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陶瓷材料具有
耐熱性、
耐磨損性、
耐腐蝕性優(yōu)異及
強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，在汽車、航空航天、電子等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在1000℃以上的應(yīng)用環(huán)境中，比
合金更有優(yōu)勢(shì)［1—5］。但陶瓷材料的
脆性和低延展性限制了它在大尺寸和復(fù)雜形狀結(jié)
構(gòu)件中的應(yīng)用，因而
鉚接、
焊接和
粘接等連接技術(shù)在陶瓷材料的應(yīng)用中顯得尤為重要［2，6—7］。其中耐
高溫膠粘劑粘接技術(shù)最為方便、有效，它有效地克服了傳統(tǒng)工藝帶來(lái)的容易
應(yīng)力集中、
熱膨脹系數(shù)不匹配、連接強(qiáng)度低等缺陷。耐高溫
膠粘劑主要分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類。無(wú)機(jī)膠粘劑一般可承受1000℃以上的高溫，但粘接性能差、較脆且
固化溫度高，有時(shí)需采用一些特殊的接頭形式，給實(shí)際操作應(yīng)用帶來(lái)很多限制;而有機(jī)膠粘劑雖然有著優(yōu)異的粘接性能，但其
耐熱溫度一般不超過(guò)500℃，不利于在較高溫度下應(yīng)用［8—11］。因而，
改性耐高溫膠粘劑成了近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。
目前，已經(jīng)有耐高溫膠粘劑用于陶瓷材料的粘接，例如卡十硼烷改性
酚醛樹(shù)脂［4］、B4C改性酚醛
樹(shù)脂等，其使用溫度可達(dá)1000℃，而且有著較高的
粘接強(qiáng)度，但是固化條件較為苛刻［9—10，12］。所以研制一種固化工藝簡(jiǎn)單且綜合性能良好的耐高溫膠粘劑，具有很好的應(yīng)用前景。
1·實(shí)驗(yàn)
1．1膠粘劑的制備
將
有機(jī)硅樹(shù)脂和
環(huán)氧樹(shù)脂按一定比例混合，用二甲苯(用量為環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量的20%)作
溶劑，在90℃下用直流攪拌電機(jī)攪拌約30 min，混合均勻。將納米SiO2加入到無(wú)水乙醇中，滴入一定量的KH560，待無(wú)水乙醇揮發(fā)后，在
干燥箱中干燥30 min，將此改性后的納米SiO2加入到上述混合樹(shù)脂中，超聲分散處理40～60 min，即得膠粘劑的
改性樹(shù)脂膠體部分。向改性樹(shù)脂膠體中加入無(wú)機(jī)
填料(Al，B4C及
玻璃粉GP)、
催化劑二月桂酸二
丁基錫、
固化劑低分子
聚酰胺650等，攪拌均勻即制得膠粘劑。
為了確定各原料的用量，設(shè)計(jì)了四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)。因素水平見(jiàn)表1，其中，改性納米SiO2的用量為占樹(shù)脂總質(zhì)量的百分比。
1．2粘接陶瓷接頭
所用Al2O3陶瓷接頭的尺寸為20 mm×20 mm×5mm，先用80#和200#
砂紙打磨表面，再用丙酮溶液超聲清洗，以除去表面雜質(zhì)，最后在80℃干燥箱中
烘烤1h，待用。
陶瓷接頭搭接方式如圖1所示，搭接長(zhǎng)度為10mm。將制得的膠粘劑均勻涂抹在陶瓷接頭表面，然后粘接
固定，在65℃下固化4 h即可。
1．3分析測(cè)試
1)采用美國(guó)Nicolet公司的IN10TM傅立葉紅外測(cè)試儀對(duì)有機(jī)
硅樹(shù)脂、聚酰胺固化環(huán)氧樹(shù)脂、改性納米SiO2、聚酰胺固化改性樹(shù)脂膠體(后文稱“
有機(jī)硅/SiO2/環(huán)氧”)進(jìn)行分析。
2)采用熱重分析儀，在空氣中
加熱，加熱速率為10℃/min，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂、混合樹(shù)脂(后文稱“有機(jī)硅/環(huán)氧”)及有機(jī)硅/SiO2/環(huán)氧進(jìn)行熱重測(cè)試。
3)對(duì)粘接好的陶瓷接頭進(jìn)行耐
熱處理，即從室溫加熱到1000℃，然后
保溫1 h，再隨爐
冷卻至室溫。采用微機(jī)控制電子萬(wàn)能測(cè)試機(jī)對(duì)熱處理后的陶瓷接頭進(jìn)行
剪切強(qiáng)度測(cè)試，加載速率為0．5 mm/s。4)
斷裂失效圖用佳能S100數(shù)碼相機(jī)拍攝。
2·結(jié)果與討論
2．1紅外分析
