碳化硅晶须直掺与原位生长协同增韧型耐高温胶制备方法技术

一种碳化硅晶须直掺与原位生长协同增韧型耐高温胶制备方法。其以碳黑和硅粉为原料，以铁和铜为催化剂，预先制备直掺用碳化硅晶须；以磷酸和氢氧化铝反应液为胶基体，以硅粉、二氧化硅粉和碳化硼粉为添加剂，以铁粉和铜粉为晶须生长催化剂，以预制的碳化硅晶须为强化相，通过搅拌混合等步骤制备成胶黏剂。本发明专利技术效果：耐高温胶具有明显的断裂韧性、优于传统磷酸铝盐耐高温胶的粘结强度及较高的热循环使用寿命等特点；通过直接掺加碳化硅晶须，该类耐高温胶的粘结强度和断裂韧性在全温度处理范围内都得到了提高；通过碳化硅晶须的原位生长，该类耐高温胶在高温处理后获得最大程度的增韧，尤其是在1300℃处理后，其断裂韧性提高了近100％。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅晶须直掺与原位生长协同增韧型耐高温胶制备方法
本专利技术属于胶粘材料制备
，特别是涉及一种碳化硅晶须直掺与原位生长协同增韧型耐高温胶制备方法。
技术介绍
作为无机胶黏剂的一种，磷酸铝盐耐高温胶具有耐高温、低温固化、固化收缩率小、抗热震、可掺性及可塑性好、生产周期短、成本低、成型工艺简便等优点，因此是非常优良的密封和修补胶粘材料，其最突出的特点为“低温固化无需后处理、高低温通用”，广泛应用于涉及高温的耐火和隔热领域。然而，这类耐高温胶在高温处理后会呈现较低的粘结强度和较高的脆性，从而严重阻碍了它们的应用安全和进一步发展。一般来说，直接掺加微纳米第三单元相(例如短碳纤维、碳纳米管及无机晶须)是增强或增韧胶黏剂最常用的方法，但由于这些微纳米强化相与胶基体之间的连接过于紧密，直掺方式增韧效果一般，胶黏剂在整体上依然表现出一定的脆性。尽管如此，直掺方式依然非常重要，因为在耐高温胶中直接掺加耐高温的微纳米强化相可在全温度范围内提高其粘结强度。近年来，越来越多的学者将目光关注于无机晶须原位生长自增韧上，此类技术已广泛应用于陶瓷及耐火材料领域。晶须原位生长需借助高温环境，在催化剂的作用下实现晶须在基体内缺陷空间中的生长。一方面，通过晶须生长可对基体内裂纹进行修补，提高基体的粘结强度；另一方面，通过晶须生长可以引入更多的弱界面，进一步增加基体的韧性。晶须原位生长的增韧和补强效果明显高于晶须直掺方式，然而由于它只适用于温度高于1000℃的高温环境中，所以应用很受限制。基于上述分析可知，晶须直掺和晶须原位生长两种增韧强化方式都具有各自的优点和局限性，而如何利用两种方式的优势以实现协同增韧还未曾报道。为了更大程度的改善耐高温胶的脆性，提高其粘结强度和韧性，并延长耐热循环使用寿命，非常有必要将晶须直掺和晶须原位生长两种增韧强化方式同时应用于耐高温胶中。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种碳化硅晶须直掺与原位生长协同增韧型耐高温胶制备方法。为了达到上述目的，本专利技术提供的碳化硅晶须直掺与原位生长协同增韧型耐高温胶制备方法包括按顺序进行的下列步骤：(1)将铁粉和铜粉以1:0.8～1.2的质量比进行混合，然后放入球磨罐中，在1500～2000r/min的转速下球磨1～2h而制成混合料1，储存备用；(2)将碳黑粉和硅粉以1～2:1的摩尔比进行混合而制成混合料2，然后放入球磨罐中，之后加入上述混合料1，混合料1的加入量占混合料2总量的质量分数为3％～7％，之后在2000～3000r/min的转速下球磨1～2h，充分混合均匀而制成混合料3；(3)将硅粉、二氧化硅粉和碳化硼粉以9.2～9.7:4.8～5.2:3.7～4.2的质量比进行混合而制成混合料4，然后放入球磨罐中，之后加入上述混合料1，混合料1的加入量占混合料4总量的质量分数为6％～10％，之后在3000～3500r/min的转速下球磨2～3h，充分混合均匀而制成混合料5；(4)将步骤(2)制备的混合料3平铺于干锅中，厚度控制在0.8～1厘米，然后置于通有氩气保护气体的管式炉中，在1600℃下煅烧4h而制成煅烧物；(5)将上述煅烧物置于高温炉中，在800℃下煅烧2h而制成绿色粉末状碳化硅晶须，储存备用；(