1. Auswahl und Vorbehandlung von Siliziumkarbid
(1) Auswahl des Partikeltyps
Partikelgröße: Wählen Sie je nach Anforderungen an die Verschleißfestigkeit unterschiedliche Maschenweiten (normalerweise 200 bis 2000 Maschen):
Grobe Partikel (50–200 μm): werden in Szenarien mit hoher Stoßbelastung verwendet (z. B. Beschichtungen für Bergbauausrüstung).
Feine Partikel (1~50μm): werden für feine verschleißfeste Schichten verwendet (z. B. Präzisions-Gleitringdichtungen).
Nanoskala (<1 μm): verbessert die Dichte und Oberflächenbeschaffenheit des Verbundwerkstoffs.
Morphologie:
Kantige Partikel: verbessern die mechanische Verzahnung und erhöhen den Reibungskoeffizienten.
Sphärische Partikel: verbessern die Fließfähigkeit und reduzieren die innere Spannung des Klebstoffs.
(2) Oberflächenmodifizierung
Um die Kompatibilität mit der Klebstoffmatrix zu verbessern, muss SiC oberflächenbehandelt werden:
Behandlung mit Silan-Haftvermittlern (wie KH-550, KH-560): Verbessern Sie die Grenzflächenbindungsstärke mit organischen Klebstoffen wie Epoxidharz und Polyurethan.
Säurewäsche/Alkaliwäsche: Entfernt Oberflächenoxide und verbessert die Aktivität.
Plasmabehandlung: Geeignet für Hochleistungs-Nanokomposite.
2. Zugabemethode und Formelgestaltung
(1) Direktmischmethode
Schritte: SiC-Partikel und Klebstoffmatrix (wie Epoxidharz, Polyurethan) durch mechanisches Rühren oder Ultraschalldispersion gleichmäßig mischen.
Zugabeverhältnis:
Geringe Belastung (5 % – 15 %): Behält die Flexibilität des Klebstoffs bei, geeignet für dünne Beschichtungen.
Hohe Belastung (30 % – 60 %): Verbessert die Verschleißfestigkeit erheblich, es sind jedoch Härtungsmittel (wie Gummipartikel) erforderlich, um Sprödbruch zu verhindern.
(2) Gradientenverteilungsdesign
Mehrschichtbeschichtung: Zuerst wird eine Schicht mit hohem SiC-Gehalt (Verschleißfestigkeit) auf die Substratoberfläche aufgetragen, dann eine Schicht mit niedrigem Gehalt (Härtung).
Zentrifugales Sedimentieren: Durch Zentrifugalkraft wird SiC vor dem Aushärten auf der Oberfläche angereichert (geeignet für dicke Beschichtungen).
(3) Verbundverstärkungssystem
Zusammenarbeit mit anderen Füllstoffen:
SiC + Graphit: Reduziert den Reibungskoeffizienten, geeignet für selbstschmierende Beschichtungen.
SiC + Kohlefaser: Verbessern die Schlagfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit.
3. Optimierung des Aushärtungsprozesses
Temperaturkontrolle:
Epoxidharzsystem: Durch Aushärten bei 80–150 °C kann die SiC-Sedimentation reduziert werden.
Polyurethansystem: Die Aushärtung bei Raumtemperatur erfordert eine längere Rührzeit, um eine Partikelagglomeration zu verhindern.
Druckunterstützung: Durch Heißpressen (z. B. 5–10 MPa) kann die SiC-Fülldichte erhöht werden.
4. Anwendungsszenarien und typische Fälle
(1) Industrielle verschleißfeste Beschichtung.
Auskleidung von Transportpipelines: Durch Zugabe von 40 % SiC-Epoxidkleber kann die Lebensdauer der Verschleißfestigkeit um das 3- bis 5-fache erhöht werden.
Bergbaumaschinen: Polyurethan/SiC-Verbundbeschichtung (50 % Belastung) weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Sand- und Kiesverschleiß auf.
(2)
Das mit Nano-SiC (10 % bis 20 %) modifizierte Silikonkautschuk-Dichtmittel für die Luft- und Raumfahrt ist beständig gegen hohe Temperaturen (600 °C) und Verschleiß.
(3) Im Kfz-Bremsenklebstoff
wird SiC mit Aramidfasern vermischt und zur Reduzierung des thermischen Zerfalls als Bremsbelagträger verwendet.
5. Häufige Probleme und Lösungen
Problem 1: Partikelsedimentation
Lösung: Gasphasen-SiO₂ oder Zelluloseverdicker hinzufügen oder eine thixotrope Klebstoffmatrix verwenden.
Problem 2: Schwache Grenzflächenbindung
Lösung: Verwenden Sie eine Haftvermittlerbehandlung oder eine In-situ-Polymerisation, um SiC zu beschichten.
Problem 3: Erhöhte Viskosität
Lösung: Optimieren Sie die Partikelgrößenklassifizierung (gemischte grobe + feine Partikel) oder fügen Sie Verdünnungsmittel hinzu.
Zusammenfassung:
Der Hauptvorteil von Siliziumkarbid in verschleißfesten Klebstoffen liegt in seiner Härte (Mohs 9,2) und thermischen Stabilität (>1600 °C). Durch gezielte Auswahl der Partikelparameter, Oberflächenmodifizierung und Prozessgestaltung können Verschleißfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit und mechanische Festigkeit des Klebstoffs deutlich verbessert werden, sodass er für extreme Arbeitsbedingungen wie hohe Belastungen und hohe Temperaturen geeignet ist. In der Praxis ist es notwendig, Verschleißfestigkeit und Matrixzähigkeit in Einklang zu bringen, um Rissbildung durch Überfüllung zu vermeiden.