CZ283013B6 - Kluzný materiál z porézního SiC s trimodálním složením pórů - Google Patents
Kluzný materiál z porézního SiC s trimodálním složením pórů Download PDFInfo
- Publication number
- CZ283013B6 CZ283013B6 CZ95292A CZ29295A CZ283013B6 CZ 283013 B6 CZ283013 B6 CZ 283013B6 CZ 95292 A CZ95292 A CZ 95292A CZ 29295 A CZ29295 A CZ 29295A CZ 283013 B6 CZ283013 B6 CZ 283013B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- sic
- pores
- sintered
- sliding
- macropores
- Prior art date
Links
- 239000011148 porous material Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 69
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 69
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 16
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 15
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 13
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 8
- 229910021431 alpha silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 3
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 16
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 15
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- -1 linen Polymers 0.000 description 3
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 2
- DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 6-[3-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperidin-1-yl]-3-oxopropyl]-3H-1,3-benzoxazol-2-one Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C1CCN(CC1)C(CCC1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1)=O DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001342 Bakelite® Polymers 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 235000008612 Gnetum gnemon Nutrition 0.000 description 1
- 240000000018 Gnetum gnemon Species 0.000 description 1
- 229920002845 Poly(methacrylic acid) Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CEGOLXSVJUTHNZ-UHFFFAOYSA-K aluminium tristearate Chemical compound [Al+3].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O CEGOLXSVJUTHNZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229940063655 aluminum stearate Drugs 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004637 bakelite Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009770 conventional sintering Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007723 die pressing method Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003703 image analysis method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000001272 pressureless sintering Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000010421 standard material Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0051—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof characterised by the pore size, pore shape or kind of porosity
- C04B38/0061—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof characterised by the pore size, pore shape or kind of porosity closed porosity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
- C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0051—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof characterised by the pore size, pore shape or kind of porosity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/06—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
- C04B38/063—Preparing or treating the raw materials individually or as batches
- C04B38/0635—Compounding ingredients
- C04B38/0645—Burnable, meltable, sublimable materials
- C04B38/065—Burnable, meltable, sublimable materials characterised by physical aspects, e.g. shape, size or porosity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
- C07F7/02—Silicon compounds
- C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
- C07F7/18—Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
- F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
- F16C33/043—Sliding surface consisting mainly of ceramics, cermets or hard carbon, e.g. diamond like carbon [DLC]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00241—Physical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00344—Materials with friction-reduced moving parts, e.g. ceramics lubricated by impregnation with carbon
- C04B2111/00353—Sliding parts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2202/00—Solid materials defined by their properties
- F16C2202/02—Mechanical properties
- F16C2202/10—Porosity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Vynález se týká kluzných materiálů z porézního SiC s trimodálním složením p'orů jejich výroby. Porézní kluzný materiál z beztlakově sintrovaného SiC se 3 až 10 % objemových nezávisle uzavřených p'orů se vyznačuje tím, že vykazuje trimodální složení p'orů sestávající z mikrop'orů (M), makrop'orů tvaru vlákna (F) a kulovitých mikrop'orů (K), jejichž množstevní podíly v systému p'orů F - M - K (obr. 1) jsou stanoveny lichoběžníkovou plochou s rohovými body a= 10 % M - 80 % F - 10 % K, b = 10 % M - 10 % F - 80 % K,
c = 40 % M - 10 % F - 50 % K, d = 40 % M - 50 % F - 10 % K a mikrop'ory mají průměr menší než rovný 5 .mi.m a makrop'ory s tvarem vlákna mají průměr menší nebo rovný 30 .mi.m a délku menší nebo rovnou 80 .mi.m a kulovité makrop'ory mají průměr menší nebo rovný 70 .mi.m a pevnost v ohybu činí nejméně 250 MN/m.sup.2.n..
ŕ
Description
Vynález se týká kluzných materiálů z porézního SiC s trimodálním složením pórů a způsobu jejich výroby.
Hustý sintrovaný SiC se vyznačuje vysokou tvrdostí, pevností za vysokých teplot, vysokou tepelnou vodivostí, odolností proti prudké změně teploty, odolností proti oxidaci a vysokou odolností proti opotřebení a korozi. Vykazuje také velmi dobré tribologické chování, čímž se rozumí chování při tření a otěru při použití mazání a bez použití mazání. Z tohoto důvodu se sintrovaný, čistý SiC prosadil jako téměř ideální materiál pro kluzná ložiska namáhaná otěrem a obzvláště pro kluzné těsnicí kroužky a v těchto aplikacích vytlačil jiné materiály jako příkladně oxid hlinitý nebo tvrdokovy. Obzvláště ve vodních čerpadlech v automobilovém průmyslu dosahuje používání sériově vyráběných kluzných kroužků ze sintrovaného SiC stále se zvětšujícího podílu na trhu. Hustý, sintrovaný SiC má čistotu > 98,5 % SiC a vykazuje zpravidla sintrovanou hustotu 3,10 až 3,16 g/cm3, odpovídající zbytkové porozitě 1 až 3 % objemových. Díky své vysoké tvrdosti (Knoop HK - 0,1 = 2500) a pevnosti (pevnost v ohybu: asi 400 MN/m2) je sintrovaný SiC mimořádně odolný proti otěru pevnými částicemi, které jsou unášeny kapalnými médii. Dokonce i při kombinaci abrazivního a korozního ataku je tento keramický materiál odolný proti opotřebení.
Mnohé problémy vznikající v praxi na základě opotřebení při kluzu způsobuje přerušení ideálních podmínek, to znamená podmínek chodu za řádného mazání, kdy se kluzné plochy daných ložisek nebo těsnění dostanou do kontaktu a dochází ke tření pevných těles nebo k suchému tření, které se projeví výrazným vzestupem součinitele tření. V místě vznikající třecí teplo způsobuje teplotní špičkové pnutí, které může být natolik intenzivní, že může způsobit vylomení konstrukčních součástí. Pokud se mazání obnoví, (ochlazení), vzniká nebezpečí tvorby trhlin a lomu jako následek tepelného šoku. Přestože hustý, sintrovaný SiC snáší stavy tohoto druhu obecně lépe, než jiné keramické materiály, přetrvává potřeba dalšího vývoje kluzných materiálů z SiC pro použití v těsnicích kluzných kroužcích a kluzných ložiskách, která se provozují za ztížených hydrodynamických podmínek a jejichž spolehlivost je třeba zvýšit.
