磷酸鹽粘結劑的發展與應用

【摘 要】 近年來，磷酸鹽粘結劑作為耐熱涂料的成膜物被廣泛應用于金屬的耐高溫保護涂層。尤其以磷酸鹽粘結劑為基料，添加硬質陶瓷骨料制備的無機涂料，以其優秀的熱穩定性、耐磨性、抗氧化性，及工藝簡單、成本低、環保等特點，已經逐漸替代機硅類耐熱涂料。除了應用于傳統的耐火材料和鑄造工業外，磷酸鹽粘結劑還被用來密封熱噴涂涂層，作多孔陶瓷的耐磨、耐高溫保護層，以及制備纖維復合材料等。

【關鍵詞】 磷酸鹽粘結劑；熱穩定性；耐高溫保護層；纖維符合材料

國外早在20世紀60年代就開始對磷酸鹽的研究，開發出很多性能優良的耐高溫粘結劑。前蘇聯到20世紀80～90年代，已成功地將固化溫度降至170℃，美國海軍航空局從20世紀60年代開始資助通用電氣公司著手此方面的研究，得到了能在315℃以下固化的石英織物增強磷酸鋁基復合材料。70～80年代，美國空軍實驗室等單位進行了磷酸鹽基材料的常溫、高溫電性能等的詳細測試。國內70年代開始研究磷酸鹽粘結劑，由于該領域的敏感性，目前國內外均未見有關其具體制備方面的研究報道。

與硅酸鹽粘結劑相比，磷酸鹽粘結劑耐水性較好、固化收縮率小、高溫強度大并可在較低溫度固化。盡管有機硅類涂料具有較好的耐熱性、耐水性、電絕緣性和機械性能，但它的高溫穩定性、附著力、抗氧化性與以磷酸鹽粘結劑為成膜物的磷酸鹽涂料相比差很多，并且制備工藝較為復雜、成本高等。這些優點都決定了磷酸鹽粘結劑在工業領域將發揮越來越重要的作用。

1 磷酸鹽粘結劑在耐火材料領域的應用

在耐火材料工業中，磷酸鹽粘結劑通常以酸式鹽或磷酸的衍生物在常溫下與弱堿或兩性氧化物反應，但并非所有的反應產物都具有粘結性能。具有較小的陽離子半徑的金屬離子有助于形成無序或玻璃狀結構，提高粘結性，所以磷酸鋁、磷酸鉻及其復合系統的粘結劑在性能上完全能滿足要求，而被廣泛地應用。

磷酸鹽粘結劑不僅在常溫下具有一定的粘結強度，并且隨使用溫度的提高粘結強度也在提高，加之磷酸鹽粘結劑本身固有的耐高溫性能、抗腐蝕性及抗吸濕性，因此它完全符合耐火材料領域粘結劑的要求。隨著耐火材料耐火度的提高，對粘結劑的高溫穩定性也提出了更高的要求，所以如何繼續提高磷酸鹽粘結劑的高溫性能將成為未來這一領域的研究重點。

2 磷酸鹽粘結劑在鑄造領域的應用

磷酸鹽粘結劑由于具有良好的潰散性和高溫性能，制作簡單、成本低、無味、無毒，所以被認為是一種極有應用前景的鑄造用粘結劑。

肖澤輝、譚曉朝等研究發現以磷酸鋁為粘結劑，經煅燒鈍化的冶金鎂砂為促凝劑的陶瓷料漿，以高鋁礬土熟料或棕剛玉為耐火粉料，生產出的熱壓模具具有較高的高溫強度和較小的熱膨脹系數，鑄件不粘砂，型殼易潰散，鑄件表面光潔等優點。而加入鉻酸酐制備的磷酸鋁鉻粘結劑應用到鑄鐵用陶瓷過濾片中，可以有效抑制過濾片在高溫時因失水收縮而產生的龜裂現象。

3 磷酸鹽粘結劑在無機涂料領域的應用

以磷酸鹽粘結劑作為基料，添加陶瓷骨料制備的磷酸鹽涂料主要用于鋼鐵等金屬的耐高溫、耐腐蝕的保護涂層。目前，應用最為廣泛的耐熱涂料是有機硅類耐熱涂料。雖然有機硅類耐熱涂料具有較好的耐熱性、耐水性、電絕緣性和機械性能，但其硬度小，價格高，且不屬于環保型涂料，而無機化合物的耐熱性、熱穩定性、耐氧化性遠遠優于有機聚合物。磷酸鹽粘結劑作為耐高溫基料，具有很強的附著力和耐熱性，將磷酸鹽粘結劑作為耐熱涂料的成膜物，并對其性能進行改進，可以制得具有良好附著力、耐熱性和施工性能的水性耐熱涂料。

4 磷酸鹽粘結劑在陶瓷纖維復合材料中的應用

碳纖維密度小，具有非常優異的力學性能，常用它們與很多金屬基體復合，制備性能較高的復合材料，其中鋁及其合金是用得最多的基體。由于碳纖維與鋁液的潤濕性差，高溫下相互之間容易發生化學反應，生成嚴重影響復合材料性能的化合物，所以通過對纖維進行表面處理來提高碳纖維鋁基復合材料的性能已成為近些年研究的重點之一。

王新坤、汪定江等研究表明，在預制件中加入偏磷酸鋁粘結劑可以提高復合材料中纖維的平直度及分布的均勻性，從而提高鋁液浸滲填充的均勻性，制備缺陷較少、性能較好的復合材料。他們用P/Al=15：1、濃度為10wt%偏磷酸鋁溶液處理后的預制件經真空液相浸滲后制備的復合材料，纖維不僅維持了較好的平直度，而且彎曲強度比未經粘結劑處理的提高近102%，達到535MPa。