[發明專利]碳化硅復合材料的應用

有效

• 申請號: 200910173338.6
• 申請日: 2009-07-13
• 公開（公告）號: CN101955336A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: F·霍夫曼;G·扎格斯
• 申請（專利權）人: SICcast礦物鑄件兩合公司
• 主分類號: C04B26/10
• 分類號: C04B26/10;C04B14/32
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 苗征;于輝

本發明涉及復合材料用于修補和保護金屬表面的應用，所述復合材料包含填料物質和粘合劑，碳化硅為所述填料物質的必要部分，氧化鋁和/或氧化鋯作為氧化物混入其中。這類復合材料，例如如果在液體介質中使用，能夠顯著提高摩擦強度和抗腐蝕性。對于大多數不同的來自酸、堿和其他化學品的化學作用的抵抗力也可以得到提高。所述復合材料既可以應用于磨損金屬表面的再生，也可以用于預防保護。制得的復合材料以可涂抹(spreadable)形態應用于待處理的表面上，其在該表面上時效硬化(ageharden)，從而隨后達到期望的保護效果。

復合材料常常以高粘度修補料(repair?mass)的形式出售，如果需要，可以將其與硬化劑混合以自產生復合材料。為提高抗磨損性能，需要最高可能含量的抗磨損填料物質。其中，已證實金屬和氧化鋁顆粒適合作為填料物質。目前為止，很少使用碳化硅。

另一方面，填料物質含量不能任意增加，因為將填料物質嵌入到物料中需要粘合劑。粘合劑同時作為膠粘劑，以將復合材料固定到待處理的表面上，但實際上它對磨損強度沒有貢獻。如果填料物質含量過高，復合材料的可加工性會越來越差，因為復合材料的應用效率可能較低，例如使用鏝刀(trowel)。環氧或乙烯基酯樹脂經常作為粘合劑。

現有技術已知的生產復合材料的修補料的配制物由以下物質組成：雙酚-A或雙酚-F和環氧氯丙烷作為環氧樹脂系統，以及粒度≤0.1mm的碳化硅。為了實現硬化，將修補料與胺硬化劑(aminic?hardener)(如二亞乙基三胺或三亞乙基四胺)混合。

從該現有技術出發，過去已進行了各種實驗，目標在于提高填料物質的含量。針對提高磨損強度的其他努力基于使用粒度增大的填料物質。然而，兩種途徑均導致修補料可加工性和可涂抹性的明顯降低。

德國專利DE3931959C1描述了聚氨酯基涂抹組合物，其主要由碳化硅和/或剛玉組成，并混入二氧化硅以提高可加工性。二氧化硅的混入使其可以應用于傾斜甚至垂直的表面上，而不會導致由于所使用材料的自重帶來的流動，而這樣的流動會形成不平整的表面涂層。該涂抹組合物指定與金屬部件共同使用，該金屬部件在接觸陶瓷物質(例如粘土、泥土、混凝土等)時受到高磨損。然而，在這種方式中，未能實現填料物質相對于粘合劑的比例、以及與之相關的性能的最優化。

DE10057111C2公開了用于絕緣電子元件的注漿組合物。該注漿組合物的高的熱傳導性確保在該電子元件的印刷導體中產生的熱量的有效排出。這里使用碳化硅與氧化鋁等的混合物作為填料物質。然而，修補和保護金屬表面，以及更特別地，提高在液體介質中的磨損強度和抗腐蝕性并不是該印刷出版物的主題。

考慮上述提到的現有技術，由于填料物質含量和填料物質粒度的增加，因而目標在于提供基于碳化硅的復合材料，其特征在于高的磨損強度和抗腐蝕性，而仍然保持好的材料可加工性。

本發明通過使用由填料物質和粘合劑組成的復合材料解決該問題，碳化硅為填料物質中的必要部分，氧化鋁和/或氧化鋯作為氧化物混入其中，其中氧化物的平均粒度小于50μm，并且氧化物的粒度比碳化硅的平均粒度要細。

當具有相對尖銳結構的、比較粗大的碳化硅顆粒提高磨損強度的同時，非常細的、圓的氧化物顆粒填入碳化硅顆粒間的空隙，從而以這種方式提高堆積密度。在使用時，后者可以沿著氧化物顆粒滑移，因此修補料的涂抹性得到提高。修補料的總粘度降低。

優選采用氧化鋁作為陶瓷氧化物。和碳化硅一樣，氧化鋁或剛玉也具有硬度很高的特點。在莫氏硬度標準中，氧化鋁分級為9.0，而碳化硅在硬度方面(9.5)甚至接近金剛石的硬度。同時，由于氧化鋁容易達到很細的粒度，并且這些顆粒具有圓形結構，因此氧化鋁特別適合。氧化鋁可以由氧化鋯來替代。

方便地，可以將一定量的高度分散SiO₂混入配制物中。稱作Aerosil的SiO₂特別適合。Aerosil的混入提高了修補料的膠粘性，特別是在垂直表面上的膠粘性。同時，可以將該修補料以厚層應用，且并不會導致其流動和變形。

為保證碳化硅沿氧化物顆粒的有效滑移，混入的氧化物的平均粒度應顯著低于碳化硅的粒度。因此，平均粒度在≤50μm的范圍內。平均粒度特別優選平均粒度≤10μm。

同時，相比現有技術已知的復合材料，有目的地提高碳化硅的粒度，以提高磨損強度。因此，碳化硅的粒度可以高達3mm，優選值不大于1mm。

有利地，使填料物質嵌入和固定復合材料至待處理表面的粘合劑是環氧樹脂。典型使用的是利用胺硬化劑的芳香族環氧樹脂系統。