一种用于内燃机动态密封的Si-C-B微晶复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明具体涉及一种用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料及其制备方法和应用，属于内燃机密封复合材料。

背景技术：

1、内燃机工作时，为保证各部件相对运动的顺畅进行，需要存在一定的间隙，但间隙的密封性会严重影响内燃机工作效率和输出功率，并增大污染成分的排出。为提高内燃机的密封效果，除了采用高性能的密封件之外，通常采用润滑剂来提升密封效果。而润滑剂中的关键密封材料决定着密封效果，在很大程度上影响着内燃机的工作效能。

2、密封材料主要有石棉、膨化石墨、氟橡胶等材料。但是，石棉具体有极强的吸附空气中水、cl-、so2的能力，使密封材料中腐蚀性离子含量增大，导致密封面产生点蚀，造成腐蚀渗漏；如果在密封材料复合过程中，采用的石棉纤维过粗、纤维单体过长，将会产生毛细管渗漏；且温石棉会产生温石棉粉尘，对人体健康有一定的危害。石墨是石棉的良好替代品，它抗高温性能强，对密封表面的凹凸不平适应性强，且具有优良的扭矩保持作用。但更高的压差、速度和温度工况条件，需要高密度、高强度、低气孔率，以及石墨化度和力学性能平衡的高性能石墨密封材料，这仍是研究的难点之一。近年来，氟橡胶以其优异的耐高温、耐燃油、耐腐蚀和抗压缩永久变形性能，在内燃机密封领域得到较多的应用，但氟橡胶涂料施工的生产工艺和周期较长。因此，亟需开发一种新型的高性能内燃机密封材料来填补市场缺陷。

3、微晶材料具有高强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨和耐腐蚀等优异性能，以上优点可以使其作为内燃机密封材料的理想选择。目前，微晶材料的制备方法主要有机械合金化法、水热法、化学气相沉积法、激光诱发化学气相沉积法等。

4、如公开号为：cn106479601a的中国发明专利一种制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺，包括：步骤一、将多晶硅和石墨粉球磨；步骤二、先进行抽真空处理，使绝对压力达到0.001pa，将硅碳混合物置于感应炉内，抽真空处理，再充入氩气；之后开始加热，并且使温度以0.1～0.2℃/min的速度上升，待升至1200℃时，维持5～8min，继续加热使温度以1～2℃/min的速度上升，待升至1400℃时，再维持4～5min，加热使温度以5～10℃/min的速度上升，待升至1600℃时，维持3～5min；步骤三、制备得到粒度为300～400nm的硅碳微晶颗粒。该发明制备得到硅碳微晶复合材料加入至润滑油中，可提高更好的润滑和密封性能。

5、再如公开号为：cn106520257a的中国发明专利一种用于内燃机动密封的硅碳微晶复合材料的制备方法，包括：步骤一、将多晶硅和石墨粉置于球磨机中，球磨制得粒度小于15μm的硅碳混合物；步骤二、先进行抽真空处理，使绝对压力达到0.0.001pa，再充入氩气，先升至0.01mpa，并且维持10～15min，之后继续通入氩气，使绝对压力升至0.03mpa，并维持5～7min，再继续通入氩气，使绝对压力升至0.05mpa，维持2～3min；之后开始加热，使温度升至1400℃；然后冷却至室温，得到硅碳细粉；步骤三、制备得到粒度为500～700nm的硅碳微晶颗粒。该发明制备得到硅碳微晶复合材料加入至润滑油中，可提高更好的润滑和密封性能。

6、但这些方法都有自身的局限性，比如，机械合金化法球磨制备过程造成合金粉末不够均匀；水热法不利于大规模制备，且制备材料种类有限；化学气相沉积法和激光诱发化学气相沉积法主要是用来制备薄膜材料，而且制备过程复杂、工艺要求高、制备成本较高的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料及其制备方法和应用，以达到具有低成本、高强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨和耐腐蚀、无磁性、不黏连的优异性能。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料及其制备方法和应用，在进行制备时，包括以下步骤：

3、步骤一：制备阳极棒和阴极棒，所述阴极棒采用石墨粉进行压制而成，所述阳极棒采用硅粉材料、碳粉材料、硼粉材料和粘接剂进行压制而成。

4、步骤二：将所述阳极棒和所述阴极棒安装在电弧放电装置上，并进行调节所述阳极棒和所述阴极棒之间的距离。

5、步骤三：对反应腔的内部进行抽真空后，通入惰性气体，并调节反应腔内部的压强。

6、步骤四：设置磁过滤弯管的电流和负偏压。

7、步骤五：接通电源，进行电弧放电。

8、步骤六：放电结束后，进行冷却至室温，并收集气化沉淀后的材料，完成对微晶复合材料的制备。

9、优选的，在步骤一中，制备所述阳极棒时，硅粉材料、碳粉材料、硼粉材料和粘接剂按质量比例分别为0.5-1.5份的硅粉材料、0.5-1.5份的碳粉材料、0.1-0.3份的硼粉材料和0.1-0.2份的粘接剂，且在制备所述阳极棒时，硅粉材料采用晶体硅或无定型硅材料中的至少一种，碳粉材料采用天然石墨或人造石墨材料中的至少一种，粘接剂采用聚丙烯酸、聚氨酯、酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶等材料的至少一种。

