一种SiC/MCMBs复合材料及其制备方法和应用

一种sic/mcmbs复合材料及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种sic/mcmbs复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.碳化硅材料由于具有优良的高温力学性能，超高的硬度及耐磨性能，良好的抗氧化性能和耐化学腐蚀性能，低热膨胀系数和高热传导率，优良的耐热冲击性以及热稳定性，使其被广泛应用于航天发动机燃烧室、喷嘴热交换器部件及高载荷长寿命窑具，机械密封器件、核燃料冷却堆包覆材料、精密轴承、气轮机转子等领域。近年来由于其优异的综合性能，碳化硅材料在机械密封和耐磨部件方面的巨大应用潜力逐渐引起了人们的重视，目前已获得了广泛的应用。然而，在一些特殊的工况下，如碳化硅材料应用于高温条件下的机械密封及耐磨部件时，由于使用过程中器件端面是互相接触并旋转的状态，要求材料具有良好的耐磨性能。但是，一般的润滑油在高温下失效，材料暴露于干摩擦或极少润滑的条件，由于单一碳化硅材料在干摩擦条件下具有较高的摩擦系数，这使材料在使用过程中很容易发生破坏，造成巨大损失。另外在一些行业，如碳化硅材料用于航空航天器件以及核电产业的机械密封部件时，往往是无法添加润滑介质的，同样要求材料在干摩擦条件下具有较低的摩擦系数，由于单一的碳化硅材料已经不能满足在这些特殊方面的应用，因此需要开发适用于以上工况的碳化硅复合材料。
3.专利文献cn108774065a公开了一种sic/mcmbs复合材料，提出了在碳化硅材料中加入中间相碳微球，由于其独特的片层状堆叠结构，在干摩擦条件下能在sic/mcmbs复合材料的工作表面形成润滑膜，显著降低了sic/mcmbs复合材料在干摩擦条件下的摩擦系数。但该复合材料存在干摩擦系数不稳定、在干摩擦磨损过程中硬质碳化硅颗粒容易脱落等问题，这将影响实际工况下密封部件的运行可靠性和使用寿命，需进一步改善sic/mcmbs复合材料的摩擦磨损性能，从而更好地适用于有限润滑和短时干摩擦的特殊工况。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种sic/mcmbs复合材料及其制备方法和应用，以解决现有的sic/mcmbs复合材料在摩擦磨损过程中硬质碳化硅颗粒容易脱落、干摩擦系数不稳定的问题。
5.第一个方面，本发明提供了一种sic/mcmbs复合材料，包括sic基体、以及分布在sic基体中的中间相碳微球(mcmbs)；其中，所述中间相碳微球经过碳化硅聚合物前驱体改性，以在所述sic和所述中间相碳微球的界面处形成碳化硅微晶和游离碳。
6.在本发明中，所述sic/mcmbs复合材料包括sic基体、以及分布在碳化硅基体中的中间相碳微球(mesocarbon microbeans，mcmbs)。其中，中间相碳微球具有独特的片层状堆叠结构，在干摩擦条件下能在sic/mcmbs复合材料的工作表面形成润滑膜，显著降低了sic/mcmbs复合材料的干摩擦条件下的摩擦系数。在本发明中，所述sic/mcmbs复合材料中的中
间相碳微球还经过碳化硅聚合物前驱体改性，以在sic和中间相碳微球的界面处裂解形成碳化硅微晶和游离碳，提高了sic与mcmbs的两相界面强度。
7.较佳地，所述碳化硅聚合物前驱体为含乙烯基的液态聚碳硅烷。
