1. Sélection et prétraitement du carbure de silicium
(1) Sélection du type de particules
Taille des particules : Sélectionnez différentes tailles de mailles (généralement de 200 à 2 000 mailles) en fonction des exigences de résistance à l’usure :
Particules grossières (50~200 μm) : utilisées dans les scénarios d’usure à fort impact (tels que les revêtements d’équipements miniers).
Particules fines (1~50μm) : utilisées pour les couches fines résistantes à l’usure (telles que les joints mécaniques de précision).
Nano-échelle (<1μm) : améliore la densité et la finition de surface du matériau composite.
Morphologie:
Particules angulaires : améliorent l’emboîtement mécanique et augmentent le coefficient de frottement.
Particules sphériques : améliorent la fluidité et réduisent les contraintes internes adhésives.
(2) Modification de surface
Pour améliorer la compatibilité avec la matrice adhésive, le SiC doit être traité en surface :
Traitement par agent de couplage au silane (tel que KH-550, KH-560) : améliore la force de liaison interfaciale avec des adhésifs organiques tels que la résine époxy et le polyuréthane.
Lavage acide/lavage alcalin : Élimine les oxydes de surface et améliore l’activité.
Traitement plasma : adapté aux nanocomposites hautes performances.
2. Méthode d’addition et conception de la formule
(1) Méthode de mélange direct
Étapes : Mélanger les particules de SiC et la matrice adhésive (telle que la résine époxy, le polyuréthane) uniformément par agitation mécanique ou dispersion ultrasonique.
Rapport d’addition :
Faible charge (5%~15%) : Maintient la flexibilité de l’adhésif, adapté aux revêtements minces.
Charge élevée (30 % à 60 %) : améliore considérablement la résistance à l’usure, mais des agents de renforcement (tels que des particules de caoutchouc) sont nécessaires pour éviter les fissures fragiles.
(2) Conception de distribution de gradient
Revêtement multicouche : appliquer d’abord une couche à haute teneur en SiC (résistance à l’usure) sur la surface du substrat, puis appliquer une couche à faible teneur (durcissement).
Sédimentation centrifuge : utiliser la force centrifuge pour enrichir le SiC sur la surface avant le durcissement (convient aux revêtements épais).
(3) Système de renforcement composite
Coopération avec d’autres charges :
SiC + graphite : Réduit le coefficient de frottement, convient aux revêtements autolubrifiants.
SiC + fibre de carbone : améliore la résistance aux chocs et la conductivité thermique.
3. Optimisation du processus de durcissement
Contrôle de la température :
Système de résine époxy : le durcissement à 80~150℃ peut réduire la sédimentation du SiC.
Système polyuréthane : le durcissement à température ambiante nécessite un temps d’agitation prolongé pour éviter l’agglomération des particules.
Assistance à la pression : le pressage à chaud (par exemple 5 à 10 MPa) peut augmenter la densité de remplissage en SiC.
4. Scénarios d’application et cas typiques
(1) Revêtement industriel résistant à l’usure
Revêtement de pipeline de transport : l’ajout de 40 % d’adhésif époxy SiC peut augmenter la durée de vie de la résistance à l’usure de 3 à 5 fois.
Machines minières : Le revêtement composite polyuréthane/SiC (charge 50 %) présente une excellente résistance à l’usure du sable et du gravier.
(2) Le mastic aérospatial
Nano-SiC (10%~20%) en caoutchouc de silicone modifié résiste aux températures élevées (600℃) et à l’usure.
(3) L’adhésif de frein automobile
SiC est mélangé à de la fibre d’aramide et utilisé pour le support des plaquettes de frein afin de réduire la dégradation thermique.
5. Problèmes courants et solutions
Problème 1 : Sédimentation des particules
Solution : ajoutez du SiO₂ en phase gazeuse ou un épaississant cellulosique, ou utilisez une matrice adhésive thixotrope.
Problème 2 : Faible liaison d’interface
Solution : Utiliser un traitement par agent de couplage ou une polymérisation in situ pour revêtir le SiC.
Problème 3 : Augmentation de la viscosité
Solution : Optimiser la granulométrie (mélange de particules grossières et fines) ou ajouter un diluant.
Résumé
L’atout principal du carbure de silicium dans les adhésifs résistants à l’usure réside dans sa dureté (Mohs 9,2) et sa stabilité thermique (> 1600 °C). Grâce à une sélection rationnelle des paramètres des particules, à la modification de la surface et à la conception du procédé, la résistance à l’usure, la conductivité thermique et la résistance mécanique de l’adhésif peuvent être considérablement améliorées, le rendant ainsi adapté aux conditions de travail extrêmes telles que les charges lourdes et les températures élevées. Dans la pratique, il est nécessaire d’équilibrer la résistance à l’usure et la ténacité de la matrice pour éviter les fissures dues au surremplissage.