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膠粘劑在陶瓷材料上的應(yīng)用

一、膠粘劑

凡是能把同種或不同種的固體(或粉體)材料表面連接在一起的媒介物質(zhì)統(tǒng)稱(chēng)為膠粘劑(或粘合劑)。通過(guò)粘合劑的粘接力使固體表面連接在一起的方法叫粘接(或膠接)。近代的粘接技術(shù)膠粘劑的研究是一門(mén)多學(xué)科性的邊緣學(xué)科,它是在高分子化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、膠體化學(xué)和材料力學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)學(xué)科。在所有膠粘劑中,高分子膠粘劑約占總量的80%。

二、陶瓷膠粘劑

陶瓷膠粘劑與古代陶瓷的興起、與用粘土制成陶器并存,是最古老的的膠粘劑。而自四十年代以來(lái)航空、航天技術(shù)的急速發(fā)展,迫切需要具有塑料無(wú)能為力的耐高溫性能的、新的非金屬材料,于是促成了新一代無(wú)機(jī)材料的發(fā)展。陶瓷膠粘劑當(dāng)前已用于金屬等各種材料的耐熱及其他功能性粘接,與其他無(wú)機(jī)材料一起成為本世紀(jì)末、下世紀(jì)初最有發(fā)展前途的新材料之一。

陶瓷膠粘劑的發(fā)展與近代無(wú)機(jī)聚合物研究、新陶瓷研究緊密相連。另一個(gè)原因就是,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)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。其中耐高溫膠黏劑粘接技術(shù)最為方便、有效,其有效地克服了傳統(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。

三、陶瓷膠粘劑的分類(lèi)

1.無(wú)機(jī)膠粘劑

無(wú)機(jī)膠黏劑的特點(diǎn):耐高溫、粘接強(qiáng)度高、耐久性好、成本較低、無(wú)污染、使用便利。

無(wú)機(jī)膠粘劑按化學(xué)組可分為磷酸鹽類(lèi)、硅酸鹽類(lèi)、氧化物類(lèi)、硼酸鹽類(lèi)、硫酸鹽類(lèi)等幾大類(lèi),但是磷酸鹽類(lèi)膠黏劑為主要類(lèi)別。

①磷酸鹽類(lèi)膠粘劑

磷酸鹽類(lèi)膠粘劑可用通式MO·NP2O5表示,膠粘劑以酸式磷酸鹽、偏磷酸鹽、焦磷酸鹽或磷酸為主體,常加入金屬氧化物、氫氧化物、鹵化物等填料。其中磷酸-氧化銅膠粘劑使用的最為廣泛。

②硅酸鹽類(lèi)膠粘劑

硅酸鹽類(lèi)膠粘劑一般以堿金屬硅酸鹽為粘料,加入固化劑和填料而組成,可分為硅酸鈉膠粘劑、硅酸鹽-石墨膠粘劑、硅酸鈉-氧化硅-氧化鋯膠粘劑等。其原料有硅酸鋁、硅酸鈉,固化劑如SiO2,MgO,氟硅酸鹽等,填料應(yīng)選用本身機(jī)械強(qiáng)度高、耐水及耐熱性好,并能降低膠粘劑固化時(shí)收縮率的物質(zhì),如SiO2,Al2O3,莫來(lái)石,氮化硅,氮化硼等。

③氧化物類(lèi)膠粘劑

磷酸鹽類(lèi)和硅酸鹽類(lèi)膠粘劑性脆、耐水性差,在1000攝氏度高溫膠粘劑溶解失效。氧化物類(lèi)膠粘劑可彌補(bǔ)上述無(wú)機(jī)膠粘劑不耐1000℃以上高溫的缺點(diǎn)。

2.有機(jī)膠粘劑

①環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑

環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑屬熱固性高分子膠粘劑,由環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、促進(jìn)劑、稀釋劑以及填料等配制而成。由于含有極性基團(tuán),以及可以加入多種聚合物和添加物改性,因此對(duì)非金屬材料如陶瓷、木材、玻璃等具有優(yōu)良的粘接性能??墒覝毓袒?,固化收縮小,尺寸穩(wěn)定性好,在陶瓷粘接中應(yīng)用最廣。

②酚醛樹(shù)脂膠粘劑

酚醛樹(shù)脂膠粘劑由酚類(lèi)和醛類(lèi)聚合而得,聚合條件因催化條件為酸性或堿性的不同而得到線型酚醛樹(shù)脂和甲階酚醛樹(shù)脂膠粘劑之分。其中大多使用甲階酚醛樹(shù)脂。酚醛樹(shù)脂膠粘劑抗菌性能好,粘結(jié)強(qiáng)度高,而且價(jià)格低廉,對(duì)金屬、陶瓷、木材均有良好的粘接性能。

③丙烯酸酯類(lèi)膠粘劑

丙烯酸酯指分子末端具有丙烯酸酯,甲基丙烯酸酯基團(tuán)的預(yù)聚體,其與官能團(tuán)無(wú)規(guī)分布的預(yù)聚物(如不飽和聚酯)相比雙鍵的活性更高,固化產(chǎn)物的性能更優(yōu)良。丙烯酸酯類(lèi)膠粘劑溫度比環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑低得多,可用于粘接玻璃、陶瓷、無(wú)紡布等非金屬材料。

還有一些有機(jī)膠粘劑如有機(jī)硅膠粘劑常用于耐熱、耐寒、防潮、絕緣等無(wú)線電陶瓷元件的粘接;a-氰基丙烯酸酯膠粘劑容易滲入陶瓷材料,適用于陶瓷元件的小面積粘接。天然膠粘劑蟲(chóng)膠,為蟲(chóng)膠樹(shù)上紫膠蟲(chóng)吸食和消化樹(shù)脂后的分泌液在樹(shù)枝上凝結(jié)干燥的產(chǎn)物,可用于陶瓷元件與金屬的粘接、壓電陶瓷片的粘接,具有絕緣、耐水、耐酸的特點(diǎn)。

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