到高温粘接作用，惰性粉体填充液态先驱体裂解孔隙和微裂纹，起到的传递载荷作用，三者混合均匀相互协同，经固化后形成粘接强度。

26、2、本发明的含硼粉体的活性料在高温1000-1500℃下与空气中的氧气反应，生成b2o3玻璃，活性料、辅料和溶剂三者相互作用，使得该高温胶在1000-1500℃空气环境中具有高的粘接强度。

27、3、本发明的用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，不但耐高温，而且耐受高强度，配料简单，使用方便，空气环境高温热处理后粘接强度可达10mpa以上，适合于大型薄壁复杂陶瓷基复合材料构件的粘接。

技术特征：

1.一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，其特征在于，包括以下原料：40-50wt％的液态先驱体溶剂和30-40wt％的含硼粉体活性料，余量为惰性粉体；其中，液态先驱体溶剂为正硅酸乙酯、液态聚碳硅烷和二甲苯的混合液或酚醛树脂和正硅酸乙酯的混合液；含硼粉体活性料为硼酸粉体，或为硼酸粉体、bn粉体和b4c粉体中至少两种；惰性粉体为si粉体和sio2粉体的混合物，或为sio2粉体、al2o3粉体、y2o3粉体和cao粉体的混合物。

2.根据权利要求1所述的用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，其特征在于，该高温胶包括以下原料：40wt％的液态先驱体溶剂、40wt％的含硼粉体活性料和20wt％的惰性粉体；其中，液态先驱体溶剂为液态聚碳硅烷和二甲苯的混合液；含硼粉体活性料为硼酸粉体和b4c粉体的混合物；惰性粉体为si粉体和sio2粉体的混合物。

3.根据权利要求1所述的用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，其特征在于，液态聚碳硅烷和二甲苯的体积比为0.8-1.2：1；酚醛树脂和正硅酸乙酯的体积比为0.8-1.2：1。

4.根据权利要求1所述的用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，其特征在于，含硼粉体活性料为硼酸粉体、bn粉体和b4c粉体的混合物时，混合物中硼酸粉体的质量分数大于0且小于30％，bn粉体的质量分数为30-50％。

5.根据权利要求1所述的用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，其特征在于，含硼粉体活性料为硼酸粉体、bn粉体和b4c粉体中任意两种时，两种物质的质量比为0.8-1.2：1。

6.根据权利要求1所述的用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，其特征在于，si粉体和sio2粉体的混合物中，si粉体和sio2粉体的质量比为0.8-1.2：1。

7.根据权利要求1所述的用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，其特征在于，sio2粉体、al2o3粉体、y2o3粉体和cao粉体的混合物中，sio2粉体、al2o3粉体、y2o3粉体和cao粉体的质量比为0.8-1.2：0.8-1.2：0.8-1.2：1。

8.权利要求1-7任一项所述的用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将原料混合，然后采用湿磨法研磨，制得用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶。

9.权利要求1-7任一项所述的用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶在粘接碳化硅陶瓷基复合材料方面的应用。

10.一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶的粘接方法，其特征在于，包括以下步骤：将待粘接的碳化硅陶瓷基复合材料进行表面预处理，然后涂覆权利要求1-7任一项所述的用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，再固化，得到粘接好的碳化硅陶瓷基复合材料。

技术总结
本发明公开了一种用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，本发明涉及碳化硅陶瓷基复合材料粘接技术领域。该高温胶包括以下原料：40‑50wt％的液态先驱体溶剂和30‑40wt％的含硼粉体活性料，余量为惰性粉体。本发明的用于碳化硅陶瓷基复合材料的高温胶，不但耐高温，而且耐受高强度，配料简单，使用方便，空气环境高温热处理后粘接强度可达10MPa以上，适合于大型薄壁复杂陶瓷基复合材料构件的粘接。本发明解决了现有技术中CMC‑SiC焊接需要高压力和高温度的问题。

技术研发人员：成来飞,张毅,霍达,陈旭,田录录,邢朝阳,廖军刚
受保护的技术使用者：西安鑫垚陶瓷复合材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14