碳材料高溫膠接工藝及機(jī)理研究.pdf

1、近年來(lái)，以石墨及C/C復(fù)合材料為代表的碳材料由于具有低密度、較好的導(dǎo)熱性及抗熱沖擊性能以及較高的高溫強(qiáng)度等特點(diǎn)，因而在航空航天、化工、冶金、核電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。膠接方法由于具有廉價(jià)、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)對(duì)碳材料有良好的連接效果，實(shí)現(xiàn)膠接接頭在經(jīng)受高溫后保持有效連接具有重要的應(yīng)用意義。本文分別采用B、B2O3及B4C作為主要無(wú)機(jī)填料對(duì)有機(jī)硅樹脂進(jìn)行改性獲得高溫膠粘劑，對(duì)石墨及C/C復(fù)合材料進(jìn)行膠接并對(duì)接頭進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，重點(diǎn)研究了熱處理

2、工藝參數(shù)對(duì)接頭組織及性能的影響，對(duì)接頭組織演變過程及界面結(jié)合機(jī)制進(jìn)行了深入分析。
　　分別采用B、B2O3及B4C對(duì)有機(jī)硅樹脂改性，對(duì)石墨進(jìn)行膠接并對(duì)接頭進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚瑑?yōu)化了填料配方，研究了不同熱處理工藝參數(shù)對(duì)接頭界面組成、結(jié)構(gòu)以及性能的影響。高溫?zé)崽幚砗竽z層形成了由碳、B2O3、SiC及SiO2等組成的復(fù)合相蜂窩結(jié)構(gòu)，界面處出現(xiàn)了含有較多Si元素的碳/玻璃/陶瓷復(fù)合相結(jié)合層。使用B2O3及B4C填料獲得了較好的改性效果，其中B

3、4C改性硅樹脂膠接石墨接頭經(jīng)800℃、30min熱處理后仍保留了5.5MPa的室溫抗剪強(qiáng)度。
　　采用B2O3對(duì)有機(jī)硅樹脂改性，對(duì)C/C復(fù)合材料進(jìn)行膠接并對(duì)接頭進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚瑑?yōu)化了填料配方，研究了不同熱處理工藝參數(shù)對(duì)接頭界面組織結(jié)構(gòu)以及性能的影響。高溫?zé)崽幚砗竽z層形成了由碳、B2O3、SiC及SiO2等組成的均勻復(fù)合相蜂窩結(jié)構(gòu)，界面處為B2O3、SiC、殘余碳以及硼硅酸玻璃組成的碳/玻璃/陶瓷復(fù)合相結(jié)合層。膠接接頭經(jīng)700℃熱處

4、理后獲得了6MPa的室溫抗剪強(qiáng)度。
　　對(duì)膠接接頭演變過程進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，高溫膠接接頭形成過程包括三個(gè)階段：有機(jī)硅樹脂首先在100℃以下發(fā)生交聯(lián)固化，400℃-550℃時(shí)發(fā)生裂解，600℃以上填料與裂解產(chǎn)物作用形成高溫接頭。常溫下膠層與碳材料基體的界面結(jié)合力主要包括樹脂在基體“釘扎”獲得的機(jī)械結(jié)合力、吸附作用和偶聯(lián)劑“搭橋”作用產(chǎn)生的共價(jià)鍵。高溫?zé)崽幚砗蠼缑娼Y(jié)合力包括玻璃相在基體表面“釘扎”獲得的機(jī)械結(jié)合力以及化學(xué)鍵力，化學(xué)