8.在本发明中，含乙烯基的液态聚碳硅烷(lpvcs)为一类含活性si-h基与-ch＝ch2基的液态聚碳硅烷先驱体。含乙烯基的液态聚碳硅烷(lpvcs)在室温下为流动性良好的液态，在250～300℃下可发生固化氢化加成反应，300℃的固化保留率为90％左右，在1200℃温度下的裂解产物出现β-sic微晶和少量游离碳，将其应用于sic/mcmbs复合材料中，改性中间相碳微球(mcmbs)，使得在sic和中间相碳微球的界面处裂解形成碳化硅微晶和游离碳，提高了sic与mcmbs的两相界面强度。
9.较佳地，所述sic/mcmbs复合材料还包括烧结助剂，所述烧结助剂为硼单质、硼化合物中的至少一种，优选地包括硼单质、硼酸和碳化硼中的至少一种，更优选为碳化硼；含量不超过1wt％，优选为0.5～1.0wt％。
10.较佳地，所述sic/mcmbs复合材料的致密度≥97％，弯曲强度为280～450mpa，弹性模量为160～190gpa，断裂韧性为3～5mpa 2m
1/2
，干摩擦系数为0.16～0.31。
11.第二个方面，本发明还提供一种如上所述的sic/mcmbs复合材料的制备方法，包括：
12.将碳化硅聚合物前驱体、中间相碳微球、碳化硅粉体、烧结助剂溶解在有机溶剂中，球磨、烘干、过筛，得到原料粉体；
13.将所得原料粉体置于热压模具中，然后在保护气氛中热压烧结，得到所述sic/mcmbs复合材料。
14.在本发明中，将碳化硅聚合物前驱体、中间相碳微球(mcmbs)、碳化硅(sic)粉体和烧结助剂溶解在有机溶剂中，球磨混合均匀，然后将混合浆料烘干后过100目筛，得到原料粉体；然后原料粉料装入热压模具(例如，优选高纯石墨热压模具等)中，然后在保护气氛中、30～60mpa压力、2000～2200℃下热压烧结，得到sic/mcmbs复合材料。在热压烧结过程中，由于中间相碳微球具有良好的烧结收缩性能以及流动性，在压力和高温的作用下，中间相碳微球均匀的分布在所得sic/mcmbs复合材料中。其中，中间相碳微球在烧结前为片状分子堆积成的球状颗粒，烧结后脱出小分子，剩余残余碳，但仍保持原有的层片结构。在热压烧结过程中，碳化硅聚合物前驱体，即含乙烯基的液态聚碳硅烷(lpvcs)，在sic和中间相碳微球(mcmbs)的界面处裂解形成β-sic微晶和游离碳。
15.较佳地，所述碳化硅聚合物前驱体为含乙烯基的液态聚碳硅烷；所述中间相碳微球为经石墨化处理的中间相碳微球熟球，所述中间相碳微球的粒径为5μm～10μm；所述碳化硅粉体的粒径为0.5μm～2.0μm；在所述原料粉体中，所述碳化硅聚合物前驱体的重量百分比为1～10％，所述碳化硅粉体的重量百分比为50～80％，所述中间相碳微球的重量百分比为15～30％。
16.较佳地，所述有机溶剂包括环烃类(5、6、7、10环烃)、醚类(四氢呋喃)和芳香类(苯、甲苯、二甲苯)；优选地，所述有机溶剂为环己烷。
17.较佳地，所述保护气氛为真空或惰性气氛，所述惰性气氛为氩气；热压烧结的压力为30～60mpa，烧结温度为2000～2200℃，烧结时间为1～3小时。
18.较佳地，在热压烧结之前还包括将原料粉体进行脱粘处理的步骤，所述脱粘处理
是在保护性气氛中、在900～1200℃下保温0.5～2小时。
19.第三个方面，本发明还提供了一种如上所述的sic/mcmbs复合材料在有限润滑和短时干摩擦工况条件中的应用。
20.本发明通过中间相碳微球的添加比例控制材料的微观结构和各项性能，使其应用于不同工况。该复合材料以碳化硅和中间相碳微球为主要原料，通过热压工艺制成。本发明所提供的中间相碳微球/碳化硅复合材料的制备方法，制备过程中没有液相的出现，避免了材料在高温环境中的损坏和坍塌。本发明所提供的中间相碳微球/碳化硅复合材料的制备方法，制备过程中没有游离硅的存在，提高了材料耐高温和耐腐蚀的性能，本发明的显著特征在于，由于采用具有良好流动性和自烧结活性的中间相碳微球，制备的复合材料各项均匀分布，材料具有较高的致密度和优良的机械性能。本发明所提供方法制备出的复合材料中碳微球分布广泛且均匀，且碳微球含量可控，材料机械性能较反应烧结材料高。