10、优选的，在步骤二中，进行设置所述阳极棒和所述阴极棒之间的距离时，距离为0.5-15mm，在步骤三中，进行通入惰性气体时，惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种混合气体，且在进行调节反应腔内部的压强时，压强控制在10-800torr，在所述步骤四中，对磁过滤弯管进行参数设置时，电流为1-4a，负偏压为100-400v。

11、优选的，在步骤五中，进行电弧放电时，电弧放电的电流为10-200a，放电电压为5-100v，放电时间为10-60min，且在步骤六中，进行放电结束后，待反应腔冷却至室温后，进行继续通入惰性气体，至常压状态，在惰性气体的保护下，进行收集沉淀后的材料。

12、一种用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料，采用上述制备方法进行制备得到的粉末状微晶复合材料，在应用时，将制备得到微晶复合材料后，进行添加润滑油，进行混合，制成内燃机密封用润滑油，并且在进行混合时，按质量比为1份的微晶复合材料和50-120份的润滑油，润滑油采用内燃机润滑油、车辆齿轮油或液压油等润滑油中的一种。

13、本发明的有益效果是：采用了磁过滤电弧放电技术，通过阴阳两极间强大的电场放电，使温度急剧升高，材料以气体形态被蒸发，通过磁过滤弯管进行筛选过滤，最后通过气化共沉积的方式得到微晶复合材料，该材料具有高强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨和耐腐蚀、无磁性、不黏连的特点，可作为内燃机密封材料的替代材料，通过这一技术的设计不仅能发挥电弧放电技术可以快速得到质量较高的粉末，降低成本，同时增加的元素可在磁过滤和气化共沉积的过程中高质量地均匀分散，使得微晶复合材料具有更好的均匀性、不聚集、不黏连，为制备不同成分的内燃机密封材料提供了新的合成路径。

技术特征：

1.一种用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料的制备方法，其特征在于：在进行制备时，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤一中，制备所述阳极棒时，硅粉材料、碳粉材料、硼粉材料和粘接剂按质量比例分别为0.5-1.5份的硅粉材料、0.5-1.5份的碳粉材料、0.1-0.3份的硼粉材料和0.1-0.2份的粘接剂。

3.如权利要求2所述的用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料的制备方法，其特征在于：在制备所述阳极棒时，硅粉材料采用晶体硅或无定型硅材料中的至少一种，碳粉材料采用天然石墨或人造石墨材料中的至少一种，粘接剂采用聚丙烯酸、聚氨酯、酚醛树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶等材料的至少一种。

4.如权利要求1所述的用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤二中，进行设置所述阳极棒和所述阴极棒之间的距离时，距离为0.5-15mm。

5.如权利要求1所述的用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤三中，进行通入惰性气体时，惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或多种混合气体，且在进行调节反应腔内部的压强时，压强控制在10-800torr。

6.如权利要求1所述的用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤四中，对磁过滤弯管进行参数设置时，电流为1-4a，负偏压为100-400v。

7.如权利要求1所述的用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料的制备方法，其特征在于：在步骤五中，进行电弧放电时，电弧放电的电流为10-200a，放电电压为5-100v，放电时间为10-60min，且在步骤六中，进行放电结束后，待反应腔冷却至室温后，进行继续通入惰性气体，至常压状态，在惰性气体的保护下，进行收集沉淀后的材料。

8.一种用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料，其特征在于：采用权利要求1-7中的任意一项制备方法进行制备得到的粉末状的微晶复合材料。

9.一种用于内燃机动态密封的si-c-b微晶复合材料的应用，其特征在于：采用权利要求8中所述的粉末状的微晶复合材料进行使用，将所述微晶复合材料进行添加50-120份重量的润滑油后，进行混合到的微晶流体，应用在内燃机各部件间的润滑和密封中，所述润滑油为内燃机润滑油、车辆齿轮油或液压油等润滑油中的一种。

技术总结本发明公开了一种用于内燃机动态密封的Si‑C‑B微晶复合材料及其制备方法和应用，属于内燃机密封复合材料技术领域，在进行制备时，先制备阳极棒和阴极棒，阳极棒采用硅粉材料、碳粉材料、硼粉材料和粘接剂制成，将阳极棒和阴极棒安装在电弧放电装置上，并进行调节阳极棒和阴极棒之间的距离，对反应腔的内部进行抽真空后，通入惰性气体，调节反应腔内部的压强，设置磁过滤弯管的电流和负偏压，接通电源，进行电弧放电，结束后，冷却至室温，收集气化沉淀后的材料，该材料具有高强度、高硬度、高弹性模量、高耐磨和耐腐蚀、无磁性、不黏连的特点，在内燃机设备上，能够保证各部件间的润滑和高效密封，提高燃料使用率、降低排放值，从而达到节能、减排的目的。技术研发人员：孙德强受保护的技术使用者：北京金动能科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4