當Al,GP及B4C的配比為3∶4∶3時,膠粘劑性能較優(yōu)。
玻璃粉在升溫過程中熔成液態(tài),可填補微
裂紋,同時協(xié)調(diào)高溫
熱膨脹。Al粉在高溫下,可生成Al2 O3作為耐熱增強相。B4 C的有無對結(jié)果的影響很大,這是因為到高溫800℃以上時,有機硅樹脂和環(huán)氧樹脂分解出的CO,H2O等小分子能與B4 C發(fā)生如式(1)和(2)的反應[9],將分解出的小分子轉(zhuǎn)化成無定形C留在膠層中,增加了熱
穩(wěn)定性,而生成的B2O3在高溫下為熔融態(tài),可調(diào)整填料的分布以達到均勻分散,并能填補膠層在高溫條件下出現(xiàn)的空隙、裂紋等缺陷。
B4 C(s)+6CO(g)=2B2O3(l)+7C(s)(1)
B4 C(s)+6H2O(g)=2B2O3(l)+C(s)+6H2(g)(2)
此外,在高溫1000℃,部分B2O3與Al粉
氧化生成的Al2O3及陶瓷接頭中含有的Al2O3發(fā)生如式(3)—(5)的反應[10],生成復雜化合物,復雜化合物能極大地增強膠層與陶瓷接頭的
結(jié)合力,使得破壞接頭需要更高的能量,因而填料用量的增加可大大提高高溫粘接強度。
4Al+3O2=2Al2O3(3)
2Al2O3+B2O3→2Al2O3·B2 O3(4)
2(2Al2O3·B2 O3)+5Al2O3→9Al2O3·5B2 O3(5)
樹脂膠體與填料的配比為4∶6時,膠粘劑的性能較優(yōu)。在高溫1000℃,樹脂膠體已經(jīng)裂解,此時主要依靠無機填料與樹脂殘余物以及陶瓷表面間發(fā)生相互反應形成增強相、復雜化合物等來提高粘接力,所以填料用量比樹脂膠體多時,膠粘劑的高溫剪切強度較好。
上述優(yōu)化的實驗方案與正交實驗第2組相同。用此膠粘劑粘接的陶瓷接頭,經(jīng)過1000℃高溫處理后的剪切強度仍有9.68 MPa,可見其耐高溫性能優(yōu)良。
2.4失效模式分析
粘接接頭的失效模式可定義為四種,即粘接層失效、界面層失效、混合失效、被粘接
基體失效[16],如圖4所示。用優(yōu)化配比的膠粘劑粘接陶瓷接頭,其失效模式如圖5所示,明顯可見斷裂面由膠層延伸到了陶瓷基體中,屬于混合失效模式。這是由于高溫下,膠層中的無機填料與陶瓷基體之間發(fā)生了相互反應,形成了較強的化學鍵合,其強度大于陶瓷基體的
斷裂強度,因而部分斷裂發(fā)生在了陶瓷基體中。
3·結(jié)論
1)以二甲苯作為溶劑,在硅烷偶聯(lián)劑KH560的作用下,有機硅樹脂和納米SiO2成功改性了環(huán)氧樹脂。添加Al,B4C和GP無機填料后,在催化劑二月桂酸二丁基錫和固化劑低分子聚酰胺650作用下,制備出能在65℃下固化的新型耐高溫膠粘劑。
2)熱重分析表明,有機硅樹脂和納米SiO2的加入很大地提高了膠粘劑的耐熱性,熱分解5%溫度提高了56.5℃,且800℃的熱失重剩余量達50%。
3)優(yōu)化的配比為:有機硅樹脂與環(huán)氧樹脂質(zhì)量比9∶1,KH560改性的納米SiO2占樹脂總質(zhì)量的3%,填料Al,GP和B4C質(zhì)量比3∶4∶3,樹脂膠體與填料質(zhì)量比4∶6。用優(yōu)化方案制備的耐高溫膠粘劑可使Al2 O3陶瓷接頭在經(jīng)過1000℃高溫處理后,剪切強度達到9.68 MPa,失效模式為混合失效模式。【完】
上一頁12下一頁