วิธีการเติมซิลิกอนคาร์ไบด์ลงในกาวที่ทนทานต่อการสึกหรอ

1. การคัดเลือกและการบำบัดเบื้องต้นของซิลิกอนคาร์ไบด์

(1) การเลือกชนิดของอนุภาค

ขนาดอนุภาค: เลือกขนาดตาข่ายที่แตกต่างกัน (โดยปกติ 200 เมชถึง 2,000 เมช) ตามข้อกำหนดด้านความต้านทานการสึกหรอ:

อนุภาคหยาบ (50~200μm): ใช้ในสถานการณ์การสึกหรอที่มีแรงกระแทกสูง (เช่น การเคลือบอุปกรณ์เหมืองแร่)

อนุภาคละเอียด (1~50μm): ใช้สำหรับชั้นทนทานต่อการสึกหรอละเอียด (เช่น ซีลเชิงกลที่มีความแม่นยำ)

ระดับนาโน (<1μm): ปรับปรุงความหนาแน่นและพื้นผิวสำเร็จของวัสดุคอมโพสิต

สัณฐานวิทยา:

อนุภาคเชิงมุม: ปรับปรุงการประสานกันทางกลและเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

อนุภาคทรงกลม: ปรับปรุงการไหลลื่นและลดความเครียดภายในของกาว

(2) การปรับเปลี่ยนพื้นผิว
เพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้กับเมทริกซ์กาว SiC จำเป็นต้องได้รับการบำบัดพื้นผิว:

การบำบัดด้วยสารจับคู่ไซเลน (เช่น KH-550, KH-560): เพิ่มความแข็งแรงของการยึดติดที่ส่วนต่อประสานด้วยกาวอินทรีย์ เช่น เรซินอีพอกซีและโพลียูรีเทน

การล้างด้วยกรด/การล้างด้วยด่าง: ขจัดออกไซด์บนพื้นผิวและปรับปรุงการทำงาน

การบำบัดด้วยพลาสม่า: เหมาะสำหรับนาโนคอมโพสิตประสิทธิภาพสูง

2. วิธีการเติมและการออกแบบสูตร
(1) ขั้นตอนวิธีการผสมโดยตรง
: ผสมอนุภาค SiC และเมทริกซ์กาว (เช่น เรซินอีพอกซี โพลียูรีเทน) อย่างสม่ำเสมอโดยการกวนทางกลหรือการกระจายอัลตราโซนิก

อัตราส่วนการบวก:

โหลดต่ำ (5%~15%): รักษาความยืดหยุ่นของกาว เหมาะสำหรับการเคลือบบางๆ

โหลดสูง (30%~60%): ปรับปรุงความทนทานต่อการสึกหรอได้อย่างมีนัยสำคัญ แต่ต้องใช้สารเพิ่มความเหนียว (เช่น อนุภาคยาง) เพื่อป้องกันการแตกร้าวแบบเปราะ

(2) การออกแบบการกระจายการไล่ระดับสี
การเคลือบหลายชั้น: ขั้นแรกให้ทาชั้นที่มีปริมาณ SiC สูง (ทนทานต่อการสึกหรอ) บนพื้นผิววัสดุพิมพ์ จากนั้นจึงทาชั้นที่มีปริมาณต่ำ (เสริมความแข็งแรง)

การตกตะกอนแบบแรงเหวี่ยง: ใช้แรงเหวี่ยงเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของ SiC บนพื้นผิวก่อนการบ่ม (เหมาะสำหรับการเคลือบหนา)

(3) ระบบเสริมแรงแบบผสม
ร่วมมือกับสารตัวเติมอื่น ๆ :

SiC + กราไฟท์: ลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน เหมาะสำหรับการเคลือบแบบหล่อลื่นตัวเอง

SiC + คาร์บอนไฟเบอร์: ปรับปรุงความทนทานต่อแรงกระแทกและการนำความร้อน

3. การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการบ่ม
การควบคุมอุณหภูมิ:

ระบบเรซินอีพอกซี: การบ่มที่อุณหภูมิ 80~150℃ สามารถลดการตกตะกอนของ SiC ได้

ระบบโพลียูรีเทน: การบ่มที่อุณหภูมิห้องต้องใช้เวลาในการกวนเป็นเวลานานเพื่อป้องกันการรวมตัวของอนุภาค

การช่วยเหลือด้านแรงดัน: การกดร้อน (เช่น 5~10MPa) สามารถเพิ่มความหนาแน่นในการบรรจุ SiC ได้

4. สถานการณ์การใช้งานและกรณีทั่วไป
(1) การเคลือบป้องกันการสึกหรอในอุตสาหกรรม
การบุผิวท่อขนส่ง: การเพิ่มกาวอีพอกซี SiC 40% สามารถเพิ่มอายุการต้านทานการสึกหรอได้ 3~5 เท่า

เครื่องจักรทำเหมือง: การเคลือบคอมโพสิตโพลียูรีเทน/SiC (รับน้ำหนัก 50%) มีความทนทานต่อการสึกหรอจากทรายและกรวดได้ดีเยี่ยม

(2)
ยางซิลิโคนดัดแปลง Nano-SiC (10%~20%) สำหรับซีลแลนท์อากาศยาน ทนทานต่ออุณหภูมิสูง (600℃) และการสึกหรอ

(3) กาวติดเบรกยานยนต์
SiC ผสมกับเส้นใยอะรามิดและใช้เป็นตัวรองรับผ้าเบรกเพื่อลดการสลายตัวจากความร้อน

5. ปัญหาและแนวทางแก้ไขที่พบบ่อย
ปัญหาที่ 1: การตกตะกอนของอนุภาค

วิธีแก้ไข: เติม SiO₂ ที่เป็นก๊าซหรือสารเพิ่มความข้นเซลลูโลส หรือใช้เมทริกซ์กาวไทโอโซทรอปิก

ปัญหาที่ 2: การเชื่อมต่ออินเทอร์เฟซที่อ่อนแอ

วิธีแก้ปัญหา: ใช้การบำบัดด้วยตัวแทนการจับคู่หรือการเกิดพอลิเมอไรเซชันในสถานะเพื่อเคลือบ SiC

ปัญหาที่ 3: ความหนืดเพิ่มขึ้น

วิธีแก้ไข: ปรับการจัดระดับขนาดอนุภาคให้เหมาะสม (ผสมอนุภาคหยาบและละเอียด) หรือเติมสารเจือจาง

สรุป
คุณค่าหลักของซิลิกอนคาร์ไบด์ในกาวทนการสึกหรออยู่ที่ความแข็ง (Mohs 9.2) และเสถียรภาพทางความร้อน (＞1600℃) ด้วยการเลือกพารามิเตอร์ของอนุภาค การปรับเปลี่ยนพื้นผิว และการออกแบบกระบวนการอย่างมีเหตุผล กาวจึงสามารถปรับปรุงความทนทานต่อการสึกหรอ การนำความร้อน และความแข็งแรงเชิงกลได้อย่างมีนัยสำคัญ ทำให้กาวเหมาะสำหรับสภาพการทำงานที่รุนแรง เช่น การรับน้ำหนักมากและอุณหภูมิสูง ในการใช้งานจริง จำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างความทนทานต่อการสึกหรอและความเหนียวของเมทริกซ์ เพื่อป้องกันการแตกร้าวที่เกิดจากการบรรจุเกิน