21.本发明还创新性地采用液态聚碳硅烷优化mcmbs与sic两相界面结构，先脱粘处理释放小分子气体，避免烧结时坯体变形、开裂，高温热压烧结后在碳化硅和中间相碳微球的部分两相界面处生成碳化硅微晶，改善了界面结合，有利于抑制摩擦磨损过程中硬质碳化硅颗粒脱落，使sic/mcmbs复合材料在干摩擦条件下的摩擦系数稳定。此外，该工艺过程简单，可重复性好，制备的高碳含量复合材料各相分布均匀，具有致密度高，综合力学性能良好等优点。
附图说明
22.图1为本发明涉及的液态聚碳硅烷界面改性sic/mcmbs复合材料的微观结构图。
23.图2为本发明实施例3中添加9wt％液态聚碳硅烷界面改性sic/mcmbs复合材料的sem图。
24.图3为本发明实施例3中添加9wt％液态聚碳硅烷界面改性sic/mcmbs复合材料的sic和mcmbs两相界面的hrtem图。
具体实施方式
25.以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
26.本公开中，本发明公开的一种sic/mcmbs复合材料包括sic基体、以及分布在sic基体中的中间相碳微球(mcmbs)，其中sic/mcmbs复合材料的微观形貌为中间相碳微球均匀分布在碳化硅基体中，碳化硅晶粒尺寸和形貌可通过中间相碳微球含量调节。在可选的实施方式中，sic/mcmbs复合材料中中间相碳微球含量为15wt％～30wt％。在该范围内，所述sic/mcmbs复合材料在具有良好自润滑性能的同时，又具有高致密的机械密封及优异的耐磨性能。当中间相碳微球含量低于15wt％时，所得sic/mcmbs复合材料材料虽然容易致密，但材料的在干摩擦条件下摩擦系数变高。当中间相碳微球含量超过30wt％时，sic/mcmbs复合材料虽然摩擦系数虽然较低，但材料难以烧结致密，并且随着碳微球含量继续增多，材料主相变为碳微球，造成材料机械性能的恶化。
27.在本发明中，采用具有独特自烧结活性以及良好流动性的中间相碳微球作为碳源，可得到高碳微球含量，高致密以及优良机械性能及电学性能的sic/mcmbs复合材料。而
且，本发明的中间相碳微球经过碳化硅聚合物前驱体改性，以在所述sic和所述中间相碳微球的界面处形成碳化硅微晶和游离碳。在一实施方式中，所述碳化硅聚合物前驱体为含乙烯基的液态聚碳硅烷。含乙烯基的液态聚碳硅烷(lpvcs)为一类含活性si-h基与-ch＝ch2基的液态聚碳硅烷先驱体。含乙烯基的液态聚碳硅烷(lpvcs)在室温下为流动性良好的液态，在250～300℃下可发生固化氢化加成反应，300℃的固化保留率为90％左右，在1200℃温度下的裂解产物出现β-sic微晶和少量游离碳，将其应用于sic/mcmbs复合材料中，改性中间相碳微球(mcmbs)，使得在sic和中间相碳微球的界面处裂解形成碳化硅微晶和游离碳(如图1所示)，提高了sic与mcmbs的两相界面强度。
28.在本发明中，所述sic/mcmbs复合材料还包括烧结助剂，所述烧结助剂为硼单质、硼化合物中的至少一种，优选地包括硼单质、硼酸和碳化硼中的至少一种，更优选为碳化硼；含量不超过1wt％，优选为0.5～1.0wt％。
29.以下示例性地说明sic/mcmbs复合材料的制备方法。
