硅材料范文

硅材料篇1

【关键词】硅产业；调研；标准研究

1、引言

基于硅资源深加工的硅材料产业（以下简称硅材料产业）是全球性的朝阳产业和战略性产业，发展势头迅猛，全球60万家硅企业生产的约80亿美元的硅材料，支撑起了2230亿美元的半导体集成电路产业，进一步支撑起数以万亿美元计的电子、计算机、通信等信息产业，全球超过2000亿美元的电子通信半导体市场中，95%以上的半导体器件是用硅材料制作，集成电路的99%以上用硅制作。硅原料和硅制品的产品贸易额达到5000亿美元以上，全球硅业研发机构及学术团体1000多个，行业组织300多个。

当前，各国政府高度重视硅材料产业的发展，如美国、日本、德国、欧盟均制定了诸如21世纪国家纳米纲要、光电子计划、太阳能电池（光伏）发电计划、下一代照明光源计划等新材料、新产业规划。我国政府也高度重视硅产业的发展，先后采取各种措施鼓励、扶持硅材料产业规划与建设。

涉及硅原料和硅产品的国际和各国标准达到8000余项，我国相关标准则不足100项，远远落后于发达国家水平，也不能满足自身快速发展的需要。因此，站在国家战略高度，立足国际、国内硅产业发展态势和市场需求，研究我国硅材料产业及其标准化战略，制定并实施适合我国国情的硅材料标准体系及标准，对提升我国硅产业的国际竞争力具有十分重要的现实意义。

2、国内外硅材料产业调研与分析

2.1工业硅

工业硅及深加工产业是目前国际上的硅产业发展的核心，主要集中在晶体硅材料（单晶硅、多晶硅、硅外延片）和有机硅材料以及石英晶体元器件等方面的生产和研究。

（1）多晶硅

多晶硅材料生产在产业链中处于高端，市场需求旺盛，产品供不应求。主要用于半导体芯片及太阳能

电池芯片、金属陶瓷、宇宙航行、光导纤维通信以及硅有机化合物。生产技术掌握在日本Tokuyama、三菱、住友、美国的Hemlock、Asimi、SGS、MEMC公司，德国的Wacker公司手中。国际上多种生产工艺路线并存，产业化技术相互封锁和垄断。主要有改良西门子法、硅烷法和流化床法，其中西门子改良法约占世界总产能的80%。短期内技术垄断的局面不会改变，但研发活跃，涌现出冶金法、熔融析出法等新工艺技术。

我国多晶硅质量已能满足集成电路用单晶的要求，但多晶硅核心技术三氯氢硅还原法被上述国外企业垄断，核心技术工艺没有完全掌握，尚不能完全满足高阻区熔硅要求。与国际先进水平相比，生产成本明显偏高（见表1-1），市场竞争力不强。我国60%以上的的多晶硅材料仍需进口。

（2）单晶硅

单晶硅是电子信息材料中最具基础性的半导体类材料。广泛用于国民经济和国防科技中各个领域，如太阳能电能转化、电视、电脑、冰箱、电话、手机、汽车及航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等。

随着集成电路的迅猛发展，对单晶硅的直径要求越来越大，关键设备—单晶炉也不断向大型化发展。单晶硅拉制技术和工艺是世界上晶体硅工业发展的关键。我国依托日本合资企业，已能够稳定生产200mm集成电路级和212mm（8.5英寸）的太阳能光伏电池级的硅单晶，产量占世界21%。但尚不能生产最先进的300mm（12英寸）的硅单晶。

（3）有机硅

有机硅是指含si-c键的有机硅化合物，主要分为单体、中间体和下游产品。单体主要指甲基、苯基、乙烯基氯硅烷等原料。中间体主要指线状或环状体的硅氧烷低聚物，如六甲基二硅氧烷（MM）、八甲基环四硅氧烷（D4）、二甲基环硅氧烷混合物（DMC）等。下游产品则是指中间体通过聚合反应，并添加无机填料或改性助剂制得，主要有硅橡胶、硅油及二次加工品、硅树脂及硅烷偶联剂四大类。

作为新型高科技材料，有机硅应用于航空、军事、建筑、电子电气、纺织、汽车、机械、皮革造纸、化工轻工、金属和油漆、医药医疗等各个领域，被誉为“工业味精”。

美国道康宁等5大有机硅公司占据了全球96%的市场。目前市场发展的动力最主要在亚洲，我国市场规模占亚洲的近一半。中国蓝星集团通过海外并购成为全球第四大有机硅企业。但我国单体生产技术落后，同时存在品种少、水平低、质量差，产量低的状况。有机硅下游产品有5000多种，我国仅500多种；实际产量仅占国内需求的20%；产品结构上，硅油、硅树脂在加工助剂等市场的应用有待发掘。

2.2半导体硅

半导体硅材料包括多晶硅、单晶硅、硅外延片以及非晶硅、浇注多晶硅等。在集成电路（IC）、硅光电池、传感器、射线探测器、整流器等各类电子元件中占有极为重要的地位，是“微电子”和“现代化电子”的代名词。目前，半导体硅和硅基材料向大直径化、新加工处理工艺以及深亚微米乃至纳米集成电路发展方向发展。

半导体产业是世界经济升级的心脏，Intel、IBM、太阳微、德州仪器等执半导体牛耳，走到了世界技术发展的最前沿。日、德控制的硅片公司占世界硅片销量的90%以上。其中信越（Shin—Etsu）、瓦克（Wacker）、住友（Sumitomo）等四家的销售额占世界硅片销售额的近70%。

我国半导体产业已形成了设计、芯片制造及封装并举的全面发展格局。在全球半导体产业中所占份额由1.2%提高到3.7%，发展势头迅猛。但在半导体硅晶体材料方面，我国高纯度多晶硅、SOI材料（绝缘体用硅）、某些化合物半导体材料等与世界水平仍有一定差距。

2.3光伏硅

随着世界各国特别是欧美发达国家清洁能源政策的实施，光伏市场年均增长速度超过30%，仅2000-2010年，世界光伏电池产量增长了17倍，至今仍在快速增长。

光伏产业链上游是Hemlock、Wacker、Tokuyama、REC、MEMC、Misubishi 和Sumitomo等7家多晶硅厂商，产量占到全球总产量的95%以上，垄断全球多晶硅供应；中游是22家硅片（Wafer）厂商，包括RWE Schott Solar、Sharp、Q-cells、BP Solar、DeutscheSolar、Kyocera等，技术难度仅次于多晶硅；其次是太阳能电池（Cell）制造，全球有40余家；下游则是组件生产，全球数量超过200家，技术含量相对较低，属于劳动力密集型产业。

我国已成为世界第一光伏出口大国。近年来，我国部分企业已基本掌握了多晶硅材料的生产工艺，已满足我国50%光伏产品生产需要。光伏生产设备的国产化能力也迅速提高。但装备技术和高纯多晶硅和高端硅产品原材料技术尚未真正掌握，成为当前我国太阳能光伏产业和微电子产业发展的共同瓶颈。表现在现实层面就是我国光伏出口的主要形式是电池组件等下游产品，高附加值的技术出口较少。

然而，国际多晶硅大公司的技术先进性又是很有限度的，其落后点、薄弱点是为我所知的，并可成为我们破解他们技术垄断的切入点和突破点。

2.4人造石英晶体（石英晶体元器件）

人造石英晶体是重要的电子功能材料，信息领域中的重点基础材料之一。随着手机、笔记本电脑、数码相机、汽车及网络等应用产品市场的飞速发展，石英晶体元器件的市场需求日益增长，其中SMD晶体元器件成为主流产品。

日本在石英晶体元器件占有很大优势。其主要晶体厂商基本将其成熟产品迁到我国生产，使我国成为世界上主要的晶体生产国之一，压电晶体产业有了较大的发展。但我国工艺装备相当于国外20世纪80-90年代水平；国内对压电水晶的缺陷控制仍处于宏观控制阶段（国外已进入微观阶段）；国外压电水晶产品以直径76mm-100mm为主，而国内以50mm为主，不能满足信息产品需求。在技术水平、硬件基础、品种系列、资金投入等方面均有待提高。

人工晶体材料将进入分子剪裁与设计阶段，可以对压电性能定量计算，对材料功能基因裁减设计。石英元器件朝轻薄短小、高频、网路化等方向发展。随着我国移动通讯巨大市场的形成和手机国产化步伐的加快，我国对石英晶体产生的SAW（声表面波）器件和SMD（声体波）器件的需求迅速增长，市场前景良好，我国在新产业面前面临机遇和挑战。

2.5石英玻璃

石英玻璃是属于新材料的工业技术玻璃。广泛用于光源、电子、光通讯、仪表、激光、航天、核技术和国防等领域。

石英玻璃生产集中在美、德、法、日、英等国几家跨国公司手中。我国石英玻璃行业历经1989-2000年的引进国外先进技术、技术创新、增加品种和产量的大发展时期，石英玻璃器材的加工技术已达到世界先进水平。目前，国内石英玻璃原料及产品制造应用领域正向半导体和光通讯行业集中，半导体技术和光通讯技术用石英玻璃生产技术提高很快。如立式扩散用石英仪器、大口径石英玻璃管、不透明石英玻璃管等已达国际水平，并大量出口。电光源和家电用的石英玻璃在产量上，已在世界上占主导地位。

