Алюмофосфатные клеи на основе связующих материалов Binterm®

Фосфорная кислота, поначалу использовалась для того, чтобы получить цинкофосфатные зубные цементы, которые схватываются буквально за пару минут. Кислые соли также не обделены вяжущими свойствами – это одно- и двузамещенные фосфаты. Наилучшими свойствами обладают кислые фосфаты алюминия, «связками» называют их водные растворы. В процессе взаимодействия гидроокиси алюминия (может быть и трехзамещенный фосфат алюминия) с ортофосфорной кислотой образуются кислые фосфаты алюминия. Их вязкость, также как и вяжущие свойства находятся в прямой зависимости от соотношения воды, окиси фосфора и окиси алюминия. Алюмофосфатные клеи с высокой теплостойкостью и механической прочностью разрабатываются на основе алюмофосфатных связок. Характерная особенность данных клеев – сохранение механической прочности даже после нагревания до 1000-2000°С. Ещё одним положительным свойством алюмофосфатных клеев является то, что они не выделяют газообразных продуктов при термической обработке. Благодаря этому, эти клеи используют и для крепления внутренних деталей установок и вакуумных приборов. Связки – это вязкие продукты, плотность которых составляет 1,55-1,80 г/см3. Процесс изготовления алюмофосфатных клеев заключается в смешивании алюмофосфатных связок с наполнителями. Только от назначения клея зависит то, какой из них выбрать. Таким образом, мелкодисперсную окись алюминия, или алунд, трехзамещенный фосфат алюминия, каолин (1:2:12) используют для получения клея, обладающего неплохими электроизоляционными свойствами. Сначала порошки прокаливают в муфельной печи на протяжении 2 часов при температуре 950-1000°C для того, чтобы удалить летучие примеси (и обезводить), после чего порошок измельчают на валковой мельнице. Алюмофосфатный клей может состоять из 3 вес. ч. ортофосфорной кислоты, 4 вес. ч. связки и 10 вес. ч. смеси наполнителей. Многое зависит от назначения клея, в частности возможность изменения количества фосфорной кислоты и смеси наполнителей. Например, в роли наполнителей для производства токопроводящих клеев применяют металлические порошки. Чтобы склеить мелкие детали (это может быть проволока, диаметр которой равен 10-20 мкм) используют клей с большим содержанием связки (до 50 %). В данном случае применяются порошки наполнителей с более тонким помолом. Если предназначение клея – работа в глубоком вакууме, то каолин полностью исключается из смеси наполнителей. Уже при комнатной температуре алюмофосфатные клеи становятся твердыми, но, чтобы отверждение произошло полностью, клеевой шов нагревают при температуре 270-300°C на протяжении 2-6 часов (все зависит от толщины шва). После того, как клей высушат при более низких температурах, он начинает поглощать влагу из воздуха, набухая при этом и становясь мягким, после чего теряется его механическая прочность. Повышение температуры во время сушки клея должно осуществляться со скоростью не более 2°С/мин в интервале температур от 20 до 100°C и от 200 до 280°C , а также не более 1,5°C/мин в интервале температур 100-200°C. Если температуру в процессе сушки поднимать быстрее, то клеевой шов станет пористым из-за интенсивного испарения воды, прочность снижается. Клей можно сушить как на воздухе, так и в вакууме, атмосфере азота, водорода. Все зависит от свойств склеиваемых материалов. Таким образом, если металлы легко окисляются и их нужно склеить, сушка клея производится в вакууме или в атмосфере водорода. Если же взять во внимание материалы, которые не окисляются на воздухе (керамика), то склеивание их будет одинаково прочным в любой среде. То, насколько высока будет механическая прочность клеевого шва, напрямую зависит от видов склеиваемых материалов. К примеру, самыми прочными являются клеевые соединения керамики. Что касается диэлектрических свойств алюмофосфатного клея, то они зависят от условий термической обработки. Это к тому, что нагревание при температурах выше, чем температура сушки, будет только способствовать улучшению диэлектрических показателей клея, а также их стабилизации.

Среди фосфатных клеев почетное место занимают алюмохромфосфатные композиции. По результатам исследования влияния различных наполнителей (силицид циркония, корунд, двуокись титана и др.) непосредственно на свойства алюмохромфосфатных клеев (тип ВК-21) стало известно, что прочность клеевых соединений стали при сдвиге в диапазоне температур от 20 до 900°C практически одинакова в том случае, если использовался корунд, двуокись титана и нитрид алюминия. Разработаны также клеи на основе алюмохромфосфатных связующих, которые применяются для металлов, а также неметаллических материалов. Окись алюминия, кремний, силицид циркония используются в качестве наполнителей. Прочность клеевых соединений металлов равна 30-100 кгс/см2. Но, как правило, такие соединения не стойки к действию воды. Благодаря применению химически активных наполнителей и добавок, которые активируют процесс отверждения, сейчас можно создавать клеевые составы, обладающие удовлетворительной водостойкостью и, самое главное, отверждающиеся при температуре 20-50°C. Клеевое соединение стали на данном клее обладает прочностью 20-100 кгс/см2. Благодаря алюмофосфатным клеям сейчас стало возможным склеивание керамики, стекла и других металлов и сплавов, не взаимодействующих с фосфорной кислотой. В число таких металлов входит вольфрам, молибден, никель, константан, цирконий, тантал и др. Алюмофосфатные клеи сейчас широко применяются в производстве вакуумных приборов, чтобы склеивать внутренние детали. В сферу применения данных клеев входит также крепление проволоки разного диаметра к диэлектрикам и металлам, склеивание металлических молибденовых пластин, тантала с диэлектриками, вольфрама. Последний этап сушки склеенных узлов происходит обычно в вакууме. Помимо этого, уже после сушки склеенные узлы прогреваются в вакууме при температуре 700-1000°C для того, что полностью удалить водяные пары. После подобной обработки алюмофосфатный клей становится надежным средством для крепления деталей в приборах, долгое время сохраняющих вакуум 10(-6) – 10(-8) мм рт. ст.

Крепят с помощью алюмофосфатных клеев также изоляции нихромовых спиралей, которые применяются как нагреватели. Клей наносится в несколько слоев (общая толщина 3-5 мм); окончательную сушку проводят на воздухе при температуре 300°C на протяжении 10-25 часов.

Алюмофосфатные связки чаще всего используют для изготовления маркировочных составов с высокой теплостойкостью. В роли пигментов выступает алунд, двуокись титана, а также иные порошкообразные цветные пигменты с высокой стабильностью при нагревании, которые не вступают в реакцию с фосфорной кислотой (красный и желтый кадмий). Маркировочные составы наносятся посредством напыления. Сушка такая же, как и сушка алюмофосфатного клея. Данные составы применяются, как правило, для маркировки приборов в керамическом оформлении или стеклянном, долгое время нагревающихся до 350°C и выше (или периодически до 600-800°C).

Для того чтобы соединить нихромовые тензодатчики вместе с изделиями на основе сплавов ВТ-9, ЭП-651, были разработаны специальные клеи на основе алюмофосфатных систем. В их числе также электропроводный клей, предназначенный для соединения деталей их карбида кремния, графита и молибдена.

Алюмосиликатфосфатные композиции, которые содержат окислы алюминия, хрома, кремния, имеют теплостойкость 1250-1500°C. Также эти окислы обладают адгезией к металлам (прочность – 25-35 кгс/см2 при сдвиге) и керамике (прочность – до 75 кгс/см2). Вышеуказанные композиции часто рекомендуют в качестве клеев для того, чтобы скрепить тензодатчики, работающие при температурах до 750°C.