CN108083743A - 一种室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂及其制备方法 - Google Patents

一种室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种室温固化型Al2O3‑SiO2系无机高温粘结剂及其制备方法，它是由下述重量份数的原料制成的：ρ‑Al2O3粉35～40、0.2～0.6 mm板状刚玉15～20、0.5～1.0 mm板状刚玉15～20、硅微粉13～16、铝酸钙水泥8～13、水15~20。制备方法如下：按重量配比将ρ‑Al2O3粉、0.2～0.6 mm板状刚玉、0.5～1.0 mm板状刚玉、硅微粉、铝酸钙水泥和水于搅拌机中混合均匀，得室温固化型Al2O3‑SiO2系无机高温粘结剂。本发明克服了现有无机高温粘结剂使用温度低、固化温度高、粘结强度低等问题，具有固化温度低、可在1600℃高温下使用、高温强度好的特点。

Description

一种室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂及其制备方法
技术领域
本发明属于高温粘结剂技术领域，具体涉及一种室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂及其制备方法。
背景技术
近年来，随着各行业对耐高温材料的需求越来越大，人们对如何充分发挥材料的整体性能、提高材料在高温下的使用寿命越来越重视，而粘结技术则是解决这一问题的重要手段之一，开发新型高温粘结剂一直是行业发展的热点。现今，粘结剂已被广泛应用于航空航天、汽车、冶金和电气工业等领域。目前和国外相比，我国研制的高温粘结剂使用温度普遍不高，而固化温度较高。
粘结剂一般可分为有机粘结剂和无机粘结剂。由于有机粘结剂普遍存在高温易分解而使用温度范围有限、价格贵、污染环境和质脆等问题，在高温环境中多采用无机高温粘结剂。无机高温粘结剂具有高温稳定性好、原料丰富和成本低等优点，但无机高温粘结剂存在固化温度高、粘结强度低等问题。
陈伟宏等人（W.H. Chen，H.Qiu，S.S. Cui. High-temperature resistanceperformance of an inorganic adhesive for concrete structures strengthenedwith CFRP sheets.Journal of Wuhan University of Technology，2013，28:950-954）采用矿渣粉、水玻璃和自来水并加入NaOH调配水玻璃模数，制备出应用在碳纤维布加固混凝土结构上的无机高温粘结剂。发现当温度从600 ℃升高到80 0℃时，无机粘结剂发生固相反应。非晶态水化产物转化为晶相，会在凝胶表面出现大量裂纹，能耐600℃的高温。A.K.Kadiyala等人（A.K. Kadiyala, M. Sharma, J. Bijwe. Exploration of thermoplasticpolyimide as high temperature adhesive and understanding the interfacialchemistry using XPS, ToF-SIMS and Raman spectroscopy. Materials & Design，2016，109:622-633.）采用热塑性聚酰亚胺（PI）作为钢与钢接头的高温应用的粘合剂。PI的搭接剪切强度在25℃约为13MPa，随后在150 ℃（13.75 MPa）达到最大值，然后在225 ℃（8MPa）和300 ℃（2.5 MPa）急剧下降。在225 ℃以上，金属-聚合物界面相互作用降低。
以上几种方法制备的高温粘结剂使用温度低且粘结强度不高，难以适用于高温下粘结耐高温材料，从而限制高温材料的使用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种成本低、可室温固化、最高使用温度可达1600 ℃的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂的制备方法，用该方法制备的Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂具有固化温度低、高温下强度高的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂，它是由下述重量份数的原料制成的：ρ-Al2O3粉35～40、0.2～0.6 mm板状刚玉15～20、0.5～1.0 mm板状刚玉15～20、硅微粉13～16、铝酸钙水泥8～13、水15~20。
所述ρ-Al2O3粉的纯度≥99.0%。
所述0.2～0.6 mm和0.5～1.0 mm板状刚玉的纯度均≥99.0%。
所述硅微粉的纯度≥99.0%。
所述铝酸钙水泥为SECAR-71。
所述的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂的制备方法，步骤如下：按重量配比将ρ-Al2O3粉、0.2～0.6 mm板状刚玉、0.5～1.0 mm板状刚玉、硅微粉、铝酸钙水泥和水于搅拌机中混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂。
本发明的有益效果：本发明以ρ-Al2O3、板状刚玉、硅微粉和SECAR-71铝酸钙水泥为主要原料，加入水在搅拌机中混合均匀，即可得室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂。所用原料为无机非金属材料，原料丰富、经济环保，原料均可市购；工艺简单、生产周期短、施工方便；铝酸钙水泥作为结合剂和固化剂，与硅微粉在1300 ℃反应生成钙长石，可在液相中互相扩散渗透而加速莫来石的形成，并且熔融中生成的钙长石填充于生成的莫来石晶粒之间，使材料致密而减少空隙，从而提高粘结剂机械强度；生成的钙长石在1600 ℃分解生成SiO2与Al2O3，SiO2与Al2O3反应生成莫来石，提高莫来石生成量；制备的粘结剂可在1300℃～1600 ℃的高温下使用；在1600 ℃下，氧化铝和氧化硅（硅微粉）原位反应生成柱状莫来石，可提高粘结剂的强度，其杨氏模量、抗折强度、耐压强度和剪切强度分别为6.76 GPa、31.72 MPa、119.14 MPa和3.75 MPa。
附图说明
图1为本发明制备的一种室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂的XRD图；
图2为图1所示的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
所述ρ-Al2O3粉，其纯度≥99.0%。
所述0.2～0.6 mm和0.5～1.0 mm板状刚玉，其纯度均≥99.0%。
所述硅微粉，其纯度≥99.0%。
所述铝酸钙水泥为SECAR-71。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂制备方法如下：
