耐高溫聚硼硅氮烷粘結劑的制備及性能研究.pdf

1、針對航空航天對耐高溫有機粘結劑的迫切需求，開展了聚硼硅氮烷粘結劑的制備及其性能研究。以聚甲基硅烷（PMS）和硼吖嗪（Borazine，BZ）為原料，合成了液態(tài)聚硼硅氮烷（B-PMS），通過加入填料，抑制聚硼硅氮烷高溫處理過程中的體積收縮、提高粘接層的致密性及其與被粘材料之間的界面結合強度，制備了具有優(yōu)良耐溫性能和粘接性能的聚硼硅氮烷粘結劑。
　　以PMS和BZ為原料，通過改變原料配比、反應溫度、保溫時間來控制聚合程度，得到一種室溫

2、為黃色粘稠液體，可以直接用于粘接的聚合物 B-PMS。最優(yōu)的合成工藝條件為：原料質(zhì)量比PMS:BZ=10:1，反應溫度為100℃，保溫時間為7h。
　　采用FTIR、GPC、NMR、TG、SEM、旋轉粘度儀等表征了B-PMS的結構與性能。結果表明：B-PMS是一種黃色粘稠液體，其室溫下的粘度為2470mPa·s，數(shù)均分子量為3000，重均分子量為4927。B-PMS主鏈主要是Si-Si、硼氮六元環(huán)和Si-N結構，側基為Si-H和S

3、i-CH3。該聚合物在Ar中1000℃處理后的陶瓷產(chǎn)率為92wt％。
　　B-PMS在Ar氣氛中200℃處理2h可實現(xiàn)固化，凝膠含量可達到97.4%；固化產(chǎn)物在Ar中1200℃處理后的陶瓷產(chǎn)率為89.4%。B-PMS在惰性氣氛中的熱分解分為三個階段，第一階段為室溫~300℃，B-PMS是有機態(tài)，主要發(fā)生脫氫反應，聚合物僅失重了0.1wt%，聚合物的結構無明顯的變化。第二階段為300℃~800℃，B-PMS失重約為7.1wt%，隨溫

4、度升高，Si-H和Si-CH3等特征峰逐漸減弱，B-PMS從有機態(tài)轉變?yōu)闊o機態(tài)。800℃~1000℃為第三階段，B-PMS失重約為0.6wt%，為無定型的SiBNC陶瓷。當溫度升高至1200℃時，陶瓷產(chǎn)物中出現(xiàn)β-SiC微晶，處理溫度為1600℃時，陶瓷產(chǎn)物中出現(xiàn)h-BN晶體。
　　以常壓燒結SiC陶瓷為被粘材料，研究了B-PMS的粘接性能與耐溫性能。結果表明：SiC粘接接頭在Ar氣氛中200℃、600℃、1000℃處理1h后的室

5、溫剪切強度分別為5.1MPa、3.8MPa、9.2MPa，當溫度達到1600℃以上時，粘接樣品由于體積收縮帶來的熱應力而直接開裂。
　　通過向B-PMS中添加Ni粉制備了粘結劑BP-N，當加入Ni粉含量為20wt%時，BP-N粘接性能最好，粘接接頭在Ar氣氛中經(jīng)過200℃、600℃、1000℃、1600℃高溫處理后的室溫剪切強度分別為8.8MPa、2.5MPa、5.3MPa、1.6MPa。通過向B-PMS中加入Al粉制備了粘結劑B

6、P-A，當加入Al粉含量為10%時，BP-A粘接性能最好，粘接接頭在Ar氣氛中經(jīng)過200℃、600℃、1000℃、1600℃高溫處理后的室溫剪切強度分別為為8.8MPa、9.8MPa、11.4 MPa、7.9 MPa。低溫時，鋁粉在粘結劑中主要起到惰性填料的作用，可減小粘結劑高溫處理過程中的體積收縮，提高粘接層結構致密性；當溫度進一步提高時，鋁粉與B-PMS熱解產(chǎn)物發(fā)生反應，一方面可減小粘結劑高溫時的失重，另一方面可提高粘接層致密性及其