Dosavadní stav techniky
Pokusy o optimalizaci sintrovaného SiC z hlediska jeho tribologických vlastností jsou již známy. Spočívají v principu na vnesení a rovnoměrném rozložení dodatečného nepatrného množství porozity v podobě uzavřených pórů s průměrnou velikostí pórů > 10 pm do jinak husté, sintrované struktuiy SiC, aby se tak na funkčních plochách (kluzných plochách) dosáhlo efektu mazacích kapes. Tyto makropóry představují totiž na funkčních plochách místní prohlubeniny, ve kterých se zadržuje dodatečná mazací kapalina a vytváří zásobník. Tento v pórech uzavřený zásobník kapaliny může v kritických situacích, příkladně při krátkodobém výpadku dodávky maziva, zaručit dodatečné mazání, takže se zabrání delšímu běhu na sucho a s tím spojenému spontánnímu výpadku kluzného tělesa. Přitom musí být póry vnesené do struktury SiC vytvořeny jako jednotlivé póry', protože pouze tak může v pórech vzniknout hydraulický tlak. Výskytu průchodných kanálových pórů (otevřená porozita) je pro jejich netěsnost třeba bezpodmínečně zabránit. Protože ale dodatečně vnesená porozita může oslabovat keramický stavební prvek z hlediska pevnosti, je stupeň porozity (% objemová) a obzvláště velikost pórů limitována.
- 1 CZ 283013 B6
V DE-PS 39 27 300 firmy Showa Denko K.K./Tokio se příkladně navrhují porézní sintrovaná tělesa pro kluzné těsnicí kroužky z SiC s celkovou porozitou 4 až 14 % objemových. Póiy v těchto beztlakově sintrovaných tělesech ze sintrovaného SiC jsou na sobě nezávislé a uzavřené a vykazují hladký kulovitý povrch se střední velikostí pórů 10 až 40 pm. Připravují se buď způsobem technického sintrování (vychází se ze směsí jemnozmných a hrubozmných prášků SiC nebo neúplného hustého sintrování), nebo případně vestavbou plastových kuliček do výlisku SiC a následnou pyrolyzou kuliček. V posledně jmenovaném případě je možné pomocí množství a velikosti plastových kuliček cíleně určit celkovou porozitu a střední velikost pórů. Jak vyplývá z popisu, rozhodující význam ve výsledném sintrovaném tělese z SiC pro tribologické použití jako kluzný kroužek má obzvláště střední velikost pórů 10 až 40 pm: porézní sintrovaná tělesa z SiC se střední velikostí pórů od < 10 pm jsou jako kluzná tělesa nevýhodná pro jejich příliš malý efekt tvorby mazacích kapes v důsledku malých pórů. Ze stejného důvodu jsou pro prokluzné kroužky nevýhodná také porézní sintrovaná tělesa z SiC se střední velikostí pórů > 40 pm mezi jiným pro příliš časně vznikající netěsnost těsnicího kluzného kroužku a zvýšené opotřebení kroužku. Jako důvod pro pozorované vyšší opotřebení se udává nedostatečná pevnost takových sintrovaných těles z SiC s velkými póry. Příkladně při 8% porozitě sintrovaných těles z SiC poklesne v důsledku změny střední velikosti pórů z 10 pm na střední velikost pórů 50 pm pevnost z hodnoty 40 kp/mm2 na 20 kp/mm2, to znamená na polovinu. Pokles pevnosti takového druhu je možné vysvětlit pouze značnými lokálními defekty (jednotlivé velké póry) nebo také trhlinami. Z toho je možné usuzovat, že v této DE-PES nebylo pro výrobkově technické nedostatky dosaženo dobrých tribologických vlastností dostatečně pevného, porézního sindrovaného tělesa z SiC se střední velikostí pórů > 40 pm.
Z evropské patentové přihlášky EP-A-486336 firmy Ceramiques et Composites jsou známa kluzná tělesa z SiC s velkými póry s celkovou porozitou 4 až 18 % objemových a střední velikostí pórů 40 až 200 pm, které se vyrábějí pomocí beztlakého sintrování ze sintrovatelných prášků SiC, rovněž s přísadou tvořící póry v podobě kuliček z plastické hmoty. Jak je zřejmé z popisu a obzvláště z příkladů, byla však pro tribologické použití tohoto karbidu křemíku s velkými póry dána přednost velikosti pórů 60 až 100 pm a celkové porozitě 8 až 15 % objemových. O pevnosti těchto sintrovaných těles z SiC s velkými póry nejsou uvedeny žádné údaje. Kluzné materiály z SiC popsané v této přihlášce EP mohou sice splňovat požadavky na schopnost těsnění a opotřebení v oblasti nízkých tlaků, to znamená pro utěsňování nepatrných tlakových rozdílů jako příkladně 0,1 MPa (viz příklad 1 z EP-A-486336), nevyhoví však požadavkům v oblasti tlaku > 1 MPa. Protože při střední velikosti pórů ve výhodné oblasti 60 až 100 pm a zároveň vysoké celkové porozitě v rozsahu 8 až 15 % objemových je pevnost stavebních částí z SiC výrazně redukována, jsou tím i pro použití těchto SiC s velkými póry pro kluzné kroužky a protikroužky ve dvojici tvrdý/tvrdý dány úzké hranice.
Z WO 93/25495 společnosti Carborundum Company, USA, jsou známa sintrovaná tělesa z SiC s jemnými póry a porotou od 3 až 15 % objemových, přičemž póry jsou tvarovány nerovnoměrně a mají velikost asi od 3 až 5 pm a poměr délka k šířce (tvarový faktor) od 1 : 1 až 3 : 1. Tato sintrovaná tělesa se vyrábějí za použití SiC s bimodálním rozložením velikosti částic, to znamená směsí dvou prášků SiC s rozinou střední velikostí částic. Příkladně se smísí jemnozmný prášek SiC vhodný k sintrování o střední velikosti částice 0,5 pm s hrubozmným práškem SiC, který je k sintrování méně vhodný, o střední velikosti částic 3 pm. Ačkoliv tato sintrovaná tělesa mohou být vyráběna s nižšími náklady v důsledku použití levného hrubého prachu SiC, vyžaduje jejich tribologická vhodnost v kritických situacích zlepšení, což je možné vysvětlit nedostatečnou funkcí mazacích kapes mikropórů menších nebo rovných 5 pm.
Z EP-A-578408 společnosti Carborundun Company, USA, jsou známa sintrovaná tělesa z SiC s velkými póry a porozitou od 2 do 12 % objemových, u nichž jsou póry tvarovány sféricky a mají průměr od 50 do 500 pm. Tato sintrovaná tělesa z SiC s velkými póry byla již v podstatě popsána v EP-A-486336 společnosti Ceramiques Composites.
