CN107892880A - 一种磷酸盐耐高温粘结剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磷酸盐耐高温粘结剂，原料包括：磷酸二氢铝、磷酸二氢镁、三氧化二铁、氧化锌、氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、木质素、改性二氧化钛、改性碳化硼。其制备方法是将碳化硼和硅藻土混合，加入氢氧化钠溶液，球磨，烘干后得到改性碳化硼；再将二氧化钛和偶联剂混合，超声分散，烘干后得到改性二氧化钛；在搅拌条件下将氢氧化铝和氧化镁混合粉末加至浓硫酸中，加热搅拌，得到磷酸铝镁胶黏剂，再加入三氧化二铁、氧化锌、氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、木质素、改性二氧化钛和改性碳化硼，搅拌均匀，即得。本发明的磷酸盐耐高温粘结剂具有良好的耐高温性能和高温粘结强度。

Description

一种磷酸盐耐高温粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明属于耐高温粘结剂技术领域，具体涉及一种磷酸盐耐高温粘结剂及其制备方法。

背景技术

耐高温胶粘剂是指在高温环境下，其物理化学性质仍能满足使用要求的一类胶粘剂。目前，一般将能满足以下情况的胶粘剂称为耐高温胶粘剂：（1）在121-175℃下长期使用（累计1-5年）；（2）在204-232℃下累计使用20000-40000h；（3）在260-371℃下累计使用200-1000h；（4）在371-427℃下累计使用34-200h；（5）在528-816℃下使用2-10min。同时，耐高温胶粘剂除了要满足一定的温度要求外，还需要具备良好的物理化学性能，优异高温粘接强度和耐久性，及良好的加工性能。

耐高温胶粘剂一般根据基料的不同可分为有机胶粘剂和无机胶粘剂两大类。无机胶粘剂按其主要化学组分可分为：磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、氧化物、硫酸盐等。无机胶粘剂具备无机材料的突出优点，即耐高温性能优异，可在一个很宽的温度范围内使用，除此之外，它还具有耐久性好、固化收缩率小，对环境无污染，生产成本低，制备工艺简单，使用方便等优点，相较于有机耐高温胶粘剂，无机耐高温胶粘剂更适用于在高温环境中应用，但是，无机胶粘剂脆性大、耐溶剂性差，耐冲击性差，粘结强度不够高，耐老化性差，严重制约了其应用范围。

发明内容

本发明针对目前耐高温胶粘剂的耐高温性能和高温粘结强度普遍不高的技术问题，提供一种磷酸盐耐高温粘结剂及其制备方法。

一种磷酸盐耐高温粘结剂，原料以重量份计包括：磷酸二氢铝40-50份，磷酸二氢镁5-10份，三氧化二铁1-1.5份，氧化锌0.5-0.8份，氮化铝12-15份，石棉粉4-8份，三氧化二铬3-7份，木质素1-3份，改性二氧化钛5-8份，改性碳化硼21-25份；

所述改性碳化硼掺杂有5-10wt.%硅藻土的碳化硼；

所述改性二氧化钛是采用3-5wt.%偶联剂进行表面改性的二氧化钛。

优选地，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸酯偶联剂中的一种或几种。

优选地，所述三氧化二铁是经过800℃热处理的。

优选地，所述氧化锌的平均粒径在500-700nm。

优选地，所述氮化铝的粒度在200-400目。

优选地，所述石棉粉的粒度在80-100目。

上述磷酸盐耐高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将碳化硼和硅藻土混合，加入0.1倍重量的10wt.%的氢氧化钠溶液，球磨，烘干后得到改性碳化硼；

步骤2，将二氧化钛和偶联剂混合，超声分散，烘干后得到改性二氧化钛；

步骤3，在搅拌条件下将氢氧化铝和氧化镁混合粉末加至浓硫酸中，加热搅拌，得到磷酸铝镁胶黏剂，再加入三氧化二铁、氧化锌、氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、木质素、改性二氧化钛和改性碳化硼，搅拌均匀，即得。

