CN108275900A - 一种Al2O3-SiO2系高温粘结剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Al2O3‑SiO2系高温粘结剂及其制备方法，步骤如下：将30～35 重量份的ρ‑Al2O3粉、15～20 重量份的0.2～0.6 mm板状刚玉、15～20 重量份的0.5～1.0 mm板状刚玉、23～26 重量份的硅微粉、0.1～0.6 重量份的氧化镁、8～13 重量份的结合剂和10～15 重量份的水于搅拌机中混合均匀，即得室温固化型Al2O3‑SiO2系高温粘结剂。本发明克服了现有高温粘结剂粘结强度低、使用温度范围有限、固化温度高等问题，具有成本低、工艺简单、固化温度低和高温下强度好的特点。
Description
技术领域
本发明属于高温粘结剂技术领域。具体涉及一种Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
背景技术
近年来，随着航空航天、电子和机械制造工业等领域的迅猛发展，人们对耐高温材料的需求越来越大、性能要求越来越高，而耐高温材料部件的连接是材料使用要解决的一个重要问题。现今，采用粘结剂是连接高温材料部件的重要手段之一。
有机高温粘结剂主要有酚醛树脂类、环氧树脂类、聚四氟乙烯类、有机硅类粘结剂等。酚醛树脂粘结剂是最早开发的一类用在耐火材料的粘结剂，存在高温下易热解、脆性大、吸水率高和使用温度低（200～300 ℃）等问题；环氧树脂粘结剂具有力学性能好、粘结力强、易加工等优点，但大多数环氧树脂固化物性脆，耐冲击力和韧性差；聚四氟乙烯相较于环氧树脂，具有较高的热氧化分解温度，可代替环氧树脂作高温粘结剂，但聚四氟乙烯存在难粘结的问题；有机硅类粘结剂因其具有以Si-O为主链、有机基团为侧链的结构，表现出优异的高温热稳定性，但有机硅类粘结剂存在固化温度高、耐溶剂性差和质脆等问题。由于有机高温粘结剂存在高温易热解、成本高和毒性大等问题，其使用范围受到很大限制。
无机高温粘结剂主要有硅酸盐类（硅酸钠水玻璃（Na2O·nSiO2)或者硅酸钾水玻璃（K2O·nSiO2））、磷酸盐类和金属氧化物类粘结剂等。硅酸盐粘结剂具有一定的粘结力，硬化后形成的SiO2具有网状结构可提高材料的强度，但存在固化条件高、粘结强度低和质脆等问题；磷酸盐类粘结剂与硅酸盐粘结剂相比，具有更好的耐热性和抗氧化性，但磷酸盐粘结剂很难实现低温固化，而且脆性大；金属氧化物粘结剂具有较高的使用温度。因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，在高温环境中多采用无机高温粘结剂。但无机高温粘结剂存在固化温度高、粘结强度低等问题。
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、工艺简单、可室温固化、耐高温的Al2O3-SiO2系高温粘结剂及其制备方法，用该方法制备的Al2O3-SiO2系高温粘结剂具有固化温度低、高温下强度好的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：将30～35 重量份的ρ-Al2O3粉、15～20 重量份的0.2～0.6 mm板状刚玉、15～20 重量份的0.5～1.0 mm板状刚玉、23～26重量份的硅微粉、0.1～0.6 重量份的氧化镁、8～13 重量份的结合剂和10～15 重量份的水于搅拌机中混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
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%。
所述氧化镁的纯度为93.0～95.0%。
所述结合剂为硅酸钙水泥，硅酸钙水泥的纯度≥95.0%。
所述Al-Si系高温粘结剂的制备方法所制备的Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
本发明的有益效果：本发明以氧化铝和硅微粉为主要原料、硅酸钙水泥为结合剂、氧化镁为促凝剂，并加入水混合均匀，即可得Al2O3-SiO2系高温粘结剂。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；氧化铝和二氧化硅可在高温下生成莫来石，提高粘结剂的强度；硅酸钙水泥和氧化铝在高温下反应生成钙长石，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充填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1500 ℃分解生成SiO2与Al2O3，SiO2与Al2O3继续反应生成莫来石提高莫来石生成量；在1600 ℃下，氧化铝和二氧化硅原位反应生成长柱状莫来石，并且生成的长柱状莫来石间相互交错，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30.45GPa、9.40 MPa、22.17 MPa和1.74 MPa。
附图说明
图1为本发明制备的Al2O3-SiO2系高温粘结剂的XRD图；
图2为图1所示的Al2O3-SiO2系高温粘结剂的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。
实施例1
一种Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：
将30～33 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、24～25 重量份的硅微粉、0.1~0.4 重量份的氧化镁、8～11 重量份的硅酸钙水泥和外加15 重量份的水于搅拌机中搅拌15～20 min，即得Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
将本实施例制备的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Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：
