JP2000001372A - Ceramic sliding parts - Google Patents

Ceramic sliding parts

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JP2000001372A
JP2000001372A JP11157249A JP15724999A JP2000001372A JP 2000001372 A JP2000001372 A JP 2000001372A JP 11157249 A JP11157249 A JP 11157249A JP 15724999 A JP15724999 A JP 15724999A JP 2000001372 A JP2000001372 A JP 2000001372A
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JP
Japan
Prior art keywords
ceramic
slurry
sintering aid
ceramic sliding
ppm
Prior art date
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Pending
Application number
JP11157249A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Inoue
浩一 井上
Hiroyasu Ota
博康 大田
Yoji Onishi
洋治 大西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain ceramic sliding parts not causing defects such as peeling and having stable quality by specifying the iron content of a ceramic material contg. a sintering aid. SOLUTION: A silicon nitride-base ceramic powder contg. a prescribed amt. of a sintering aid is mixed with a binder to prepare a slurry, metallic components including iron in the slurry are removed by passing the slurry through a screen with a magnet and then the slurry is shaped into particles by spray drying or other method. The particles are press-molded in a prescribed shape, freed of the binder by heating and sintered by further heating to obtain the objective ceramic sliding parts such as ball bearings comprising a silicon nitride-base ceramic material contg. the sintering aid and having <=2,000 ppm, preferably <=200 ppm iron content. At least one selected form Y2O3, Al2O3, TiO2, etc., is used as the sintering aid.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック摺動部
品に関する。
The present invention relates to a ceramic sliding part.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、耐摩耗性、耐熱性あるいは耐酸性
などの諸特性に優れたセラミック材料を、各種摺動部材
として用いることが試みられている。たとえば、セラミ
ック材料で構成されたボールベアリングは、金属のそれ
に比べて、運転中に潤滑油が切れても焼付きを起こさ
ず、また耐摩耗性に優れることから各種機械用のベアリ
ング部材として期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, attempts have been made to use ceramic materials having excellent properties such as wear resistance, heat resistance and acid resistance as various sliding members. For example, a ball bearing made of a ceramic material is expected to be used as a bearing member for various machines because it does not seize even if the lubricating oil runs out during operation and has excellent wear resistance, as compared with a metal ball bearing. ing.

【0003】従来、このようなボールベアリングを構成
するセラミック材料としては、機械的強度に優れた窒化
ケイ素系、炭化ケイ素系、アルミナ系、あるいは窒化チ
タン系セラミック材料が主として用いられている。ま
た、これらのセラミック材料を用いてボールベアリング
を製造する方法も種々実施されている。たとえば、ボー
ルベアリングを形成する場合の一例を挙げると、まず所
定の原料セラミック粉末をバインダーと共に混合して所
定の手段で成形したのち、これを焼結し、必要な後処理
を施すことにより得られる。
Conventionally, as a ceramic material constituting such a ball bearing, a silicon nitride-based, silicon carbide-based, alumina-based, or titanium nitride-based ceramic material having excellent mechanical strength has been mainly used. Various methods of manufacturing ball bearings using these ceramic materials have also been implemented. For example, as an example of a case of forming a ball bearing, first, a predetermined raw material ceramic powder is mixed with a binder, molded by a predetermined means, sintered, and subjected to a necessary post-treatment. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の方法で得られる
セラミック摺動部品、たとえばボールベアリングは、そ
の使用過程において、短時間でボール表面に材料の剥離
が生ずるものがしばしばあることが判明している。この
ような剥離現象の出現はセラミックボールベアリングに
とっては致命的であり、部品の品質の安定性ならびに信
頼性の点で問題となる。
SUMMARY OF THE INVENTION It has been found that ceramic sliding parts obtained by conventional methods, such as ball bearings, often cause peeling of the material on the ball surface in a short period of time during use. I have. The appearance of such a peeling phenomenon is fatal to ceramic ball bearings, and poses a problem in terms of stability of component quality and reliability.