但也存在亟待解决的问题：石英原料提纯技术水平较低，产品纯度比国外差，Fe、K、Na等元素含量比国外高几倍，相应产品的羟基含量比国外高出5-6倍；高精度石英光纤玻璃管、大规格石英扩散管、硅片匣、石英钟罩、托盘等高新技术产品，但国内石英玻璃制品尚不能满足。

2.6新型电光源

作为硅材料产业链的延伸，将电光源用石英玻璃与电光源工业相结合起来是个非常好的发展思路。照明产品是国民经济发展和人民生活的必需品，我国基础设施建设、城市亮化工程、工商企业、日常生活等对照明产品的数量和质量的需求都日益增长，尤其是对环保节能高效型的新型电光源需求旺盛，市场前景广阔。

电光源产品历经白炽灯、荧光灯、金属卤化物灯三代。目前，以半导体发光为光源（LED）的第四代新型电光源时代已经到来，其特点是节能和环保。如：石英玻璃汽车HID灯亮度是卤素灯的3倍、功耗仅为50%、寿命则是十倍。以高档投影灯、液晶监视器冷阴极灯管、汽车用HID灯、LED照明为代表。

国际上新型电光源翘楚为飞利浦（荷），爱普生（日）、优志旺（日），欧司朗（德）、奇异（美）等公司。我国电光源行业依托优质石英资源和较好的石英玻璃管加工能力已形成优势产业集群，能够生产新型汽车灯、节能环保灯、金属卤化物灯、背投电视用放电灯、气体放电灯等30多个系列几百种产品，产品在远销欧美、日韩、东南亚，销售前景良好，发展潜力巨大。但存在种类多但缺乏国际知名品牌，新型电光源产品品种较少的问题。

2.7硅微粉

硅微粉由天然石英或熔融石英经破碎、球磨（或振动、气流磨）、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等工艺加工而成。分为普通、电工级、电子级、熔融石英、超细、纳米等不同类型。

其应用领域由电路封装、塑料、涂料、橡胶、颜料、陶瓷、胶粘剂、玻璃钢、化妆品等已拓展到高分子复合材料、特种陶瓷、航空、航天、精细化工、抗菌材料、药物载体、大面积电子基板等高新技术领域，享有“材料科学的原点”、“工业味精”之美誉，发展前景十分广阔。

当前，只有美、德、日、俄、加、中等少数国家具备硅微粉生产能力。美国处于领先水平，以通用、尤尼明公司为代表。我国石英储量丰富，但高纯、超高纯、超细硅微粉仍处于起步阶段。长期以来，我国高新技术中使用的高纯超细熔融球形硅微粉全部从美、日进口。国外对球形硅微粉生产技术和专用装备严加封锁，直接威胁着我国信息产业的自主发展与国家信息安全保障。

碳化硅微粉用于冶金、磨料、磨具、耐火材料等，在机械、电子、建材等行业需求量很大，我国尚无碳化硅标准。

碳化硅晶体作为信息功能材料与器件，是第三代（高温宽带隙）半导体材料的代表，极有可能触发新的信息技术革命。在半导体器件的应用方面，碳化硅打破了硅芯片材料本身性能的瓶颈，有可能取代硅作芯片，给电子业带来革命性变革。目前主要应用领域有LED固体照明和高频率器件。美国Cree公司的碳化硅晶片产量为30万片，占世界85%，是全球碳化硅晶片行业的先行者。我国已着手利用自身在硅资源和加工技术方面的优势，破解国外碳化硅生产企业对中国实行的禁运，培育碳化硅晶体产业。考虑密切关注其进展，择机进行标准化介入。

3、标准体系研究与标准制订

3.1标准体系建立及标准制定的原则和办法

我国硅产业起步晚，整体水平距世界先进水平仍有差距。主要表现在：产品链不全，各产品系列均存在不同的空白区域，特别是高技术产品地带；尖端高技术产品线较为单薄，不少关键性产品的生产技术和装备成为发展瓶颈。但发展速度快，主要表现在：产品线全面，特别是中低端产品有相当一部分占据主导地位；引进、吸收国外资本、技术及产业化推广速度快，在部分高端领域居先进地位，发展潜力巨大。基于此，我国电子级硅材料标准体系的建立、标准的制定、标准化的实施原则应是：建立硅材料产业标准整体构架，实现产品全面覆盖；实施不对称发展战略，实现高端领域的重点突破；以点带面，实现产业升级。其具体实施办法是：

（1）建立多晶硅、单晶硅、半导体硅、有机硅、人造压电水晶、石英玻璃制品、硅微粉、新型电光源等产品系列的全面标准体系框架；

（2）对技术成熟、质量稳定，市场占有率高的的硅材料产品，制定国家或行业标准，积极争取国际标准制定主导权。

（3）对我国拥有自主知识产权的高技术材料产品，推行专利标准化战略，争取制定国际标准。

（4）标准化范围不限于产品，对装备、工艺等均考虑其标准化需求。

（5）对属于新增产品类别的新产品、新产业，鼓励先行制定标准联盟统一产品标准，待时机成熟，及时制定国家或行业标准。（待续）

参考文献

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作者简介

苗雪原（1973-），男，高级工程师，主要研究方向为产品质量检验与标准化。

项目来源

硅材料篇2

1硅橡胶在航空工业的应用

在航空工业应用的硅橡胶种类较多，按其硫化方式可分为室温硫化硅橡胶(包括缩合型硅橡胶和加成型硅橡胶)和热硫化硅橡胶，此外，还有不硫化硅橡胶。按其功能可划分为:油密、气密、水密等流体密封材料，隔振、吸振等减振降噪材料，导热、隔热、绝热等材料，导电、导磁、吸波等电磁屏蔽与隐身材料，阻燃、防火等安全防护材料等。因此，本文以硅橡胶的硫化方式为主线，介绍硅橡胶在航空工业上的应用情况。

1.1室温硫化硅橡胶在航空工业的应用室温硫化硅橡胶主要作为密封剂使用。根据其在航空工业上的用途可分为通用有机硅密封剂、耐高温(抗密闭降解)有机硅密封剂、功能有机硅密封剂(如导电有机硅密封剂、防火有机硅密封剂、导热有机硅密封剂、吸雷达波有机硅密封剂、耐燃油有机硅密封剂、有机硅泡沫密封剂等)。

1.1.1通用有机硅密封剂通用有机硅密封剂主要起密封作用，在空气介质中工作温度为－60～250℃。目前广泛应用的牌号有GD931、GD862、GD406和HM304单组分有机硅密封剂，HM305、HM307双组分缩合型有机硅密封剂，HM321高强度双组分缩合型有机硅密封剂等。这些密封剂通过配套使用NJD－6或NJD－9粘接底涂剂，对钢、钛合金和铝合金等金属材料、锌黄底漆、聚氨酯面漆和陶瓷材料等具有良好的粘接性能，应用机结构件镙接、铆接接头和仪表、电阻器、无线电电子设备的表面密封，以及密封制件的修补密封。其中，HM321高强度双组分缩合型有机硅密封剂的拉伸强度在6.0MPa以上，拉断伸长率在450%以上，对金属、有机玻璃有良好的粘接性能，主要用机座舱风挡玻璃的密封。

1.1.2耐高温(抗密闭降解)有机硅密封剂飞机发动机与后机身的高温区及其环控系统需要耐温达300℃的耐高温有机硅密封剂，常用的有HM301耐高温有机硅密封剂、HM325高强度高硬度有机硅密封剂、HM306双组分有机硅密封剂和XY－602S胶粘剂。其中HM306双组分有机硅密封剂和XY－602S胶粘剂的耐温达到350℃，并具有优异的抗密闭降解性能，无需涂覆粘接底涂剂，即可对金属材料具有良好的粘接性能。几种密封剂在密闭体系下老化后的硬度见表1。由表1可见，HM307经250℃×24h密闭体系下老化后已经流淌，说明此时HM307已降解;而HM301有机硅密封剂经350℃×50h密闭体系下老化后也出现流淌现象。3种条件下老化后，HM306有机硅密封剂和XY－602S胶粘剂的硬度变化不大，说明这两种密封剂均可以耐350℃高温密闭降解。

1.1.3导电有机硅密封剂随着电子技术的发展，现代战争进入信息战和电子战的时代，抗电磁干扰及通信保密对电子设备和武器装备至关重要。军用飞机的电子系统和设备的数量不断增加，电子系统和设备正向高频率、宽频带、高集成度、高可靠性和高精度方向发展;而电磁干扰将越来越严重，已成为电子系统和仪器设备正常工作的突出障碍。因此，飞机的电子设备舱和工作舱等部位的接缝处、孔隙处和密封缝隙。必须采用导电有机硅密封剂以实现电磁防护与密封。我国航空工业主要应用体积电阻率小于0.1Ω•cm的高导电密封剂，尤其是体积电阻率小于0.01Ω•cm的超高导电密封剂。目前广泛应用的HM332单组分导电有机硅密封剂和HM315A双组分缩合型导电有机硅密封剂的体积电阻率均小于0.005Ω•cm，在宽频范围内具有优异的电磁屏蔽性能。HM315A超导电有机硅密封剂的电磁屏蔽效能见图1。

