成瓷填料对比在陶瓷化硅橡胶性能的影响
目前陶瓷化硅橡胶研究中常用的成瓷无机填料有硅灰石、云母、硅藻土、高岭土和纤维类填料等，其中使用云母作为成瓷填料的研究最为常见，近年来逐渐出现硅灰石、硅藻土等作为成瓷填料的相关研究。
1、硅灰石
硅灰石的熔点为1540℃，是一种含钙的偏硅酸盐类矿物质，呈针状、放射状和纤维状结构，具有优异的热稳定性、化学稳定性和绝缘性能，广泛应用于陶瓷、橡胶、塑料、涂料等制品。在陶瓷化硅橡胶中应用时，硅灰石可作为陶瓷体的骨架材料，在温度达到1020～1080℃时，硅灰石能形成硅铝钙盐的低温共熔体，以钙长石为主晶相。因为硅灰石可以降低陶瓷化转变温度，所以可应用于低温快烧陶瓷领域。
研究结果：
1）研究了硅灰石用量和长径比对陶瓷化硅橡胶性能的影响。随着硅灰石用量的增加，硅橡胶的拉伸强度和断裂伸长率线性下降，烧蚀后形成的陶瓷体三点弯曲强度不断增加，微观结构亦呈致密、连续的状态。比较合理的解释是，硅灰石的加入，破坏了硅橡胶的三维网状结构，所以硅橡胶的力学性能下降，而硅灰石能和硅橡胶分解产生的二氧化硅反应形成液相共熔，从而起到桥接作用，形成致密的陶瓷结构。此外，按照长径比划分，硅灰石分为普通硅灰石和针状硅灰石，相较于针状硅灰石，普通硅灰石的粒径更小，分布更均匀，因此形成的硅橡胶力学性能更优，烧结体的三点弯曲强度更强。而针状硅灰石的阻燃性能和热稳定性更加优异。
2）研究提出，加入硅灰石的硅橡胶会因轻微膨胀而变得柔软，因此断裂伸长率较大。将硅灰石和氧化铝进行复配，能得到性能更加优异的陶瓷化硅橡胶。制备出了一种具有高阻燃特性的固化硅氧烷泡沫，里面添加了硅灰石，具有高阻燃特性。当硅灰石添加量达到一定值时，燃烧时可在聚合物表面形成陶瓷，阻止火焰的进一步燃烧。对比研究了硅灰石和玻璃纤维对硅橡胶的补强效果，结果发现，添加10%玻璃纤维可以使拉伸强度提高26%，但是添加10%的硅灰石只能使拉伸强度提高4%，使用经过硅烷偶联剂处理的玻璃纤维和硅灰石，拉伸强度均有进一步的提升。此外，硅灰石和玻璃纤维均对硅橡胶的热稳定性有所提升。
2、云母
云母是一类铝硅酸盐矿物质，含有钾、铝、镁、铁、锂等金属元素，呈层状结构，具有优良的介电性能、绝热性能、化学稳定性和较高的机械强度，并且耐高温、耐酸碱腐蚀等。云母种类较多，主要分为白云母、金云母、绢云母、锂云母和黑云母等，工业上使用最多的是白云母和金云母。在陶瓷化硅橡胶复合材料中，云母不仅可以提高陶瓷化硅橡胶复合材料的电绝缘性能和热稳定性，还能在一定程度上降低复合材料的成本
研究结果：
1）经研究了氟金云母用量对陶瓷化硅橡胶力学性能、耐烧蚀性能以及烧蚀后形成陶瓷体性能的影响。实验结果表明，当氟金云母的用量比较少时，氟金云母起到了一定的补强作用；随着用量的不断增加，云母分散不均匀，导致了局部的应力集中，降低了硅橡胶的力学性能。所以，随着氟金云母用量的增加，硅橡胶的拉伸强度和断裂伸长率均呈先增大后减小的趋势。同时，陶瓷化硅橡胶的烧蚀质量残余和尺寸稳定性得到了改善，陶瓷体的裂纹减少，力学性能也先上升后下降，在一定的氟金云母用量下，陶瓷体的力学性能具有最优值。
2）研究了烧结温度对硅橡胶云母体系陶瓷化硅橡胶复合材料显微结构和化学成分的影响。实验分析表明，在600℃时，热解产物与填料之间几乎没有发生烧结或共晶反应。在1000℃下燃烧时，云母边缘开始熔化并扩散到基体中，同时，硅橡胶热解产物起到粘结剂的作用，与云母连接在一起，形成致密的陶瓷层。