本发明采用磷酸铝镁作为粘结剂基体，加入纳米氧化锌和热处理后的三氧化二铁作为固化剂，以氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、木质素、改性二氧化钛和碳化硼作为混合基料制得粘结剂，具有良好的耐高温性能和高温粘结强度。

具体实施方式

实施例1

一种磷酸盐耐高温粘结剂，原料以重量份计包括：磷酸二氢铝40份，磷酸二氢镁5份，三氧化二铁1份，氧化锌0.5份，氮化铝12份，石棉粉4份，三氧化二铬3份，木质素1份，改性二氧化钛5份，改性碳化硼21份；

所述改性碳化硼掺杂有5wt.%硅藻土的碳化硼；

所述改性二氧化钛是采用3wt.%钛酸酯偶联剂进行表面改性的二氧化钛。

其中，所述三氧化二铁是经过800℃热处理的；所述氧化锌的平均粒径在500-700nm；所述氮化铝的粒度在200目；所述石棉粉的粒度在80目。

上述磷酸盐耐高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将碳化硼和硅藻土混合，加入0.1倍重量的10wt.%的氢氧化钠溶液，球磨，烘干后得到改性碳化硼；

步骤2，将二氧化钛粉末和偶联剂混合，超声分散，烘干后得到改性二氧化钛；

步骤3，在搅拌条件下将氢氧化铝和氧化镁混合粉末加至浓硫酸中，加热搅拌，得到磷酸铝镁胶黏剂，再加入三氧化二铁、氧化锌、氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、木质素、改性二氧化钛和改性碳化硼，搅拌均匀，即得。

实施例2

一种磷酸盐耐高温粘结剂，原料以重量份计包括：磷酸二氢铝43份，磷酸二氢镁6份，三氧化二铁1.1份，氧化锌0.6份，氮化铝13份，石棉粉5份，三氧化二铬4份，木质素1.6份，改性二氧化钛7份，改性碳化硼23份；

所述改性碳化硼掺杂有6wt.%硅藻土的碳化硼；

所述改性二氧化钛是采用4wt.%钛酸酯偶联剂进行表面改性的二氧化钛。

其中，所述三氧化二铁是经过800℃热处理的；所述氧化锌的平均粒径在500-700nm；所述氮化铝的粒度在200目；所述石棉粉的粒度在80目。

上述磷酸盐耐高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将碳化硼和硅藻土混合，加入0.1倍重量的10wt.%的氢氧化钠溶液，球磨，烘干后得到改性碳化硼；

步骤2，将二氧化钛粉末和偶联剂混合，超声分散，烘干后得到改性二氧化钛；

步骤3，在搅拌条件下将氢氧化铝和氧化镁混合粉末加至浓硫酸中，加热搅拌，得到磷酸铝镁胶黏剂，再加入三氧化二铁、氧化锌、氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、木质素、改性二氧化钛和改性碳化硼，搅拌均匀，即得。

实施例3

一种磷酸盐耐高温粘结剂，原料以重量份计包括：磷酸二氢铝47份，磷酸二氢镁8份，三氧化二铁1.4份，氧化锌0.7份，氮化铝14份，石棉粉7份，三氧化二铬6份，木质素2份，改性二氧化钛7份，改性碳化硼24份；

所述改性碳化硼掺杂有8wt.%硅藻土的碳化硼；

所述改性二氧化钛是采用4wt.%钛酸酯偶联剂进行表面改性的二氧化钛。

其中，所述三氧化二铁是经过800℃热处理的；所述氧化锌的平均粒径在500-700nm；所述氮化铝的粒度在400目；所述石棉粉的粒度在100目。

上述磷酸盐耐高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将碳化硼和硅藻土混合，加入0.1倍重量的10wt.%的氢氧化钠溶液，球磨，烘干后得到改性碳化硼；