1.1.4阻燃防火有机硅密封剂防火的含义是指一种材料或者部件可以经受1093℃甚至更高温度的火焰至少15min不烧穿，且在其背面观察不到任何火焰。阻燃是指材料在点火源撤离后，具有自熄能力，从而在火灾发生时能够阻止燃烧或对燃烧迅速扩展有延滞作用。飞机的发动机、辅助动力系统(APU)、导弹发射处蒙皮等部位长期工作温度较高，而且机体机载的电线电缆纵横交错;一旦潜在的起火区引发火灾，极易蔓延至整个飞机，为了隔离某些潜在的易引燃区，需要涂覆防火隔热有机硅密封剂。目前应用的主要有HM317防火阻燃有机硅密封剂和HM320低密度防火隔热有机硅密封剂。其中，HM317防火阻燃有机硅密封剂的工作温度为－55～204℃，阻燃性能达到FV－0级，3.2mm厚的密封剂经过1050～1150℃火焰燃烧15min，火焰不会穿透。图2为经防火试验后的HM317防火阻燃有机硅密封剂的照片。由图2可见，在高温火焰的作用下，密封剂生成了坚固紧实的炭层，正是这一炭层有效阻止了高温火焰的穿透。HM320低密度防火隔热有机硅密封剂的工作温度为－60～204℃，密度为0.8g/cm3，3.2mm厚的密封剂经过1050～1150℃火焰燃烧15min不会穿透，并有良好的隔热性能。如将厚度为2.0mm、2.5mm、3.0mm的HM320密封剂粘接在钛合金和铝合金板上进行防火隔热性能测试，不同厚度的HM320的隔热性能见图3。由图3可见，HM320具有很好的隔热性能，即使厚度只有2mm的密封剂也具有优良的隔热效果。

1.1.5耐燃油有机硅密封剂将甲基三氟丙基链节引入硅橡胶得到的氟硅橡胶，虽然耐热性有所降低，但具有良好的耐飞机喷气燃料的性能。20世纪50、60年代，道康宁公司就开发出许多不同用途的室温硫化氟硅密封剂，其中Q4－2817被作为飞机整体油箱密封剂使用。我国的HM804双组分氟硅密封剂的使用温度范围－55～230℃，具有较好的耐高温密闭降解性和优良的电绝缘性能，被广泛应用机燃油系统中工作的电气元件的灌封、氟硅橡胶制品的粘接和飞机整体油箱特殊高温部位的密封，它是目前我国航空工业中应用最广、用量最大、技术成熟度最高的氟硅密封剂牌号。HM809单组分氟硅密封剂的工艺性能、力学性能、耐高温性能和耐油性能达到或超过国外同类产品的水平，在飞机上也逐渐得到应用。

1.1.6泡沫有机硅密封剂室温硫化有机硅泡沫密封剂是新型功能密封材料，除了具有良好的耐候、耐热、耐寒及电气性能外，还具有质量轻、缓冲性好、隔热、隔音性强、可压缩性大等特点，以及使用方便、便于修补、综合性能优异等优点，是一种理想的轻质封装材料。一般有机硅泡沫密封剂的发泡时间较短(如美国Nusil公司的系列泡沫密封剂)，而航空工业的很多使用场合，如飞机机体和机载设备的泡沫密封剂要求具有相当长的活性期，使发泡和硫化平稳进行，因此一般有机硅泡沫密封剂难以满足使用要求。而HM302有机硅泡沫密封剂(密度为0.4～0.6g/cm3)的活性期在50～90min，施工性能优异，并具有优异的耐高温和抗密闭降解性能。此外，高隐身成为四代战斗机的主要标志之一，飞机的口盖、蒙皮对接缝等部位存在大量的缝隙，如美国B2的飞机口盖、蒙皮对接缝等部位的缝隙长度达到942m，采用吸波密封剂对这些缝隙进行处理是提高飞机隐身性能的主要途径。HM323室温硫化吸波有机硅密封剂具有良好的嵌缝施工性能、力学性能和耐高低温性能，以及2～18GHz范围内良好的吸收雷达波性能。随着飞机电子设备功率的提高，为了满足机载电子电器设备的隔热、绝缘、导热和减振防护需求，已广泛使用导热有机硅密封剂，其中，HM330和HM340导热有机硅密封剂具有优异的灌封性能、热导率达2.0W/(m•K)，导热性能优异。

1.2热硫化硅橡胶在航空工业的应用

1.2.1通用硅橡胶伴随着航空工业的发展，在国内外典型的三代战斗机上(F－15、F－16、苏－27和歼－10等)，热硫化硅橡胶以其优异的耐热性、耐候性、电绝缘性和化学稳定性等取代通用橡胶(天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等)而广泛用于制造在空气、臭氧、燃油、滑油和电场中工作的橡胶零件、胶板、胶管和型材，大大简化了航空工业用橡胶的品种与种类。通用硅橡胶的使用温度范围为－70～250℃，某些使用部位可低于－70℃或高于250℃。当前在航空工业上大量应用的通用硅橡胶有61XX系列硅橡胶、G1XX系列硅橡胶、SE6XXX系列硅橡胶、PS系列硅橡胶和FS系列硅橡胶等。SE6XXX系列硅橡胶、PS系列硅橡胶和FS系列硅橡胶的性能见表2。表2中，SE6XXX系列硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。其中SE6042和SE6050硅橡胶在臭氧含量较高的空气和电场中的工作温度为－60～250℃，在脂中的工作温度为－55～150℃，适合作模压空气系统的密封和电绝缘零件(如密封罩、座舱、座椅密封衬垫、电器绝缘件、减压器用密封圈及橡胶金属件等);SE6450和SE6465硅橡胶在空气中的工作温度为－50～200℃，适合作制造形状复杂的高抗撕硅橡胶零件(如加压氧气面罩主体和加压氧气面罩供氧波纹管等);SE6180硅橡胶在臭氧含量较高的空气和电场中的工作温度为－60～250℃，在脂中的工作温度为－55～150℃，适合作制造高温空气系统中的密封和电绝缘零件(如高温电绝缘管套和绝缘套管、各种管线胶垫的紧箍件等)。PS系列硅橡胶为甲基苯基硅橡胶，具有更优异的耐高低温性能。其中PS6035硅橡胶在空气中的工作温度为－70～250℃，适合作制造氧气面罩呼吸气活门膜片;PS6050和PS5360硅橡胶在空气中的工作温度为－70～250℃，适合作模压空气系统的密封和电绝缘零件(如飞机高温部位密封件、电绝缘零件和密封圈等)。FS系列硅橡胶为氟硅橡胶，具有优异的耐油性能。其中FS6265、FS4270和FS6165硅橡胶适合作制造飞机发动机高温区空气、燃油、液压系统密封件和电绝缘零件;FS6161硅橡胶适合作制造液压、电气管路的紧箍件;FS6145硅橡胶适合作注射成型航空连接器。

1.2.2阻尼硅橡胶阻尼减振橡胶是利用橡胶的阻尼特性提高防振和减振效果的一类材料，可有效避免电子器件失效和仪器仪表失灵，大幅增加机械零部件寿命，从而提高飞机装备的精度与可靠性。硅橡胶的玻璃化转变温度较低，室温附近性能值变化小，而主链硅氧硅结构使其在较宽的温度区域(－50～200℃)内力学性能较稳定。传统的阻尼减振材料往往温度及频率范围较窄，适应不了飞行器启动时低频和工作时高频振动的宽频率范围，也难以兼顾北方寒冷冬天及南方炎热夏日的宽工作温度，因此，航空领域常将硅橡胶作为阻尼材料的首选，尤其是在大应力、大应变而产生高热量的情况下。SE20XX系列硅橡胶是以甲基苯基硅橡胶为基胶，加入补强剂、结构控制剂、阻尼剂经特殊处理而成的胶料。SE20XX系列硅橡胶不仅具有良好的阻尼性能、耐候性和耐高低温性能，而且具有优良的高低温环境下的性能稳定性，在使用温度范围(－40～70℃)内硬度变化小于10度。采用SE20XX系列硅橡胶制造的JZH航空仪表用硅橡胶减振器，性能指标满足GJB5257要求。与原天然橡胶减振器相比，减振效率提高50%，使用寿命10年以上;制造的JZQ惯导平台用硅橡胶减振器，减振器谐振点放大倍数小于5，在使用温度(－40～70℃)范围内，减振器谐振频率变化小于30Hz，减振器使用寿命可达10年或飞行1000h以上;制造的JZB大载荷航空减振器，单件减振器载荷14.5～75kg，功能振动加速度为9.7g，耐久振动加速度为11.7g，减振效率达到80%以上。以上三类减振器已在歼击机、运输机和直升机等多个型号中获得应用。直升机粘弹阻尼器又称减摆器，是直升机星型柔性桨毂中的主要功能部件，它能防止直升机旋翼系统的不稳定运动，防止地面共振和空中共振的发生。目前国内外的先进直升机如法国的海豚、美国的阿帕奇、中国的Z9、中欧合作研制的EC175/Z15等广泛使用了粘弹阻尼器。高强度高耐疲劳高阻尼硅橡胶做为旋翼粘弹阻尼器的核心材料，对直升机旋翼粘弹阻尼器技术的发展至关重要。