3、硅藻土
硅藻土是由一种统称硅藻的藻类单细胞生物死亡后沉积而成的，其80%以上为含水的无定型SiO2，并含有少量的金属氧化物和有机杂质。硅藻土的表面吸附有水分子，以氢键的方式形成了羟基。硅藻土的熔点为1650～1750℃，化学性质稳定，具有特殊的多孔结构和很大的比表面积，因而具有良好的吸附性能，被广泛用作陶瓷化填料。
研究结果：
1）采用甲基乙烯基硅橡胶为基体，加入硅藻土作为陶瓷填料，并利用KH570对硅藻土进行表面改性，使硅藻土与基体能更好地相容，同时添加助熔剂和硫化剂制得可陶瓷化硅橡胶复合材料。研究发现硅藻土可以提高复合材料的热稳定性，且随着硅藻土含量的增加，复合材料裂解残余率不断增加，起始热分解温度也不断增加。
2）在陶瓷化硅橡胶中加入硅藻土，发现硅藻土的特殊多孔结构有助于陶瓷化过程中分解产生的小分子排出，从而提高了陶瓷化硅橡胶陶瓷化过程中的尺寸稳定性。
4、高岭土
高岭土的熔点约为1785℃，是一种硅酸盐矿物类黏土材料，具有双八面体的晶体结构，晶体结构规整，排列有序，结构致密。高岭土也可作为陶瓷化硅橡胶的成瓷填料，使用硅烷偶联剂进行表面改性可以使其与基体更好地结合，还可以提高硅橡胶的热稳定性。
研究结果：
1）以甲基乙烯基硅橡胶为基体，以黏土为成瓷填料，制备了可瓷化耐火硅橡胶。实验结果表明，黏土可以将复合材料的分解温度提高100℃左右。在温度不断升高的过程中，黏土发生了从高岭土到方石英，最后到莫来石的晶型转变。
2）以甲基乙烯基硅橡胶为基体，高岭土为成瓷填料，制备了可瓷化复合材料。发现高岭土能显著提高复合材料的热稳定性，且随着高岭土含量的增加，复合材料的起始分解温度和烧蚀质量残余率都不断升高。
5、纤维类填料
碳纤维、硅酸铝陶瓷纤维和硅酸钙纤维等纤维类填料也是常用的成瓷填料，能显著提高复合材料的力学性能和热稳定性。通过向硅橡胶基体中添加不同含量的碳纤维填料，研究了碳纤维对陶瓷化硅橡胶复合材料综合性能的影响。结果表明，即使添加少量的碳纤维也能成功地提高陶瓷体的力学性能。一方面是因为碳纤维在高温下氧化产生额外的热量，使得助熔剂与其他填料更好地结合；另一方面是因为大部分碳纤维能够维持结构完整，增强了陶瓷相之间的“桥接”结构，使得强度大幅提高。
研究结果：
1）研究了以硅酸铝陶瓷纤维和硅酸钙纤维为成瓷填料制备的硅橡胶复合材料的热性能和耐烧蚀性能。结果表明，在热处理过程中复合材料形成了导热系数较低的表面层，阻碍了热流进入基体内部，当硅酸铝陶瓷纤维和硅酸钙纤维的质量比为20∶40时，复合材料的热稳定性和耐烧蚀性能最优。
6、成瓷填料复配
通过配方调整，在分析硅灰石、白云母、硅藻土等各自陶瓷化性能的基础上，研究了各种填料的用量对硅橡胶陶瓷化性能的影响，结果表明，硅灰石的针状结构可以使其形成交织网状结构，而白云母的片层结构有助于提高陶瓷体的强度。当白云母和硅灰石的质量比为3∶1时，形成了陶瓷体机械强度最高。硅藻土的加入能有效改善白云母/硅灰石体系在陶瓷化过程中的形变问题，同时能在陶瓷体中形成许多微孔结构，有利于排出分解气体，维持陶瓷体的尺寸稳定和防止裂纹。
首先通过单一因素实验分别研究了硅灰石、云母、高岭土、碳酸锂等无机填料对陶瓷化硅橡胶力学性能和成瓷性能的影响，然后通过正交实验研究了各因素间的相互作用，进一步确定各个成分的最佳含量，最终得到了一个综合性能较好的陶瓷化硅橡胶配方。
