无机填料改性有机硅胶黏剂高温黏结性能及机理分析_游世海
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有机硅树 脂 是 以 Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ为 主 链，硅 原 子 上 连接有机基团的交 联 型 半 无 机 高 聚 物，在 高 温 有 氧 和高温惰性 环 境 中 可 分 别 裂 解 形 成 无 定 形 的 ＳｉＯ２ 和 ＳｉＯｍＣｎ，成瓷率 高，是 低 成 本 连 接 陶 瓷 材 料 的 理 想材料 。 ［９－１１］ 用无机粉 体 填 充 有 机 硅 树 脂，在 高 温 下无机粉体可与 裂 解 产 物 反 应 生 成 致 密 的 陶 瓷／玻 璃相 ，提 ［１２－１４］ 高其高温黏结强度。但文 献 报 道 的 此 类胶黏剂大 多 用 于 Ｃ／Ｃ 复 合 材 料 或 ＳｉＣ 陶 瓷 的 黏 结 ，其 ［１５－１９］ 制备过程通常以无机粉体直 接 掺 入 的 方 式 ，导 致 结 果 如 下 ：１）在 高 温 使 用 过 程 中 不 可 避 免 产 生由于树脂裂解导 致 的 体 积 收 缩 及 微 裂 纹，从 而 引 起强度下降；２）加 入 的 无 机 填 料 与 有 机 树 脂 之 间 的 相容性及分散性还有 待 于 解 决；３）不 能 在 高 温 有 氧 环境中使用。
１ 实验
１．１ 样 品 制 备 以甲基苯基 有 机 硅 树 脂 为 基 体 （ＳＲ，固 体 含 量
为５０％，２５ ℃时的黏度为８５～２２５ｍＰａ·ｓ，工业级， 吴江市合力 树 脂 有 限 公 司 ）；无 机 填 料 选 用 Ｂ４Ｃ 粉 体（２．５～３．５μｍ，纯 度 ９０％，牡 丹 江 碳 化 硼 磨 料 有 限公司）、金 属 Ａｌ粉 ［５００ 目 （筛 孔 直 径 为 ２８μｍ）， 纯度９５％，国药 集 团 化 学 试 剂 有 限 公 司］和 气 相 法 制备的 ＳｉＯ２（２０～４０ｎｍ，纯 度 ９９．８％，德 国 瓦 克 化 学有限 公 司 ）。 黏 结 用 刚 玉 陶 瓷 样 品 尺 寸 为 １７．５ ｍｍ×１７．５ ｍｍ×５ ｍｍ。
游 世 海 ，齐 士 成 ，李 友 芬 ，尹 晓 飞
（北京化工大学材料科学与工程学院，材料电化学过程与技术北京市重点实验室，北京 １０００２９）
摘 要：以有机硅树脂为基体，以金属 Ａｌ、Ｂ４Ｃ 和气相法制备的 ＳｉＯ２ 为无机填料制备了 耐 高 温 胶 黏 剂 。 采 用 Ｘ 射 线 衍 射 仪、 扫描电子显微镜、能谱分析仪和热重分析分别研究了胶 黏 剂 的 相 组 成、微 观 结 构 及 热 稳 定 性，通 过 抗 压 剪 切 强 度 测 试 陶 瓷 黏 结性能。结果表明：胶黏剂经１ １５０ ℃热处理后的质量增加了３８％；当用于刚玉陶瓷黏接时，黏接试样２００ ℃固化后的黏接强 度 为９．００ ＭＰａ，经１ ０００ ℃热处理后提高到４５．６０ ＭＰａ。黏接机理分析表明，当温度小于６００ ℃，黏接强度来源于胶黏剂中的 有机硅树脂 ；超过 ６００ ℃，金属 Ａｌ粉 和 Ｂ４Ｃ 氧 化 并 与 有 机 树 脂 裂 解 产 物 发 生 反 应 ，生 成 ｘＳｉＯｍＣｎ·ｙＢ２Ｏ３、２Ａｌ２Ｏ３·Ｂ２Ｏ３ 和 ９Ａｌ２Ｏ３·２Ｂ２Ｏ３ 等玻璃／陶瓷相，氧化伴随着体积膨胀可有效抑制有机基体高 温 裂 解 导 致 的 体 积 收 缩 ，并 愈 合 裂 解 带 来 的 微 观 缺 陷 。 此 外 黏 接 界 面 发 生 元 素 互 扩 散 层 ，引 入 化 学 键 的 作 用 ，进 一 步 提 高 了 胶 黏 剂 的 高 温 黏 接 强 度 。
Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｌｌｅｒｓ
ＹＯＵ Ｓｈｉｈａｉ，ＱＩ Ｓｈｉｃｈｅｎｇ，ＬＩ Ｙｏｕｆｅｎ，ＹＩＮ Ｘｉａｏｆｅｉ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２９，Ｃｈｉｎａ）
