環氧樹脂膠粘劑粘結的Al2O3/Al層狀複合材料

2020-12-08 慧聰網

    慧聰塗料原料網訊:以環氧樹脂膠粘劑為粘結劑，採用簡單的常溫模壓方法，在5MPa下經常溫固化製備了Al2O3/Al層狀複合陶瓷材料，考察了環氧樹脂和固化劑質量比為1∶0．7、1∶0．8、1∶0．9和1∶1．0時膠粘劑的粘結強度．結果顯示:當環氧樹脂和固化劑的質量比為1∶0．8時，膠粘劑的粘結強度最大;在粘結接頭中間添加不同表面研磨處理的鋁薄片後，當進行單向研磨時環氧樹脂膠粘劑的粘結強度較大．層狀複合材料的顯微結構顯示，該複合材料的層間結合緊密;力學性能測試表明，該複合材料的抗彎強度雖比氧化鋁稍低，但斷裂韌性和斷裂功得到了較大的提高，這得益於裂紋擴展過程中形成的多裂紋特徵．

    李偉信、陸穎、謝明、貴殷、昊東饒、平根(華南理工大學材料科學與工程學院，廣東廣州510640)

    關鍵詞:氧化鋁;鋁;層狀複合材料;環氧樹脂;模壓

    中圖分類號:TQ174doi:10．3969/j．issn．1000-565X．2013．02．019

    氧化鋁陶瓷材料作為一種重要的結構材料，具有耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、耐磨損、強度高、硬度高等許多優異的性能，但其固有的脆性特徵制約了其進一步發展和大規模工程應用．層狀複合材料的出現為陶瓷的增韌提供了一條新的途徑，在過去的30多年，層狀複合材料得到了越來越多的關注［1-3］．目前，主要研究的陶瓷基層狀複合材料體系有陶瓷/陶瓷［4-6］、陶瓷/金屬［7-8］和陶瓷/有機複合材料［9-10］體系．各種體系在製備工藝、補強增韌機制、潛在使用範圍等方面都具有較大的差異．陶瓷/陶瓷層狀複合材料和陶瓷/金屬層狀複合材料通常採用預製層疊放成形［11］、乾粉分層敷放成形［12］、基片塗覆漿成形［13-14］等方法成形，然後經熱壓燒結或放電等離子燒結製備，陶瓷/陶瓷層狀複合材料主要通過引入弱結合層、層內應力等手段引起層間剝離、裂紋偏轉、分支等來達到韌化效果;陶瓷/金屬層狀複合材料主要通過金屬夾層的塑性變形引起裂紋在夾層界面鈍化、捕獲、橋連等，從而發生多裂紋斷裂，提高層狀複合材料的斷裂韌性和斷裂功．由於陶瓷/陶瓷層狀複合材料和陶瓷/金屬層狀複合材料採用的材料通常都能承受較高的溫度，而且通常在高溫、高壓等條件下製備，因而可在較高的溫度下使用．陶瓷/有機複合材料體系由於引入了高分子材料作為夾層材料，因此不可能採用高溫燒結的方法來製備，而是通過常溫或者低溫熱處理使高分子材料固化而成，若在有機夾層中引入纖維或織物複合材料，則在層狀複合材料斷裂時會發生纖維斷裂、纖維拔出，從而增大層狀複合材料的斷裂功．有機成分的使用也限制了其層狀複合材料只能在常溫或者較低溫度範圍內使用．

    在前期工作中，筆者曾採用絲網印刷法在氧化鋁基片上刷塗金屬鋁漿料，然後經疊層熱處理製備了Al2O3/Al層狀複合陶瓷材料，發現熱處理後的夾層存在許多缺陷［13-14］;而採用氧化鋁片和鋁薄片交替疊層後熱壓製備的Al2O3/Al層狀複合陶瓷材料夾層厚度較薄且不可控［15］．文中結合陶瓷材料、金屬材料和有機樹脂材料的各自特點，採用環氧樹脂膠粘劑將氧化鋁片和鋁薄片逐層粘接，並通過常溫模壓方法，利用它們的協同作用製備了一種混合層狀複合材料，同時對該層狀複合材料的力學性能和顯微結構進行了測試和分析．

    1·實驗

    1．1實驗材料

    以環氧樹脂膠粘劑為粘結劑，採用模壓的方法製備了Al2O3/Al層狀複合材料．基體材料氧化鋁基片購自珠海粵科京華電子陶瓷有限公司，尺寸為70mm×60mm×0．635mm．鋁薄片作為層狀複合材料的延性夾層，厚度為0．1mm．氧化鋁基片和鋁薄片的具體規格參數詳見文獻［15］．環氧樹脂雙組分膠粘劑購自南寶樹脂有限公司，主要成分為環氧樹脂和聚醯胺固化劑．

    為了選擇合適的環氧樹脂和固化劑比例，採用單搭接膠接接頭的剪切強度測試作為表徵的方法，分別進行了環氧樹脂和固化劑質量比為1∶0．7、1∶0．8、1∶0．9和1∶1．0時膠粘劑的粘結強度測試，具體的測試方法見文獻［13］．粘結接頭的製備有兩種形式:純粹用膠粘劑將兩片氧化鋁搭接成接頭和在接頭內添加相同面積的鋁薄片．為研究不同表面研磨處理對接頭粘結強度的影響，將鋁薄片分為未研磨處理、單向研磨處理和雙向研磨處理3種情況．

    1．2試樣的製備和表徵

    將鋁薄片用360#砂紙分別沿單方向和互相垂直的兩個方向研磨以獲得粗糙的表面，處理後置於蒸餾水中超聲清洗15min．未研磨、雙向研磨、單向研磨的粗糙度(Ra)分別為0．78、1．79和1．92μm．製備層狀複合材料的具體步驟如下:①將環氧樹脂膠粘劑按1∶0．8的樹脂和固化劑質量比混合均勻，置於真空乾燥箱中脫泡20min;②將配好的膠粘劑塗覆於氧化鋁基片上，放置一層鋁薄片後塗覆膠粘劑，然後再放置一層氧化鋁基片，如此重複直至第7層氧化鋁基片;③將步驟②中的疊層結構置於自製的模具中，在5MPa下模壓2h;④撤去壓力，脫模後的層狀複合材料在空氣中放置96h，待完全固化後用於測試．

責任編輯：王彩茹

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