30.将碳化硅聚合物前驱体、中间相碳微球(mcmbs)、碳化硅(sic)粉体和烧结助剂溶解在有机溶剂中，球磨混合均匀，然后将混合浆料烘干(烘干的温度可以为40～60℃，时间可以为6～8小时，烘干的温度和时间可根据处理量进行调节)后过100目筛，得到原料粉体。其中，在上述步骤中，所述有机溶剂包括环烃类(5、6、7、10环烃)、醚类(四氢呋喃)和芳香类(苯、甲苯、二甲苯)；在本发明实施例中，所述有机溶剂采用环己烷。在得到原料粉体的步骤中，还可以采用喷雾造粒的方式得到粒径合适的原料粉体。
31.在可选的实施方式中，烧结助剂可为硼源，优选为硼单质、硼化合物中的至少一种。其中，硼化物可为碳化硼。烧结助剂的加入量占原料粉体总质量的0～1.0wt％，优选为0.5～1.0wt％。
32.在可选的实施方式中，优选中间相碳微球可以为经石墨化处理的中间相碳微球熟球，粒径可以为5μm～10μm。碳化硅粉体的粒径可为0.5μm～2.0μm。在所述原料粉体中，所述碳化硅聚合物前驱体的重量百分比可以为1～10％，所述碳化硅粉体的重量百分比可以为50～80％，所述中间相碳微球的重量百分比可以为15～30％。
33.然后将原料粉体在保护性气氛中、在900～1200℃下保温0.5～2小时进行脱粘处理，有利于释放小分子气体，避免后续烧结时坯体出现变形、开裂以及对炉腔造成污染。
34.最后将原料粉体置于特制的热压模具(例如，石墨模具)中，经热压烧结工艺即得所述sic/mcmbs复合材料。其中，热压烧结的保护气氛可为真空或惰性气氛。其中，惰性气氛为氩气。热压烧结的烧成温度可为2000～2200℃。热压烧结的压力可为30-60mpa。热压烧结的时间可为1～3小时。
35.作为一个液态聚碳硅烷界面改性sic/mcmbs复合材料的制备方法的示例，包括：将碳化硅聚合物前驱体、中间相碳微球(mcmbs)、碳化硅(sic)粉体和烧结助剂依次加入环己烷后均匀搅拌，球磨3～5h后将充分混合的浆料烘干，干燥后的粉料过100目筛，然后在1200℃下保温0.5小时脱粘处理，然后装入高纯石墨热压模具中，在2000～2200℃热压烧结，得到sic/mcmbs复合材料。
36.作为一个液态聚碳硅烷界面改性sic/mcmbs复合材料的制备方法的详细示例，包括：1)采用石墨化处理后的中间相碳微球熟球作为第二相，与碳化硅、碳化硅聚合物前驱体、硼源均匀与有机溶剂混合得到原始浆料，以原料粉体的总质量为100％计，所述中间相
碳微球能含量为30wt％，烧结助剂的含量为0.5～1.0wt％；2)将步骤1)所得原料进行球磨烘干并过100目筛制得原料粉体；3)将原料粉体放入石墨坩埚进行一定温度脱粘处理；4)将步骤3)所得脱粘后粉体置于石墨模具，经热压烧结工艺即得所述液态聚碳硅烷界面改性mcmbs-sic复合材料。步骤1)中，中间相碳微球为石墨化处理后的碳微球熟球。步骤1)中，硼源为硼单质或硼化合物，作为烧结助剂。步骤1)中，sic聚合物前驱体为液态含乙烯基的聚碳硅烷。步骤2)中，采用环己烷作为混合溶剂，原料经充分混合后，烘干过筛制备出原料粉体。步骤3)中，原料粉体直接放入石墨坩埚中在1200℃下脱粘；步骤4)中，原料粉体直接装入特制石墨热压模具经高温，高压烧成。
37.在本公开中，采用阿基米德法测得本发明的sic/mcmbs复合材料的致密度≥97％。
38.在本公开中，采用三点弯曲法测得本发明的sic/mcmbs复合材料的弯曲强度为280～450mpa。
39.在本公开中，采用单边切口梁法测得本发明的sic/mcmbs复合材料的断裂韧性为3～5mpa 2m
1/2
。