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２０１３－０５－０２． Ｒｅｖｉｓｅｄ ｄａｔｅ：２０１３－０７－０１． Ｆｉｒｓｔ ａｕｔｈｏｒ：ＹＯＵ Ｓｈｉｈａｉ（１９８８－），ｍａｌｅ，Ｍａｓｔｅｒ ｃａｎｄｉｄａｔｅ． Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｉｈａｉ．ｙｏｕ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ ａｕｔｈｏｒ：ＬＩ Ｙｏｕｆｅｎ（１９６３－），ｆｅｍａｌｅ，Ｐｈ．Ｄ，Ａｓｓｏｃｉａｔｅ Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ． Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｆｌｉ＠ｍａｉｌ．ｂｕｃｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
收 稿 日 期 ：２０１３－０５－０２。 修 订 日 期 ：２０１３－０７－０１。 第 一 作 者 ：游 世 海 （１９８８— ），男 ，硕 士 研 究 生 。 通 信 作 者 ：李 友 芬 （１９６３— ），女 ，博 士 ，副 教 授 。
点［１］。耐高温胶黏剂有无机和有机胶黏剂２类。 无 机胶黏剂以硅酸盐 和 磷 酸 盐 为 主 体，具 有 优 异 的 耐
第４２卷 第１期 ２０１４ 年 １ 月
硅 酸 盐 学 报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＥＳＥ ＣＥＲＡＭＩＣ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ，２０１４
ＤＯＩ：１０．７５２１／ｊ．ｉｓｓｎ．０４５４－５６４８．２０１４．０１．１３
无机填料改性有机硅胶黏剂高温黏结性能及机理分析
通过加入金属 Ａｌ，利用 Ａｌ的高温氧化过程，在 基体内原 位 生 成 Ａｌ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３ 进 一 步 与 有 机 树 脂 裂 解 产 物 反 应 形 成 致 密 的 陶 瓷／玻 璃 相 ，从 而 大 大 提 高了高温黏结强 度。 此 外，还 研 究 了 胶 黏 剂 在 高 温 有氧环境中的物相 演 变 和 微 观 形 貌 的 变 化，分 析 了 胶黏剂在不同温度阶段的黏结机理。
刚 玉 陶 瓷 片 黏 结 面 用 １５０ 目 的 砂 纸 打 磨 后 于 无 水乙醇中超声清 洗，干 燥 后 备 用。 取 胶 黏 剂 均 匀 涂 覆在２片刚玉陶瓷的 黏 结 面 上，后 将 ２ 块 陶 瓷 片 搭 接得到黏结试样，黏 结 面 积 为 １７．５ ｍｍ×８ ｍｍ，黏 结层厚度为１０～２０μｍ。 将 黏 结 试 样 于 ７０ ℃ 烘 箱 中２４ｈ，然 后 分 别 在 １２０ ℃ 固 化 ５ｈ，２００ ℃ 固 化 ３ｈ。 固 化 后 的 试 样 置 于 马 弗 炉 中 ，分 别 在 不 同 温 度 热 处 理 ３ｈ，随 炉 冷 却 即 得 所 需 样 品 。 １．２ 表 征
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ；ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｅｓｉｎ；ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｌｌｅｒｓ；ａｌｕｍｉｎｕｍ；ｂｏｎｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
随 着 航 空 、航 天 技 术 的 不 断 进 步 ，性 能 优 异 的 耐 高温胶 黏 剂 成 为 了 近 年 黏 结 材 料 领 域 的 研 究 热
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｅｓｉｎ ａｓ ａ ｍａｔｒｉｘ，ｍｅｔａｌ Ａｌ，Ｂ４Ｃ ａｎｄ ｆｕｍｅｄ ＳｉＯ２ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｓ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｌｌｅｒｓ．Ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃ－ ｔｉｏｎ，ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍ－ ａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒ ｃｅｒａｍｉｃ ｊｏｉｎｔｓ ｗａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ３８％ ａｆｔｅｒ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｔ １ １５０ ℃．Ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ ｊｏｉｎｔｓ ｉｓ ９．００ ＭＰａ ａｆｔｅｒ ｃｕｒｅｄ ａｔ ２００ ℃，ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｏ ｂｅ ４５．６０ ＭＰａ ａｔ １ ０００ ℃．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｅｓｉｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ａｔ＜６００ ℃，ａｎｄ ｍｅｔａｌ Ａｌ ａｎｄ Ｂ４Ｃ ｐｏｗｄｅｒｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｏｘｉｄｉｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｒｅ－ ａｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｅｓｉｎ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｅｒａｍｉｃ／ｇｌａｓｓ ｐｈａｓｅｓ ｌｉｋｅ ｘＳｉＯｍＣｎ·ｙＢ２Ｏ３，２Ａｌ２Ｏ３·Ｂ２Ｏ３ ａｎｄ ９Ａｌ２Ｏ３·２Ｂ２Ｏ３ａｔ＞６００ ℃．Ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｌｌｅｒｓ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎｈｉｂｉｔ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｂｙ ｔｈｅ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｅｓｉｎ ａｔ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｈｅａｌ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ－ｄｅｆｅｃｔｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｂｏｎｄｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｕｔｕａｌ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ，ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｔ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．
金属 Ａｌ粉、Ｂ４Ｃ 和 气 相 法 制 备 的 ＳｉＯ２ 经 偶 联 剂表面处理后于无水乙 醇 中 超 声 分 散 ３０ ｍｉｎ，然 后 加入有机硅树脂中，在７０～８０ ℃持续搅拌后得到所
需的 胶 黏 剂。 无 机 填 料 的 质 量 比 为：ｍ （Ｂ４Ｃ）∶ ｍ（Ａｌ）＝７∶３，ｍ（ＳｉＯ２）＝５％ｍ（Ｂ４Ｃ＋Ａｌ）；无 机 填 料 与 有 机 硅 树 脂 的 质 量 比 为 １∶１。
第４２卷 第１期
游 世 海 等 ：无 机 填 料 改 性 有 机 硅 胶 黏 剂 高 温 黏 结 性 能 及 机 理 分 析
· ７１ ·
热性能，但是黏结 强 度 低，且 需 要 特 殊 的 胶 接 方 式， 如套接、槽接等，应 用 有 限。 有 机 胶 黏 剂，通 常 以 各 类 高 聚 物 为 基 体 ，室 温 下 具 有 优 异 的 黏 结 性 能 ，但 是 有机基体在高温环 境 中 发 生 裂 解，会 使 胶 接 结 构 失 效 。 ［２］ 然而，高聚 物 在 高 温 惰 性 气 氛 下 裂 解 衍 生 的 无定形碳具有 优 异 的 高 温 物 理 性 能［３］，使 得 有 机 胶 黏剂在高温领域的应用成 为 可 能。 王 继 刚 等 用 ［４－８］ Ｂ４Ｃ 等填料改 性 的 酚 醛 树 脂 用 于 提 高 陶 瓷、Ｃ／Ｃ 复 合材料以及石墨材 料 的 高 温 黏 结 性 及 耐 热 性 能，但 不能在高温有氧环境中使用。