【0005】本発明は上述した従来の技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、剥離などの欠陥部が発生せず
安定した品質を有するセラミック摺動部品、特にボール
ベアリングを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a ceramic sliding part, particularly a ball bearing, which has a stable quality without a defect such as peeling. Aim.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明に係るセラミック
摺動部品は、焼結助剤を含むセラミック材料中の鉄の含
有量が2000ppm以下であることを特徴とするもの
である。さらに、請求項2として該セラミックスが窒化
珪素を主成分とすること、請求項3として鉄の含有量が
200ppm以下であること、請求項4として該焼結助
剤が、Y23、Al23 、AlN、TiO2 の少な
くとも1種を含むこと、請求項4として該セラミック摺
動部品がボールベアリングであることを特徴とする。
The ceramic sliding component according to the present invention is characterized in that the content of iron in the ceramic material containing the sintering aid is 2,000 ppm or less. Further, in claim 2, the ceramic contains silicon nitride as a main component. In claim 3, the content of iron is 200 ppm or less. In claim 4, the sintering aid includes Y 2 O 3 , Al According to a fourth aspect of the present invention, the ceramic sliding component is a ball bearing, which contains at least one of 2 O 3 , AlN, and TiO 2 .

【0007】本発明のセラミック摺動部品の製造方法
は、窒化珪素と焼結助剤を含む原料セラミック粉末をス
ラリー化したのち、これを造粒し、所定形状に成形し、
焼結するセラミック摺動部品の製造方法において、セラ
ミック摺動部品における鉄の含有量が2000ppm以
下になるように除去する工程および研磨する工程を設け
ることを特徴としている。
In the method for manufacturing a ceramic sliding component according to the present invention, a raw ceramic powder containing silicon nitride and a sintering aid is slurried, then granulated and formed into a predetermined shape.
The method for manufacturing a ceramic sliding component to be sintered is characterized in that a removing step and a polishing step are provided so that the iron content in the ceramic sliding part becomes 2000 ppm or less.

【0008】本発明者らの研究によれば、セラミック摺
動部品、たとえばボールベアリングの使用中に剥離が生
じたものの表面をX線マイクロアナライザによって分析
した結果、当該剥離部分から多量の鉄(Fe)が検出さ
れた。この事実に着目して更に研究したところ、原料セ
ラミック材料中に不可避的に存在する鉄に起因して、焼
結時にこの鉄粒子を核とする何らかの凝集現象が生じ、
これが部品表面に析出して表面層に30〜100μm程
度の凝集体が形成されることが分かった。この凝集体は
剥離され易く、機械的応力に伴ってウロコ状に剥離して
いき、これが摺動部品の品質低下の原因となっていたの
である。
According to the study of the present inventors, as a result of analyzing the surface of a ceramic sliding part, for example, a part that has peeled off during the use of a ball bearing with an X-ray microanalyzer, a large amount of iron (Fe) ) Was detected. Focusing on this fact, further research revealed that due to iron inevitably present in the raw ceramic material, some cohesion phenomena with these iron particles as nuclei occurred during sintering,
This was found to precipitate on the surface of the component and form an aggregate of about 30 to 100 μm on the surface layer. The aggregates were easily peeled, and peeled in a scale-like manner with mechanical stress, which was the cause of the deterioration of the quality of the sliding parts.