40.在本公开中，采用环块法(测试条件一般为49～98n载荷，200r/min)测得本发明的sic/mcmbs复合材料的干摩擦系数为0.16～0.31。
41.下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
42.下述实施例和对比例中若无特殊说明，碳化硅粉体的粒径为0.5μm，所述中间相碳微球为荣炭科技有限公司生产，粒径为8μm，所述碳化硅聚合物前驱体为中国科学院化学研究所制备的hpcs-d11/12。
43.实施例1
44.将1wt％液态聚碳硅烷、68.4wt％碳化硅粉体、30wt％中间相碳微球熟球和0.6wt％碳化硼等原料依次加入环己烷中，通过行星球磨机充分混合均匀。行星球磨的转速为300r/h，料：球：环己烷的质量比为1：2：1。然后在烘箱中60℃干燥8h，过100目筛，得到原料粉体。将所制备的原料粉体装入石墨坩埚中，在1200℃保温0.5小时进行脱粘处理。二次研磨后，装入石墨热压模具，在氩气气氛下，2100℃、40mpa、1小时的条件下烧成。制备的复合材料两相均匀分布，界面结合较强，致密度达97.6％。
45.实施例2
46.将5wt％液态聚碳硅烷、64.4wt％碳化硅粉体、30wt％中间相碳微球熟球和0.6wt％碳化硼等原料依次加入环己烷中，通过行星球磨机充分混合均匀。行星球磨的转速为300r/h，料：球：环己烷的质量比为1：2：1。然后在烘箱中60℃干燥8h，过100目筛，得到原料粉体。将所制备的原料粉体装入石墨坩埚中，在1200℃保温0.5小时进行脱粘处理。二次研磨后，装入石墨热压模具，在氩气气氛下，2100℃、40mpa、1小时的条件下烧成。制备的复合材料两相均匀分布，界面结合较强，致密度达98.1％。
47.图2显示了本实施例制备的sic/mcmbs复合材料的sem图。从图2可以看出，本实施例的中间相碳微球均匀分布在碳化硅基体中。图3显示了本实施例制备的sic/mcmbs复合材
料两相界面的hrtem图。从图3可以看出，本实施例的液态聚碳硅烷介于中间相碳微球和碳化硅两相中间，两相界面处生成碳化硅微晶和少量游离碳，提高了sic与mcmbs的两相界面强度。
48.实施例3
49.将9wt％液态聚碳硅烷、60.4wt％碳化硅粉体、30wt％中间相碳微球熟球和0.6wt％碳化硼等原料依次加入环己烷中，通过行星球磨机充分混合均匀。行星球磨的转速为300r/h，料：球：环己烷的质量比为1：2：1。然后在烘箱中60℃干燥8h，过100目筛，得到原料粉体。将所制备的原料粉体装入石墨坩埚中，在1200℃保温0.5小时进行脱粘处理。二次研磨后，装入石墨热压模具，在氩气气氛下，2050℃、40mpa、1小时的条件下烧成。制备的复合材料两相均匀分布，界面结合较强，致密度达97.0％。
50.实施例4
51.将5wt％液态聚碳硅烷、74.4wt％碳化硅粉体、20wt％中间相碳微球熟球和0.6wt％碳化硼等原料依次加入环己烷中，通过行星球磨机充分混合均匀。行星球磨的转速为300r/h，料：球：环己烷的质量比为1：2：1。然后在烘箱中60℃干燥8h，过100目筛，得到原料粉体。将所制备的原料粉体装入石墨坩埚中，在1200℃保温0.5小时进行脱粘处理。二次研磨后，装入石墨热压模具，在氩气气氛下，2100℃、40mpa、1小时的条件下烧成。制备的复合材料两相均匀分布，界面结合较强，致密度达97.7％。
52.实施例5