关 键 词 ：耐 高 温 胶 黏 剂 ；有 机 硅 树 脂 ；无 机 填 料 ；铝 ；黏 结 性 能 中 图 分 类 号 ：ＴＱ４３３．４ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０４５４－５６４８（２０１４）０１－００７０－０５ 网络出版时间：２０１３－１２－２７ １４：１６：００ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２３１０．ＴＱ．２０１３１２２７．１４１６．０１３．ｈｔｍｌ
１ 实验
１．１ 样 品 制 备 以甲基苯基 有 机 硅 树 脂 为 基 体 （ＳＲ，固 体 含 量
为５０％，２５ ℃时的黏度为８５～２２５ｍＰａ·ｓ，工业级， 吴江市合力 树 脂 有 限 公 司 ）；无 机 填 料 选 用 Ｂ４Ｃ 粉 体（２．５～３．５μｍ，纯 度 ９０％，牡 丹 江 碳 化 硼 磨 料 有 限公司）、金 属 Ａｌ粉 ［５００ 目 （筛 孔 直 径 为 ２８μｍ）， 纯度９５％，国药 集 团 化 学 试 剂 有 限 公 司］和 气 相 法 制备的 ＳｉＯ２（２０～４０ｎｍ，纯 度 ９９．８％，德 国 瓦 克 化 学有限 公 司 ）。 黏 结 用 刚 玉 陶 瓷 样 品 尺 寸 为 １７．５ ｍｍ×１７．５ ｍｍ×５ ｍｍ。
游 世 海 ，齐 士 成 ，李 友 芬 ，尹 晓 飞
（北京化工大学材料科学与工程学院，材料电化学过程与技术北京市重点实验室，北京 １０００２９）
摘 要：以有机硅树脂为基体，以金属 Ａｌ、Ｂ４Ｃ 和气相法制备的 ＳｉＯ２ 为无机填料制备了 耐 高 温 胶 黏 剂 。 采 用 Ｘ 射 线 衍 射 仪、 扫描电子显微镜、能谱分析仪和热重分析分别研究了胶 黏 剂 的 相 组 成、微 观 结 构 及 热 稳 定 性，通 过 抗 压 剪 切 强 度 测 试 陶 瓷 黏 结性能。结果表明：胶黏剂经１ １５０ ℃热处理后的质量增加了３８％；当用于刚玉陶瓷黏接时，黏接试样２００ ℃固化后的黏接强 度 为９．００ ＭＰａ，经１ ０００ ℃热处理后提高到４５．６０ ＭＰａ。黏接机理分析表明，当温度小于６００ ℃，黏接强度来源于胶黏剂中的 有机硅树脂 ；超过 ６００ ℃，金属 Ａｌ粉 和 Ｂ４Ｃ 氧 化 并 与 有 机 树 脂 裂 解 产 物 发 生 反 应 ，生 成 ｘＳｉＯｍＣｎ·ｙＢ２Ｏ３、２Ａｌ２Ｏ３·Ｂ２Ｏ３ 和 ９Ａｌ２Ｏ３·２Ｂ２Ｏ３ 等玻璃／陶瓷相，氧化伴随着体积膨胀可有效抑制有机基体高 温 裂 解 导 致 的 体 积 收 缩 ，并 愈 合 裂 解 带 来 的 微 观 缺 陷 。 此 外 黏 接 界 面 发 生 元 素 互 扩 散 层 ，引 入 化 学 键 的 作 用 ，进 一 步 提 高 了 胶 黏 剂 的 高 温 黏 接 强 度 。
Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｌｌｅｒｓ
ＹＯＵ Ｓｈｉｈａｉ，ＱＩ Ｓｈｉｃｈｅｎｇ，ＬＩ Ｙｏｕｆｅｎ，ＹＩＮ Ｘｉａｏｆｅｉ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２９，Ｃｈｉｎａ）
Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｄａｔｅ：２０１３－０５－０２． Ｒｅｖｉｓｅｄ ｄａｔｅ：２０１３－０７－０１． Ｆｉｒｓｔ ａｕｔｈｏｒ：ＹＯＵ Ｓｈｉｈａｉ（１９８８－），ｍａｌｅ，Ｍａｓｔｅｒ ｃａｎｄｉｄａｔｅ． Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｉｈａｉ．ｙｏｕ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ ａｕｔｈｏｒ：ＬＩ Ｙｏｕｆｅｎ（１９６３－），ｆｅｍａｌｅ，Ｐｈ．Ｄ，Ａｓｓｏｃｉａｔｅ Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ． Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｆｌｉ＠ｍａｉｌ．ｂｕｃｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
收 稿 日 期 ：２０１３－０５－０２。 修 订 日 期 ：２０１３－０７－０１。 第 一 作 者 ：游 世 海 （１９８８— ），男 ，硕 士 研 究 生 。 通 信 作 者 ：李 友 芬 （１９６３— ），女 ，博 士 ，副 教 授 。