步骤2，将二氧化钛粉末和偶联剂混合，超声分散，烘干后得到改性二氧化钛；

步骤3，在搅拌条件下将氢氧化铝和氧化镁混合粉末加至浓硫酸中，加热搅拌，得到磷酸铝镁胶黏剂，再加入三氧化二铁、氧化锌、氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、木质素、改性二氧化钛和改性碳化硼，搅拌均匀，即得。

实施例4

一种磷酸盐耐高温粘结剂，原料以重量份计包括：磷酸二氢铝50份，磷酸二氢镁10份，三氧化二铁1.5份，氧化锌0.8份，氮化铝15份，石棉粉8份，三氧化二铬7份，木质素3份，改性二氧化钛8份，改性碳化硼25份；

所述改性碳化硼掺杂有10wt.%硅藻土的碳化硼；

所述改性二氧化钛是采用5wt.%钛酸酯偶联剂进行表面改性的二氧化钛。

其中，所述三氧化二铁是经过800℃热处理的；所述氧化锌的平均粒径在500-700nm；所述氮化铝的粒度在400目；所述石棉粉的粒度在100目。

上述磷酸盐耐高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将碳化硼和硅藻土混合，加入0.1倍重量的10wt.%的氢氧化钠溶液，球磨，烘干后得到改性碳化硼；

步骤2，将二氧化钛粉末和偶联剂混合，超声分散，烘干后得到改性二氧化钛；

步骤3，在搅拌条件下将氢氧化铝和氧化镁混合粉末加至浓硫酸中，加热搅拌，得到磷酸铝镁胶黏剂，再加入三氧化二铁、氧化锌、氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、木质素、改性二氧化钛和改性碳化硼，搅拌均匀，即得。

实施例5

本实施例与实施例2的区别在于：未对碳化硼进行改性。

一种磷酸盐耐高温粘结剂，原料以重量份计包括：磷酸二氢铝43份，磷酸二氢镁6份，三氧化二铁1.1份，氧化锌0.6份，氮化铝13份，石棉粉5份，三氧化二铬4份，木质素1.6份，改性二氧化钛7份，碳化硼23份；

所述改性二氧化钛是采用4wt.%钛酸酯偶联剂进行表面改性的二氧化钛。

其中，所述三氧化二铁是经过800℃热处理的；所述氧化锌的平均粒径在500-700nm；所述氮化铝的粒度在200目；所述石棉粉的粒度在80目。

上述磷酸盐耐高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将碳化硼和硅藻土混合，加入0.1倍重量的10wt.%的氢氧化钠溶液，球磨，烘干后得到改性碳化硼；

步骤2，将二氧化钛粉末和偶联剂混合，超声分散，烘干后得到改性二氧化钛；

步骤3，在搅拌条件下将氢氧化铝和氧化镁混合粉末加至浓硫酸中，加热搅拌，得到磷酸铝镁胶黏剂，再加入三氧化二铁、氧化锌、氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、木质素、改性二氧化钛和改性碳化硼，搅拌均匀，即得。

实施例6

本实施例与实施例2的区别在于：未加入木质素。

一种磷酸盐耐高温粘结剂，原料以重量份计包括：磷酸二氢铝43份，磷酸二氢镁6份，三氧化二铁1.1份，氧化锌0.6份，氮化铝13份，石棉粉5份，三氧化二铬4份，改性二氧化钛7份，改性碳化硼23份；

所述改性碳化硼掺杂有6wt.%硅藻土的碳化硼；

所述改性二氧化钛是采用4wt.%钛酸酯偶联剂进行表面改性的二氧化钛。

其中，所述三氧化二铁是经过800℃热处理的；所述氧化锌的平均粒径在500-700nm；所述氮化铝的粒度在200目；所述石棉粉的粒度在80目。

上述磷酸盐耐高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将碳化硼和硅藻土混合，加入0.1倍重量的10wt.%的氢氧化钠溶液，球磨，烘干后得到改性碳化硼；