Podstata vynálezu
Proto vznikl úkol dále zlepšit známé kluzné materiály z SiC z hlediska jejich tribologických a mechanických vlastností, aby se mohly využívat pro širokou oblast použití, čímž se příkladně rozumí, aby se mohly používat jak pro nízké tlaky, tak pro vysoké tlaky v párovém složení s grafitem nebo také v párovém složení se sebou samým.
Tento úkol se podle vynálezu řeší porézním kluzným materiálem z beztlakově sintrovaného SiC se 3 až 10 % objemových nezávislých uzavřených pórů, vyznačujícím se tím, že vykazuje trimodální složení pórů sestávající z mikropórů (M), makropórů tvaru vlákna (F) a kulovitých makropórů (K) jejichž množstevní podíly v systému pórů F - M - K(obr. 1) jsou stanoveny 15 lichoběžníkovou plochou s rohovými body a = 10%M - 80%F - 10%K b = 10%M - 10%F - 80%K c = 40%M - 10%F - 50%K d = 40%M - 50%F - 10%K a mikropóry mají průměr menší nebo rovný 5 pm a makropóry s tvarem vlákna mají průměr menší nebo rovný 30 pm a délku menší nebo rovnou 80 pm a kulovité makropóry mají průměr menší nebo rovný 70 pm a pevnost v ohybu činí nejméně 250 MN/m2.
Tvarový faktor makropórů tvaru vlákna činí s výhodou 2 : 1 až 50 : 1, zpravidla 2 : 1 až 20 : 1.
Rozdělení velikosti makropórů tvaru vlákna leží s výhodou v rozsahu dF = 5 až 25 pm a 1F = 10 až 80 pm (dF: průměr vlákna, 1F = délka vlákna). Zvláště se osvědčily průměry pórů tvaru vlákna 30 od 8 do 20 pm a délky pórů tvaru vlákna od 20 do 70 pm.
Rozdělení velikosti v případě kulovitých makropórů činí s výhodou 30 až 70 pm, obzvláště výhodně od 40 do 60 pm.
Vedle pórů existující hustá strukturní matrice SiC sestává z α-siliciumkarbidu, obsahujícího až do 2 % hmotnostních (celkem) elementárního uhlíku, hliníku a/nebo boru, přičemž α-SiC je s výhodou ve formě prismatických, destičkovitých krystalitů o střední velikosti zrna < 50 pm.
Schematická stavba materiálu je znázorněna na obr. 2.
Pro výrobu kluzných materiálů z SiC podle vynálezu se jako výchozí prachový SiC s výhodou používá v obchodu běžný α-SiC s rozložením velikosti částic < 5 pm, s výhodou menším než < 3 pm a specifickým povrchem od 10 do 15 m2/g (měřeno podle BET) a čistotou nejméně 99,5 %, vztaženo na kovové nečistoty.
Jako přísady vytvářející makropóry se používají krátká organická vlákna a kuličky z plastických materiálů, které na základě jejich nízké teploty rozkladu (< 800 °C) vytvářejí při dalším zpracování výlisků z SiC před vlastním sintrovacím procesem definované dutiny v podobě pórů tvaru vlákna a kulovitých pórů.
CZ 283013 Β6
Jako vláknitý materiál se mohou použít krácená a podle velikosti vytříděná syntetická nebo rostlinná vlákna jako příkladně bavlněná, lněná, buničitá nebo celulozová vlákna, polyamidová, polyesterová a polyakrylonitrilová vlákna, přičemž čistá celulozová vlákna se zvlášť osvědčila.
Jako kulovitý materiál jsou vhodné termoplastické a duroplastické plastické hmoty jako příkladně polymetakiyláty, polyethylen, polystyren, polyamid a bakelit. S výhodou se používají polymetakrylátové kuličky, obzvláště kuličky z polymethylesteru kyseliny metakrylové (PMMA) s úzkým rozložením velikosti částic.
Celkové množství přísad tvořících póry tvaru vlákna a kulovité póry, jejich relativní podíly a rozložení velikosti částic mají pro výrobu a vlastnosti kluzných materiálů z SiC podle vynálezu rozhodující význam.
Přísady tvořící póry tvaru vlákna mají s výhodou délku od 15 do 90 pm a průměr od 8 do 30 pm. Obzvláště výhodné jsou délky od 30 do 80 pm a průměry od 10 do 25 pm.
Přísady tvořící kulovité póry mají s výhodou průměr od 40 do 80 pm. Zvlášť výhodný je rozsah průměrů od 50 do 70 pm.
Kuličky s průměrem > 80 pm by se neměly vyskytovat, protože mohou při tvarování vést ke vzniku syrových těles s trhlinami.
Rozdělení velikostí částic tvořících makropóry má pro dosažení vlastností, obzvláště pevnostních vlastností kluzných těles podle vynálezu velký význam. Vlastní pokusy ukázaly, že při širokém rozložení velikostí makropórů se nemůže dosáhnout pevnost v ohybu kluzných materiálů požadovaná pro kritická specifická zatížení součástí s hodnotou > 250 MN/m2. To je možno považovat za důsledek přítomnosti menšího množství makropórů s průměry > 100 pm a/nebo trhlin spojujících póry, které působí jako kritická chybná místa.
Relativní podíly přísad tvořících póry tvaru vlákna a kulovité póry se volí tak, aby hmotnostní poměr krátká vlákna : koule ležel mezi 9 : 1 a 1 : 9. Nejlepší výsledky se dosahují v oblasti poměru krátká vlákna : koule od 4 : 1 do 1 : 4.
K výrobě materiálu podle vynálezu se výchozí prášek SiC známým způsobem zpracuje s až 7 % hmotnostních obvyklých sintrovacích přísad a pomocných lisovacích prostředků za vzniku břečky a následně se vhodným způsobem, příkladně sprejovým sušením připravené břečky, zpracuje na volně tekoucí granulát.
Vhodnými sintrovacími přísadami jsou příkladně elementární uhlík, elementární hliník, elementární bor, aluminiumnitrid a borkarbid, přičemž se obzvláště osvědčil elementární uhlík v podobě částicového grafitu nebo sazí a jemnozmný prášek aluminiumnitridu.
Vhodnými pomocnými lisovacími prostředky jsou příkladně polyvinylalkohol, polyvinylacetát, aluminiumstearát, polyakrylát, polyether a cukr. S výhodou se jako pomocný lisovací prostředek používá polyvinylalkohol pod názvem Polyviol, který dodává firma Wacker-Chemie GmbH, Mnichov, spolu s cukrem (sacharozou).