点［１］。耐高温胶黏剂有无机和有机胶黏剂２类。 无 机胶黏剂以硅酸盐 和 磷 酸 盐 为 主 体，具 有 优 异 的 耐
第４２卷 第１期 ２０１４ 年 １ 月
硅 酸 盐 学 报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＥＳＥ ＣＥＲＡＭＩＣ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ，２０１４
ＤＯＩ：１０．７５２１／ｊ．ｉｓｓｎ．０４５４－５６４８．２０１４．０１．１３
无机填料改性有机硅胶黏剂高温黏结性能及机理分析
通过加入金属 Ａｌ，利用 Ａｌ的高温氧化过程，在 基体内原 位 生 成 Ａｌ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３ 进 一 步 与 有 机 树 脂 裂 解 产 物 反 应 形 成 致 密 的 陶 瓷／玻 璃 相 ，从 而 大 大 提 高了高温黏结强 度。 此 外，还 研 究 了 胶 黏 剂 在 高 温 有氧环境中的物相 演 变 和 微 观 形 貌 的 变 化，分 析 了 胶黏剂在不同温度阶段的黏结机理。
刚 玉 陶 瓷 片 黏 结 面 用 １５０ 目 的 砂 纸 打 磨 后 于 无 水乙醇中超声清 洗，干 燥 后 备 用。 取 胶 黏 剂 均 匀 涂 覆在２片刚玉陶瓷的 黏 结 面 上，后 将 ２ 块 陶 瓷 片 搭 接得到黏结试样，黏 结 面 积 为 １７．５ ｍｍ×８ ｍｍ，黏 结层厚度为１０～２０μｍ。 将 黏 结 试 样 于 ７０ ℃ 烘 箱 中２４ｈ，然 后 分 别 在 １２０ ℃ 固 化 ５ｈ，２００ ℃ 固 化 ３ｈ。 固 化 后 的 试 样 置 于 马 弗 炉 中 ，分 别 在 不 同 温 度 热 处 理 ３ｈ，随 炉 冷 却 即 得 所 需 样 品 。 １．２ 表 征
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ；ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｅｓｉｎ；ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｌｌｅｒｓ；ａｌｕｍｉｎｕｍ；ｂｏｎｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
随 着 航 空 、航 天 技 术 的 不 断 进 步 ，性 能 优 异 的 耐 高温胶 黏 剂 成 为 了 近 年 黏 结 材 料 领 域 的 研 究 热
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｅｓｉｎ ａｓ ａ ｍａｔｒｉｘ，ｍｅｔａｌ Ａｌ，Ｂ４Ｃ ａｎｄ ｆｕｍｅｄ ＳｉＯ２ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｓ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｌｌｅｒｓ．Ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃ－ ｔｉｏｎ，ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍ－ ａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒ ｃｅｒａｍｉｃ ｊｏｉｎｔｓ ｗａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ３８％ ａｆｔｅｒ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｔ １ １５０ ℃．Ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃ ｊｏｉｎｔｓ ｉｓ ９．００ ＭＰａ ａｆｔｅｒ ｃｕｒｅｄ ａｔ ２００ ℃，ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｏ ｂｅ ４５．６０ ＭＰａ ａｔ １ ０００ ℃．