6)将上述碳化硅晶须按照1.5～3:100的固液质量比加入到65％浓度的稀磷酸中，然后置于超声波分散清洗仪中进行超声处理而制成悬浮液；(7)将氢氧化铝粉末按照1:0.85～1.5的磷铝摩尔比添加到上述悬浮液中，然后在85℃水浴中机械搅拌，直到液体黏度达到1500～2000mPa·s；(8)将步骤(3)中获得的混合料5和步骤(7)制备的液体以1～1.5:5的质量比进行混合而制备成胶黏剂，然后在85℃下继续机械搅拌，直到黏度稳定在2500～3000mPa·s；(9)最后在真空环境下继续搅拌胶黏剂以排除内部残余气体，由此制备成所述的耐高温胶。所述的步骤(2)中的碳黑粉和步骤(1)中的铜粉购自天津科威试剂有限公司，规格为分析纯。所述的步骤(1)中的铁粉以及步骤(7)中的氢氧化铝购自天津光复试剂有限公司，规格都为分析纯。所述的步骤(6)中65％浓度的稀磷酸是通过向85％浓度的浓磷酸中加水稀释而制备成的，85％浓度的浓磷酸购自天津科威试剂有限公司。所述的步骤(2)和步骤(3)中的硅粉购自广州拓亿贸易有限公司，粒度为0.5μm。所述的步骤(3)中的二氧化硅粉购自山东中海新材料集团有限公司，粒度为10-20μm。所述的步骤(3)中的碳化硼粉购自黑龙江晨曦碳化硼有限公司，粒度为6-10μm。所述的步骤(4)中的氩气为静态，即氩气流速为0m/s。所述的步骤(7)中的液体黏度测试所采用的仪器为上海昌吉地质仪器有限公司制备的NDJ-8S黏度测试仪器。本专利技术提供的碳化硅晶须直掺与原位生长协同增韧型耐高温胶制备方法具有如下有益效果：1、通过直掺碳化硅晶须，所制备的耐高温胶在常温到1500℃的热处理温度范围内的粘结强度和韧性都得到了改善；相比于常规磷酸铝盐耐高温胶，该耐高温胶的强度提高率为15％～35％；断裂韧性的提高率高于16％。2、通过高温下碳化硅晶须的原位生长，该耐高温胶的断裂韧性得到了最大幅度的提高，尤其是在1300℃处理后，耐高温胶的断裂韧性提高了100％。同时，其相关粘结件的断裂位移曲线上出现明显的近似屈服阶段及分级断裂阶段。3、基于碳化硅晶须直掺和原位生长的协同作用，在1300℃处理后，该耐高温胶的抗热循环能力得到显著提高。附图说明图1是实施例1制备的耐高温胶与不含晶须的常规磷酸铝盐耐高温胶所粘碳/碳复合材料粘结件在不同温度处理后剪切强度的对比；图2(a)—(d)是实施例1制备的耐高温胶与不含晶须的常规磷酸铝盐耐高温胶所粘碳/碳复合材料粘结件在不同温度处理后加载位移曲线的对比；图3(a)—(b)分别是实施例1制备的耐高温胶与不含晶须的常规磷酸铝盐耐高温胶所粘碳/碳复合材料粘结件在室温至1300℃范围内经不同热循环次数后剪切强度的对比；图4是实施例1制备的耐高温胶所粘碳/碳复合材料粘结件在1300℃处理后粘结面耐高温胶的表面形貌SEM照片；图5是实施例1制备的耐高温胶所粘碳/碳复合材料粘结件在1300℃处理后经剪切测试后断裂面的SEM照片；图6(a)—(b)分别是实施例1中原位生长碳化硅晶须的TEM照片和EDS能谱；图7是实施例1中预先制备的直掺用碳化硅晶须的SEM照片；图8是实施例1中预先制备的直掺用碳化硅晶须的XRD图谱；具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1本实施例提供的碳化硅晶须直掺与原位生长协同增韧型耐高温胶制备方法包括按顺序进行的下列步骤：(1)将铁粉和铜粉以1:1的质量比进行混合，然后放入球磨罐中，在1800r/min的转速下球磨1h而制成混合料1，储存备用；(2)将碳黑粉和硅粉以2:1的摩尔比进行混合而制成混合料2，然后放入球磨罐中，之后加入上述混合料1，混合料1的加入量占混合料2总量的质量分数为7％，之后在3000r/min的转速下球磨2h，充分混合均匀而制成混合料3；(3)将硅粉、二氧化硅粉和碳化硼粉以9.5:5:4的质量比进行混合而制成混合料4，然后放入球磨罐中，之后加入上述混合料1，混合料1的加入量占混合料4总量的质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅晶须直掺与原位生长协同增韧型耐高温胶制