陶瓷基复合材料的胶接技术优化

胶接是陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属之间焊接的重要手段，也同样适合于陶瓷基复合材料之间的焊接以及陶瓷基复合材料和金属之间的焊接。胶接工艺包括：胶接工件的表面处理，胶粘剂的准备，涂胶，贴合，胶层固化等。

1.胶粘剂

（1）有机胶粘剂

1）环氧树脂胶粘剂。利用环氧树脂作为粘料，用乙烯多胺、芳胺、聚酰胺、咪唑、酸酐等作为固化剂配制成的胶粘剂，对陶瓷基复合材料之间有良好的粘接力，可室温固化，固化收缩小、尺寸稳定性好。表3-15给出了常用的陶瓷胶粘剂配方。其中1号配方可用于陶瓷及陶瓷基复合材料自身的胶接；2号配方可用于陶瓷与金属及陶瓷基复合材料与金属的胶接；3、4号配方可用于陶瓷与镀锌件及铁氧体的胶接。

表3-15 常用的陶瓷胶粘剂配方

① 甲组分∶乙组分=100∶40～100。常温固化24h。

② 固化条件：80℃/2h+100℃/2h+120℃/2h。

2）酚醛-缩醛胶粘剂。国产的酚醛-缩甲醛胶粘剂有铁猫201、202、203等；酚醛-缩丁醛胶粘剂有JSF-1、JSF-2、JSF-4、FN301、FN302等。它们可用于陶瓷及陶瓷基复合材料自身的胶接。

3）有机硅胶粘剂。有机硅胶粘剂是以有机硅氧烷及其改性体为主要原料的耐热胶粘剂，其显著特点是具有较高的耐热温度，但胶粘强度较低。可用于陶瓷与金属及陶瓷基复合材料与金属的胶接。

（2）无机胶粘剂无机胶粘剂具有较高的耐热温度，但操作性较差。

1）硅酸盐无机胶粘剂。硅酸盐无机胶粘剂通常以碱金属硅酸盐（主要是硅酸钠，即水玻璃）作为粘接材料，并加入适当的固化剂和填料。用离子交换法制成硅溶胶，用氟化物和过渡金属氧化物改性，以及氟硅酸钠、磷酸盐、硼酸盐等作为固化剂。这样处理后，其粘结强度、耐水性大大提高。表3-16给出了常用的陶瓷用硅酸盐胶粘剂配方。市场上的硅酸盐胶粘剂主要有C-2无机胶、C-3无机胶粘剂及WJZ-101无机胶粘剂等。

表3-16 常用的陶瓷用硅酸盐胶粘剂配方

2）玻璃质胶粘剂。适用于陶瓷基复合材料胶接的玻璃质胶粘剂有两种：

①低熔化温度玻璃质胶粘剂。低熔化温度玻璃质胶粘剂主要有PbO-ZnO-B₂O₃、PbO-B₂O₃-SiO₂等。胶接温度350～600℃，线胀系数为（6～12）×10^-6/℃。粘接层呈玻璃态。粘接后进行适当地热处理使玻璃结晶化，可提高其使用温度和粘接强度。使用这种胶粘剂时应使其线胀系数与陶瓷基复合材料的线胀系数相接近。

②高线胀系数玻璃质胶粘剂。高线胀系数玻璃质胶粘剂主要有高碱硅酸盐玻璃与磷酸铝玻璃，线胀系数可达29×10^-6℃。这种胶粘剂可用于陶瓷基复合材料与金属的胶接。

3）磷酸-氧化铜无机胶粘剂。这种胶粘剂是通过化学反应生成的坚硬固化物。其特点是使用方便、可高温固化、高温性能好、粘接（特别是套接）强度高。可用于陶瓷基复合材料之间的胶接以及陶瓷基复合材料和金属之间的胶接。这种胶粘剂主要是200～400目的氧化铜和磷酸（每毫升磷酸配4～4.5克氧化铜）。氧化铜和磷酸反应速度很快，应现配现用。为控制合适的反应速度，可加入适量的氢氧化铝（每100ml磷酸加入5～10克的氢氧化铝）。室温下2～4h初步固化，而完全固化需要2～3天。但在50℃下加热1h，然后在80～100℃下保温2h，也可完全固化。这种胶接接头可耐1300℃的高温。如果加入高熔点的化合物（如氧化铝），则可耐1500℃的高温。(www.xing528.com)

2.胶接工件的表面处理

胶接工件的表面处理有机械法和化学法两种：

（1）机械法

1）先蒸气脱脂或有机溶剂（如乙酸乙酯等，不能用三氯乙烯）清洗，以去除油污。

2）用砂布打磨。

3）用经过过滤的空气吹去工件表面的粉末。

（2）化学法

1）方法一

①有机溶剂（如乙酸乙酯等，不能用三氯乙烯）清洗，以去除油污；

②然后用1.7%重铬酸钠3.5份+1.7%水+96.6%浓硫酸的混合液或20%铬酸+80%水的混合液在室温下浸泡10～15min；

③用水充分清洗，并在65℃下烘干；

2）方法二

①在空气中加热到800～1000℃，以去除工件中的空气；

②在碱性清洗液中清洗；

③在稀硝酸中浸泡；

④在中性洗涤剂中洗涤，最后干燥。