可低温自固化的耐高温聚硼硅氮烷胶粘剂的制备及其粘接机理研究

With the development of aircraft toward long flight time and high Mach number speed, the high-temperature resistance (600℃) of normal organosilicone adhesive is diffcult to satisfy the higher applied temperature (above 1300℃). The optimum control of element composition and molecular structure of organosilicone adhesive is the effective method to elevate the applied temperature. Based on the element composition and molecular design of organosilicone precursor, a novel liquid polyborosilazane with active groups, which can be self-cured at low temperature, will be synthesized. The pyrolysis process and mass loss of the precursor will be controlled by adding multiphase fillers and optimizing heat-treatment technique. The strategy can not only guarantee the ceramic materials to join well at high temperature, but also exhibit excellent high-temperature strength. The work will focus on the molecular design and synthesis of the self-cured liquid polyborosilazane, the optimum control on the element composition of adhesive, the controllable mechanism of the defect and the adhesive mechanism during heat-treatment process. Thus, the aim about preparation of novel polyborosilazane adhesive with high-temperature resistant and low-temperature self-cured property will be achieved. The success of this work will not only develop the preparation method of organosilicone adhesive, but also enhance the application of organosilicone adhesive in high-temperature condition, which are important in theory and technique.

随着飞行器向长航时、高马赫数方向发展，常规有机硅胶粘剂较低的耐温性（600℃）已不能满足更高温度下（1300℃以上）的使用需求，而有机硅胶粘剂的元素组成和分子结构的优化控制是提高其使用温度的有效手段。本项目拟在元素组成和分子结构设计的基础上，合成含活性基团可低温自固化的新型液态聚硼硅氮烷有机硅先驱体聚合物，并通过复合填料的掺杂、热处理工艺的优化来调控先驱体聚合物的热分解过程和热解失重，使聚硼硅氮烷胶粘剂不仅能够实现对陶瓷材料的高温粘接，而且具有优良的高温力学性能。本项目将重点开展可自固化液态聚硼硅氮烷的分子结构控制与合成方法、胶粘剂元素组成的优化控制、胶粘剂热处理过程中的缺陷控制机制及其粘接机理等方面的研究，并最终实现可低温自固化耐高温聚硼硅氮烷胶粘剂制备的预定目标。本项目的成功将不仅丰富有机硅胶粘剂的制备方法，而且为实现有机硅胶粘剂的高温应用奠定重要理论和技术基础，具有重要意义。

针对长航时、高马赫数飞行器对耐高温（1300℃以上）有机胶粘剂的需求，本项目在元素组成和分子结构设计的基础上，合成了含活性基团可低温自固化的新型液态聚硼硅氮烷聚合物，以其为基体，并通过复合填料的掺杂、热处理工艺的优化调控先驱体聚合物的热分解过程和热解失重，使聚硼硅氮烷胶粘剂实现了对SiC陶瓷材料1600℃的高温粘接。.通过合成路线的设计、原料的选择和合成工艺的优化，合成了含活性基团可低温自固化的新型液态聚硼硅氮烷聚合物，先驱体的室温粘度在5~3000mPa•s范围内可调控，先驱体的陶瓷收率可达90wt%，在200℃处理2h可实现固化，该先驱体适用于高温胶粘剂的制备。以液态聚硼硅氮烷为基体，通过引入镍粉和铝粉，制备了聚硼硅氮烷胶粘剂，研究了聚硼硅氮烷及胶粘剂的固化工艺与机理、无机化机理，表征了陶瓷产物的组成、结构与性能。以烧结SiC陶瓷块为被粘材料，研究了胶粘剂的性能。聚硼硅氮烷室温剪切强度为5.1MPa，引入填料铝粉后，其室温剪切强度提高为8.8MPa，1000、1600℃处理后的强度达到11.4、7.9MPa。探索了胶粘剂在不同材料粘接上的应用，采用填料改性聚硼硅氮烷胶粘剂粘接了气凝胶隔热复合材料与钛合金、相变吸热材料，所得粘接样品具有良好的粘接性能和优异的耐温性能，有望在高温隔热材料构件上获得应用。.本项目突破了胶粘剂用液态聚硼硅氮烷的分子结构控制与合成方法，完成了胶粘剂元素组成的优化控制、胶粘剂的制备及其性能优化调控、胶粘剂热处理过程中的转变机理等研究，并最终实现了可低温自固化的耐1600℃高温聚硼硅氮烷胶粘剂制备的目标。本项目丰富了有机硅胶粘剂的制备方法，为有机硅胶粘剂的高温应用奠定了重要的理论和技术基础，对于满足国防和军工高温粘接材料的应用需求具有重要意义。