K suchému granulátu SiC se za míchání přidají organické přísady tvořící makropóry ve formě krátkých organických vláken a kuliček s úzkým rozptylem velikostí v množství s výhodou 1 až 3,5 hmotnostních dílů, vztaženo na prášek SiC dotovaný pomocnými prostředky pro sintrování. Míchá se, dokud nevznikne homogenní směs připravená k lisování. To se může příkladně provádět v míchačce za sucha.
-4CZ 283013 B6
Může se však také - a při hromadné výrobě je to výhodné z nákladových důvodů - směs připravená k lisování vyrábět také bez tohoto procesního stupně suchého míchání přímo při sprejovém sušení, přičemž se přísady tvořící póry vmíchají v uvedených množstvích do rozstřikované břečky.
Směs připravená k lisování se následně za současného tvarování vylisuje příkladně axiálním lisováním v zápustce nebo isostatickým lisováním na syrové těleso. Přitom se překvapivě ukázalo, že směsi SiC připravené k lisování podle vynálezu, které obsahují vlákna, skýtají oproti takovým směsím bez vláknitého podílu (příkladně směsi, které jako přísadu pro tvorbu makropórů obsahují výhradně kuličky nebo směsi bez přísad pro tvorbu makropórů) lisařsky technické výhody. Obsah vláken snižuje při lisování v zápustce zpětné roztažení a tvorbu trhlin ve výlisku a získají se vlákny zesílená syrová tělesa s mezí pevnosti, která je o 20 až 60 % vyšší, než je mez pevnosti bez vláken.
Sníženým zpětným roztažením se mohou omezit indukovaná napětí v pevném tělese, která mohou vést ke vzniku trhlin. Vysoká pevnost výlisků má pro jejich další zpracování bez vzniku zmetků příkladně pro základní zpracování, přepravu, skladování syrových těles velký význam.
Vylisovaná tvarovaná tělesa se následně podrobí 10 až 24 hodinovému tepelnému zpracování při teplotách v rozsahu mezi 100 a 1000 °C v přítomnosti inertní atmosféry, aby se odstranily pomocné lisovací prostředky a došlo k pyrolyze přísad tvořících póry. Následně se předehřátá tvarová tělesa beztlakově sintrují při teplotě 2000 °C až 2100 °C v přítomnosti ochranné atmosféry nebo ve vakuu po dobu 20 až 60 minut až do vzniku kluzných těles z SiC podle vynálezu.
Během sintrování dojde ke smrštění tvarových těles a makropórů o 17 až 19 %, vztaženo na průměr výlisků, případně v nich obsažených makropórů a tvoří se mikropóry s rozložením velikosti < 5 pm, jejichž objemový podíl je možno řídit známým způsobem lisovací hustotou a parametry sintrování (konečná teplota/doba zdržení).
Sintrovaná tělesa z SiC vyrobená způsobem podle vynálezu vykazují celkovou porozitu 3 až 10 % objemových a pevnost v ohybu výše jak 250 MN/m2.
Porézní kluzné materiály z SiC se mohou používat jako těsnicí kroužky v axiálních těsněních s kluzným kroužkem ve dvojici tvrdý/měkký proti grafitu nebo ve dvojici tvrdý/ tvrdý proti sobě samému. Rovněž tak jsou vhodné k výrobě hřídelových ochranných pouzder a konstrukčních součástí pro kluzná ložiska, u nichž se má zvýšit jejich odolnost proti opotřebení a spolehlivost.
Celková porozita P udávaná v popisu vynálezu a v příkladech provedení se vypočítá z naměřených hodnot sintrované hustoty Ds a čisté hustoty DR podle vztahu:
Ds
P = (1--) . 100 [% objemových]
Dr
Složení pórů, to znamená procentní podíl pórů tvaru vlákna, kulovitých pórů a mikropórů a velikostní rozložení makropórů se stanoví keramograficky poloautomatickým způsobem obrazové analyzy na základě neleptaného obrazu struktury leštěných výbrusů kluzného tělesa.
-5 CZ 283013 B6
Vysvětlení obrázků na výkresech
Obr. 1 ukazuje oblast složení pórů podle vynálezu v systému pórů (F - Μ - K): mikropóry (M), makropóry tvaru vlákna (F) a kulovité makropóry (K), přičemž body v systému odpovídají následujícím limitním hodnotám složení pórů:
| Bod v systému | % mikropórů | Složení pórů % pórů tvaru vlákna | % kulovitých pórů |
| F | 0 | 100 | 0 |
| K | 0 | 0 | 100 |
| M | 100 | 0 | 0 |
| a | 10 | 80 | 10 |
| b | 10 | 10 | 80 |
| c | 40 | 10 | 50 |
| d | 40 | 50 | 10 |
Obr. 2 ukazuje schematickou stavbu kluzného materiálu podle vynálezu.
Obr. 3 ukazuje strukturu sintrovaného tělesa vyrobené ho beztlakým sintrováním a-SiC s přísadami tvořícími póry tvaru vlákna a kulovité póry o sintrované hustotě 3,02 g/cm3, pevnosti v ohybu 310 MN/m2, celkové porozitě 5,3 % objemových a složením pórů 38 % pórů tvaru vlákna - 42 % kulovitých pórů - 20 % mikropórů. Kulovité makropóry mají průměr menší nebo rovný 60 gm. Makropóry tvaru vlákna vykazují průměr menší nebo rovný 20 gm a délky menší nebo rovné 70 gm. Průměr mikropórů je menší nebo rovný 5 gm.
Následující příklady dále popisují kluzné materiály z SiC podle vynálezu, jejich výrobu a jejich výhody v tribologických aplikacích.
Příklady provedení wnálezu
Příklad 1
Výroba kluzného kroužku podle vynálezu
Jako výchozí materiál se použije jemný sintrovací prášek α-SiC se střední velikostí částic 0,6 gm a měrným povrchem 12 m2 na gram. Zbytkový obsah kyslíku činí 0,6 hmotnostních procent. Podle následující receptury se připraví vodná břečka:
| sintrovací prášek a-SiC přísada uhlíku (saze) přísada hliníku (A1N) | 98,0 HDX 1,0 HD 1,0 HD |
| dotovaný sintrovací prášek plastové kuličky d = 50 až 70 gm (PMMA) krátká celulozová vlákna d = 10 až 25 gm, 1 = 30 až 80 gm | 100,0 HD 1,0 HD 1,0 HD |
pomocný lisovací prostředek (2,5 HD cukru a 2,0 HD Polyviolu) 4,5 HD x hmotnostní díly
-6CZ 283013 B6
Nejprve se za míchání připraví 60% disperze prášku SiC ve vodě, ve které byly předem rozpuštěny případně rozmíchány dotační a pomocné lisovací prostředky. Po provedení homogenizace této disperze se vmíchají celulozová vlákna a plastové kuličky, naředěním se nastaví litrová hmotnost 1650 g/1 a takto připravená hotová břečka se vysuší ve sprejové sušárně za standardních podmínek.
