۱. انتخاب و پیش تصفیه کاربید سیلیکون
(1) انتخاب نوع ذره
اندازه ذرات: اندازه‌های مختلف مش (معمولاً از ۲۰۰ مش تا ۲۰۰۰ مش) را بر اساس الزامات مقاومت در برابر سایش انتخاب کنید:
ذرات درشت (50 تا 200 میکرومتر): در سناریوهای سایش با ضربه بالا (مانند پوشش تجهیزات معدن) استفاده می‌شوند.
ذرات ریز (1 تا 50 میکرومتر): برای لایه‌های مقاوم در برابر سایش ریز (مانند آب‌بندهای مکانیکی دقیق) استفاده می‌شوند.
نانومقیاس (<1μm): چگالی و سطح نهایی ماده کامپوزیت را بهبود می‌بخشد.
ریخت‌شناسی:
ذرات زاویه‌دار: باعث افزایش قفل شدن مکانیکی و افزایش ضریب اصطکاک می‌شوند.
ذرات کروی: سیالیت را بهبود بخشیده و تنش داخلی چسب را کاهش می‌دهند.
(2) اصلاح سطح
برای بهبود سازگاری با ماتریس چسب، SiC نیاز به عملیات سطحی دارد:
عملیات با عامل اتصال سیلان (مانند KH-550، KH-560): استحکام پیوند بین سطحی را با چسب‌های آلی مانند رزین اپوکسی و پلی اورتان افزایش دهید.
شستشوی اسیدی/شستشوی قلیایی: حذف اکسیدهای سطحی و بهبود فعالیت.
عملیات پلاسما: مناسب برای نانوکامپوزیت‌های با کارایی بالا.
2. روش افزایشی و طراحی فرمول
(1) روش اختلاط مستقیم
مراحل: ذرات SiC و ماتریس چسب (مانند رزین اپوکسی، پلی اورتان) را به طور یکنواخت با همزن مکانیکی یا پراکندگی اولتراسونیک مخلوط کنید.
نسبت جمع:
بار کم (5%~15%): حفظ انعطاف‌پذیری چسب، مناسب برای پوشش‌های نازک.
بار زیاد (30٪ ~ 60٪): مقاومت در برابر سایش را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد، اما برای جلوگیری از ترک خوردگی ترد، به عوامل سفت کننده (مانند ذرات لاستیک) نیاز است.
(2) طراحی توزیع گرادیان
پوشش چند لایه: ابتدا یک لایه با محتوای SiC بالا (مقاومت در برابر سایش) روی سطح زیرلایه اعمال کنید، سپس یک لایه با محتوای SiC کم (سخت‌کننده) اعمال کنید.
رسوب گریز از مرکز: از نیروی گریز از مرکز برای غنی‌سازی SiC روی سطح قبل از پخت استفاده کنید (مناسب برای پوشش‌های ضخیم).
(3) سیستم تقویت کامپوزیت
همکاری با سایر پرکننده‌ها:
گرافیت SiC +: کاهش ضریب اصطکاک، مناسب برای پوشش‌های خود روان‌کننده.
الیاف کربن SiC +: بهبود مقاومت در برابر ضربه و رسانایی حرارتی.
۳. بهینه‌سازی فرآیند پخت
کنترل دما:
سیستم رزین اپوکسی: پخت در دمای 80 تا 150 درجه سانتیگراد می‌تواند رسوب SiC را کاهش دهد.
سیستم پلی اورتان: پخت در دمای اتاق نیاز به زمان هم زدن طولانی دارد تا از تجمع ذرات جلوگیری شود.
کمک فشار: پرس گرم (مانند 5 تا 10 مگاپاسکال) می‌تواند چگالی پر شدن SiC را افزایش دهد.
۴. سناریوهای کاربردی و موارد معمول
(۱) پوشش مقاوم در برابر سایش صنعتی
پوشش خطوط لوله حمل و نقل: افزودن ۴۰٪ چسب اپوکسی SiC می‌تواند عمر مقاومت در برابر سایش را ۳ تا ۵ برابر افزایش دهد.
ماشین آلات معدن: پوشش کامپوزیتی پلی اورتان/SiC (با بار ۵۰٪) مقاومت بسیار خوبی در برابر سایش شن و ماسه دارد.
(2) درزگیر هوافضا،
لاستیک سیلیکونی اصلاح‌شده با نانوسیلیکات (10%~20%)، در برابر دمای بالا (600℃) و سایش مقاوم است.
(3) چسب ترمز خودرو
SiC با الیاف آرامید مخلوط شده و برای پشت لنت ترمز استفاده می‌شود تا پوسیدگی حرارتی را کاهش دهد.
۵. مشکلات و راه‌حل‌های رایج
مشکل ۱: رسوب ذرات
راه حل: SiO₂ فاز گازی یا غلیظ کننده سلولزی اضافه کنید، یا از یک ماتریس چسب تیکسوتروپیک استفاده کنید.
مشکل ۲: اتصال ضعیف رابط
راه حل: برای پوشش دهی SiC از روش عامل اتصال دهنده یا پلیمریزاسیون درجا استفاده کنید.
مشکل ۳: افزایش ویسکوزیته
راه حل: دانه بندی اندازه ذرات را بهینه کنید (مخلوط ذرات درشت + ذرات ریز)، یا رقیق کننده اضافه کنید.
خلاصه
ارزش اصلی کاربید سیلیکون در چسب‌های مقاوم در برابر سایش در سختی (Mohs 9.2) و پایداری حرارتی (> 1600℃) آن نهفته است. با انتخاب منطقی پارامترهای ذرات، اصلاح سطح و طراحی فرآیند، مقاومت در برابر سایش، رسانایی حرارتی و استحکام مکانیکی چسب می‌تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد و آن را برای شرایط کاری شدید مانند بارهای سنگین و دماهای بالا مناسب سازد. در کاربردهای عملی، لازم است که مقاومت در برابر سایش و چقرمگی ماتریس متعادل شود تا از ترک خوردگی ناشی از پر شدن بیش از حد جلوگیری شود.