1.2.3导电硅橡胶为了避免电子设备的相互电磁干扰，导电橡胶已经广泛应用于电子系统和仪器设备的密封，而高导电橡胶一般多采用硅、氟硅橡胶为基胶，以银粉或镀银材料为导电填料。这类导电材料最高使用温度达125℃，甚至160℃，具有优异的导电性能、耐低温性能和耐高温抗老化性能。国内常用高导电硅橡胶的性能见表4，其中EC系列为导电苯基硅橡胶，EF系列为导电氟硅橡胶。1.2.4阻燃防火硅橡胶为了提高飞机的安全性，阻燃硅橡胶和阻燃防火硅橡胶及其制品在飞机发动机、电线电缆上也有一定量的应用。如TG系列阻燃胶布软管，阻燃性能满足民航HB5470－91的要求，产生的烟气量小，毒性低。FH6360防火阻燃硅橡胶阻燃性能达到FV－0级，3.2mm厚的试片经过1050～1150℃火焰燃烧15min，火焰不会穿透，可以模压成橡胶紧箍件、衬垫和套管，在飞机发动机部位得到应用。

1.3不硫化硅橡胶在航空工业的应用以不硫化硅橡胶为基材制成的不硫化密封腻子一般仅用于结构的装配贴合面密封(即缝内密封)、沟槽密封和一些需要拆卸的结构密封。不硫化密封腻子的低模量和不硫化特点对结构的密封带来了很大方便，在飞机座舱结构的骨架与蒙皮之间贴合面密封中，长达十几米的密封装配线上，可以不受室温硫化密封剂使用活性期和施工期的限制，从容地铺贴腻子和铆装结构件，这对于保证结构的密封性和装配质量十分有利。最早的飞机整体油箱沟槽密封采用的是不硫化聚硫橡胶密封腻子;到20世纪60、70年代，随着对密封腻子的使用温度要求越来越高，美国研制出不硫化氟硅、腈硅密封腻子用机整体油箱沟槽、宇宙站和其它宇宙飞行器系统的密封，用以代替使用温度较低的不硫化聚硫密封腻子。HMB802和HMB802A是以氟硅橡胶为基体的整体油箱沟槽注射用不硫化密封腻子，长期使用温度为－54～180℃，腻子中含有挡隔颗粒，已在飞机整体油箱和导弹密封中使用多年。使用时被预先装在高压注射枪内，将枪嘴插入蒙皮上预留的注射孔，腻子进入沟槽，然后拧紧注射孔螺钉即可完成密封施工，这对于提高飞机燃油箱的装配质量和速度，保证密封质量和控制密封剂用量非常有利。不仅如此，修补也十分方便，打开渗漏区沟槽两侧的注射孔螺钉，采用高压注射枪注入新密封腻子，替换出旧腻子，即可重新密封完成修复。HMB808不硫化吸波氟硅密封腻子的长期使用温度为－55～130℃，短期可达150℃，主要用机上各类口盖对缝和钉头等部位的密封和隐身，它在2～18GHz范围内有良好的吸收雷达波性能。

2硅树脂在航空工业的应用

硅树脂是具有高度交联结构的热固性聚硅氧烷体系，具有极佳的耐热性及耐候性，并具有优良的电绝缘性、耐化学药品性、憎水性及阻燃性，R/Si比值是判断硅树脂中三官能链节含量及控制质量的主要指标之一，它对硅树脂漆膜硬度、柔软性、热失重和耐开裂性有重要影响。航空工业中硅树脂主要是作为耐高温涂料使用。如有机硅高温绝缘涂料可长期耐热600℃，短期耐700℃，具有优良的电绝缘性能、高附着力和耐高低温交变性，应用于发动机电缆、绕组、热辊及电加热设备。耐高温抗激光烧蚀有机硅涂料涂覆在钢材上，其900μm厚涂层经受531W/cm2激光功率密度照射4s，带涂层钢基材比空白钢基材背面温度下降1000℃左右，应用在飞机的敏感部位激光热防护。低温固化耐热硅树脂基涂料，可长期耐热300℃，具有良好的耐热性、附着力和耐介质性能良好，应用在发动机低压涡轮轴、风扇轴的内外表面。耐高温红外隐身涂料在300℃以下具有优良的耐热性、附着力良好和高温红外波隐身性能，应用在发动机红外隐身，发动机尾喷口附近。硅树脂和改性硅树脂是耐高温胶粘剂的重要组成部分，俄罗斯在该领域进行了深入系统的研究，研制出多个改性硅树脂胶粘剂应用于航空领域。如有机硅苯酚甲醛树脂胶粘剂长期耐温450～550℃，短期耐1000℃，并具有优异的耐水、耐燃油和耐滑油性，用于粘接金属与非金属材料(如石墨、玻璃布复合材料和防热材料)。耐高温有机硅树脂胶粘剂长期耐温700℃，短期耐1200℃，用于粘接结构件中的钛合金、耐热非金属材料(玻璃布复合材料和防热材料)。硅树脂作为耐高温密封剂用量不大，但十分重要，它是某些苛刻密封使用环境的重要解决方案。如飞机发动机空—空换热器和气压作动筒等零组件的长时间工作温度达500℃，所使用的HM310硅树脂密封剂在经耐热500℃×36h后，不起皮、不鼓泡、不开裂、不脱落，附着力达到1级，经1.0MPa打压试验不漏气，具有良好的耐高温密封性能。飞机发动机或燃气轮机的燃烧室与整流器安装边和调节环等处工作温度可达800℃，所使用的HM311耐高温硅树脂密封剂经800℃×36h处理后，经2.5MPa打压试验不漏气。

3结束语

我国研制和生产的高性能有机硅材料及制品基本满足了国内不同阶段航空工业的需求，但一些关键的高性能与功能化的硅橡胶、硅树脂及部分单体原料仍无法自主保障，部分有机硅材料的性能和质量尚不稳定。伴随着航空工业的发展，对有机硅材料的要求越来越高，一方面需要发展新型结构的有机硅材料，如高苯基硅橡胶、碳硼烷硅橡胶和硅氮橡胶等，另一方面需要发展功能化的有机硅材料，如高耐疲劳减振硅橡胶、电磁屏蔽硅橡胶、高性能热防护硅橡胶等。笔者相信，通过我国从事有机硅材料研究的科技工作者的共同努力，有机硅材料能够为我国航空工业技术进步发挥更大的作用。

硅材料篇3

关键词：丙交酯 聚乳酸 微硅粉 纳米二氧化硅

一、引言

聚乳酸（PLA）来自于可再生资源，它具有优良的生物相容性、力学性能、加工成型性能、降解性能等，可用于生物医学、包装、服装、农林业、餐饮业等领域[1-3]。

聚乳酸是一种新型的环境友好材料，易于加工。其合成方法按照机理主要分为两种，其一是丙交酯开环聚合法；其二是直接缩聚法。本文采用丙交酯开环聚合法合成聚乳酸。

微硅粉是硅铁或金属硅冶炼过程中产生的副产品。二氧化硅含量（ 纯度） 较低的微硅粉是一种固体废弃物，污染环境，但是纯度超过88%的微硅粉是一种重要的无机非金属纳米材料。本文通过对微硅粉进行除碳及除铁实验，微硅粉含量达到88.44%，并且通过原位聚合法制备聚乳酸/微硅粉复合材料[4-7]。本文还对合成的复合材料进行结构表征测试。

二、实验部分

1.实验药品

主要实验药品：乳酸（AR），微硅粉（工业级），氯化亚锡（AR），对甲苯磺酸（AR），无水乙醇（AR），乙酸乙酯（AR），三氯甲烷（AR），甲醇（AR），浓盐酸（AR），浓硫酸（AR），氯化钾（AR），氟化钾（AR），氢氧化钠（AR）

2.实验原理

（1）丙交酯的合成：乳酸首先通过直接缩聚得到低分子量的聚乳酸（齐聚物） ， 然后齐聚物在较高温度下裂解生成丙交酯。其反应过程如图2-1所示：

图2-1 丙交酯合成原理

（2）聚乳酸的合成：丙交酯在引发剂作用下开环聚合成聚乳酸（PLA） ，其反应式如图2-2：

图2-2 聚乳酸的合成原理

（3）微硅粉的提纯：微硅粉是硅铁或金属硅冶炼过程中产生的副产品。其主要杂质为K2O、Na2O、Fe2O3、MgO、CaO、Al2O3以及游离C等物质。在高温条件下煅烧可除去游离的碳。SiO2的含量可用氟硅酸钾法进行测定[8]。