将35～38 重量份的ρ-Al2O3粉、17～20 重量份的0.2～0.6 mm板状刚玉、17～20 重量份的0.5～1.0 mm板状刚玉、14～15 重量份硅微粉、9～12 重量份的SECAR-71和外加15~20重量份的水于搅拌机中搅拌15～20 min，即得室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂。
将本实施例制备的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂在1300℃~1600℃烧成后，测试粘结剂的杨氏模量、抗折强度、耐压强度和剪切强度，如下表所示：
。
实施例2
一种室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂制备方法如下：
将36～39 重量份的ρ-Al2O3粉、16～19 重量份的0.2～0.6 mm板状刚玉、16～19 重量份的0.5～1.0 mm板状刚玉、15～16 重量份硅微粉、8～11 重量份的SECAR-71铝酸钙水泥和外加20重量份的水于搅拌机中搅拌15～20 min，即得室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂。
实施例3
一种室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂制备方法如下：
将37～40 重量份的ρ-Al2O3粉、15～18 重量份的0.2～0.6 mm板状刚玉、15～18 重量份的0.5～1.0 mm板状刚玉、13～14 重量份硅微粉、10～13 重量份的SECAR-71铝酸钙水泥和外加15~20 重量份的水于搅拌机中搅拌15～20 min，即得室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂。
实施例4
本实施例的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂，它是由下述重量份数的原料制成的：ρ-Al2O3粉35、0.2～0.6 mm板状刚玉20、0.5～1.0 mm板状刚玉15、硅微粉16、铝酸钙水泥8、水20。
所述的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂的制备方法，步骤如下：按重量配比将ρ-Al2O3粉、0.2～0.6 mm板状刚玉、0.5～1.0 mm板状刚玉、硅微粉、铝酸钙水泥和水于搅拌机中搅拌15 min混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂。
实施例5
本实施例的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂，它是由下述重量份数的原料制成的：ρ-Al2O3粉40、0.2～0.6 mm板状刚玉15、0.5～1.0 mm板状刚玉20、硅微粉13、铝酸钙水泥13、水15。
所述的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂的制备方法，步骤如下：按重量配比将ρ-Al2O3粉、0.2～0.6 mm板状刚玉、0.5～1.0 mm板状刚玉、硅微粉、铝酸钙水泥和水于搅拌机中搅拌20 min混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂。
实施例6
本实施例的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂，它是由下述重量份数的原料制成的：ρ-Al2O3粉36、0.2～0.6 mm板状刚玉18、0.5～1.0 mm板状刚玉19、硅微粉15、铝酸钙水泥9、水17。
所述的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂的制备方法，步骤如下：按重量配比将ρ-Al2O3粉、0.2～0.6 mm板状刚玉、0.5～1.0 mm板状刚玉、硅微粉、铝酸钙水泥和水于搅拌机中搅拌18 min混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂。
实施例7
本实施例的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂，它是由下述重量份数的原料制成的：ρ-Al2O3粉37、0.2～0.6 mm板状刚玉17、0.5～1.0 mm板状刚玉18、硅微粉14、铝酸钙水泥10、水18。
所述的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂的制备方法，步骤如下：按重量配比将ρ-Al2O3粉、0.2～0.6 mm板状刚玉、0.5～1.0 mm板状刚玉、硅微粉、铝酸钙水泥和水于搅拌机中搅拌19 min混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂。
实施例8
本实施例的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂，它是由下述重量份数的原料制成的：ρ-Al2O3粉38、0.2～0.6 mm板状刚玉16、0.5～1.0 mm板状刚玉17、硅微粉16、铝酸钙水泥11、水16。
所述的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂的制备方法，步骤如下：按重量配比将ρ-Al2O3粉、0.2～0.6 mm板状刚玉、0.5～1.0 mm板状刚玉、硅微粉、铝酸钙水泥和水于搅拌机中搅拌20 min混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂，其特征在于它是由下述重量份数的原料制成的：ρ-Al2O3粉35～40、0.2～0.6 mm板状刚玉15～20、0.5～1.0 mm板状刚玉15～20、硅微粉13～16、铝酸钙水泥8～13、水15~20。
2.根据权利要求1所述的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂，其特征在于：所述ρ-Al2O3粉的纯度≥99.0%。
3.根据权利要求1所述的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂，其特征在于：所述0.2～0.6 mm和0.5～1.0 mm板状刚玉的纯度均≥99.0%。
4.根据权利要求1所述的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂，其特征在于：所述硅微粉的纯度≥99.0%。
5.根据权利要求1所述的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂，其特征在于：所述铝酸钙水泥为SECAR-71。
6.根据权利要求1所述的室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂的制备方法，其特征在于步骤如下：按重量配比将ρ-Al2O3粉、0.2～0.6 mm板状刚玉、0.5～1.0 mm板状刚玉、硅微粉、铝酸钙水泥和水于搅拌机中混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系无机高温粘结剂。
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