有技术瓶颈？

目前方法难以适用？

研究难点再次出现？

别担心

这些问题

中航大这个团队可以解决！

研究背景

随着航空航天科技的重大突破，众多超高音速飞行器应运而生。高超音速飞机在机身前缘与发动机周围舱壁部位存在的热防护问题是制约飞机速度与安全的重要因素。陶瓷基复合材料是实现热防护的重要部件，其与金属部件的组合可通过互补方式来实现飞行器的有效防护。然而，机械连接、焊接、钎焊、传统胶接等常规方式难以保障陶瓷与合金大型部件在极端高温环境的有效连接，而极具潜力的耐高温胶接技术在陶瓷与合金连接方面存在着空白。耐高温胶接是实现高温部件制备、热防护系统安装和修补的重要途径，而目前耐高温胶多适用于陶瓷，无法适用于合金。面对航空航天日益苛刻的高温环境，研发陶瓷与合金连接用耐高温胶是迫切且意义重大的。

面对陶瓷与超合金难以高温连接的技术瓶颈，中国民航大学本科生团队（负责人：陈兆立，材料物理专业）利用溶胶凝胶包覆高活性多元金属粉预制技术改进硅树脂基胶黏剂制备工艺，实现了合金化对耐高温胶陶瓷化进程的可控调控。通过胶层共价键与金属键的共存，解决了陶瓷与合金无法化学相容的瓶颈。通过热膨胀系数（CTE）可控调节，突破了CTE差异大的壁垒，实现了热应力的有效缓和。

该团队独创性地研发了可为氧化锆陶瓷与钛/镍合金在室温至1100℃提供5MPa及以上粘接强度的新型耐高温胶产品，该产品还适用于钛/镍合金与氧化铝纤维布/毡、气凝胶、高温玻璃之间的连接，现已在多个预研项目上得到应用，在航空航天领域具有广泛的应用前景。

项目难点与解决办法

针对陶瓷与合金之间无法键合，理化性质尤其是热膨胀差异大而难以实现高温连接这一技术瓶颈，项目团队先后考察了多种金属粉搭配在高温环境下对硅树脂基耐高温胶粘接性能与组分结构演变的影响，通过对百十种配方的筛选最终确定了Six-Aly-Tiz-Nik多元金属粉与硅树脂及含硼玻璃粉等填料之间的调控规律。为提高金属间化合物在高氧环境下的生成率，利用硅铝溶胶凝胶包覆粉体技术有效避免了金属粉的提前氧化，并提高了化合物与陶瓷相的界面结合效果。最终，该团队成功地研发出适用于陶瓷与钛镍合金超1000℃的耐高温胶。本工作的创新点如下：

图1.结构创新点

创新点1：利用合金化改进高温胶的陶瓷化进程获得金属间化合物与陶瓷稳定复相结构，通过胶层共价键与金属键的共存，解决了陶瓷合金无法化学相容的瓶颈。

图2.性能特点

创新点2：控制金属间化合物生成种类与含量，实现胶层通过CTE可控调节，获得胶接接头的梯度配合，突破接头CTE差异大的壁垒，实现热应力有效缓和。

研究成果简介

该团队共发表陶瓷合金专用耐高温胶相关SCI论文3篇，其中2篇为顶刊，发表其他论文1篇，授权国家发明专利1项。其中，陈兆立同学在“Materials Today Communications”期刊所发表的“The preparation and properties of an alloying modified ceramic-precursor high-temperature resistant adhesive for joining zirconia ceramics and titanium-based superalloys”专门报道了适用于氧化锆与钛合金专用耐高温胶。该胶黏剂最高耐温可达1200℃，室温至1100℃范围内的粘接强度均高于5MPa，900℃预处理后的强度高达20MPa，显示出良好的高温机械性能，具有良好的热稳定性与抗氧化性，室温至1200℃全温度范围内胶接接头连接良好，研究数据见图4。所研发的产品集先进性、简便性、新颖性于一身，是国内鲜有的适用于陶瓷与合金的耐温超1000℃的耐高温胶。

图4.氧化锆陶瓷与钛合金连接用耐高胶的机械性能、热性能及接头结构演变

研发产品已经应用于航天材料与工艺研究所、天津大学材料学院、华中科技大学“智能制造装备与技术”全国重点实验室等多家单位的预研项目中，并取得应用证明，包括柔性传感器的搭建，隔热毡的安装等。与芙责天津科技有限公司签订了产品研发合作协议，获得经费支持。目前已注册商标，所研发样品也已进行试用，反馈良好。未来有望在空天飞机、高超音速民机、高超音速变轨导弹、核电站热防护、锂电池热失控防护、高温地表研究等多领域应用。

图5.研发合作及应用

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