Získaný granulát k lisování se nakonec zpracuje lisováním v zápustce v lisovacím automatu za sucha za tlaku 100 MPa na kluzné kroužky s lisovací hustotou 1,80 g/cm3 s přibližnými rozměry da = 88, dj = 66, h = 28 mm. Nato se výlisky zahřívají v koksovací peci po dobu 12 hodin v proudu ochranného plynu argonu na teplotu 800 °C, aby se šetrně odstranily kluzné prostředky a pojivá a zároveň došlo k pomalé pyrolyze organických přísad ke tvorbě pórů.
Kluzné kroužky zbavené pojiv a ochlazené na teplotu místnosti se následně sintrují v grafitových kelímcích, umístěných v topné zóně trubkové grafitové pece po dobu 30 minut při teplotě 2050 °C a vakuu 2 kPa. Sintrovaná tělesa s čistou hustotou 3,19 g na cm3 podléhají 18 % délkovému smrštění vztaženo na průměr kroužku a vykazují sintrovanou hustotu průměrně 3,02 g na cm3, odpovídající celkové porozitě 5,3 % objemových.
Charakteristika lisovaných kroužků a sintrovaných tvarových těles je shrnuta v tabulce 1. Obrázek 3 znázorňuje mikroskopický obraz struktury v měřítku 1 : 100 vysoce leštěného řezu sintrovaného kluzného kroužku. Zřetelně jsou rozeznatelné tři různé druhy pórů jako černé plochy případně body. Na základě obrazové analyzy vyplynul podíl pórů tvaru vlákna 38 %, podíl kulovitých pórů 42 % a podíl mikropórů 20 %. Mikroskopická struktura SiC odkrytá plasmovým leptáním vykazuje krystality SiC o střední velikosti zrna 30 pm.
Příklad 2-5
Výroba dalších kluzných kroužků podle vynálezu
Kluzné kroužky z SiC se vyrábí stejným způsobem jako v příkladu 1 pouze s tou změnou, že se mění celkové množství a podíly celulózy a plastových kuliček PMMA v jejich vzájemném hmotnostním poměru jako přísad tvořících póry (příklady 2 a 3). Jako přísada tvořící póry se použije výhradně PMMA, vytvářející kulovité makropóry (příklad 4) nebo se vůbec nepoužije přísada na tvorbu pórů (příklad 5). V posledním případě, to znamená bez přísady látky tvořící póry, vzniká hustý standardní materiál SSiC. Příklady 2 až 3 se týkají kluzného materiálu podle vynálezu, přičemž se mění složení pórů (podíl pórů tvaru vlákna/kulovitých pórů/mikropórů) a celková porozita. Příklady 4 a 5 jsou srovnávací příklady s materiály známými podle stavu techniky.
Charakteristika násad, vylisovaných syrových těles a sintrovaných tvarových těles je shrnuta v tabulce 1 spolu s odpovídajícími údaji příkladu 1.
Tabulka 1:
Charakteristika násad, výlisků a sintrovaných těles
| Příklad č. | 1 | 2 | 3 |
| Organická přísada | |||
| tvořící póry | 1,0 vlákna | 2,0 vlákna | 0,5 vlákna |
| (Hmotnostní díly na 100 HD dot. SiC | 1,0 koule | 1,0 koule | 1,5 koule |
| Lisovací hustota (g/cm3) | 1,80 | 1,81 | 1,79 |
| Zpětné roztažení výlisku (%) | 0,62 | 0,62 | 0,63 |
| Pevnost v ohybu výlisku (MN/m2) | 1,49 | 1,62 | 1,23 |
| Sintrovaná hustota sintrov. tělesa (g/cm3) | 3,02 | 2,96 | 3,01 |
| Pevnost v ohybux (MN/m2) | 310 | 264 | 307 |
| Celková porozitaxx (% objemových) | 5,3 | 7 | 5,6 |
| Složení pórů | |||
| - % pórů tvar vlákna | 38 | 54 | 25 |
| - % kulovitých pórů | 42 | 31 | 56 |
| - % mikropórů | 20 | 15 | 19 |
| Rozdělení velikosti pórů”“ | |||
| - 1/d vláknitých pórů (pm) | <70/<20 | <80/<19 | <70/<16 |
| - d kulovitých pórů (pm) | <60 | <56 | <58 |
| - d mikropórů (pm) | <5 | <5 | <5 |
X metoda tří bodů (zkušební tyčka 3 x 3 x 20 mm, uložení 25 mm)
XX vztaženo na čistou hustotu 3,19 g/cm3
XXX 1 = délka, d = průměr ío Pokračování
Tabulka 1: Charakteristika násad, výlisků a sintrovaných těles
Příklad č.
Organická přísada tvořící póry (Hmotnostní díly na 100 HD dot. SiC Lisovací hustota (g/cm3) Zpětné roztažení výlisku (%) Pevnost v ohybu výlisku (MN/m2) Sintrovaná hustota sintrov. tělesa (g/cm3) Pevnost v ohybux (MN/m2) Celková porozitaxx (% objemových) Složeni pórů
- % pórů tvar vlákna
- % kulovitých pórů
- % mikropórů
Rozdělení velikosti pórů”“
- 1/d vláknitých pórů (pm)
- d kulovitých pórů (pm)
- d mikropórů (pm)
| žádná vlákna | žádná vlákna |
| 2,0 koule | žádné koule |
| 1,75 | 1,82 |
| 0,70 | 0,74 |
| 1,00 | 1,09 |
| 30,1 | 3,15 |
| 293 | 402 |
| 5,6 | 1,3 |
| 79 | - |
| 21 | 100 |
| <60 | |
| <5 | <5 |
X metoda tří bodů (zkušební tyčka 3 x 3 x 20 mm, uložení 25 mm)
XX vztaženo na čistou hustotu 3,19 g/cm3
XXX 1 = délka, d = průměr
-8CZ 283013 B6
Příklad 6
Výsledky zkušebních testů kluzných kroužků
Ke zjištění tribologických charakteristik (součinitel tření a opotřebení) ve dvojicích tvrdý/měkký a tvrdý/tvrdý se testovala řada testovacích kroužků podle vynálezu po opracování na požadované konečné rozměry a rovinném lapování volným zrnem B4C 320 ve srovnání s testovacími kroužky z konkurenčních materiálů. K tomu byla k dispozici zkušební stolice na kluzné těsnicí kroužky (fa. Burgmann), na které se mohly měřit tribologické charakteristiky až do tlaku média 12,5 MPa při konstantní teplotě 60 °C a obvodové rychlosti 9 m za sekundu za použití demineralizované vody jako těsnicího média. Výsledky tribologických testů na zkušební stolici jsou shrnuty v tabulkách 2 a 3.
