[发明专利]碳化硅陶瓷及其复合材料的高温胶及其制备与粘接方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅陶瓷及其复合材料的高温胶及其制备与粘接方法，用于解决陶瓷基复合材料现有焊接方法实施过程中的高压力和高温度等条件对焊接方法限制的问题，拓宽焊接方法在大型薄壁复杂陶瓷基复合材料构件的应用。高温胶由液态先驱体溶剂、含硼粉体的活性料和惰性粉体三者配合而成，液态先驱体溶剂发挥中低温粘接作用，含硼粉体的活性料在空气环境下氧化生成硅硼玻璃起到高温粘接作用，惰性粉体填充液态先驱体裂解孔隙和微裂纹起到的传递载荷作用，三者混合均匀经固化后形成粘接强度。本发明高温胶配料简单，使用方便，空气环境高温热处理后粘接强度可达10MPa以上，适合于陶瓷基复合材料大面积粘接应用。

技术领域

本发明属于碳化硅陶瓷及其复合材料领域，特别涉及一种适合大型薄壁复杂陶瓷基复合材料构件的耐1000～1500℃高强度陶瓷胶粘剂的制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷及其复合材料(CMC-SiC，主要包括C/SiC和SiC/SiC)可满足1650℃以下长寿命、2000℃以下有限寿命、2800℃以下瞬时寿命的使用要求。C/SiC在高推重比航空发动机、卫星姿控发动机、超高声速冲压发动机、空天往返防热系统、巡航导弹发动机、液体火箭发动机、固体火箭发动机、涡轮燃气电站和核能反应堆等武器装备和民用领域的应用均取得重要进展。随CMC-SiC应用领域的不断扩大，构件越来越大且越来越复杂，对CMC-SiC复合材料连接提出了越来越高的要求。

焊接是CMC-SiC复合材料的主要连接方法之一，主要有钎焊、固相反应连接、聚合物转化陶瓷连接等。文献“B.Riccardi,C.A.Nannetti,T.Petrisor,J.Woltersdorf,E.Pippel,S.Libera,L.Pillon.Issues of low activation brazing of SiCf/SiCcomposites by using alloys without free silicon[J].Journal of NuclearMaterials,2004,329:562–566.”采用Si-44Cr at.％(熔点1390℃)在钎料熔点之上的30～50℃保温10min连接SiCf/SiC复合材料，强度可达～60MPa。文献“C.H.Henager,R.J.Kurtz.Low-activation joining of SiCf/SiC composites for fusionapplications[J].Journal of Nuclear Materials,2011,417(1):375-378.”采用TiC+Si经固相反应在1623K和1723K，压力30MPa条件下连接了SiCf/SiC复合材料。文献“M.Ferraris,M.Salvo,F.Smeacetto.Cordierite-mullite coating for SiCf/SiCcomposites[J].Journal of the European Ceramic Society,2002,22(13):2343-2347.”用Mg-Al-Si玻璃陶瓷作SiCf/SiC复合材料的涂层。在1700℃保温1.5h后急速水冷制备Mg-Al-Si玻璃，涂层制备温度为1180℃保温1h，涂层界面连续。文献“P.Colombo,B.Riccardi,A.Donato,G.Scarinci.Joining of SiCf/SiC ceramic matrix composites for fusionreactor blanket applications[J].Journal of Nuclear Materials,2000,278(2):127-135.”采用三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯连接了SiCf/SiC复合材料，对连接接头进行多次浸渍，使得接头剪切强度可高达～33MPa。

上述CMC-SiC焊接方法要求在一定压力和高温或多次浸渍等条件下，通过焊料与CMC-SiC反应形成粘接层。这限制了焊接方法在大型薄壁复杂CMC-SiC构件的应用，发展施胶工艺简单且粘接强度高的陶瓷高温胶成为推动CMC-SiC焊接在大型薄壁复杂构件工程应用的重要方向。

发明内容