53.将5wt％液态聚碳硅烷、69.4wt％碳化硅粉体、25wt％中间相碳微球熟球和0.6wt％碳化硼等原料依次加入环己烷中，通过行星球磨机充分混合均匀。行星球磨的转速为300r/h，料：球：环己烷的质量比为1：2：1。然后在烘箱中60℃干燥8h，过100目筛，得到原料粉体。将所制备的原料粉体装入石墨坩埚中，在1200℃保温0.5小时进行脱粘处理。二次研磨后，装入石墨热压模具，在氩气气氛下，2100℃、40mpa、1小时的条件下烧成。制备的复合材料两相均匀分布，界面结合较强，致密度达97.9％。
54.实施例6
55.将5wt％液态聚碳硅烷、64.4wt％碳化硅粉体、30wt％中间相碳微球熟球和0.6wt％碳化硼等原料依次加入环己烷中，通过行星球磨机充分混合均匀。行星球磨的转速为300r/h，料：球：环己烷的质量比为1：2：1。然后在烘箱中60℃干燥8h，过100目筛，得到原料粉体。将所制备的原料粉体装入石墨坩埚中，在900℃保温0.5小时进行脱粘处理。二次研磨后，装入石墨热压模具，在氩气气氛下，2150℃、40mpa、1小时的条件下烧成。制备的复合材料两相均匀分布，界面结合较强，致密度达97.4％。
56.实施例7
57.将5wt％液态聚碳硅烷、64.4wt％碳化硅粉体、30wt％中间相碳微球熟球和0.6wt％碳化硼等原料依次加入环己烷中，通过行星球磨机充分混合均匀。行星球磨的转速为300r/h，料：球：环己烷的质量比为1：2：1。然后在烘箱中60℃干燥8h，过100目筛，得到原料粉体。将所制备的原料粉体装入石墨坩埚中，在1200℃保温0.5小时进行脱粘处理。二次研磨后，装入石墨热压模具，在氩气气氛下，2200℃、40mpa、1小时的条件下烧成。制备的复合材料两相均匀分布，界面结合较强，致密度达98.4％。
58.对比例
59.将69.4wt％碳化硅粉体、30wt％中间相碳微球熟球和0.6wt％碳化硼等原料依次加入无水乙醇中，通过行星球磨机充分混合均匀。行星球磨的转速为300r/h，料：球：无水乙醇的质量比为1：2：1。然后在烘箱中60℃干燥8h，过100目筛，得到原料粉体。装入石墨热压模具，在氩气气氛下，2150℃、40mpa、1小时的条件下烧成。制备的复合材料两相均匀分布，界面结合一般，致密度达97.4％。
60.性能测试：
61.测试项目包括：
62.1.采用阿基米德法测得本发明实施例1～7和对比例的sic/mcmbs复合材料的致密度。
63.2.采用三点弯曲法测得本发明实施例1～7和对比例的sic/mcmbs复合材料的弯曲强度。
64.3.采用单边切口梁法测得本发明实施例1～7和对比例的sic/mcmbs复合材料的断裂韧性。
65.4.采用环块法(测试条件一般为49～98n载荷，200r/min)测得本发明实施例1～7和对比例的sic/mcmbs复合材料的干摩擦系数。
66.各测试数据列在下表1中。
67.表1
68.由表1可知，将对比例与实施例2进行对比后发现，在相同的制备工艺下，虽然添加液态聚碳硅烷界面改性后的sic/mcmbs自润滑复合材料，其抗弯强度有所下降，弹性模量相差不大，但复合材料的致密度和断裂韧性有一定提高。将对比例与实验例2分别与自配摩擦副对磨，磨合期过后，在98n载荷下，对比例的μ在0.16和0.22之间，而实施例2的μ在0.16和0.19之间变化。低且稳定的μ可以归因于石墨化的mcmbs形成连续且具有一定厚度的润滑膜。此外，磨损的表面几乎完全被摩擦化学膜覆盖，相比对比例，实验例2的磨损表面脆性碎屑明显减少，有利于防止产生磨粒磨损造成润滑膜破坏。可见，本发明的sic/mcmbs自润滑复合材料干摩擦系数μ更加稳定，摩擦磨损过程中硬质碳化硅颗粒脱落的问题得到明显改善。

技术特征：
