[发明专利]内燃机动密封Si-C微晶复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以分散于液体流体中应用于内燃机动密封的细微粉末状晶体材料。

背景技术

内燃机(Internal combustion engine)，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。

内燃机中的发动机的气门漏气与气门座，活塞、活塞环与气缸体之间的相对运动为直线运动，其之间的间隙会影响内燃机的效率，间隙过大，会降低内燃机的工作效率，并使排放气体中对环境造成污染的成分增加。然而内燃机的发动机的气缸与活塞、活塞环与环槽、气门与气门座之间必须存在一定间隙，这样才能保证各配合件在运动时不会卡滞，但这些间隙也是造成燃烧室内的混合气窜入曲轴箱，加速了润滑油的变质，并且降低气缸压力和发动机的输出功率。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种内燃机动密封Si-C微晶颗粒及其制备方法，本发明制备的内燃机动密封Si-C微晶复合材料与润滑油混合后，加入内燃机中，对内燃机气门与气门座，活塞、活塞环与气缸体间隙进行动密封，本发明制备的Si-C微晶复合材料使用在内燃机等设备上，不仅能保证内燃机内各部件间的润滑和高度密封，而且还能显著提高燃料利用效率。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种用于内燃机动密封的Si-C微晶复合材料，包括硅元素单体和碳元素单体。

其中，硅元素单体和碳元素单体的原子数摩尔配比为1∶1。

特别是，所述的硅元素单体选择为晶体硅或无定形硅；所述的碳元素单体选择为石墨。

特别是，所述的晶体硅选择为多晶硅。

其中，所述硅元素单体的粒径为1nm-5μm；碳元素单体的粒径为1nm-5μm。

本发明另一方面提供一种用于内燃机动密封的Si-C微晶复合材料的制备方法，包括如下顺序进行的步骤：

1)按照摩尔配比为1∶1的比例称取硅元素单体和碳元素单体，备用；

2)将硅元素单体和碳元素单体混合后，进行球磨处理，制成粒度≤20μm的硅-碳混合物细粉；

3)将硅-碳混合物细粉进行感应加热处理，然后冷却，制得感应加热硅-碳细粉；

4)将感应加热硅-碳细粉进行气流粉碎处理，制成粒度为1nm-5μm的Si-C微晶颗粒材料。

其中，步骤1)中所述的硅元素单体选择为晶体硅或无定形硅；所述的碳元素单体选择为石墨。

特别是，所述的晶体硅选择为多晶硅。

其中，在步骤2)的球磨处理过程中，球磨处理时间为10-20h；球磨机转速为200-500转/分钟。

特别是，所述球磨机转速优选为300转/分钟。

其中，在步骤3)的感应加热处理过程中，所述感应加热温度为1200-1500℃，加热时间为20-40分钟。

特别是，感应加热时间优选为30分钟。

其中，步骤3)中所述硅-碳混合物细粉感应加热处理包括如下处理步骤：

A)将硅-碳混合物细粉置于感应炉内后，进行抽真空处理；