免费论文：超高温胶粘剂的制备、性能及粘接机理研究

高温陶瓷、二氧化硅气凝胶和炭/炭复合材料等热结构材料由于其在高温条件下优异的隔热、耐热等性能在航空、航天和军事等高技术领域得到广泛使用。超高温连接技术是目前制备大尺寸和复杂热构件的关键技术之一，传统连接技术由于热强度低难以满足使用要求。超高温粘接技术具有粘接结构轻、应力分布均匀、热强度高和热匹配性好等优点。但是超高温粘接技术还存在固化温度高和高温粘接强度有待进一步提高等问题。本文正是针对超高温粘接技术的这些学科前沿问题，开展了如下研究工作：1、首次提出采用以γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷为媒介对环氧树脂和有机硅树脂混合体系改性制备室温固化的超高温胶粘剂主料新构思，成功研制了耐热温度高可室温固化的超高温胶粘剂主料体系。在深入研究环氧树脂/有机硅树脂配比、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷含量、催化剂二月硅酸二丁基锡含量、固化剂低分子聚酰胺用量对主料体系耐热温度的影响规律基础上确定了超高温胶粘剂主料优化制备工艺和配方。所研制的主料体系具有良好的相容性和热稳定性（334℃的失重率仅10%）。2、针对本体材料及其表面特性，采用所研发的主料体系成功制备出了粘接陶瓷及粘接气凝胶-不锈钢用超高温胶粘剂。粘接陶瓷用超高温胶粘剂填料组分为Al、SiO2和B4C。粘接气凝胶-不锈钢用超高温胶粘剂填料组分为Al、Fe2O3、SiO2和ZnO。系统研究了成分对粘接性能的影响规律，并确定了两种超高温胶粘剂优化制备工艺及配方。两种超高温胶粘剂具有良好的粘接和热稳定性能：粘接陶瓷用超高温胶粘剂可耐1000℃高温，粘接强度达到9.44MPa， 435℃的失重率仅10%；粘接气凝胶-不锈钢用超高温胶粘剂可耐750℃高温，粘接强度达到4.68MPa，572℃的失重率仅10%。3、采用通过浓度2%的3-氨基丙基三乙氧基硅烷-乙醇溶液处理的炭纳米管作为增强相，研发成功一种用于粘接炭/炭复合材料用的超高温胶粘剂。系统研究了炭纳米管添加量对粘接强度的影响规律，并通过实验确定了优化制备和粘接工艺。所研制的超高温胶粘剂可耐1000℃，粘接强度10.40MPa比未添加的粘接试样强度高27%，550℃的失重率仅10%。研究增强机理发现，炭纳米管优异的力学性能及与主料良好的界面结合使其发挥“桥接”作用阻碍裂纹的产生和扩展。炭纳米管、Al、SiO2和B4C能与本体材料在高温条件下发生化学反应构建牢固的B-O-C化学键，粘接失效模式为本体材料失效。4、研究超高温胶粘剂粘接机理，主料对本体材料表界面的润湿与吸附作用是获得强粘接的前提条件，填料与本体材料在高温条件下构建化学键是获得强粘接的必要条件。研究填料与本体材料之间作用机理发现，粘接陶瓷用超高温胶粘剂填料中B4C对粘接性能其主导作用，在高温下生成的B2O3能良好润湿本体材料、填补裂纹和孔洞，并与本体形成耐热陶瓷相Al2O3•B2O3。粘接气凝胶-不锈钢用超高温胶粘剂填料中Al对粘接性能其主导作用，能将Fe2O3还原并与本体材料反应构建化学键，生成耐热陶瓷相Al0.5Fe3SiO0.5。

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