氟硅酸钾法为将可溶性硅酸盐在硝酸溶液中与过量的KF作用，能定量地生成氟硅酸钾沉淀（K2SiF6）

SiO32-+2K++6F-+6H+=K2SiF6+3H2O

沉淀在热水中水解，生成相应的氢氟酸（HF）。

K2SiF6+3H2O=2KF+H2SiO3+4HF

用NaOH标准溶液滴定水解生成的HF，从消耗的NaOH标准溶液的体积和浓度，就可以求出试样中的SiO2的含量。

二氧化硅的百分含量按下式计算：

式中：M1/4SiO2―1/4SiO2的摩尔质量（g/mol）

CNaOH―NaOH标准溶液的量浓度（mol/L）

VNaOH―滴定时消耗氢氧化钠标准溶液的体积（ml）

W―试样重量（g）

（4）聚乳酸/微硅粉复合材料的合成：采用原位聚合法制备聚乳酸/微硅粉复合材料，以改善聚乳酸在热稳定性、力学性能方面的不足。

三、实验结论

（1）丙交酯的合成

a： 100 g乳酸反应制的粗丙交酯19.720g，精制丙交酯7.225g，熔程128～130℃

因此收率P=（M粗/ M）×100%=（19.72/68.06）×100%=28.97%

b：D，L-丙交酯红外测定

图2-3 D，L-丙交酯的红外光谱

由图2-3可见，1756.75cm-1附近为酯羰基C=O的强吸收峰；在2923.79cm-1与1446.06cm-1处为―CH3的吸收峰；在929.83cm-1处为环上C―H的面外变形振动的伸缩振动峰。由此得知此物质是丙交酯。

（2）聚乳酸的合成

a： M丙交酯=5.0083g，mSncl2=0.0160 g合成出的聚乳酸0.2408g。

b：聚乳酸红外测定

图2-4 聚乳酸的红外光谱

①在3444cm-1附近出现吸收带，是-OH的伸缩振动带，是-OH的吸收峰说明含有-OH；

②3000cm-1， 1457cm-1的峰分别为C-H的伸缩振动吸收峰和C-H的弯曲振动峰说明含有C-H；

③在1756cm-1处有强C=O伸缩振动吸收峰，说明含有C=O；

④在2949cm-1处是CH3的吸收峰，1386cm-1处是CH3的弯曲振动峰，说明含有CH3；

⑤1188cm-1是C-O-C的伸缩振动峰，1088cm-1是C-O对称伸展振动峰，以及1273cm-1和1133cm-1的吸收峰确认有C-O-C；综上所述该物质是PLA。

（3）微硅粉的提纯

（4）聚乳酸/微硅粉复合材料的合成

a：聚乳酸/微硅粉复合材料的制备

b：聚乳酸/微硅粉复合材料的红外测定

图2-5 a-聚乳酸 b-聚乳酸/微硅粉复合材料

（下转第页）

（上接第页）

由以上a、b两图可以看出， 它们IR谱图极其相似：

硅材料篇4

关键词：氮化硅结合碳化硅；耐磨材料；矿山机械；应用

对于矿山机械而言，其在实际工作中往往会因强烈磨损、物料腐蚀与摩擦等而失去效用，这样会因部件频繁检修与更换而过多停工，影响矿山作业的连续性，导致物力和人力的浪费。为了提高矿山机械设备的使用年限，需要大力开发新型的耐磨材料，如氮化硅结合碳化硅耐磨材料，保证材料的硬度和强度，促进矿山作业的顺利实施。

一、氮化硅结合碳化硅耐磨材料概述

对于氮化硅结合碳化硅耐磨材料而言，其特性主要表现在以下几方面：一是良好的抗热震性和高温抗蠕变性。碳化硅具有良好的导热性能，而氮化硅则具有较低的热膨胀率，将两者进行有效结合形成氮化硅结合碳化硅材料，则该材料则具有良好的抗热震性能。如果在冷热循环使用时，尺寸大小基本保持不变，温度由1300℃冷却为20℃时，需要进行数百次的加热循环，但是这不会对材料产生破坏，有效缩短烧成周期。此外，在氮化硅结合碳化硅耐磨材料的制造过程中，其尺寸变化都低于1%，并且由于玻璃相的缺乏，材料在高温状况下基本不会出现变形情况，因此废品和制品变形等情况也不会发生。二是良好的抗氧化性、耐磨损性和耐腐蚀性。相较于碳化硼、立方氮化硼和金刚石等物质而言，碳化硅和氮化硅的显微硬度相对较小，并且氮化硅具有较小的摩擦系数和良好的自性。因此氮化硅结合碳化硅的复合材料具有良好的化学性能，其能够承受大部分碱液腐蚀和无机酸腐蚀，具备良好的抗氧化性能，能够有效抵抗熔融铝和铝合金熔液的润湿以及有色金属的侵蚀，高温点的绝缘性能良好。三是较强的抗折强度。相较于粘土碳化硅制品而言，氮化硅结合碳化硅耐磨材料的抗折强度更强，其室温抗折强度达到粘土碳化硅制品的2倍。如果不包括无定形相，室温保持在1200℃～1400℃的范围内，该耐磨材料的强度会进一步增加，达到粘土碳化硅制品的9倍。

二、氮化硅结合碳化硅耐磨材料在矿山机械中的应用及前景

（一）具体应用

氮化硅结合碳化硅耐磨材料在矿山机械中的应用，其具体可从几下方面进行分析：首先是重介质旋流器和水力旋流器方面。一般在利用重介质旋流器分选原煤时，其环境相对复杂化，所处的密度场和速度具有一定的复杂性，因此其内部磨损形式也相对较为复杂，并且冲蚀磨损具有多样化的类型，如表面疲劳磨损、腐蚀磨损、微切削磨损和撞击磨损等。此外，硬度、颗粒形状、原煤粒度大小和受入料的压力等因素也会影响旋流器内部的磨损。此外，氮化硅结合碳化硅陶瓷在水力旋流器的应用，其主要是用于弯头、耐磨板、喷嘴、内衬和沉砂口等部位。国外企业在对碳化硅复合材料加以生产后，将其用于较小冲击和其他应力的水力旋流器沉砂口的制作中，从而减小材料的磨损速度，降低机械的维修费用，延长机械的使用寿命。

其次是砂浆泵方面。砂浆泵多用于矿山作业中的腐蚀性、高浓度与强磨损的渣浆中，如煤泥、灰渣、精矿砂、输送尾、清淤和采矿等工作，这些工作对材料的耐腐蚀性能和耐磨性能具有较高的要求。目前我国大多数渣浆泵耐磨零部件材质，其都是选用高铬铸铁，其使用寿命仅仅只达1～2个月，为了提高高铬铸铁的使用期限，不断创新与升级泵用材料，使其经历了铸铁―特种金属合金―橡胶制品――工程塑料―陶瓷等过程。一般而言，利用改性聚氨酯弹性体能够延长砂泵的使用期限3～10倍，而利用氮化硅结合碳化硅的复合材料，则至少可提高其使用期限的10倍。目前我国已经开始利用氮化硅结合碳化硅陶瓷材料来制作叶轮，但是砂浆泵的利用则较少。

（二）应用前景

由于氮化硅结合碳化硅材料具有良好的耐磨性和耐热性，其被广泛应用在磨料磨具和耐火材料等行业，但是在矿山机械方面的应用相对较少，需要转变观念，积极尝试。目前氮化硅结合碳化硅陶瓷在应用过程中，应有效提高其与其他部件的连接、冲击韧性和结合的均匀性，并科学利用碳化硅晶须―氮化硅来改善其韧性。稀土和氧化物活化剂应用于氮化硅和碳化硅，能够改善常温耐压与抗折的强度，促进烧结时间的缩短。此外，氮化硅结合碳化硅材料的应用可从生产成本的降低、喷涂工艺、粘结与成型技术等方面考虑，促进其在矿山机械中适用范围和灵活性的提高。

结束语

综上所述，氮化硅结合碳化硅耐磨材料具有良好的抗热震性、高温抗蠕变性、氧化性、耐磨损性、耐腐蚀性和抗折强度，将其应用在矿山机械中，能够有效提高机械的作业率与性能，优化矿产资源配置。在今后的发展过程中，我国需要进一步提高机械制造工艺，大力研发高性能和高效率的机械，不断更新机械材质，从而实现矿产资源的高效利用。

参考文献：

[1]赵军伟，常永强，聂飞，林峰.氮化硅结合碳化硅耐磨材料在矿山机械的应用[J].中国矿业，2014，04：118-120.

[2]李勇，朱晓燕，王佳平，陈俊红，薛文东，孙加林.反应烧结氮化硅-碳化硅复合材料的氮化机理[J].硅酸盐学报，2011，03：447-451.

