本发明涉及一种制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺。
背景技术：
：内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。内燃机是将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入机器内部燃烧产生热能再转化为机械能的一种热机。内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好的特点。但是内燃机一般使用石油燃料，同时排出的废气中含有害气体的成分较高。内燃机包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。内燃机的密封元件对其使用性能有很大的影响，随着内燃机的不断强化，热负荷与机械负荷的不断提高，导致汽缸垫弹性衰减和材料疲劳破坏的可能性增大。为了提高汽缸的密封性，除了改善内燃机部件材料，采用高性能的密封件进行密封之外，还通常采用润滑剂来提高密封效果。目前通常采用磁流体密封材料进行密封，现在常用的磁流体密封材料是把磁铁矿等强磁性的微细粉末在水、油类、酯类、醚类等液体中进行稳定分散的一种胶态液体。这种液体具有在通常旋转离心力和磁场作用下，既不沉降和凝聚又能使其本身承受磁性，可以被磁铁所吸引的特性。在磁性流体的基础上发展而来的磁流体密封技术是当磁流体注入磁场的间隙时，它可以充满整个间隙，形成一种“液体的密封圈”。但这种方式只能对转动方式进行动态密封。因此需要一种可以提供更好的润滑和密封性能的材料。技术实现要素：针对上述技术问题，本发明设计开发了一种制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺，其制备得到硅碳微晶复合材料加入至润滑油中，用于内燃机各部件的密封，可提高更好的润滑和密封性能。本发明提供的技术方案为：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、将多晶硅和石墨粉置于球磨机中，球磨制得粒度小于15μm的硅碳混合物；步骤二、将硅碳混合物置于感应炉内，先进行抽真空处理，使所述感应炉内的绝对压力达到0.0.001Pa，再向所述感应炉内充入氩气，使所述感应炉内的绝对压力升至0.2～0.4MPa，并且在该压力下维持10min；之后开始加热，并且使所述感应炉内的温度以0.1～0.2℃/min的速度上升，待升至1200℃时，在该温度下维持5～8min，然后继续加热使所述感应炉内的温度以1～2℃/min的速度上升，待升至1400℃时，再在该温度下维持4～5min，之后继续加热使所述感应炉内的温度以5～10℃/min的速度上升，待升至1600℃时，在该温度下维持3～5min；然后停止加热，以5～10℃/min的速度冷却至室温，得到硅碳细粉；步骤三、将步骤二得到的硅碳细粉置于气流粉碎机中进行粉碎，制备得到粒度为300～400nm的硅碳微晶颗粒。优选的是，所述的制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺中，所述步骤二中，在1200℃下维持8min，在1400℃下维持5min，在1600℃下维持5min。优选的是，所述的制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺中，所述步骤二中，使所述感应炉内的温度以0.0.2℃/min的速度升至1200℃，使所述感应炉内的温度以2℃/min的速度升至1400℃，使所述感应炉内的温度以10℃/min的速度升至1600℃。优选的是，所述的制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺中，以5℃/min的速度冷却至室温。优选的是，所述的制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺中，所述步骤三中，气流粉碎的参数为：气流绝对压力4Mpa，气流流速280m/s。优选的是，所述的制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺中，所述步骤一中，球磨的参数为：球磨时间15h，球磨机转速350转/min。本发明所述的制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺制备得到硅碳微晶复合材料加入至润滑油中，用于内燃机各部件的密封，可提高更好的润滑和密封性能。具体实施方式下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本发明提供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、将多晶硅和石墨粉置于球磨机中，球磨制得粒度小于15μm的硅碳混合物；步骤二、将硅碳混合物置于感应炉内，先进行抽真空处理，使所述感应炉内的绝对压力达到0.0.001Pa，再向所述感应炉内充入氩气，使所述感应炉内的绝对压力升至0.2～0.4MPa，并且在该压力下维持10min；之后开始加热，并且使所述感应炉内的温度以0.1～0.2℃/min的速度上升，待升至1200℃时，在该温度下维持5～8min，然后继续加热使所述感应炉内的温度以1～2℃/min的速度上升，待升至1400℃时，再在该温度下维持4～5min，之后继续加热使所述感应炉内的温度以5～10℃/min的速度上升，待升至1600℃时，在该温度下维持3～5min；然后停止加热，以5～10℃/min的速度冷却至室温，得到硅碳细粉；步骤三、将步骤二得到的硅碳细粉置于气流粉碎机中进行粉碎，制备得到粒度为300～400nm的硅碳微晶颗粒。本发明在感应处理阶段采用了阶段式的升温工艺，在1200℃、1400℃以及1600℃下分别维持一段时间，并且温度越高，维持的时间越短，同时还精确控制升温速度，这样更有利于得到硬度高、不易团聚的硅碳微晶颗粒。