目前陶瓷化硅橡胶研究中常用的成瓷无机填料有硅灰石、云母、硅藻土、高岭土和纤维类填料等，其中使用云母作为成瓷填料的研究最为常见，近年来逐渐出现硅灰石、硅藻土等作为成瓷填料的相关研究。
1、硅灰石
硅灰石的熔点为1540℃，是一种含钙的偏硅酸盐类矿物质，呈针状、放射状和纤维状结构，具有优异的热稳定性、化学稳定性和绝缘性能，广泛应用于陶瓷、橡胶、塑料、涂料等制品。在陶瓷化硅橡胶中应用时，硅灰石可作为陶瓷体的骨架材料，在温度达到1020～1080℃时，硅灰石能形成硅铝钙盐的低温共熔体，以钙长石为主晶相。因为硅灰石可以降低陶瓷化转变温度，所以可应用于低温快烧陶瓷领域。
研究结果：
1）研究了硅灰石用量和长径比对陶瓷化硅橡胶性能的影响。随着硅灰石用量的增加，硅橡胶的拉伸强度和断裂伸长率线性下降，烧蚀后形成的陶瓷体三点弯曲强度不断增加，微观结构亦呈致密、连续的状态。比较合理的解释是，硅灰石的加入，破坏了硅橡胶的三维网状结构，所以硅橡胶的力学性能下降，而硅灰石能和硅橡胶分解产生的二氧化硅反应形成液相共熔，从而起到桥接作用，形成致密的陶瓷结构。此外，按照长径比划分，硅灰石分为普通硅灰石和针状硅灰石，相较于针状硅灰石，普通硅灰石的粒径更小，分布更均匀，因此形成的硅橡胶力学性能更优，烧结体的三点弯曲强度更强。而针状硅灰石的阻燃性能和热稳定性更加优异。
2）研究提出，加入硅灰石的硅橡胶会因轻微膨胀而变得柔软，因此断裂伸长率较大。将硅灰石和氧化铝进行复配，能得到性能更加优异的陶瓷化硅橡胶。制备出了一种具有高阻燃特性的固化硅氧烷泡沫，里面添加了硅灰石，具有高阻燃特性。当硅灰石添加量达到一定值时，燃烧时可在聚合物表面形成陶瓷，阻止火焰的进一步燃烧。对比研究了硅灰石和玻璃纤维对硅橡胶的补强效果，结果发现，添加10%玻璃纤维可以使拉伸强度提高26%，但是添加10%的硅灰石只能使拉伸强度提高4%，使用经过硅烷偶联剂处理的玻璃纤维和硅灰石，拉伸强度均有进一步的提升。此外，硅灰石和玻璃纤维均对硅橡胶的热稳定性有所提升。
2、云母
云母是一类铝硅酸盐矿物质，含有钾、铝、镁、铁、锂等金属元素，呈层状结构，具有优良的介电性能、绝热性能、化学稳定性和较高的机械强度，并且耐高温、耐酸碱腐蚀等。云母种类较多，主要分为白云母、金云母、绢云母、锂云母和黑云母等，工业上使用最多的是白云母和金云母。在陶瓷化硅橡胶复合材料中，云母不仅可以提高陶瓷化硅橡胶复合材料的电绝缘性能和热稳定性，还能在一定程度上降低复合材料的成本
研究结果：
1）经研究了氟金云母用量对陶瓷化硅橡胶力学性能、耐烧蚀性能以及烧蚀后形成陶瓷体性能的影响。实验结果表明，当氟金云母的用量比较少时，氟金云母起到了一定的补强作用；随着用量的不断增加，云母分散不均匀，导致了局部的应力集中，降低了硅橡胶的力学性能。所以，随着氟金云母用量的增加，硅橡胶的拉伸强度和断裂伸长率均呈先增大后减小的趋势。同时，陶瓷化硅橡胶的烧蚀质量残余和尺寸稳定性得到了改善，陶瓷体的裂纹减少，力学性能也先上升后下降，在一定的氟金云母用量下，陶瓷体的力学性能具有最优值。
2）研究了烧结温度对硅橡胶云母体系陶瓷化硅橡胶复合材料显微结构和化学成分的影响。实验分析表明，在600℃时，热解产物与填料之间几乎没有发生烧结或共晶反应。在1000℃下燃烧时，云母边缘开始熔化并扩散到基体中，同时，硅橡胶热解产物起到粘结剂的作用，与云母连接在一起，形成致密的陶瓷层。
