本發(fā)明屬于膠粘材料制備，特別是涉及一種適用于氧化鋁陶瓷連接、安裝及修補(bǔ)的高溫膠黏劑制備方法。

背景技術(shù)：

1、氧化鋁具有卓越的高溫穩(wěn)定性和高機(jī)械強(qiáng)度，因而在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在氧化鋁晶體中氧原子與鋁原子通過共價(jià)鍵結(jié)合，因而氧化鋁晶體具有極高的硬度，也使得其在高溫下具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，能夠有效抵御酸、堿、爐渣、金屬溶液等的侵蝕。此外，氧化鋁也廣泛應(yīng)用于陶瓷制造等。由于其耐溫極限高、耐磨損的特點(diǎn)，它特別適用于惡劣環(huán)境，例如用于陶瓷保護(hù)管、耐磨氧化鋁陶瓷襯磚等耐火材料，陶瓷密封件、氧化鋁陶瓷軸承等機(jī)械器材，氧化鋁陶瓷基片、氧化鋁陶瓷電絕緣件等電子器械。為滿足上述極端情況的應(yīng)用需求，通常需要一種有效、便捷的連接氧化鋁陶瓷的方法。當(dāng)今的主要連接方式有機(jī)械連接、金屬釬焊、擴(kuò)散連接等，而這些連接都無法完全滿足有效、便捷的連接要求。相比而言，磷酸鹽膠黏劑連接可以較好的滿足上述要求，其中磷酸鋁基膠黏劑運(yùn)用更廣。

2、隨著科技的進(jìn)步，磷酸鋁基高溫膠黏劑的性能顯著提升，能夠承受更高的溫度，應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛。這類無機(jī)膠黏劑以其卓越的耐高溫和阻燃特性而受到青睞，耐熱溫度可達(dá)到1300-1600℃，可以作為燒蝕材料的基礎(chǔ)，替代傳統(tǒng)有機(jī)化合物，且具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度。基于磷酸鋁基高溫膠黏劑的各種膠凝材料，不僅展現(xiàn)出良好的可塑性、常溫固化性和低相對(duì)密度，還具備陶瓷材料的高溫瓷化特性，以及耐火材料的耐熱性和抗沖擊性。在應(yīng)用過程中，磷酸鋁基高溫膠黏劑需與其他無機(jī)填料相互作用，以形成所需的材料，且填料的作用會(huì)隨著溫度的變化而有所不同。填料不僅能夠增強(qiáng)膠黏劑的凝聚力、降低收縮率、預(yù)防斷裂和提高耐熱性，還能增加粘結(jié)強(qiáng)度。此外，填料還使膠黏劑具備導(dǎo)電、導(dǎo)熱、導(dǎo)磁等功能，以及耐腐蝕、耐熱、耐磨和著色等特性。

3、然而，磷酸鋁基高溫膠黏劑脆性極大，且與被粘結(jié)物相的熱膨脹系數(shù)差異大，承受沖擊載荷的性能并不高，使其常常對(duì)單純的平面粘結(jié)強(qiáng)度不好。由于磷酸鋁基高溫膠黏劑的熱膨脹系數(shù)明顯低于氧化鋁陶瓷，該膠黏劑在高溫下對(duì)氧化鋁陶瓷的粘結(jié)強(qiáng)度較低，通常不高于2mpa。稀土元素的摻加可以對(duì)熱膨脹系數(shù)進(jìn)行一定的調(diào)控，而稀土改性磷酸鋁基耐高溫膠黏劑鮮有報(bào)道。因此，研發(fā)稀土摻雜改性的磷酸鋁基高溫膠黏劑具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種稀土改性磷酸鋁基耐高溫膠黏劑的制備方法。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑的制備方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：

3、1.一種稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑的制備方法，其特征在于：所述的制備方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：

4、(1)將硅粉與碳化硼按照質(zhì)量比6.5-7.4：2.6-3.5進(jìn)行混料，置于球磨罐中，利用球磨機(jī)在275-335r/min下球磨7-10h后將其取出，烘干磨細(xì)，即可作為高溫膠黏劑的無機(jī)填料；

5、(2)將濃度為85wt.％的濃磷酸稀釋到60-65wt.％，然后置于配有冷卻回流裝置的水浴加熱鍋內(nèi)，將其加熱到70-80℃，然后在高速機(jī)械攪拌的(450-650r/min)條件下，迅速向稀磷酸溶液中按照稀土元素、鋁元素與磷元素的摩爾比為0.05-0.25：0.75-0.95：0.9-1.1加入稀土氧化物與氫氧化鋁。隨后，保持水浴加熱的溫度為80-85℃，先在750-850r/min轉(zhuǎn)速的條件下攪拌1.5-2.5h，再在350-450r/min條件下攪拌7-9h；