Tabulka 2:
Tribologické charakteristiky těsnicích kluzných kroužků ve dvojici tvrdý/měkký, SSiC kroužek proti grafitovému kroužkux
Vysokotlaká zkušební stolice Burgmann: zkušební těsnění: Η 74N/53, mazací médium: VE-voda, teplota: 60 °C střední obvodová rychlost: 9 m/s
Doba trvání pokusu pro tlakový stupeň 48 hodin (výjimka 1 MPa: 168 hodin)
| Tlakový rozdíl (MPa) | 1,0 | 2,5 | 5.0 | 7,5 | 10,0 | 12,5 |
| Příklad 1 Kroužek SSiC - součinitel tření | 0,135 | 0,083 | 0,065 | 0,055 | 0,040 | 0,035 |
| - opotřebení (μιη/h) | <0,020 | 0,021 | 0,025 | 0,040 | 0,050 | 0,062 |
| Příklad 4 Kroužek SSiC - součinitel tření | 0,140 | 0,089 | 0,070 | 0,061 | 0,049 | 0,040 |
| - opotřebení (μητ/h) | <0,020 | 0,031 | 0,075 | 0,083 | 0,089 | 0,092 |
| Příklad 5 Kroužek SSiC - součinitel tření | 0,164 | 0,108 | 0,077 | 0,065 | 0,058 | 0,055 |
| - opotřebení (pm/h) | <0,020 | 0,055 | 0,102 | 0,133 | 0,150 | 0,165 |
X uhlíkový grafit Buko 1, fa. Burgmann
Tabulka 3:
Tribologické charakteristiky těsnicích kluzných kroužků ve dvojici tvrdý/tvrdý, SSiC kroužek proti SSiC kroužku ze stejného materiálu.
Vysokotlaká zkušební stolice Burgmann: zkušební těsnění: Η 74N/53, médium: VE-voda, teplota: 60 °C střední kluzná rychlost: 9 m/s
-9CZ 283013 Β6
Doba trvání pokusu pro tlakový stupeň: 48 hodin
Tlakový rozdíl (MPa)2,5 5,0
| Příklad 3 - Kroužek SSiC - součinitel tření - opotřebení (pm/h) | 0,149 <0,02 | 0,088 <0,02 |
| Příklad 4 - Kroužek SSiC | ||
| - součinitel tření | 0,160 | 0,090 |
| - opotřebení (pm/h) | 0,035 | 0,068 |
| Příklad 5 - Kroužek SSiC | ||
| - součinitel tření | 0,178 . | - |
| - opotřebení (pm/h) | 0,045xx | XXX |
XX silné odlupování hran
XXX pokus se musel přerušit: silné adhezní opotřebení, odlupování hran, zborcené kluzné plochy a netěsnosti!
Z pokusů ve dvojici tvrdý/měkký (viz tabulka 3) jedno značně vyplývá, že porézní kroužky SSiC (celková porozita asi 5 % objemových) se složením pórů 80 % makropórů - 20 % mikropórů za všech tlaků vykazují nižší součinitel tření a také opotřebení než kroužky z hustého SSiC (příklad 5, standard SSiC, 100 % mikropórů, celková porozita 1,3 % objemových). Jak vyplývá z tribologického srovnání kroužků z příkladu 1 a 4, vede změna složení pórů, to znamená téměř 50 % náhrada kulovitých makropórů makropóry tvaru vlákna překvapivě k opakovanému snížení opotřebení při tlacích 2,5 až 12,5 MPa průměrně o 30 %.
Také testy kluzných kroužků ve dvojicích tvrdý/tvrdý (viz tabulka 3), ve kterých se vedle kroužků podle vynálezu z příkladu 3 použily ke srovnání také kroužky z příkladů 4 a 5 v oblasti vysokých tlaků 2,5 a 5,0 MPa, potvrdily rovněž optimální vhodnost materiálů podle vynálezu strimodálním složením pórů. Tyto dvojice tvrdý/tvrdý se doporučují obzvláště k těsnění abrasivních a chemicky agresivních médií. Opotřebení bylo ve všech případech nižší než 0,02 pm za hodinu. Z toho vyplývá, že je možné v porézním SiC s trimodálním složením pórů 25 % pórů tvaru vlákna - 56 % kulovitých pórů - 19 % mikropórů dosáhnout ve srovnání s bimodálním složením pórů 79 % kulovitých pórů - 21 % mikropórů podstatně zlepšeného tribologického chování. Jako nejhorší se ve dvojici tvrdý/tvrdý ukázal hustý SiC obsahující 100% mikropórů z příkladu 5. V tomto případě došlo k intenzivnímu opotřebení odlamováním materiálu a vzniku trhlin, které se typicky objevují při adhezi v důsledku nedostatečné porozity.
Srovnatelné výsledky na zkušební stolici celkově ukazují, že s kluznými materiály z SiC je k dispozici optimalizovaný materiál, který umožňuje zatěžovat kluzné dvojice z SiC/uhlíkového grafitu a z SiC/SiC v těsnicích kluzných kroužcích z hlediska opotřebení více, než je možné se standardními materiály.
Claims (5)
1. Porézní kluzný materiál zbeztlakově sintrovaného SiC se 3 až 10 % objemových nezávislých uzavřených pórů, vyznačující se tím, že vykazuje trimodální složení pórů sestávající zmikropórů (M), makropórů tvaru vlákna (F) a kulovitých makropórů (K) jejichž množstevní podíly v systému pórů F - Μ - K jsou stanoveny lichoběžníkovou plochou s rohovými body a = 10%M - 80%F - 10%K b = 10%M - 10%F - 80%K c = 40%M - 10%F - 50%K d = 40%M - 50%F - 10%K a mikropóry mají průměr menší nebo rovný 5 pm a makropóry s tvarem vlákna mají průměr menší nebo rovný 30 pm a délku menší nebo rovnou 80 pm a kulovité makropóry mají průměr menší nebo rovný 70 pm a pevnost v ohybu činí nejméně 250 MN/m2.