硅材料篇5

[关键词]硅橡胶 热膨胀模型 气囊 复合材料 成型工艺

中图分类号：TU458 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0211-01

一、概述硅橡胶的物理性能

硅橡胶是一种高分子弹性材料，它的分子键既具有有机性质的特点，也具有无机性质的特点。硅橡胶在-100～350oC的温度范围内都具有优良的工作性能，耐高低温性能尤其突出，还具有区别于其他物质更为优异的热稳定性、透气性、透明性、电绝缘性、耐臭氧性、耐候性以及撕裂强度。硅橡胶还具有优异的粘接性、流动性、脱模性，这些特性使得它能够作为一种特殊的热膨胀材料被应用在复合材料的成型工艺中。

硅橡胶依照其硫化温度，可分为高温硫化型和室温硫化型两个种类。高温胶主要被应用于制造硅橡胶制品，室温胶则则主要被作为粘接剂、灌封材料或模具应用在各个领域。适用于热膨胀模塑技术中的硅橡胶模被称为热膨胀硅橡胶模，它具有比一般硅橡胶更高的稳定性，能够被重复使用并保持尺寸稳定，对于各种环氧树脂和各种稀释剂和固化剂的耐受度很高，热膨胀系数也比较高，更具备较好的弹性模量和高撕裂强度。

例如，美国生产的热膨胀硅橡胶撕裂强度可达到14KN/m，剥离强度可保持在0.218KN/m，撕裂强度远大于剥离强度，这就意味着脱模容易，却不容易损伤模具。

该材料主要用于聚合物基复合材料的固化成型工艺，目前美国、法国等国家的企业有专门的热膨胀硅橡胶制造厂家，制造出来的热膨胀硅橡胶在这些方面的性能极高，在复合材料成型工艺中的作用十分突出。

二、硅橡胶在聚合物基复合材料成型过程中的具体应用

（一）热膨胀硅橡胶在模塑工作中的作用

早在二十世纪七十年代中期，热膨胀模塑法就被创造发明出来。这种复合材料固化成型的技术，是以热膨胀硅胶作为芯模，将复合材料放置在它和刚性阴模之间，当热膨胀硅胶受热膨胀时对复合材料产生巨大压力使其完成固化并成型。

具体说来，热膨胀硅胶充当的一般都是成型对模中的凸模的角色。在对复合材料进行成功加工时，工作人员要执行的步骤是：

1、可以先将复合材料预浸料铺贴在热膨胀硅胶像凸模表面，也可以在预成型胎膜上铺贴复合材料预浸料，然后把热膨胀硅橡胶凸模、胚料以及阴模组合在一起。

2、将组合好的模具放在外加热装置上进行加热，通过检测仪器对其过程进行检测，预防错误操作的发生。在这个过程中，硅橡胶软膜经过受热开始膨胀，对复合材料进行施压，促进符合材料的固化成型。

热膨胀塑模法可以尽可能地降低复合材料制作工作的成本，而且进一步促进复合材料的一次性固化成型，这使得国内外企业都非常重视对热膨胀模塑法的研究和应用。使用该技术制作而成的复合材料目前被广泛地应用在航天航空制造领域，国外因为有专门的热膨胀硅胶橡制造厂家，所以在方面的技术处于遥遥领先的地位。我国对该技术也一直积极研究，已经取得了一定的成绩，例如采用热膨胀模塑法生产出碳环氧复合材料薄壁管、双向加筋结构复合材料板、碳纤维复合材料副面背架等。

（二）热膨胀硅胶在软膜辅助RTM技术中的应用

传统的RTM工艺因为采用的是刚性模具所以很难让复合材料一次性成型，而且RTM工艺制品存在纤维含量低、成性压力低等缺陷，使得这种复合材料成型工艺不能满足我国航天航空制造业和其他高科技产业的需要。为了改善这一技术的缺陷，我国科研人员经过研究创造出了软膜辅助RTM工艺技术，这种技术与传统的RTM技术的不同之处在于，在增强复合材料与刚性芯模之间的区域铺设了一层热膨胀硅橡胶材料。热膨胀硅橡胶软膜以金属芯模为支撑，根据制备设备的内表面形状进行铺设，把内置加热装置安插在金属芯模内部，在成型过程中通过与刚性阴模组合成为模具对复合材料进行加压固化。软膜经过受热对各种纤维复合材料提供热量和压力，促进其固化成型。与此同时，硅胶软膜在膨胀的过程中可以压缩剩下的胶液，让流动状态中的胶液通过挤压而排出复合材料中的挥发气体，从而提高复合材料的纤维含量。

使用该技术制造出来的复合材料制品所具备的拉伸强度、弯曲强度明显高于普通RTM工艺制造出来的复合材料，同比性能要高出40%以上。

（三）热膨胀硅橡胶在气囊辅助RTM技术中的应用

气囊辅助RTM技术同样是根据传统气囊辅助RTM技术改进而来，其技术核心是将安置在密封气囊上的预成型体放置在模腔内，以对气囊充气的方式来填充预成型体，使其能够妥帖地贴合在模腔内壁。气囊辅助RTM技术具有铺设方便、控制压力便利的特点，在预成型体的塑型方面的效果非常显著。这一技术得以实施的关键技术在于，应当采用硅橡胶作为气囊材料，依靠模腔的内部形状保障空心构件的外形，适用于制造一些大表面面积的、结构复杂的航天航空设备的构件。

从实质上说，该技术就是把刚性模具和硅橡胶气囊组合成为模具，以达到使内充物快速成型的目的。因为硅橡胶的塑性形高，这种技术也就可以用来制造那些形状复杂的构件，让硅橡胶气囊在充气的过程中紧密地与模腔的内壁贴合。其优点集中体现在避免了过去铺设干态织物的麻烦，工作人员只要将织物平铺在硅橡胶气囊的表面上即可，就能最大限度的解决塑造复杂构件外形的技术难题。

（四）热膨胀硅橡胶取代真空袋的应用

在复合材料成型技术中，用来制备真空袋的材料有尼龙薄膜、聚酰亚胺膜、聚酯薄膜、铝箔等，但随着硅橡胶热膨胀属性的开发，近些年来硅橡胶逐渐去取代真空袋被广泛应用。其具体的做法时，先在刚性阴模上铺设纤维，接着将热膨胀硅橡胶铺设在纤维上，使其四周密封完好后再注入树脂。这种技术的步骤与使用真空袋时相似，但却使用硅橡胶取代了真空袋的位置。真空袋热压罐成型工艺在过去也被经常使用，主要用来生产一部分航天设备中的主承力构件，但这种工艺造价高，对操作的要求也十分严格，不能适用于制造结构复杂的构件。而硅橡胶取代真空袋之后，这些问题都得到了解决，不但能够用以制造结构复杂的构件，也降低了操作难度和成本。

结束语

硅橡胶材料因为其独特的属性成为了一种目前被广泛应用在复合材料成型工艺中的材料。它不但解决了过去复合材料一次性成型难度大的问题，也使得制作尺寸较大的复合材料变为了可能，更能够增加复合材料制品的纤维含量，缩小空隙率，还能够降低复合材料的作成本。综合来看，硅橡胶都是一种非常具有经济效益和实用性强的材料，它的应用能够最大限度地促使聚合物基符合材料进入到人们的生活当中，且为高科技行业提供关键材料，推动聚合物基复合材料行业的健康发展。

参考文献

[1] 尹昌平，刘钧，曾竟成等.硅橡胶在聚合物基复合材料成型中的应用[J].材料导报，2006，20（11）

[2] 邵蒙，顾轶卓，程勇等.硅橡胶热膨胀模具设计与纵横加筋壁板成型质量分析[J].航空学报，2012，33（6）

[3] 靳武刚.热膨胀硅橡胶在复合材料成型工艺中的应用[J].塑料科技，2003，（2）

[4] 马洁.高导热硅橡胶基复合材料的制备及表征[D].2014.

硅材料篇6

【关键词】建筑；掺混合材料；硅酸盐；水泥；应用

中图分类号：O741+.4文献标识码： A 文章编号：

硅盐酸是最基本的水泥材料之一，也在水泥中占据主要成分[1]。建筑混合材料的种类比较多，并且有些材料已经无法再继续使用，为了找到解决办法，本文收集了大量的相关资料并进行整理，发现了在硅盐酸水泥中参加了一些建筑混合材料应用效果比较明显，也获得了建筑行业的认可，现将研究结果总结如下。

1普通硅盐酸水泥

普通硅盐酸水泥属于一种水硬性胶凝材料，是有6%~15%的混合材料和硅盐酸水泥熟料以及适量的石膏膜细混合制成[2]。注意在掺入活性混合材料中，掺量要控制在15%之内，或者使用窑灰和非活性的混合材料也可以，注意使用窑灰的掺量必须在水泥质量的5%以内，混合材料的掺量必须控制在水泥质量的10%以内。

1.1技术要求

初始凝结和最终凝结的时间一定要注意不能提前40min和延迟9.8h。在3d和28d之后，根据水泥的抗折强度和抗压强度分成等级，而普通硅盐酸水泥的强度等级有三个，分别是32.5、32.51R，42.5、42.5R，52.5、52.5R。普通硅盐酸水泥和硅盐酸水泥的其他技术要求相同，如二氧化硫含量、氧化镁含量以及体积安定性等。

1.2主要性能

为了调整普通硅盐酸水泥的等级和增加水泥的产出量，混合材料的掺量必须要控制在15%以内。但是与硅盐酸水泥相比较，明显较好的性能有耐热性和耐蚀性，明显较低的性能有耐磨性、早期强度、碱度、水化热和抗碳化性，其中抗冻性较差。

