1. Отбор и предварительная обработка карбида кремния
(1) Выбор типа частиц
Размер частиц: выберите различные размеры ячеек (обычно от 200 до 2000 ячеек) в соответствии с требованиями к износостойкости:
Крупные частицы (50–200 мкм): используются в условиях сильного ударного износа (например, в покрытиях горнодобывающего оборудования).
Мелкие частицы (1~50 мкм): используются для тонких износостойких слоев (например, прецизионных механических уплотнений).
Наномасштаб (<1 мкм): улучшает плотность и качество поверхности композитного материала.
Морфология:
Угловатые частицы: улучшают механическое сцепление и повышают коэффициент трения.
Сферические частицы: улучшают текучесть и снижают внутренние адгезионные напряжения.
(2) Модификация поверхности
Для улучшения совместимости с адгезионной матрицей необходимо обработать поверхность SiC:
Обработка силановым связующим веществом (например, KH-550, KH-560): повышает прочность сцепления поверхностей с органическими клеями, такими как эпоксидная смола и полиуретан.
Кислотная промывка/щелочная промывка: удаление поверхностных оксидов и повышение активности.
Плазменная обработка: подходит для высокопроизводительных нанокомпозитов.
2. Метод добавления и разработка формулы
(1) Метод прямого смешивания
Шаги: Равномерно смешайте частицы SiC и адгезивную матрицу (например, эпоксидную смолу, полиуретан) путем механического перемешивания или ультразвукового диспергирования.
Коэффициент сложения:
Низкая нагрузка (5%~15%): сохраняет эластичность клея, подходит для тонких покрытий.
Высокая нагрузка (30–60 %): Значительно повышает износостойкость, но для предотвращения хрупкого растрескивания требуются упрочняющие агенты (например, частицы резины).
(2) Конструкция с градиентным распределением.
Многослойное покрытие: сначала на поверхность подложки наносится слой с высоким содержанием SiC (износостойкость), затем наносится слой с низким содержанием SiC (упрочнение).
Центробежное осаждение: используйте центробежную силу для обогащения SiC на поверхности перед отверждением (подходит для толстых покрытий).
(3) Композитная армирующая система
Взаимодействие с другими наполнителями:
SiC + графит: снижает коэффициент трения, подходит для самосмазывающихся покрытий.
SiC + углеродное волокно: улучшение ударопрочности и теплопроводности.
3. Оптимизация процесса отверждения.
Контроль температуры:
Система эпоксидной смолы: отверждение при температуре 80~150℃ может уменьшить осаждение SiC.
Полиуретановая система: Для отверждения при комнатной температуре требуется более длительное время перемешивания, чтобы предотвратить агломерацию частиц.
Увеличение давления: горячее прессование (например, 5–10 МПа) может увеличить плотность заполнения SiC.
4. Сценарии применения и типичные случаи
(1) Промышленное износостойкое покрытие.
Футеровка транспортных трубопроводов: добавление 40% эпоксидного клея SiC может увеличить срок службы износостойкого покрытия в 3–5 раз.
Горнодобывающая техника: Композитное покрытие из полиуретана/карбида кремния (нагрузка 50%) обладает превосходной стойкостью к истиранию под воздействием песка и гравия.
(2) Аэрокосмический герметик
на основе модифицированного силиконового каучука Nano-SiC (10%~20%) устойчив к высоким температурам (600℃) и износу.
(3) Автомобильный тормозной клей
SiC смешивается с арамидным волокном и используется в качестве основы тормозных колодок для уменьшения термического распада.
5. Распространенные проблемы и решения
Проблема 1: Осаждение частиц
Решение: Добавить газообразный загуститель SiO₂ или целлюлозный загуститель, или использовать тиксотропную клеевую матрицу.
Проблема 2: Слабое сцепление интерфейса
Решение: Для покрытия SiC используйте обработку связующим веществом или полимеризацию на месте.
Проблема 3: Повышенная вязкость
Решение: Оптимизировать гранулометрический состав (смешанные крупные и мелкие частицы) или добавить разбавитель.
Резюме.
Ключевая ценность карбида кремния в износостойких клеях заключается в его твёрдости (9,2 по шкале Мооса) и термостойкости (>1600 ℃). Рациональный выбор параметров частиц, модификации поверхности и разработки технологического процесса позволяет значительно повысить износостойкость, теплопроводность и механическую прочность клея, делая его пригодным для экстремальных условий эксплуатации, таких как высокие нагрузки и высокие температуры. На практике необходимо обеспечить баланс между износостойкостью и прочностью матрицы, чтобы избежать растрескивания, вызванного переполнением.