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括按顺序进行的下列步骤：(1)将铁粉和铜粉以1:0.8～1.2的质量比进行混合，然后放入球磨罐中，在1500～2000r/min的转速下球磨1～2h而制成混合料1，储存备用；(2)将碳黑粉和硅粉以1～2:1的摩尔比进行混合而制成混合料2，然后放入球磨罐中，之后加入上述混合料1，混合料1的加入量占混合料2总量的质量分数为3％～7％，之后在2000～3000r/min的转速下球磨1～2h，充分混合均匀而制成混合料3；(3)将硅粉、二氧化硅粉和碳化硼粉以9.2～9.7:4.8～5.2:3.7～4.2的质量比进行混合而制成混合料4，然后放入球磨罐中，之后加入上述混合料1，混合料1的加入量占混合料4总量的质量分数为6％～10％，之后在3000～3500r/min的转速下球磨2～3h，充分混合均匀而制成混合料5；(4)将步骤(2)制备的混合料3平铺于干锅中，厚度控制在0.8～1厘米，然后置于通有氩气保护气体的管式炉中，在1600℃下煅烧4h而制成煅烧物；(5)将上述煅烧物置于高温炉中，在800℃下煅烧2h而制成绿色粉末状碳化硅晶须，储存备用；(6)将上述碳化硅晶须按照1.5～3:100的固液质量比加入到65％浓度的稀磷酸中，然后置于超声波分散清洗仪中进行超声处理而制成悬浮液；(7)将氢氧化铝粉末按照1:0.85～1.5的磷铝摩尔比添加到上述悬浮液中，然后在85℃水浴中机械搅拌，直到液体黏度达到1500～2000mPa·s；(8)将步骤(3)中获得的混合料5和步骤(7)制备的液体以1～1.5:5的质量比进行混合而制备成胶黏剂，然后在85℃下继续机械搅拌，直到黏度稳定在2500～3000mPa·s；(9)最后在真空环境下继续搅拌胶黏剂以排除内部残余气体，由此制备成所述的增韧型磷酸盐基耐高温胶。...

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅晶须直掺与原位生长协同增韧型耐高温胶制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括按顺序进行的下列步骤：(1)将铁粉和铜粉以1:0.8～1.2的质量比进行混合，然后放入球磨罐中，在1500～2000r/min的转速下球磨1～2h而制成混合料1，储存备用；(2)将碳黑粉和硅粉以1～2:1的摩尔比进行混合而制成混合料2，然后放入球磨罐中，之后加入上述混合料1，混合料1的加入量占混合料2总量的质量分数为3％～7％，之后在2000～3000r/min的转速下球磨1～2h，充分混合均匀而制成混合料3；(3)将硅粉、二氧化硅粉和碳化硼粉以9.2～9.7:4.8～5.2:3.7～4.2的质量比进行混合而制成混合料4，然后放入球磨罐中，之后加入上述混合料1，混合料1的加入量占混合料4总量的质量分数为6％～10％，之后在3000～3500r/min的转速下球磨2～3h，充分混合均匀而制成混合料5；(4)将步骤(2)制备的混合料3平铺于干锅中，厚度控制在0.8～1厘米，然后置于通有氩气保护气体的管式炉中，在1600℃下煅烧4h而制成煅烧物；(5)将上述煅烧物置于高温炉中，在800℃下煅烧2h而制成绿色粉末状碳化硅晶须，储存备用；(6)将上述碳化硅晶须按照1.5～3:100的固液质量比加入到65％浓度的稀磷酸中，然后置于超声波分散清洗仪中进行超声处理而制成悬浮液；(7)将氢氧化铝粉末按照1:0.85～1.5的磷铝摩尔比添加到上述悬浮液中，然后在85℃水浴中机械搅拌，直到液体黏度达到1500～2000mPa·s；(8)将步骤(3)中获得的混合料5和步骤(7)制备的液体以1～1.5:5的质量比进行混合而制备成胶黏剂，然后在85℃下继续机械搅拌，直到黏度稳定在2500～3000mPa·s；(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明超，周晓猛，罗星娜，廖云龙，王哲，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12