1.3主要应用

由于两种水泥的性质和差别不是很大，所以，在大部分的地区使用两种水泥都是可以互相替用的，但是有些地区则可以使用普通的硅盐酸水泥而不能使用硅盐酸水泥，因此在建筑行业中普通硅盐酸水泥的使用区域比较广阔，使用量也比较大。

2硅盐酸水泥的分类

2.1技术要求

硅盐酸水泥可分为三类，即矿渣硅盐酸水泥、火山灰质硅盐酸水泥、粉煤灰硅盐酸水泥。初始凝结和最终凝结的时间与普通硅盐酸水泥相同，细度和体积安定性也与普通硅盐酸水泥一致。在3d和28d之后，根据这三种水泥的抗折强度和抗压强度分成等级，而三种水泥的强度等级有三个，分别是32.5、32.5R，42.5、42.51R，52.5、52.5R。针对每一强度等级相应的数值不得高于各龄期强度。硅盐酸水泥的其他技术要求与国家制定的标准一致，如二氧化硫含量、氧化镁含量以及体积安定性等。

2.2三种水泥性能和应用

三种水泥是在硅盐酸水泥熟料后分别加入大量的矿渣、火山灰质、粉煤灰活性混合材料后，在进行磨细制成。三种水泥应用其材料的化学成分和活性大体上差别不是很大，所以，三种水泥的应用范围和特性基本是类似的。在大部分的地区使用三种水泥都是可以互用替用的，但是，由于制成的物理原料不同以及表面的特征也有多差异，导致这三种水泥各自都具有不同的特点。

2.3三种水泥的共性

2.3.1强度变化

三种水泥的凝结硬化的速度比较缓慢，并且早期时水泥的强度较低，但是在后期时强度会变高且变换速度较快，由于水泥中熟料的掺量少以及二次水化后水泥强度通常情况下发展会比较慢，导致在3d~7d内的水泥强度偏低。后期中因为不断持续熟料水化和二次水化，导致水化后的产物不断增加，因而也促进了水泥强度的发展，而且硅盐酸水泥后期的强度也可以超越同级强度的水泥。注意这三种水泥在冬季工程或者现浇工程中不能使用，因为这样的工程要求的水泥在早期必需具有较高的强度。虽然火山灰质水泥和矿渣水泥的早期强度较低，但是粉煤灰水泥的强度更低，并且使用后表面效果很致密，所以比较适合承载较晚的项目。

2.3.2温度变化

由于三种水泥对温度比较敏感，所以较适宜高温养炉，经研究发现，在低温时水化速度变慢，早期强度变得更低，相反在高温养炉下，熟料和混合材料的水化速度有一定程度上的提升，所以早期强度可以增高，对后期常温的强度变化也无任何影响。在高温养炉下普通硅盐酸水泥或者硅盐酸水泥的早期强度也会加强，但是会影响到后期强的的变化，与在常温下效果比较，强度会更低。经过研究后发现，两种水泥虽然加快了二次水化的速度，但是对熟料颗粒在后期水化中会产生阻碍作用，所以高温养炉并不适用于普通硅盐酸水泥或者硅盐酸水泥。

2.3.3腐蚀性能

这三种水泥的抵抗腐蚀的性能较好，因为熟料掺量少，盐酸盐以及其他腐蚀物质的性能较强，所以混凝土工程中会使用这三种耐腐蚀水泥。但是，由于火山灰水泥的成分中含有氢氧化钙，并且是主要的活性混合材料，经过水化后成分中会产生大量的氯酸钙，所以火山灰质水泥的耐腐蚀性没有其他两种水泥强，最好不要在混凝土工程中使用。

2.3.4水化热

因为硅酸盐的熟料少，而降低了水化后的大部分的热量，所以，这比较大体积混凝土工程中。

2.3.5抗冻性和耐磨性

混合材料的掺入量变大会增加水泥的需水量，在水分蒸发后建筑表面会产生孔隙，最终会降低抗冻性和耐磨性。所以，在有耐磨要求和抗寒要求的混凝土工程中不适宜使用这三种水泥。

2.3.6抗碳化能力

这三种水泥抗碳化能力较差，因为在水化后的产物中氢氧化钙的含量极少，碱度变小，导致抗碳化能力变低。其具有保护钢筋的作用，所以在民用建筑中比较常用。

2.4三种水泥的特性

2.4.1矿渣硅酸盐水泥

具有很强的耐热性能，所以常用于200℃的工程建筑中，矿渣水泥具有较差保水性能，会产生泌水现象，而引起孔隙并且空隙会连通，导致抗渗性变差，以及干燥收缩情况也比普通水泥的程度大，对于有抗渗要求的工程并不适合矿渣硅酸盐水泥。

2.4.2火山灰质盐酸盐水泥

在混合材料中火山灰含有大量的孔隙但是比较微小，所以保水性比普通的水泥性能要强，在水化过程中会出现硅酸钙产物，这种产物起到凝结作用，会增加水泥结构的致密性，所以抗渗功能会加强，同时耐水情况也会增强，在要求抗渗功能的混凝土工程中可优先使用。由于火山灰水泥在干燥环境中时间过长，会影响水化反应甚至会终止水化，强度的发展也会受到限制，所以对于在干燥环境中的混凝土工程不可以使用火山灰质水泥。

2.4.3粉煤灰盐酸盐水泥

粉煤灰属于颗粒状的物质，并且表面积太小，会降低表面吸附的能力，所以具有较好的抗裂性能。但是泌水速度较快，会引起抗渗性能变差，所以，对于要求抗渗性并且干燥环境的混凝土工程不适合使用粉煤灰水泥。

3小结

本文介绍在硅酸盐水泥中加入活性混合材料会改变水泥的性能，扩大水泥使用的范围和增强水泥的品种，以及调节水泥的强度，值得推广应用。

参考文献

[1]陈益民,张洪滔,郭随华等.复合掺加磨细钢渣粉和矿渣粉的水泥性能的研究[C].//硅酸盐通报-中国硅酸盐学会第二届青年学术讨论会论文集2001增刊.2001:172-175.

[2]赵旭光,赵三银,吴国林等.转炉钢渣对矿渣-硅酸盐水泥混合胶砂的收缩补偿效应[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版）,2006,38(2):290-293.

硅材料篇7

关键词：高硼硅；逆流提取；应用

前言

为了改变提取生产技术装备和工艺的落后面貌，近年来涌现出许多连续逆流提取设备。现在很多从事食品、药品、保健品等提取开发的企业，在开发应用新设备和新工艺时，往往先进行很多次提取试验，从中找出最佳提取工艺参数。因此提取试验设备性能是开发提取新工艺的重要组成部分。目前常规提取设备是不锈钢材质加工而成，还存在不能直接观察到提取过程，这样就要进行多组提取试验，因而增加试验研发资金投入，研发周期变长；与此相对应，玻璃仓体连续逆流提取设备恰好具有透明直观的优势，能在不停机的情况下，根据观察到的运行状态随时改变进料、主轴转速、溶媒配比等参数。本文所述是一种透明高硼硅玻璃仓体连续逆流浸出设备，充分利用仓体透明的效应，实现连续逆流浸出过程实时查看，利用最少的试验次数，找到最佳的工艺方案和运行参数，极大的减少人、财、物的投入，缩短提取工艺开发周期，具有明显的节能效果。同时，设备在提取试验过程中，根据观察到的运行情况，在不停机的情况下，可根据不同的提取方案通过实时观察，调节进料电机的转速对进料量进行改变，相应的通过透明仓体可查看仓体物料的状态，实时改变主轴的转速，来实现最佳提取效果。

1 高硼硅玻璃管在逆流提取设备上的应用

连续逆流提取设备在提取分离应用上越来越被行业认可，但是存在一系列缺陷和问题：（1）不能直接观察到提取过程，需要停机取样分析，这样就要进行多组提取，因而增加工艺研发资金投入，研发周期变长； （2）属间歇作业设备，仍存在运行效率不高、产品批次不同的问题。另外，在该设备设计结构中，进料、出液、排渣，以及设备清洗等方面也存在很多的问题。与此相对应，玻璃仓体连续逆流浸出提取装置恰好具有明显的优势，能在不停机的情况下，根据观察到的运行状态随时改变进料、主轴转速、溶媒配比等参数。

以往相关设备都是采用不透明的钢材加工制造的连续逆流提取设备。不具备在线观察提取工作状态，即使有观察口也只能看到非常小的局部状态情况。

本实验室用逆流提取设备由不锈钢仓体和高硼硅玻璃仓体共同连接组成。逆流提取设备为四节仓体组成，2节不锈钢仓体采用Φ159管，2节透明玻璃段采用Φ160高硼硅玻璃管。选用的透明高硼硅玻璃管也称为BJ-TY料，膨胀系数3.3，拥有良好的热稳定性，化学稳定性，透光性能和电学性能，并具有很强的耐水，耐酸，耐碱等特性，又称为耐热玻璃，耐热冲击玻璃，耐高温玻璃，也是一种防火玻璃。退火点560度，软化点820度，密度2.23g/cm3，高硼硅玻璃管广泛应用于医疗，化工，航空航天等。主要作为防爆玻璃套管，机械视筒，高精度定位管等。经过我们选用合适的玻璃管与不锈钢管组成可视提取设备，达到了过去难以实现的在先实施观看提取过程的目的，而且根据不同的提取工艺要求，可实现全部提取仓体和部分提取仓体均可以采用玻璃材质的可视要求，同时完全满足医药设备GMP的要求。

