碳材料高溫膠接工藝及機理研究.pdf

1、近年來，以石墨及C/C復合材料為代表的碳材料由于具有低密度、較好的導熱性及抗熱沖擊性能以及較高的高溫強度等特點，因而在航空航天、化工、冶金、核電等領域得到了廣泛的應用。膠接方法由于具有廉價、操作簡便等特點對碳材料有良好的連接效果，實現(xiàn)膠接接頭在經(jīng)受高溫后保持有效連接具有重要的應用意義。本文分別采用B、B2O3及B4C作為主要無機填料對有機硅樹脂進行改性獲得高溫膠粘劑，對石墨及C/C復合材料進行膠接并對接頭進行高溫熱處理，重點研究了熱處理

2、工藝參數(shù)對接頭組織及性能的影響，對接頭組織演變過程及界面結(jié)合機制進行了深入分析。
　　分別采用B、B2O3及B4C對有機硅樹脂改性，對石墨進行膠接并對接頭進行高溫熱處理，優(yōu)化了填料配方，研究了不同熱處理工藝參數(shù)對接頭界面組成、結(jié)構(gòu)以及性能的影響。高溫熱處理后膠層形成了由碳、B2O3、SiC及SiO2等組成的復合相蜂窩結(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的室溫抗剪強度。
　　采用B2O3對有機硅樹脂改性，對C/C復合材料進行膠接并對接頭進行高溫熱處理，優(yōu)化了填料配方，研究了不同熱處理工藝參數(shù)對接頭界面組織結(jié)構(gòu)以及性能的影響。高溫熱處理后膠層形成了由碳、B2O3、SiC及SiO2等組成的均勻復合相蜂窩結(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的室溫抗剪強度。
　　對膠接接頭演變過程進行了研究，結(jié)果表明，高溫膠接接頭形成過程包括三個階段：有機硅樹脂首先在100℃以下發(fā)生交聯(lián)固化，400℃-550℃時發(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”獲得的機械結(jié)合力、吸附作用和偶聯(lián)劑“搭橋”作用產(chǎn)生的共價鍵。高溫熱處理后界面結(jié)合力包括玻璃相在基體表面“釘扎”獲得的機械結(jié)合力以及化學鍵力，化學