中國民航大學(xué)本科生團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種適用于氧化鋯與鈦合金專用耐高溫膠。該膠黏劑最高耐溫可達(dá)1200℃，室溫至1100℃范圍內(nèi)的粘接強(qiáng)度均高于5兆帕，很好地解決了陶瓷合金之間的高溫粘接技術(shù)難題，在航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。該成果近日發(fā)表在國際期刊《今日材料通訊》上，并授權(quán)國家發(fā)明專利。
據(jù)了解，隨著航空航天科技的重大突破，眾多超高音速飛行器應(yīng)運(yùn)而生。高超音速飛機(jī)在機(jī)身前緣與發(fā)動機(jī)周圍艙壁部位存在的熱防護(hù)問題，一直是制約飛機(jī)速度與安全的重要因素。
陶瓷基復(fù)合材料是實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)的重要部件，其與金屬部件的組合可通過互補(bǔ)方式來實(shí)現(xiàn)飛行器的有效防護(hù)。然而，機(jī)械連接、焊接、釬焊、傳統(tǒng)膠接等常規(guī)方式，難以保障陶瓷與合金大型部件在極端高溫環(huán)境的有效連接，而極具潛力的耐高溫膠接技術(shù)在陶瓷與合金連接方面存在空白。
中國民航大學(xué)本科生團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、材料物理專業(yè)的陳兆立介紹，耐高溫膠接是實(shí)現(xiàn)高溫部件制備、熱防護(hù)系統(tǒng)安裝和修補(bǔ)的重要途徑，而目前耐高溫膠多適用于陶瓷，無法適用于合金。面對航空航天日益苛刻的高溫環(huán)境，研發(fā)陶瓷與合金連接用耐高溫膠的需求迫在眉睫，且意義十分重大。
針對陶瓷與合金之間無法鍵合，理化性質(zhì)尤其是熱膨脹差異大而難以實(shí)現(xiàn)高溫連接這一技術(shù)瓶頸，陳兆立帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，利用溶膠凝膠包覆高活性多元金屬粉預(yù)制技術(shù)，改進(jìn)了硅樹脂基膠黏劑制備工藝，實(shí)現(xiàn)了合金化對耐高溫膠陶瓷化進(jìn)程的可控調(diào)控。通過膠層共價(jià)鍵與金屬鍵的共存，解決了陶瓷與合金無法化學(xué)相容的瓶頸。同時(shí)，通過熱膨脹系數(shù)可控調(diào)節(jié)，最終突破熱膨脹系數(shù)差異大的壁壘，實(shí)現(xiàn)了熱應(yīng)力的有效緩和。
最終，該團(tuán)隊(duì)成功地研發(fā)出可為氧化鋯陶瓷與鈦/鎳合金在室溫至1100℃提供5兆帕及以上粘接強(qiáng)度的新型耐高溫膠產(chǎn)品，顯示出良好的高溫機(jī)械性能，具有良好的熱穩(wěn)定性與抗氧化性。該產(chǎn)品還適用于鈦/鎳合金與氧化鋁纖維布/氈、氣凝膠、高溫玻璃之間的連接。
據(jù)了解，目前研發(fā)產(chǎn)品已應(yīng)用于航天材料與工藝研究所、天津大學(xué)材料學(xué)院、華中科技大學(xué)“智能制造裝備與技術(shù)”全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等多家單位的預(yù)研項(xiàng)目中，包括柔性傳感器的搭建，隔熱氈的安裝等。陳兆立表示，未來該產(chǎn)品有望在空天飛機(jī)、高超音速民機(jī)、高超音速變軌導(dǎo)彈、核電站熱防護(hù)、鋰電池?zé)崾Э胤雷o(hù)等多領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。