2 仓体之间组装及连接

高硼硅玻璃材质的仓体与不锈钢仓体连接比较困难，既要求密封又要求刚度、强度要求。我们与北京玻璃生产厂家协商，根据我们提出的要求，生产出扩口玻璃管（见图），采用特殊方兰和密封圈连接，实现了玻璃管和不锈钢管、玻璃管与玻璃管之间的连接，生产出来的逆流提取可视提取设备完全满足试验生产要求，也符合GMP国家标准。并申请了国家实用新型专利（专利号：ZL201120386069.4）。

3 高硼硅玻璃管段}体的清洗

由于以往设备都是不锈钢材质加工而成，仓体清洗采用清洗口注入清洗液或清水来清洗，有的直接接入自来水管，一边注水一边放水，由于不是用来观察设备运行情况，只要清洗干净就行。采用了透明玻璃管材质后，主要用来查看提取物料运行等内部情况，因此对玻璃管段的内部清洗要求干净透明，不能由于清洗不净而影响运行观察。我们先后采用螺旋轴钻眼通高压清洗液清洗、用螺旋片上安装条形清洗刷清晰等方案，都不太理想。后来我们采用半圆形活动清洗块，清洗块外表面全部是清洗刷，从清洗口的上端放入，经螺旋主轴旋转把清洗块推向下端，经过整个玻璃段后，把玻璃管段进行清洗，效果非常理想，彻底解决了玻璃管仓体内壁的清洗难题。

4 结束语

采用高硼硅透明玻璃材质生产的试验用逆流提取设备，充分利用仓体透明的效应，实现连续逆流浸出过程实时查看，利用最少的试验次数，找到最佳的工艺方案和运行参数，极大的减少人、材、物的投入，缩短提取工艺开发周期，使得在提取分离工艺试验方面具有明显优势，透明仓体使得试验的周期缩短30%、原料及能源消耗降低25%，具有明显的经济效益，在提取分离试验设备方面有着广阔的市场前景。

参考文献

[1]刘春燕.水平管道式连续逆流浸出器[P].中国：ZL 2011 2 038600

7.3，2012-5-30.

[2]程乃春.一种多级组合连续逆流超声提取设备[P].中国：ZL 2010 1 0578468.0，2012-10-24.

硅材料篇8

关键词：沥青路面；有机硅；预防性养护

我国交通道路网骨架基本完成，道路已经逐渐由建设转为以养护为主。由于我国气候差异、重载车辆分布等因素影响，导致沥青路面出现严重的早期破坏，其中以车辙、水损害以及裂缝等损害为主，对道路的正常运行产生不利影响。为避免早期破坏加重，沥青路面养护成为关注重点。目前有机硅预防性养护材料已经在道路养护中广泛使用，并取得较好成果。

1 有机硅预防性养护材料的性能分析

1.1 防水性能

有机硅树脂是有机硅预防性养护材料的主要成分，作为W络结构，主要由硅氧键、乙氧基以及甲基等交联而成。其中硅氧键为主链，侧链是由乙氧基等非极性基团组成，侧链绕主链向外排列。水分子的极性很强，与极性基团出现异相斥，因而有机硅预防性养护材料“憎水性”极强，使用前其是以液体形式存在，且其中含有大量Si-OH键，作用于沥青路面后，会渗入到空隙中，并固化成膜，形成网状结构，对水分子起到阻止作用，从而增加防水性能。有机硅预防性养护材料抗渗性能较好，当其通过裂缝进入沥青路面的内部结构后，可充分粘合微小裂缝，同时在路面形成致密膜，有效防止雨水进入路面内部。

1.2 抗滑性能

沥青路面的抗滑能力由多种因素共同决定，其中路面构造、季节变化、集料磨光值是重要因素，而表面构造则是关键性因素。宏观与微观构造共同组成表面构造，前者作用在于提供排水通道，后者主要是集料表面纹理，作用在于降低速度与摩擦力。车辆速度与摩擦系数呈反比，车辆低速与高速时，分别受微观与宏观结构影响。通过摆式摩擦仪对沥青路面摩擦系数进行试验，结果表明，采用有机硅预防性养护材料养护前后，沥青路面抗滑值波动较小，表明有机硅预防性养护材料对对路面抗滑性能几乎不产生影响，其原因是在沥青路面，有机硅预防性养护材料所形成的致密膜，粘附性较强，能将细集料充分粘附于原有路面，再加上厚度较薄，因而保持原有沥青路面的抗滑性能。此外有机硅预防性养护材料对路面构造不产生影响，这也是保持原有路面抗滑性能的重要因素。

1.3 抗老化性能

沥青路面发生老化主要与氧气接触有关，有机硅预防性养护材料能够渗透至路面内部空隙中，隔绝氧气与混合料接触，同时在表面形成较薄的致密膜，起到双重隔绝氧气作用，此外这样材料的高温稳定性极强，可有效延缓沥青路面老化。紫外线直射也是造成沥青路面老化的重要原因，而有机硅预防性养护材料中存在硅氧键主链，而硅氧键主链化学稳定性极强，可有效延缓路面出现紫外线老化现象。

1.4 抗油污性能

车辆在行驶或检修过程中，会出现漏油现象，从而腐蚀和污染路面，降低路面耐久性。汽油可以溶解沥青，当沥青路面存在汽油后，可增加混合料的飞散损失。有机硅预防性养护材料在沥青路面内部形成网状结构，能够防止油污渗入，同时在路面形成的致密膜可防止油污与沥青发生反应，从而减少混合料的飞散损失，同时也进一步表明有机硅预防性养护材料具有较好抗油污性能。

2 有机硅预防性养护材料的应用分析

2.1 施工前准备

（1）调查路况。对所需施工路段进行详细调查，重点是病害路段，采用科学合理方法处理重要病害，减少安全隐患。根据路面具体情况，实施渗水、摩擦系数检测，并充分掌握构造深度，为施工提供理论依据，同时在施工时可进行数据对比，保证施工质量。

（2）现场准备。根据路面养护施工规范，对所需施工车道实施封闭，并将安全作业标志按照规范摆放，采用宽胶带保护道路标志线。

（3）修补病害路段。对于微小或裂缝超过4mm的路面，采取相应措施进行修补。施工时保持路面干燥，如遇到下雨天气，应延期施工，等到路面符合施工要求时进行施工。对于路面的沙粒、油污等应及时清除，同时清除影响养护效果的附着物，保持路面洁净。

（4）施工材料的准备。施工前慎重选择施工材料，严格对比实际所用材料，把握有机硅预防性养护材料的配合比，并充分搅拌均匀，另外准备施工过程中所使用的橡胶粉等其它材料。

（5）设备准备。在施工前，根据施工路面、施工量等具体情况，选择合适的机械化喷洒车。

2.2 施工过程

（1）在路面符合施工条件时，喷涂抗水防油剂，范围控制在350～450g/m2。

（2）施工最佳时机是夏季，气温较高，施工后2h可干燥固化，对道路正常运行的影响较小。

（3）将有机硅预防性养护材料与橡胶粉等材料按照恰当比例搅拌均匀。

（4）对于有机硅预防性养护材料的喷洒，保持车辆匀速，无断头和漏点，对于特殊部位应增加喷涂量。首次喷洒范围控制在200～250g/m2，二次喷洒同首次方向一样，范围控制在100～150g/m2，实施二次喷洒可提高路面抗滑性能。二次喷洒后进行封水，将抗滑材料粘附防止散失。

（5）两次喷洒以间隔2～6h为宜，可充分促使有机硅预防性养护材料凝固，如施工环境温度较低，可适当延长凝固时间。

2.3 注意事项

（1）喷洒时过程中，路幅较大可使用乳化沥青喷洒车，局部喷洒可使用人工喷雾器，喷洒后重点养护。

（2）实行交通管制，保持路面干净，地表温度低于5℃或雨天，禁止施工。

（3）有机硅预防性养护材料完全固化后，可完全开放交通，保持道路正常运行。

有机硅预防性养护材料具有较好的防水、抗油污、抗老化、抗滑性能，施工操作简单，固化时间短，对交通道路正常运行影响不大，在道路养护中广泛使用。

参考文献

[1] 张苏龙，洪锦祥，林俊涛，等.沥青路面有机硅预防性养护材料的性能研究[J].新型建筑材料，2015（05）：43-47.

[2] 徐显炼.有机硅材料预防性养护机理及在深汕西高速公路沥青路面保护中的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2011（05）：24-26.

[3] 邸广通.有机硅雾封层技术在沥青路面预防性养护中的应用[J].北方交通，2016（05）：125-127.