1.一种sic/mcmbs复合材料，其特征在于，包括sic基体、以及分布在sic基体中的中间相碳微球(mcmbs)；其中，所述中间相碳微球经过碳化硅聚合物前驱体改性，以在所述sic和所述中间相碳微球的界面处形成碳化硅微晶和游离碳。2.根据权利要求1所述的sic/mcmbs复合材料，其特征在于，所述碳化硅聚合物前驱体为含乙烯基的液态聚碳硅烷。3.根据权利要求1或2所述的sic/mcmbs复合材料，其特征在于，所述中间相碳微球的含量为15～30wt％，所述碳化硅聚合物前驱体与所述中间相碳微球的质量比为0.03～0.67。4.根据权利要求1所述的sic/mcmbs复合材料，其特征在于，所述sic/mcmbs复合材料还包括烧结助剂，所述烧结助剂为硼单质、硼化合物中的至少一种，优选地包括硼单质、硼酸和碳化硼中的至少一种，更优选为碳化硼；含量不超过1wt％，优选为0.5～1.0wt％。5.根据权利要求1-4中任一项所述的sic/mcmbs复合材料，其特征在于，所述sic/mcmbs复合材料的干摩擦系数为0.16～0.31。6.一种如权利要求1-5中任一项所述的sic/mcmbs复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将碳化硅聚合物前驱体、中间相碳微球、碳化硅粉体、烧结助剂溶解在有机溶剂中，球磨、烘干、过筛，得到原料粉体；将所得原料粉体置于热压模具中，然后在保护气氛中热压烧结，得到所述sic/mcmbs复合材料。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述碳化硅聚合物前驱体为含乙烯基的液态聚碳硅烷；所述中间相碳微球为经石墨化处理的中间相碳微球熟球，所述中间相碳微球的粒径为5μm～10μm；所述碳化硅粉体的粒径为0.5μm～2.0μm；在所述原料粉体中，所述碳化硅聚合物前驱体的重量百分比为1～10％，所述碳化硅粉体的重量百分比为50～80％，所述中间相碳微球的重量百分比为15～30％。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括环烃类(5、6、7、10环烃)、醚类(四氢呋喃)和芳香类(苯、甲苯、二甲苯)；优选地，所述有机溶剂为环己烷。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述保护气氛为真空或惰性气氛，所述惰性气氛为氩气；热压烧结的压力为30～60mpa，烧结温度为2000～2200℃，烧结时间为1～3小时。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在热压烧结之前还包括将原料粉体进行脱粘处理的步骤，所述脱粘处理是在保护性气氛中、在900～1200℃下保温0.5～2小时。11.一种如权利要求1-5中任一项所述的sic/mcmbs复合材料在有限润滑和短时干摩擦工况条件中的应用。

技术总结
本发明提供一种SiC/MCMBs复合材料，包括SiC基体、以及分布在SiC基体中的中间相碳微球(MCMBs)；其中，所述中间相碳微球经过碳化硅聚合物前驱体改性，以在所述SiC和所述中间相碳微球的界面处形成碳化硅微晶和游离碳。本发明还提供一种如上所述的SiC/MCMBs复合材料的制备方法和应用。备方法和应用。备方法和应用。


技术研发人员：姚秀敏 黄诗杰 黄政仁 刘学建 陈忠明 蒋金弟
受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所
技术研发日：2022.01.29
技术公布日：2023/8/8