D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.05.044 第21卷第5期 北京科技大学学报 Vol.21 No.5 1999年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1999 用无机胶粘接金属和陶瓷 刘志甫 徐晓伟 李玉萍 张永杰 吴卫江 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要用无机胶粘接铝合金一陶瓷和钢一陶瓷，着重分析了任何调和比、膨张系数对拉剪强 度的影响等.在探讨了粘接机制的基础上，指出槽接情况下膨胀系数不是影响粘接强度的关键 因素. 关键词无机胶；粘接：金属：陶瓷 分类号TG49.3 无机胶粘剂有粘接强度高、耐高温、耐腐蚀 破坏试样非常困难，普通剪切强度测试设备难 等优点.用无机胶粘剂粘接金属与金属己得到 以直接使用，因此设计了一套简易抗拉剪切强 广泛的研究和应用，但用无机胶粘剂粘接金 度（拉剪强度）测试设备（如图1）.其中力F是由 属和陶瓷的研究报道极少，本文对此进行研究. 向容器中缓慢注水加载，然后称量总重得到，使 用时为减少加水量，我们采用了杠杆原理.粘接 1实验部分 强度由力F和粘接面积比来确定.这套简易测试 11无机胶粘剂的制备 设备不但操作简单，受外界影响小，而且由于加 无机胶粘剂由甲、乙、丙3种组分构成.其 力缓慢均匀，所测数据离散性小，重现性好. 中甲组分是把分析纯氧化铜经900℃高温处理 上固定端 得到的：乙组分是把质量分数为85%的磷酸加 金属试件 陶瓷试件 入一定量的氢氧化铝经240℃加热处理得到的： 槽接法粘接 丙组分是把ZO2、Al,O,、硼砂和钨酸钠按比例混 合，经高温处理得到的.把甲、乙、丙3组分按预 困 定比例调和，即可得到无机胶粘剂， 下一下端加力F 1.2实验过程 图1简易测试方法示意图 在制备出无机胶粘剂后，实验按下面工艺 为了验证用自制设备所测数据的可信性， 过程进行：工件处理→粘接一固化一性能测试. 我们先用该设备测试了市售CPS无机胶的粘结 性能测试是用自制设备测定无机胶粘剂采用槽 强度，并把所测数据与文献[1]用该CPS无机胶 接方式粘接时的拉剪强度.分别测定了铝合金- 所测数据进行了比较，结果由表1给出. 铝合金、铝合金-陶瓷、45钢-陶瓷的粘接强度 表中数据分别是由5组数据取平均值得到 以及45钢-陶瓷接头在高温下的粘接强度.根 的，由数据对比可见，自制设备测得的数据比用 据研究项目的要求，陶瓷试样是以200目刚玉 万能电子测试机测得的数据偏大，但数据稳定 和陶瓷结合剂为原料，经成型后在1000℃下烧 性更好.由表中数据还可以看出，均采用自制测 结得到的尺寸符合测试设备要求的陶瓷条， 试设备，我们所研制的无机胶比市售CPS无机 2试验结果及讨论 胶有更高的粘接强度， 2.2粘接铝合金-陶瓷和钢-陶瓷的实验结果 2.1测试方法 用自制无机胶分别粘接铝合金-陶瓷和45 由于陶瓷材料脆性大，要紧固把持而又不 钢-陶瓷，采用槽接方式，金属试件槽壁厚为 1999-03-22收稿李志甫男，24岁.顾士生 1cm,陶瓷试条与金属槽配合间隙取0.2mm.测 *北京市自然科学基金资助课题N0.3972010, 试结果如表2所示.第 21 卷 第 5 期 1 9 9 9 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s iyt o f S e i e n e e a n d eT e h n o l o gy B e ij i n g V心1 . 2 1 N o . 5 o e t . 19 9 9 用 无 机 胶 粘接 金 属 和 陶 瓷 刘 志 甫 徐 晓伟 李玉 萍 张永杰 吴 卫 江 北 京科 技大 学材 料科 学与工 程学 院 , 北 京 10 0 0 8 3 摘 要 用 无机 胶粘 接铝 合金 一 陶瓷和 钢 一 陶 瓷 , 着重 分析 了任何 调和 比 、 膨 胀系数 对拉 剪强 度 的 影响等 . 