[發明專利]一種碳化硅陶瓷在線反應連接的粘結劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201410746723.6
• 申請日: 2015-08-02
• 公開（公告）號: CN104496512A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 霍艷麗;劉海林;王春朋;陳曙光
• 申請（專利權）人: 中國建筑材料科學研究總院
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 王偉鋒;劉鐵生

技術領域

本發明涉及碳化硅陶瓷領域，特別涉及一種碳化硅陶瓷在線反應連接的粘結劑及其制備方法。

背景技術

碳化硅陶瓷由于其自身的眾多優點，如高強度、高硬度、高彈性模量，優異的熱穩定性，既高熱導率、低熱膨脹系數，良好的比剛度和光學加工性能，特別適合于精密運動平臺骨架、吸盤、水冷板，以及精密測量反射鏡、光柵等部件的應用。因此碳化硅陶瓷材料作為制備光刻機部件材料之一，受到廣泛關注。而光刻機所需陶瓷部件，大多是中空結構，有些部件尺寸很大，對于這些結構件，就需要將兩部分，甚至幾部分分別先進行加工，然后將加工完的部件粘結在一起，組成一個中空結構件，或者大尺寸部件。尤其對精密結構件而言，對制備結構件的材料的均勻性有較高的要求，不僅要求粘結層的粘結強度要高，而且需要粘結層和本體材料之間有較好的一致性，這就對用于陶瓷材料粘結的粘結劑及粘結技術提出了更高的要求。為了滿足這一應用需求，研制出一種適用于碳化硅陶瓷材料坯件連接的粘結劑變的至關重要。

專利DE?196?36?223?C2公開了一種借助有機連接劑和碳粉末制成的膏體將至少兩個碳纖維強化的塑料部件連接在一起的方法。膏體在800℃至1200℃的溫度下發生熱解，在熱解過程中膏體由于收縮產生微裂紋系統。在接下來的整個部件的硅化過程中，硅不僅會進入膏體的微裂紋中，也會進入碳纖維強化的塑料微裂紋中，由此和部件的碳纖維以及膏體中的碳粉末反應形成碳化硅。在兩個部件的連接層中進行的碳和硅的化學反應以及可能存在的副反應，可能會使得制成的總部件的均一性產生問題。因為在零部件中存在塑料復合的碳纖維，在中間層的膏體中存在分布于有機連接劑中的碳粉末，在硅化過程中必然會導致產生不同的反應性能，從而導致最終材料中出現不均勻性以及不期望出現的收縮。

專利CN?103476734?A“由多坯件拼合生產陶瓷部件的方法”，采用的是碳化硅和至少一種聚合物粘結劑如酚醛樹脂或者不含C的聚合物作為粘結劑，這種粘結劑是用來連接復合材料和無結晶形多孔碳基材制成的坯件，且未對材料的一致性做要求。采用酚醛樹脂及骨料碳化硅顆粒的粘結劑，粘結碳化硅坯體，粘結強度較高，但是對于碳化硅的精密制造而言會帶來兩個問題，一是酚醛樹脂固化后，硬度很高，坯體加工困難；二是酚醛樹脂粘結劑涂敷在碳化硅坯件表面，碳化硅坯體對酚醛料漿的吸附存在問題。容易使粘結層出現空隙。

發明內容

本發明實施例的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供一種流動性較好，且與本體碳化硅構件一致性較好的碳化硅陶瓷在線反應連接的粘結劑。

為了實現上述目的本發明采取的技術方案是：

一種用于碳化硅陶瓷在線反應連接的粘結劑的組合物，包括以下重量百分含量的組分：

水25-35％，聚丙烯酰胺5-7％，膠粘劑1-2％，碳化硅微粉30-45％，硅粉10-20％，碳粉5-8％。

本發明提供優選的技術方案：用于碳化硅陶瓷在線反應連接的粘結劑的組合物，包括以下重量份的組分：

水31.34％，聚丙烯酰胺6.07％，膠粘劑1.48％，碳化硅微粉38.43％，硅粉15.95％，碳粉6.76％。

所述膠粘劑選自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或羧甲基纖維素。

所述碳化硅微粉包括第一粒度的碳化硅微粉和第二粒度的碳化硅微粉，所述第一粒度的碳化硅微粉的粒度為1－10μM，所述第二粒度的碳化硅微粉的粒度為20－40μM，所述第一粒度的碳化硅微粉與所述第二粒度的碳化硅微粉的質量比為1-2：1。

本發明還提供一種使用上述的用于碳化硅陶瓷在線反應連接的粘結劑的組合物制備粘結劑的方法，包括以下步驟：

(1)將聚丙烯酰胺加入水中，攪拌使之充分溶解，再加入膠粘劑，配置聚丙烯酰胺溶液；

(2)將Si粉、C粉及碳化硅微粉依次加入聚丙烯酰胺溶液中，配置成料漿；

(3)然后對料漿進行球磨，得到粘結劑。

所述球磨的時間為15-25小時。

本發明又提供一種碳化硅陶瓷在線反應連接的粘結劑，是按照上述的方法制備得到。

本發明再提供一種使用上述的碳化硅陶瓷在線反應連接的粘結劑進行碳化硅陶瓷在線反應連接的方法，包括以下步驟：

1)對粘結劑進行抽真空處理，然后將粘結劑涂敷在需要粘接的兩個碳化硅坯件表面，保證坯件充分吸水，且2個坯件之間可以滑動，壓緊兩個坯件，然后放置烘箱中干燥；

2)在預設溫度下燒結干燥后的坯件，使粘結劑中的Si和坯件里的碳充分反應，生成碳化硅粘接層，從而完成兩個碳化硅坯件的連接。