尤其是，在温度较低的阶段(1200℃)，采用相对较慢的升温速度，而在温度较高的阶段(1600℃)，采用相对较快的升温速度，也有助于硅碳微晶颗粒内部结构的逐渐形成和逐渐稳定，从而形成硬度高的硅碳微晶颗粒。将该硅碳微晶颗粒加润滑油中，所得到润滑剂可以提高设备的密封性能，还提高了内燃机的燃料利用率。优选的是，所述的制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺中，所述步骤二中，在1200℃下维持8min，在1400℃下维持5min，在1600℃下维持5min。优选的是，所述的制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺中，所述步骤二中，使所述感应炉内的温度以0.0.2℃/min的速度升至1200℃，使所述感应炉内的温度以2℃/min的速度升至1400℃，使所述感应炉内的温度以10℃/min的速度升至1600℃。优选的是，所述的制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺中，以5℃/min的速度冷却至室温。优选的是，所述的制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺中，所述步骤三中，气流粉碎的参数为：气流绝对压力4Mpa，气流流速280m/s。优选的是，所述的制备内燃机动密封用硅碳微晶复合材料的工艺中，所述步骤一中，球磨的参数为：球磨时间15h，球磨机转速350转/min。实施例一步骤一、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、将硅碳混合物置于感应炉内，先进行抽真空处理，使所述感应炉内的绝对压力达到0.0.001Pa，再向所述感应炉内充入氩气，使所述感应炉内的绝对压力升至0.4MPa，并且在该压力下维持10min；之后开始加热，并且使所述感应炉内的温度以0.2℃/min的速度上升，待升至1200℃时，在该温度下维持8min，然后继续加热使所述感应炉内的温度以2℃/min的速度上升，待升至1400℃时，再在该温度下维持5min，之后继续加热使所述感应炉内的温度以10℃/min的速度上升，待升至1600℃时，在该温度下维持5min；然后停止加热，以10℃/min的速度冷却至室温，得到硅碳细粉；步骤三、将步骤二得到的硅碳细粉置于气流粉碎机中进行粉碎，制备得到粒度为300～400nm的硅碳微晶颗粒。将上述硅碳微晶颗粒4g加入至润滑油中，硅碳微晶颗粒与润滑油的质量比为1:300。实施例二步骤一、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、将硅碳混合物置于感应炉内，先进行抽真空处理，使所述感应炉内的绝对压力达到0.0.001Pa，再向所述感应炉内充入氩气，使所述感应炉内的绝对压力升至0.2MPa，并且在该压力下维持10min；之后开始加热，并且使所述感应炉内的温度以0.1℃/min的速度上升，待升至1200℃时，在该温度下维持5min，然后继续加热使所述感应炉内的温度以1℃/min的速度上升，待升至1400℃时，再在该温度下维持4min，之后继续加热使所述感应炉内的温度以5℃/min的速度上升，待升至1600℃时，在该温度下维持3min；然后停止加热，以5℃/min的速度冷却至室温，得到硅碳细粉；步骤三、将步骤二得到的硅碳细粉置于气流粉碎机中进行粉碎，制备得到粒度为300～400nm的硅碳微晶颗粒。将上述硅碳微晶颗粒3g加入至润滑油中，硅碳微晶颗粒与润滑油的质量比为1:400。采用玻璃注射器观察微晶密封复合材料的流体润滑剂的密封作用，将玻璃注射器的活塞用砂纸打磨至对气体不能进行压缩的状态后，观察压缩空气的压缩比，测试微晶复合材料的密封性能。取3个容积为100ml玻璃注射器，其中一个玻璃注射器的内壁和活塞表面涂抹不含本发明硅碳微晶复合材料的昆仑润滑油(中国石油润滑油公司)，第二和第三个玻璃注射器的内壁和活塞表面涂抹含实施例一和实施例二制备润滑剂，分别抽取50ml空气后用橡胶帽注射器乳斗，加1kg压力至玻璃注射器内空气的体积为40ml时开始计时，每隔1分钟测定玻璃注射器内的空气体积，测定结果如表1所示。表1玻璃注射器空气体积测定结果从表1可知，添加了本发明动密封硅碳微晶复合材料的润滑剂的注射器内压缩空气的体积保持不变，表明注射器内部和活塞之间的的密封性好，使用于内燃机中可以显著提高发动机的气缸与活塞、活塞环与环槽、气门与气门座之间密封性能。按照国家标准《汽车节油技术评定方法》(GB/T14951-2007)和《汽车节油产品使用技术条件》(JT/T306-2007)，测试汽车道路性能，以不添加本发明的内燃机动密封微晶复合材料的发动机润滑油(壳牌喜力润滑油，SL10W-40)为对照，测试结果如表2-3所示。测试车辆：菱帅DN7161型汽车；测试场地：交通运输部功率交通试验场长直线性能试验路；测试燃油：93#汽油。表2汽车等速燃油消耗量标称车速(km/h)30507090100对照例(油耗/车速)4.31/29.94.09/49.84.13/70.74.89/89.95.57/102.3实施例一(油耗/车速)3.74/30.13.45/50.33.51/69.04.20/90.64.86/101.9节油量(kg/100km)0.570.640.620.690.71节油率(％)1316151413表3汽车综合评价结果运行模式综合节油率(％)市区运行15城间运行13快速运行13按照国标GB/T14951-2007《汽车节油技术评定方法》进行检测和计算，市区运行模式下、城间运行模式下、快速运行模式下节油量高，节油效果好。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。当前第1页1 2 3