1. Lựa chọn và xử lý sơ bộ silic cacbua
(1) Lựa chọn loại hạt
Kích thước hạt: Chọn các kích thước lưới khác nhau (thường là 200 lưới đến 2000 lưới) theo yêu cầu về khả năng chống mài mòn:
Các hạt thô (50~200μm): được sử dụng trong các tình huống mài mòn do va đập mạnh (như lớp phủ thiết bị khai thác mỏ).
Các hạt mịn (1~50μm): được sử dụng cho các lớp chống mài mòn mịn (như phớt cơ khí chính xác).
Kích thước nano (<1μm): cải thiện mật độ và bề mặt hoàn thiện của vật liệu composite.
Hình thái:
Các hạt góc: tăng cường sự liên kết cơ học và tăng hệ số ma sát.
Các hạt hình cầu: cải thiện tính lưu động và giảm ứng suất bên trong của chất kết dính.
(2) Sửa đổi bề mặt
Để cải thiện khả năng tương thích với ma trận kết dính, SiC cần được xử lý bề mặt:
Xử lý bằng chất kết dính silan (như KH-550, KH-560): Tăng cường độ liên kết giao diện bằng chất kết dính hữu cơ như nhựa epoxy và polyurethane.
Rửa axit/rửa kiềm: Loại bỏ oxit bề mặt và cải thiện hoạt động.
Xử lý plasma: Thích hợp cho vật liệu nanocomposite hiệu suất cao.
2. Phương pháp bổ sung và thiết kế công thức
(1) Phương pháp trộn trực tiếp
Các bước: Trộn đều các hạt SiC và chất kết dính (như nhựa epoxy, polyurethane) bằng cách khuấy cơ học hoặc phân tán siêu âm.
Tỷ lệ bổ sung:
Tải trọng thấp (5%~15%): Duy trì độ linh hoạt của keo, thích hợp cho lớp phủ mỏng.
Tải trọng cao (30%~60%): Cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn, nhưng cần có chất làm cứng (như hạt cao su) để ngăn ngừa nứt giòn.
(2) Thiết kế phân bố độ dốc
Lớp phủ nhiều lớp: trước tiên phủ một lớp có hàm lượng SiC cao (chống mài mòn) lên bề mặt nền, sau đó phủ một lớp có hàm lượng thấp (làm cứng).
Lắng ly tâm: Sử dụng lực ly tâm để làm giàu SiC trên bề mặt trước khi đóng rắn (thích hợp cho lớp phủ dày).
(3) Hệ thống gia cường composite
Hợp tác với các chất độn khác:
SiC + graphite: Giảm hệ số ma sát, thích hợp cho lớp phủ tự bôi trơn.
SiC + sợi carbon: Cải thiện khả năng chống va đập và độ dẫn nhiệt.
3. Tối ưu hóa quá trình đóng rắn
Kiểm soát nhiệt độ:
Hệ thống nhựa Epoxy: Đóng rắn ở nhiệt độ 80~150℃ có thể làm giảm sự lắng đọng SiC.
Hệ thống polyurethane: Quá trình đóng rắn ở nhiệt độ phòng đòi hỏi thời gian khuấy kéo dài để ngăn ngừa hiện tượng kết tụ các hạt.
Hỗ trợ áp suất: Ép nóng (như 5~10MPa) có thể làm tăng mật độ lấp đầy SiC.
4. Kịch bản ứng dụng và trường hợp điển hình
(1) Lớp phủ chống mài mòn công nghiệp
Lớp lót đường ống vận chuyển: Thêm 40% keo epoxy SiC có thể tăng tuổi thọ chống mài mòn lên 3~5 lần.
Máy móc khai thác: Lớp phủ composite Polyurethane/SiC (tải trọng 50%) có khả năng chống mài mòn tuyệt vời do cát và sỏi.
(2) Keo trám khe hàng không vũ trụ
Nano-SiC (10%~20%) cao su silicone biến tính có khả năng chịu nhiệt độ cao (600℃) và chống mài mòn.
(3) Keo dán phanh ô tô
SiC được pha trộn với sợi aramid và được sử dụng làm lớp lót má phanh để giảm sự phân hủy nhiệt.
5. Các vấn đề thường gặp và giải pháp
Vấn đề 1: Lắng đọng hạt
Giải pháp: Thêm chất làm đặc SiO₂ dạng khí hoặc xenlulo, hoặc sử dụng chất kết dính lưu biến.
Vấn đề 2: Liên kết giao diện yếu
Giải pháp: Sử dụng phương pháp xử lý tác nhân liên kết hoặc trùng hợp tại chỗ để phủ SiC.
Vấn đề 3: Độ nhớt tăng
Giải pháp: Tối ưu hóa việc phân loại kích thước hạt (hỗn hợp hạt thô + hạt mịn) hoặc thêm chất pha loãng.
Tóm tắt
Giá trị cốt lõi của silicon carbide trong keo dán chịu mài mòn nằm ở độ cứng (Mohs 9.2) và độ ổn định nhiệt (>1600℃). Bằng cách lựa chọn hợp lý các thông số hạt, cải tiến bề mặt và thiết kế quy trình, khả năng chống mài mòn, độ dẫn nhiệt và độ bền cơ học của keo dán có thể được cải thiện đáng kể, phù hợp với các điều kiện làm việc khắc nghiệt như tải trọng nặng và nhiệt độ cao. Trong các ứng dụng thực tế, cần cân bằng giữa khả năng chống mài mòn và độ bền ma trận để tránh nứt do quá tải.