3、硅藻土
硅藻土是由一种统称硅藻的藻类单细胞生物死亡后沉积而成的，其80%以上为含水的无定型SiO2，并含有少量的金属氧化物和有机杂质。硅藻土的表面吸附有水分子，以氢键的方式形成了羟基。硅藻土的熔点为1650～1750℃，化学性质稳定，具有特殊的多孔结构和很大的比表面积，因而具有良好的吸附性能，被广泛用作陶瓷化填料。
研究结果：
1）采用甲基乙烯基硅橡胶为基体，加入硅藻土作为陶瓷填料，并利用KH570对硅藻土进行表面改性，使硅藻土与基体能更好地相容，同时添加助熔剂和硫化剂制得可陶瓷化硅橡胶复合材料。研究发现硅藻土可以提高复合材料的热稳定性，且随着硅藻土含量的增加，复合材料裂解残余率不断增加，起始热分解温度也不断增加。
2）在陶瓷化硅橡胶中加入硅藻土，发现硅藻土的特殊多孔结构有助于陶瓷化过程中分解产生的小分子排出，从而提高了陶瓷化硅橡胶陶瓷化过程中的尺寸稳定性。
4、高岭土
高岭土的熔点约为1785℃，是一种硅酸盐矿物类黏土材料，具有双八面体的晶体结构，晶体结构规整，排列有序，结构致密。高岭土也可作为陶瓷化硅橡胶的成瓷填料，使用硅烷偶联剂进行表面改性可以使其与基体更好地结合，还可以提高硅橡胶的热稳定性。
研究结果：
1）以甲基乙烯基硅橡胶为基体，以黏土为成瓷填料，制备了可瓷化耐火硅橡胶。实验结果表明，黏土可以将复合材料的分解温度提高100℃左右。在温度不断升高的过程中，黏土发生了从高岭土到方石英，最后到莫来石的晶型转变。
2）以甲基乙烯基硅橡胶为基体，高岭土为成瓷填料，制备了可瓷化复合材料。发现高岭土能显著提高复合材料的热稳定性，且随着高岭土含量的增加，复合材料的起始分解温度和烧蚀质量残余率都不断升高。
5、纤维类填料
碳纤维、硅酸铝陶瓷纤维和硅酸钙纤维等纤维类填料也是常用的成瓷填料，能显著提高复合材料的力学性能和热稳定性。通过向硅橡胶基体中添加不同含量的碳纤维填料，研究了碳纤维对陶瓷化硅橡胶复合材料综合性能的影响。结果表明，即使添加少量的碳纤维也能成功地提高陶瓷体的力学性能。一方面是因为碳纤维在高温下氧化产生额外的热量，使得助熔剂与其他填料更好地结合；另一方面是因为大部分碳纤维能够维持结构完整，增强了陶瓷相之间的“桥接”结构，使得强度大幅提高。
研究结果：
1）研究了以硅酸铝陶瓷纤维和硅酸钙纤维为成瓷填料制备的硅橡胶复合材料的热性能和耐烧蚀性能。结果表明，在热处理过程中复合材料形成了导热系数较低的表面层，阻碍了热流进入基体内部，当硅酸铝陶瓷纤维和硅酸钙纤维的质量比为20∶40时，复合材料的热稳定性和耐烧蚀性能最优。
6、成瓷填料复配
通过配方调整，在分析硅灰石、白云母、硅藻土等各自陶瓷化性能的基础上，研究了各种填料的用量对硅橡胶陶瓷化性能的影响，结果表明，硅灰石的针状结构可以使其形成交织网状结构，而白云母的片层结构有助于提高陶瓷体的强度。当白云母和硅灰石的质量比为3∶1时，形成了陶瓷体机械强度最高。硅藻土的加入能有效改善白云母/硅灰石体系在陶瓷化过程中的形变问题，同时能在陶瓷体中形成许多微孔结构，有利于排出分解气体，维持陶瓷体的尺寸稳定和防止裂纹。
首先通过单一因素实验分别研究了硅灰石、云母、高岭土、碳酸锂等无机填料对陶瓷化硅橡胶力学性能和成瓷性能的影响，然后通过正交实验研究了各因素间的相互作用，进一步确定各个成分的最佳含量，最终得到了一个综合性能较好的陶瓷化硅橡胶配方。