步骤2，将二氧化钛粉末和偶联剂混合，超声分散，烘干后得到改性二氧化钛；

步骤3，在搅拌条件下将氢氧化铝和氧化镁混合粉末加至浓硫酸中，加热搅拌，得到磷酸铝镁胶黏剂，再加入三氧化二铁、氧化锌、氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、改性二氧化钛和改性碳化硼，搅拌均匀，即得。

将实施例1至6所得粘结剂均匀涂覆在经过预处理的陶瓷片基体或不锈钢基体表面，然后将两块同种基体搭接得到粘接试样。制得的粘结剂粘接试样先于空气中风干24h，避免水分挥发过快，再于70℃的烘箱中烘干24h以使水分充分挥发，然后在140℃固化2h，然后分别在200℃、400℃、600℃、800℃、1000℃、1200℃下热处理2h，得到热处理后的粘结剂粘接试样，测定实施例1至6所得粘结剂的剪切强度。

本发明采用磷酸铝镁作为粘结剂基体，加入纳米氧化锌和热处理后的三氧化二铁作为固化剂，以氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、木质素、改性二氧化钛和碳化硼作为混合基料制得粘结剂，具有良好的耐高温性能和高温粘结强度。加热后的三氧化二铁，与磷酸的反应活性降低，使得形成的磷酸盐高分子聚合物更加完整，从而增加了磷酸盐胶黏剂的内聚力，粘结剂试样的剪切强度提高。碳化硼由于被氧化生成三氧化二硼所以可以改善粘结剂在800℃以上的粘接性能，但是温度超过1200℃时，三氧化二硼会挥发，导致粘接强度下降。本发明采用硅藻土对碳化硼进行改性，可减少三氧化二硼的挥发，有效提高粘结剂在1200℃以上的粘接性能。木质素的加入，可以改善粘结剂体系的结构，增强粘结剂组分的相互作用，从而提高粘结剂的耐高温性能和高温粘结强度。

Claims (7)

1.一种磷酸盐耐高温粘结剂，其特征在于：原料以重量份计包括：磷酸二氢铝40-50份，磷酸二氢镁5-10份，三氧化二铁1-1.5份，氧化锌0.5-0.8份，氮化铝12-15份，石棉粉4-8份，三氧化二铬3-7份，木质素1-3份，改性二氧化钛5-8份，改性碳化硼21-25份；

所述改性碳化硼掺杂有5-10wt.%硅藻土的碳化硼；

所述改性二氧化钛是采用3-5wt.%偶联剂进行表面改性的二氧化钛。

2.根据权利要求1所述的磷酸盐耐高温粘结剂，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、锆铝酸酯偶联剂中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的磷酸盐耐高温粘结剂，其特征在于：所述三氧化二铁是经过800℃热处理的。

4.根据权利要求1所述的磷酸盐耐高温粘结剂，其特征在于：所述氧化锌的平均粒径在500-700nm。

5.根据权利要求1所述的磷酸盐耐高温粘结剂，其特征在于：所述氮化铝的粒度在200-400目。

6.根据权利要求1所述的磷酸盐耐高温粘结剂，其特征在于：所述石棉粉的粒度在80-100目。

7.权利要求1所述的磷酸盐耐高温粘结剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，将碳化硼和硅藻土混合，加入0.1倍重量的10wt.%的氢氧化钠溶液，球磨，烘干后得到改性碳化硼；

步骤2，将二氧化钛和偶联剂混合，超声分散，烘干后得到改性二氧化钛；

步骤3，在搅拌条件下将氢氧化铝和氧化镁混合粉末加至浓硫酸中，加热搅拌，得到磷酸铝镁胶黏剂，再加入三氧化二铁、氧化锌、氮化铝、石棉粉、三氧化二铬、木质素、改性二氧化钛和改性碳化硼，搅拌均匀，即得。