2. Kluzný materiál z SiC podle nároku 1, vyznačující se tím, že vedle pórů existující hustá strukturní matrice SiC sestává z a-siliciumkarbidu ve formě prismatických, destičkovitých krystalitů o střední velikosti zrna < 50 pm, obsahujícího celkem až do 2 % hmotnostních elementárního uhlíku, hliníku a/nebo boru.
3. Způsob výroby porézních kluzných materiálů podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se kjemnozmnému prášku α-SiC smíchanému se sintrovacími přísadami a pomocnými prostředky pro lisování přidají krátká organická vlákna a kuličky z plastické hmoty z úzkým rozdělením velikosti ve hmotnostním poměru vlákna ke kuličkám 9 : 1 až 1 : 9 v množství od 1 do 3,5 hmotnostních dílů, vztaženo na dotovaný prášek SiC, homogenizovaná prášková směs se za současného tváření vylisuje na syrová tělesa, syrová tělesa se v přítomnosti ochranné atmosféry předehřej í při teplotách až 1000 °C a předehřátá syrová tělesa se následně sintrují při teplotách 2000 až 2100 °C až do vzniku sintrovaných těles o hustotě od 90 % do 97 % čisté hustoty karbidu křemíku.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se jako sintrovací přísada použije aluminiumnitrid a/nebo bor a uhlík v množství až do 2 hmotnostních procent.
5. Způsob podle nároků 3 nebo 4, vyznačující se tím, že se jako krátká organická vlákna použije celulóza s rozdělením velikosti dF = 8 až 30 pm a lF = 15 až 90 pm (dF = průměr vláken, 1F = délka vlákna).
6. Způsob podle jednoho nebo několika z nároků 3až5, vyznačující se tím, že se jako koule z plastické hmoty použijí koule z polymethylesteru kyseliny metakrylové (PMMA) s úzkým rozložením velikostí dK = 40 až 80 pm (dK = průměr koule).
7. Způsob podle jednoho nebo několika z nároků 3 až 6, vyznačující se tím, že se sintrování předehřátých syrových těles provádí v přítomnosti inertní atmosféry při tlaku < 3 kPa.
- 11 CZ 283013 B6
8. Použití porézních kluzných materiálů z SiC jako těsnicích kroužků v axiálních těsnicích kluzných kroužcích ve dvojicích tvrdý/měkký proti uhlíkovému grafitu nebo ve dvojicích tvrdý/tvrdý proti sobě samému.
5 9. Použití porézních kluzných materiálů z SiC ve formě hřídelových ochranných pouzder a konstrukčních součástí pro kluzná ložiska.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4419243A DE4419243A1 (de) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | Gleitwerkstoff aus porösem SiC mit trimodaler Porenzusammensetzung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ29295A3 CZ29295A3 (en) | 1995-12-13 |
| CZ283013B6 true CZ283013B6 (cs) | 1997-12-17 |
Family
ID=6519582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ95292A CZ283013B6 (cs) | 1994-06-01 | 1995-02-06 | Kluzný materiál z porézního SiC s trimodálním složením pórů |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5762895A (cs) |
| EP (1) | EP0685437B1 (cs) |
| JP (1) | JP2722182B2 (cs) |
| KR (2) | KR0159835B1 (cs) |
| CN (1) | CN1040341C (cs) |
| CA (1) | CA2146399C (cs) |
| CZ (1) | CZ283013B6 (cs) |
| DE (2) | DE4419243A1 (cs) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5834094A (en) * | 1996-09-30 | 1998-11-10 | Surface Technologies Ltd. | Bearing having micropores and design method thereof |
| DE19654174A1 (de) * | 1996-12-23 | 1998-06-25 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Gleitwerkstoff aus Siliciumcarbid |
| DE19712480A1 (de) * | 1997-03-25 | 1998-10-01 | Burgmann Dichtungswerk Feodor | Gleitringdichtung |
| US6214078B1 (en) | 1997-11-25 | 2001-04-10 | Ferro Corporation | High temperature ceramic filter |
| US5958998A (en) * | 1998-02-05 | 1999-09-28 | Xerox Corporation | Ink jet inks |
| JP2000240653A (ja) * | 1999-02-24 | 2000-09-05 | Ntn Corp | 焼結含油軸受とその製造方法及び情報機器用スピンドルモータ |
| JP4589491B2 (ja) * | 1999-08-24 | 2010-12-01 | 株式会社ブリヂストン | 炭化ケイ素粉末、グリーン体の製造方法、及び炭化ケイ素焼結体の製造方法 |
| DE10030011A1 (de) * | 2000-06-17 | 2002-01-03 | Sgl Carbon Ag | Formteil aus von Polymeren abgeleiteter Keramik |
| DE10032044B4 (de) * | 2000-07-05 | 2008-09-11 | Walter Spang | Gleitlager mit Festschmierstoff |
| DE10061397B4 (de) * | 2000-09-29 | 2004-04-08 | Desch Antriebstechnik Gmbh & Co. Kg | Planetengetriebe und Planetenlager sowie deren Bauteile |
| DE20019276U1 (de) * | 2000-11-13 | 2002-03-28 | Veba Oel Technologie & Automatisierung Gmbh | Drehtrommel mit Wälzkörperanordnung |
| DE10111225A1 (de) * | 2001-03-08 | 2002-09-19 | Wacker Chemie Gmbh | Verbundwerkstoff auf der Basis von Siliciumcarbid und Kohlenstoff, Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung |
| US6762140B2 (en) | 2001-08-20 | 2004-07-13 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Silicon carbide ceramic composition and method of making |
| DE10241265A1 (de) * | 2002-09-06 | 2004-03-18 | Ceram Tec Ag Innovative Ceramic Engineering | Gesinterte Siliciumcarbidkörper mit optimierten tribologischen Eigenschaften ihrer Gleitbeziehungsweise Dichtfläche |
| JP2006046540A (ja) * | 2004-08-05 | 2006-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 動圧流体軸受装置 |
| EP1966108B1 (en) * | 2005-11-30 | 2012-01-11 | Corning Incorporated | Controlled pore size distribution porous ceramic honeycomb filter |
| JP5314425B2 (ja) * | 2006-10-30 | 2013-10-16 | 京セラ株式会社 | 摺動部材とその製造方法 |
| US8298311B2 (en) * | 2006-11-15 | 2012-10-30 | Corning Incorporated | Filters with controlled submicron porosity |