6、(3)將步驟(2)中的水浴加熱鍋的設(shè)定溫度調(diào)低至55-65℃，待其降溫達(dá)到區(qū)間后，以1：4-6的固液質(zhì)量比將步驟(1)中的得到的混合無機(jī)填料摻入到步驟(2)得到的膠漿內(nèi)，在450-750r/min的轉(zhuǎn)速條件下交替攪拌8-12h，由此制備稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑。

7、2.優(yōu)選的，所述步驟(1)中單質(zhì)硅粉為納米級(jí)調(diào)節(jié)劑，粒徑為0.5-1μm，純度高于99％。碳化硼為非標(biāo)礦物，粒徑為8-10μm，純度高于99％。

8、3.優(yōu)選的，所述步驟(2)中濃磷酸為分析純，純度高于98％；氫氧化鋁經(jīng)300目過篩，純度高于95％。

9、4.優(yōu)選的，所述步驟(2)中的稀土氧化物包括氧化釤(sm2o3)、氧化釹(nd2o3)、氧化鈰(ceo2)、氧化鑭(la2o3)、氧化銪(eu2o3)等，它們均經(jīng)300目過篩，純度均高于99％。

10、5.優(yōu)選的，所述步驟(2)中的不同溫度段或時(shí)間段的攪拌均需要在冷卻回流裝置下進(jìn)行。

11、6.優(yōu)選的，所述步驟(3)中的在450-750r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)施快慢交替攪拌，一般是在650-750r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)攪拌2-3h，而后在550-650r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)攪拌3-4h，最后在450-550r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)攪拌3-5h。

12、本發(fā)明提供的稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑的制備方法具有如下有益效果：

13、1.經(jīng)高溫處理后，本高溫膠黏劑在900～1300℃的溫度范圍內(nèi)均可提供不低于6mpa的粘結(jié)強(qiáng)度，且在1100～1300℃范圍內(nèi)的粘結(jié)強(qiáng)度高于30mpa。

14、2.在不同溫度處理后本高溫膠黏劑均可與氧化鋁陶瓷表面之間形成穩(wěn)定連接，無開裂問題，界面連接效果好。

15、3.膠粘劑經(jīng)1300℃高溫煅燒后，主要成分轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿徜X、稀土磷酸鹽等多種陶瓷相物質(zhì)。這些陶瓷相物質(zhì)因其耐高溫和卓越的機(jī)械性能，展現(xiàn)出極有利于在高溫環(huán)境下形成穩(wěn)定膠接接頭的特性。

技術(shù)特征：

1.一種稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑的制備方法，其特征在于：所述的制備方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：

2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中單質(zhì)硅粉為納米級(jí)調(diào)節(jié)劑，粒徑為0.5-1μm，純度高于99％。碳化硼為非標(biāo)礦物，粒徑為8-10μm，純度高于99％。

3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中濃磷酸為分析純，純度高于98％；氫氧化鋁經(jīng)300目過篩，純度高于95％。

4.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中的稀土氧化物包括氧化釤(sm2o3)、氧化釹(nd2o3)、氧化鈰(ceo2)、氧化鑭(la2o3)、氧化銪(eu2o3)等，它們均經(jīng)300目過篩，純度均高于99％。

5.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中的不同溫度段或時(shí)間段的攪拌均需要在冷卻回流裝置下進(jìn)行。

6.根據(jù)權(quán)利1要求所述的一種稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中的在450-750r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)施快慢交替攪拌，一般是在650-750r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)攪拌2-3h，而后在550-650r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)攪拌3-4h，最后在450-550r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)攪拌3-5h。

技術(shù)總結(jié)
一種稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑的制備方法。其操作包括混合碳化硼和硅粉制備無機(jī)填料；稀土氧化物、氫氧化鋁與稀磷酸按照一定比例混合基于水熱反應(yīng)制備大分子磷酸鹽膠基液；最后將膠黏劑基液與無機(jī)填料充分混合，以此制備稀土改性磷酸鋁基高溫膠黏劑等步驟。本發(fā)明的高溫膠黏劑以摻雜稀土元素的磷酸鋁膠基液為基礎(chǔ)，以調(diào)控稀土元素、鋁元素與磷元素比例的方式，達(dá)到改變高溫膠黏劑的粘結(jié)性能的目的。本發(fā)明具有如下效果：稀土元素的摻雜使得高溫膠黏劑中生成稀土磷酸鹽與磷酸鋁的穩(wěn)定致密的復(fù)相結(jié)構(gòu)。稀土磷酸鹽不僅可以加固磷酸鋁基體，還可以提高膠基體的熱膨脹性，從而使得該高溫膠黏劑對(duì)氧化鋁展現(xiàn)出優(yōu)異的粘結(jié)性能。經(jīng)1300℃的煅燒溫度處理后，該膠黏劑可為氧化鋁陶瓷的粘接提供不低于30MPa的粘結(jié)強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：齊晨辰,胡展銘,張文茜,王悅,王明超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)民航大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30