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｅｓｉｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ａｔ＜６００ ℃，ａｎｄ ｍｅｔａｌ Ａｌ ａｎｄ Ｂ４Ｃ ｐｏｗｄｅｒｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｏｘｉｄｉｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｒｅ－ ａｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｅｓｉｎ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｅｒａｍｉｃ／ｇｌａｓｓ ｐｈａｓｅｓ ｌｉｋｅ ｘＳｉＯｍＣｎ·ｙＢ２Ｏ３，２Ａｌ２Ｏ３·Ｂ２Ｏ３ ａｎｄ ９Ａｌ２Ｏ３·２Ｂ２Ｏ３ａｔ＞６００ ℃．Ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｌｌｅｒｓ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｎｈｉｂｉｔ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｂｙ ｔｈｅ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｅｓｉｎ ａｔ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｈｅａｌ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ－ｄｅｆｅｃｔｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｂｏｎｄｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｕｔｕａｌ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ，ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｂｏｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｔ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．
金属 Ａｌ粉、Ｂ４Ｃ 和 气 相 法 制 备 的 ＳｉＯ２ 经 偶 联 剂表面处理后于无水乙 醇 中 超 声 分 散 ３０ ｍｉｎ，然 后 加入有机硅树脂中，在７０～８０ ℃持续搅拌后得到所
需的 胶 黏 剂。 无 机 填 料 的 质 量 比 为：ｍ （Ｂ４Ｃ）∶ ｍ（Ａｌ）＝７∶３，ｍ（ＳｉＯ２）＝５％ｍ（Ｂ４Ｃ＋Ａｌ）；无 机 填 料 与 有 机 硅 树 脂 的 质 量 比 为 １∶１。
第４２卷 第１期
游 世 海 等 ：无 机 填 料 改 性 有 机 硅 胶 黏 剂 高 温 黏 结 性 能 及 机 理 分 析
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热性能，但是黏结 强 度 低，且 需 要 特 殊 的 胶 接 方 式， 如套接、槽接等，应 用 有 限。 有 机 胶 黏 剂，通 常 以 各 类 高 聚 物 为 基 体 ，室 温 下 具 有 优 异 的 黏 结 性 能 ，但 是 有机基体在高温环 境 中 发 生 裂 解，会 使 胶 接 结 构 失 效 。 ［２］ 然而，高聚 物 在 高 温 惰 性 气 氛 下 裂 解 衍 生 的 无定形碳具有 优 异 的 高 温 物 理 性 能［３］，使 得 有 机 胶 黏剂在高温领域的应用成 为 可 能。 王 继 刚 等 用 ［４－８］ Ｂ４Ｃ 等填料改 性 的 酚 醛 树 脂 用 于 提 高 陶 瓷、Ｃ／Ｃ 复 合材料以及石墨材 料 的 高 温 黏 结 性 及 耐 热 性 能，但 不能在高温有氧环境中使用。
关 键 词 ：耐 高 温 胶 黏 剂 ；有 机 硅 树 脂 ；无 机 填 料 ；铝 ；黏 结 性 能 中 图 分 类 号 ：ＴＱ４３３．４ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０４５４－５６４８（２０１４）０１－００７０－０５ 网络出版时间：２０１３－１２－２７ １４：１６：００ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２３１０．ＴＱ．２０１３１２２７．１４１６．０１３．ｈｔｍｌ