為紅外分析譜圖。在有機(jī)硅樹(shù)脂的紅外光譜中，存在804 cm－1處的Si—O—Si主鏈特征峰、846cm－1處的Si—C特征峰以及1000～1100 cm－1范圍內(nèi)的有機(jī)硅Si—O鍵反對(duì)稱伸縮峰，這些是有機(jī)硅分子鏈的特征［13］。在環(huán)氧樹(shù)脂的紅外光譜中，829 cm－1和1430 cm－1處存在環(huán)氧丙烷C—O—C特征峰，1248cm－1處存在雙酚A型環(huán)氧特征峰，在1610～1370cm－1和1300～990 cm－1范圍內(nèi)存在一些芳環(huán)面內(nèi)
彎曲峰，在2924 cm－1和2853 cm－1處存在CH2的特征峰，這些是環(huán)氧樹(shù)脂的特征。在改性納米SiO2的紅外光譜中，1100 cm－1處存在Si—O鍵的特征峰，3440cm－1處存在—OH的特征峰，2930 cm－1和1643 cm－1處存在
甲基和NH基團(tuán)的吸收峰，說(shuō)明納米SiO2與KH560硅烷
偶聯(lián)劑發(fā)生反應(yīng)，表面生成了有機(jī)物層，有機(jī)物層的存在可以極大地增強(qiáng)納米SiO2與有機(jī)硅、環(huán)氧樹(shù)脂的
相容性［14］。
在有機(jī)硅/SiO2/環(huán)氧的紅外光譜中，除存在上述三種有機(jī)硅分子鏈的特征峰以外，還存在829 cm－1和1430 cm－1處的環(huán)氧丙烷C—O—C特征峰、1610～1370 cm－1范圍內(nèi)的芳環(huán)峰、2924 cm－1和2853 cm－1處的CH2基團(tuán)特征峰，表明改性樹(shù)脂中同時(shí)含有機(jī)硅、納米SiO2和環(huán)氧的特征基團(tuán)峰。光譜中不存在1248cm－1處的環(huán)氧特征峰，表明環(huán)氧基發(fā)生了開(kāi)環(huán)反應(yīng)。與納米SiO2的紅外光譜相比，3440 cm－1處的—OH特征峰減弱，證明納米SiO2和環(huán)氧分子鏈發(fā)生鍵合。以上分析說(shuō)明，有機(jī)硅、納米SiO2和環(huán)氧間發(fā)生了交聯(lián)、鍵合、纏結(jié)等，實(shí)現(xiàn)了改性。
在環(huán)氧樹(shù)脂和有機(jī)硅/SiO2/環(huán)氧的紅外光譜中，出現(xiàn)了聚酰胺與環(huán)氧基團(tuán)固化反應(yīng)的產(chǎn)物基團(tuán)特征峰———3300 cm－1處的多胺環(huán)氧加成物端伯胺基特征峰和1645 cm－1處的叔酰胺峰，表明環(huán)氧樹(shù)脂和有機(jī)硅/SiO2/環(huán)氧在固化劑聚酰胺的作用下都實(shí)現(xiàn)了65℃固化。
2．2有機(jī)硅樹(shù)脂和納米SiO2對(duì)膠粘劑耐熱性的影響
為熱重分析獲得的TG曲線。從TG曲線中得出熱分解5%的溫度，見(jiàn)表2。
從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，有機(jī)硅樹(shù)脂改性環(huán)氧樹(shù)脂后，熱分解5%溫度提高了45℃，納米SiO2的再改性使熱分解5%的溫度進(jìn)一步提高11．5℃。而且改性后，800℃的
熱失重剩余量明顯提高，尤其有機(jī)硅/SiO2/環(huán)氧800℃的熱失重剩余量達(dá)50%。這是由于有機(jī)硅中Si—O的鍵能(451．4 kJ/mol)遠(yuǎn)大于C—C的鍵能(355．3 kJ/mol)，大大增強(qiáng)了
熱穩(wěn)定性，因此有機(jī)硅的改性明顯提高了耐熱性。而經(jīng)過(guò)KH560改性的納米SiO2含有羥基，能與有機(jī)硅/環(huán)氧發(fā)生吸附、鍵合等作用，大量納米SiO2可分散在有機(jī)硅/環(huán)氧的交聯(lián)體系中，對(duì)交聯(lián)體系的束縛力大大提高，又因?yàn)榧{米SiO2是無(wú)機(jī)納米材料，本身有著優(yōu)異的耐熱性能，因此能使膠粘劑的耐熱性能進(jìn)一步提高。
2．3各原料用量的確定
當(dāng)有機(jī)硅樹(shù)脂與環(huán)氧樹(shù)脂的配比為9∶1時(shí)，膠粘劑的性能較優(yōu)。其原因是，相比環(huán)氧基團(tuán)，有機(jī)硅的Si—O—Si主鏈需要更高的能量才能被破壞，有機(jī)硅樹(shù)脂含量越多，
剪切強(qiáng)度越好。
硅烷偶聯(lián)劑KH560改性后的納米SiO2用量為3%時(shí)，膠粘劑性能較優(yōu)，過(guò)多或過(guò)少都不好。這是因?yàn)榧{米SiO2尺寸小，比表面積大，適量的納米SiO2可較好地分散在有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂中，并與樹(shù)脂中的分子鏈發(fā)生吸附和鍵合作用，很好地改善樹(shù)脂的
韌性和耐熱性能，從而增強(qiáng)粘接強(qiáng)度。但是當(dāng)納米SiO2過(guò)多時(shí)，自身容易發(fā)生團(tuán)聚，在膠體體系中分散不均勻，從而使接頭的粘接強(qiáng)度降低［14—15］。
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