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中国科学家研发出1200℃可用的超高耐热胶黏剂
2021年4月6日

碳化硅材料在高温下具有很好的稳定性和优异的机械性能,因此被广泛应用于有高温要求的航空、电子、交通和核领域。

然而,这种材料及其硬且脆,很难一次成型为大尺寸和复杂构造的结构件。这时候,胶黏剂就可以派上用场了。

被用于粘接碳化硅的胶黏剂,性能要求特别苛刻,尤其在耐高温方面,必须可以承受成百上千的高温,即使在极高的温度下(比如1000℃)依旧保持较高的粘接力。

前文我们介绍过一篇“不可思议的超高耐热胶黏剂!”(点击链接,即可打开文章阅读):在1000℃下加热10min后测试,胶水仍有10MPa的剪切粘接强度。

今天我们再推荐一个难以置信的胶黏剂界黑科技:在1000℃下加热2h后测试,胶水仍有31.7MPa的剪切粘接强度。

该胶水由国防科技大学科研团队推出,主要成分为甲基硅树脂(polymethylsilane, PMS)和D4Vi 【CH3(CH2QCH)SiO]4)】,两者混合均匀,于氮气的保护下在120℃反应3小时,得到的高粘度聚合物便为超高耐热胶黏剂。PMS与D4Vi之间的主要反应如下图所示:

中国科学家研发出1200℃可用的超高耐热胶黏剂

用上述所制胶水粘接两片碳化硅片材,粘接面积为10mm X 10mm,在200℃下烘烤2小时,即可完全固化。

研究者把上述测试样件在不同温度下加热2小时后,立即测试胶水的剪切强度,结果如下图所示:

中国科学家研发出1200℃可用的超高耐热胶黏剂

当测试温度从200℃上升到600℃时,粘接剪切强度从15MPa下降到5MPa。研究者利用扫描电子显微镜(SEM)观察不同温度下胶体内部结构,发现当温度从200℃提高到600℃时,胶体内部出现越来越多的缺陷孔洞,因此认为在600℃的温度下,胶体的有机结构被分解破坏,释放出气体,引起体积收缩,因而削弱了胶水的粘接力度。

当温度继续升高时,胶水粘接强度也随之提高;当温度达到1000℃时,胶水的粘接强度达到最高值31.7 MPa。SEM图片显示,此时胶体内部再次变得致密。研究者认为,此温度下,胶体残余的无机结构与碳化硅片材之间的界面稳定性更高,形成了更强更稳定的化学键,因此粘接强度得到迅速提升。

当温度再升到1200℃时,粘接强度又重新下降到15MPa,这是因为无机结构在如此高的温度下发生分解而致。

但无论如何,1200℃下仍然有15MPa的粘接强度,足以满足很多结构粘接的要求。但该胶水被高温处理后,其它机械性能如何,有待商榷。(互联网)

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