在探 讨 了粘 接机 制 的基础上 , 指 出槽接情 况下 膨胀 系数不 是影响粘接 强度 的关键 因素 . 关键 词 无 机胶 ; 粘接 : 金属 ; 陶瓷 分 类 号 T G 4 9 , 3 无机胶粘剂有粘接强 度高 、 耐高温 、 耐腐蚀 等优 点 . 用无机胶 粘剂粘接金 属 与金 属 已 得到 广泛 的研 究和 应用 〔,一 3] , 但 用无机胶 粘剂粘 接金 属 和 陶瓷 的研 究报道 极少 , 本文 对 此进行研究 . 1 实验部 分 1 . 1 无 机 胶粘 剂的 制备 无机 胶粘 剂 由 甲 、 乙 、 丙 3 种组分构 成 . 其 中甲组 分是 把分析纯 氧化铜经 9 0 ℃ 高温 处 理 得 到的 ; 乙 组分 是把 质量 分数 为 85 % 的磷 酸加 入一定 量的氢氧化铝经 2 4 0 ℃ 加热处 理得 到的 ; 丙 组 分 是 把 Z r O Z 、 1A 2 O , 、 硼 砂 和 钨酸 钠 按 比例混 合 , 经高温处 理得到 的 . 把 甲 、 乙 、 丙 3 组 分按预 定 比例 调 和 , 即可 得 到 无机胶 粘 剂 . L Z 实验 过 程 在制备 出 无 机胶 粘剂后 , 实验 按 下 面 工 艺 过程进行 : 工 件处 理 ~ 粘接 一 固 化 一 性 能 测 试 . 性能测试是用 自制设备测定无 机胶粘剂采 用槽 接方式粘接时 的拉剪强 度 . 分别 测 定 了铝 合 金一 铝 合 金 、 铝 合 金 一陶 瓷 、 45 “ 钢一 陶瓷 的 粘接 强度 以及 45 为钢 一 陶瓷 接头在 高温 下 的粘 接强 度 . 根 据研 究项 目的要 求 , 陶瓷 试样 是 以 2 0 目刚玉 和 陶瓷 结合剂为原料 , 经 成型 后 在 1 0 0 ℃ 下烧 结 得到的 尺 寸符 合 测 试设 备要 求的 陶 瓷 条 . 2 试验 结果 及 讨 论 破坏试样 非常困 难 , 普通 剪切 强 度测试设 备难 以直接使用 , 因此设计 了一 套简易抗拉剪切 强 度 (拉剪 强 度 )测试 设备 (如 图 1) . 其 中力 F 是 由 向容器 中缓慢注 水加载 , 然 后 称量 总重 得到 . 使 用 时 为减 少加 水量 , 我们 采用 了杠 杆原 理 . 粘接 强度 由力F 和 粘接面积 比来确定 . 这套简易测 试 设备 不但 操作 简单 , 受外 界 影 响 小 , 而 且 由于 加 力缓慢均匀 , 所测数据 离散性 小 , 重 现性好 . 上固定端 金属试 件 陶瓷试件 槽接法粘 接 .2 1 测 试 方法 由于 陶瓷 材料脆 性大 , 要 紧 固把 持而 又 不 19 9 9 一 0 -3 2 2 收稿 李志 甫 男 , 2 4 岁 . 硕 士 生 中 北京 市 自然 科学基 金资助 课题 困 。 . 3 9 7 2 0 10) ; 产沌一 下端加力F 图 1 简 易测 试方 法示意 图 为 了 验 证 用 自制设备 所测 数据 的可信 性 , 我们 先用 该 设 备测 试 了市售 C P S 无机胶的 粘结 强 度 , 并把 所测数据与文 献 【l] 用该 C P S 无 机胶 所 测 数据 进行 了 比较 , 结 果 由表 1 给 出 . 表 中数据 分别是 由 5 组 数 据取 平 均值得 到 的 . 由数据 对 比可 见 , 自制设 备测 得的 数据 比 用 万 能 电子 测 试机测 得 的 数 据 偏大 , 但数 据 稳定 性更 好 . 由表中数据 还 可 以看 出 , 均采用 自制测 试 设 备 , 我们 所研 制 的无机胶 比市售 C P S 无机 胶有 更 高的粘接强 度 . .2 2 粘 接铝合金一 陶 瓷和 钢一 陶瓷 的实验 结果 用 自制无机胶分 别 粘接铝 合 金一 陶瓷 和 45 ” 钢 一 陶瓷 . 采用槽 接方式 , 金 属试 件槽 壁厚为 I c m , 陶瓷试条与金属槽配合 间隙取 .0 2 m m . 测 试结 果 如 表 2 所 示 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 05. 044