将31～34 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、25～26 重量份的硅微粉、0.2~0.5 重量份的氧化镁、10～13重量份的硅酸钙水泥和外加15 重量份的水于搅拌机中搅拌15～20 min，即得Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
实施例3
一种Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：
将32～35 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、23～24 重量份硅微粉、0.3~0.6 重量份的氧化镁、9～12 重量份的硅酸钙水泥和外加15 重量份的水于搅拌机中搅拌15～20 min，即得Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
实施例4
一种Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：
将30～33 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、24～25 重量份的硅微粉、8～11 重量份的硅酸钙水泥和外加15 重量份的水于搅拌机中搅拌15～20 min，即得Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
实施例5
本实施例的Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：
一种Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：将30 重量份的ρ-Al2O3粉、20 重量份的0.2～0.6 mm板状刚玉、15重量份的0.5～1.0 mm板状刚玉、26 重量份的硅微粉、0.1重量份的氧化镁、13 重量份的结合剂和10 重量份的水于搅拌机中搅拌20 min混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
实施例6
本实施例的Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：
一种Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：将35 重量份的ρ-Al2O3粉、15 重量份的0.2～0.6 mm板状刚玉、20 重量份的0.5～1.0 mm板状刚玉、23 重量份的硅微粉、0.6 重量份的氧化镁、8 重量份的结合剂和15 重量份的水于搅拌机中搅拌15 min混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
实施例7
本实施例的Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：
一种Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：将32 重量份的ρ-Al2O3粉、18 重量份的0.2～0.6 mm板状刚玉、17 重量份的0.5～1.0 mm板状刚玉、24 重量份的硅微粉、0.4 重量份的氧化镁、10 重量份的结合剂和12 重量份的水于搅拌机中搅拌16 min混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
实施例8
本实施例的Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：
一种Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，步骤如下：将34重量份的ρ-Al2O3粉、16重量份的0.2～0.6 mm板状刚玉、19 重量份的0.5～1.0 mm板状刚玉、25重量份的硅微粉、0.5重量份的氧化镁、12重量份的结合剂和14 重量份的水于搅拌机中搅拌18 min混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
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 (7)
1.一种Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，其特征在于步骤如下：将30～35 重量份的ρ-Al2O3粉、15～20 重量份的0.2～0.6 mm板状刚玉、15～20 重量份的0.5～1.0 mm板状刚玉、23～26 重量份的硅微粉、0.1～0.6 重量份的氧化镁、8～13 重量份的结合剂和10～15 重量份的水于搅拌机中混合均匀，即得室温固化型Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
2.根据权利要求1所述的Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，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Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，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Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，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Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，其特征在于：所述氧化镁的纯度为93.0～95.0%。
6.根据权利要求1所述的Al2O3-SiO2系高温粘结剂的制备方法，其特征在于：所述结合剂为硅酸钙水泥，硅酸钙水泥的纯度≥95.0%。
7.根据权利1~6项中任一项所述Al-Si系高温粘结剂的制备方法所制备的Al2O3-SiO2系高温粘结剂。
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-
2018
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