| US7981188B2 (en) * | 2006-11-30 | 2011-07-19 | Corning Incorporated | Controlled pore size distribution porous ceramic honeycomb filter, honeycomb green body, batch mixture and manufacturing method therefor |
| DE102007025894B4 (de) * | 2007-06-01 | 2009-08-20 | Schott Ag | Glaskeramik-Panzermaterial |
| EP2025658A1 (en) * | 2007-08-08 | 2009-02-18 | Imerys Ceramics France | Porous ceramic bodies and process for their preparation |
| CN101939271B (zh) * | 2007-08-31 | 2014-08-13 | 康宁股份有限公司 | 堇青石蜂窝体制品及其制造方法 |
| AU2010336912B2 (en) | 2009-12-31 | 2013-12-12 | Halliburton Energy Services, Inc | Ceramic particles with controlled pore and/or microsphere placement and/or size and method of making same |
| BR112012018599A2 (pt) | 2010-01-29 | 2017-11-28 | Oxane Mat Inc | método para produzir um propante, propante, nétodo para propagar fraturas de formação subterrânea aberta, método para tratar uma zona de produção subterrânea penetrada por um furo de poço, método para produzir um composto vitrocerâmico, material, composto vitrocerâmico e matriz |
| CN102408237A (zh) * | 2011-08-10 | 2012-04-11 | 哈尔滨新辉特种陶瓷有限公司 | 含石墨碳化硅陶瓷复合材料及其制备方法 |
| CN107540380A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-01-05 | 宁波欧翔精细陶瓷技术有限公司 | 具有三形态的孔组成的多孔SiC轴承材料及其制造方法 |
| CN107477116B (zh) * | 2017-09-29 | 2020-06-09 | 北京天宜上佳高新材料股份有限公司 | 一种具有多孔结构的降噪摩擦体的制备方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6237517A (ja) * | 1985-08-12 | 1987-02-18 | Ibiden Co Ltd | 摺動部材 |
| JP2665773B2 (ja) * | 1988-07-29 | 1997-10-22 | イビデン株式会社 | 摺動材料の製造方法 |
| JPH0255273A (ja) * | 1988-08-18 | 1990-02-23 | Showa Denko Kk | メカニカルシール用炭化珪素焼結体およびそれを用いたメカニカルシール |
| JPH02121759A (ja) * | 1988-10-28 | 1990-05-09 | Harima Ceramic Co Ltd | ガス吹込み用ポーラス耐火物およびその製造方法 |
| FR2668145B1 (fr) | 1990-10-17 | 1993-01-22 | Ceramiques Composites | Corps fritte en carbure de silicium notamment pour garniture mecanique et garniture comportant un tel corps fritte. |
| FR2684091B1 (fr) * | 1991-11-21 | 1994-02-25 | Pechiney Recherche | Procede de fabrication de carbures metalliques a grande surface specifique sous balayage de gaz inerte a pression atmospherique. |
| WO1993025495A1 (en) | 1992-06-12 | 1993-12-23 | The Carborundum Company | Porous silicon carbide |
| US5395807A (en) | 1992-07-08 | 1995-03-07 | The Carborundum Company | Process for making silicon carbide with controlled porosity |
-
1994
- 1994-06-01 DE DE4419243A patent/DE4419243A1/de not_active Withdrawn
-
1995
- 1995-02-06 CZ CZ95292A patent/CZ283013B6/cs not_active IP Right Cessation
- 1995-04-05 CA CA002146399A patent/CA2146399C/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-05-16 JP JP7140063A patent/JP2722182B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-05-27 KR KR1019950013543A patent/KR0159835B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1995-05-30 KR KR1019950013923A patent/KR0145490B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1995-06-01 DE DE59500042T patent/DE59500042D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-06-01 CN CN95106686A patent/CN1040341C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1995-06-01 EP EP95108427A patent/EP0685437B1/de not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-12-20 US US08/772,112 patent/US5762895A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR0145490B1 (ko) | 1998-07-15 |
| US5762895A (en) | 1998-06-09 |
| KR960000826A (ko) | 1996-01-25 |
| JPH07332367A (ja) | 1995-12-22 |
| KR0159835B1 (ko) | 1998-11-16 |
| JP2722182B2 (ja) | 1998-03-04 |
| CN1040341C (zh) | 1998-10-21 |
| CA2146399C (en) | 1999-08-03 |
| CZ29295A3 (en) | 1995-12-13 |
| DE4419243A1 (de) | 1995-12-07 |
| DE59500042D1 (de) | 1996-12-12 |
| CN1121961A (zh) | 1996-05-08 |
| KR960000770A (ko) | 1996-01-25 |
| CA2146399A1 (en) | 1995-12-02 |
| EP0685437B1 (de) | 1996-11-06 |
| EP0685437A1 (de) | 1995-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ283013B6 (cs) | Kluzný materiál z porézního SiC s trimodálním složením pórů | |
| US5707567A (en) | Process for producing a self-sintered silicon carbide/carbon graphite composite material having interconnected pores which maybe impregnated | |
| US8906522B2 (en) | Hard non-oxide or oxide ceramic / hard non-oxide or oxide ceramic composite hybrid article | |
| JP3755150B2 (ja) | 高密度の自己焼結炭化ケイ素／炭素／黒鉛複合体物質及びその製造方法 | |
| EP0578408A2 (en) | Silicon carbide with controlled porosity | |
| US7166550B2 (en) | Ceramic composite body of silicon carbide/boron nitride/carbon | |
| US20020160902A1 (en) | Composite material based on silicon carbide and carbon, process for its production and its use | |
| JP3350394B2 (ja) | 黒鉛複合炭化ケイ素焼結体、黒鉛複合炭化ケイ素焼結複合材及びメカニカルシール | |
| US5939185A (en) | Bearing material of silicon carbide | |
| EP1988067B1 (en) | Sintered ceramic, slide part therefrom, and process for producing sintered ceramic | |
| EP1638902B1 (en) | Ceramic component containing inclusions and its method of making | |
| US5612265A (en) | Composites for wear | |
| JP3517711B2 (ja) | メカニカルシール用密封環及びこれを使用したメカニカルシール | |
| JP2013500225A (ja) | 乾湿低摩擦炭化ケイ素シール | |
| JP3764089B2 (ja) | 複合ＳｉＣ摺動部材、メカニカルシール用密封環、メカニカルシール、及び複合ＳｉＣ摺動部材の製造方法 | |
| CN110372391A (zh) | 一种SiC/石墨复合材料及其制备方法和应用 | |
| JPS6227030B2 (cs) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| IF00 | In force as of 2000-06-30 in czech republic | ||
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20030206 |