【0009】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
のであり、セラミック材料中に不可避的に存在する上記
のような剥離の要因となる金属成分を積極的に排除する
ことを特徴としている。なお、上述したような部品表面
層での剥離現象は、鉄のみならず、Cr,Ni,Wなど
の金属成分においても同様に生じ、さらに、WCなどの
金属化合物などの存在によっても生じ得る。したがっ
て、本発明においては、金属成分としては、このような
成分をも含むものとする。
The present invention has been made based on the above findings, and is characterized in that metal components which are inevitably present in a ceramic material and cause the above-mentioned separation are positively eliminated. The above-described peeling phenomenon in the component surface layer occurs not only in iron but also in metal components such as Cr, Ni, and W, and can also occur due to the presence of a metal compound such as WC. Therefore, in the present invention, such a component is also included as the metal component.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明のセラミック摺動部品を構
成する原料セラミック材料は、従来、摺動部品用の材料
として用いられているセラミックが適宜用いられ得る。
具体的には、その用途に応じて、たとえば、窒化ケイ素
系を主成分とし、炭化ケイ素系、アルミナ系、あるいは
窒化チタン系セラミック材料が用いられ、さらにこれら
の混合材料も用いられ得る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As a raw material ceramic material constituting a ceramic sliding component of the present invention, a ceramic conventionally used as a material for a sliding component can be appropriately used.
Specifically, for example, a silicon nitride-based ceramic material, a silicon carbide-based, alumina-based, or titanium nitride-based ceramic material is used depending on the application, and a mixed material thereof may also be used.

【0011】本発明のセラミック摺動部品を製造する場
合は、通常、まず原料セラミック粉末をスラリー化した
のち、これを造粒し、所定形状に成形し、焼結すること
によってセラミック摺動部品を得る方法が採られ得る
が、上記の工程の少なくとも一つの工程において含有金
属成分の実質的な除去を行う。
When the ceramic sliding component of the present invention is manufactured, usually, first, the raw ceramic powder is slurried, then granulated, formed into a predetermined shape, and sintered to obtain the ceramic sliding component. Although the method of obtaining can be taken, the contained metal component is substantially removed in at least one of the above steps.

【0012】このような金属成分の積極的な除去は、た
とえば、原料セラミック粉末をスラリー化したのち、磁
石が装着されたスクリーンフィルタを用いて該スラリー
をろ過することによって行われ得る。
[0012] Such active removal of the metal component can be performed, for example, by slurrying the raw ceramic powder and then filtering the slurry using a screen filter provided with a magnet.

【0013】また、原料段階で金属成分を除去する方法
としては、たとえば、原料セラミック粉末をスラリー化
する前に、該原料セラミック粉末を磁石と接触させるこ
とによって、原料セラミック粉末中の金属成分を予め選
別し除去する方法が有効である。
As a method of removing the metal component at the raw material stage, for example, before the raw ceramic powder is slurried, the raw ceramic powder is brought into contact with a magnet so that the metal component in the raw ceramic powder can be previously removed. The method of sorting and removing is effective.

【0014】さらにまた、前述したスラリーを所定方法
で造粒したのち、該造粒物を磁石と接触させることによ
って、造粒物中の金属成分を選別し除去する方法も有効
である。
Further, a method is also effective in which after the above-mentioned slurry is granulated by a predetermined method, the granulated material is brought into contact with a magnet to select and remove metal components in the granulated material.

【0015】本発明においては、上述した種々の方法の
少なくとも1種、あるいは2種以上を組合わせて行うこ
とが肝要である。本発明においては、上記のような方法
を用いて、セラミック材料中の金属成分を実質的に除去
することが重要であるが、前述した剥離現象を実質的に
抑制するためには、材料中の鉄の含有量を2000pp
m以下、好ましくは200ppm以下に制限することが
好ましい。
In the present invention, it is important to carry out at least one of the above-mentioned various methods or a combination of two or more of them. In the present invention, it is important to substantially remove the metal component in the ceramic material by using the above-described method. 2000pp iron content
m or less, preferably 200 ppm or less.

【0016】[0016]

【実施例】以下、実際の製造例に基づいて本発明を説明
するが、本発明は下記の実施例の記載に制限されるもの
ではない。重量比で、Si34 :100部、Y2
3 :5部、Al23 :4部、AlN:3部、TiO
2 :1.5部の割合で原料セラミック粉末を調合し、溶
剤、バインダーと共に混合、攪拌して原料スラリーを調
製した。
EXAMPLES The present invention will be described below based on actual production examples, but the present invention is not limited to the description of the following examples. Si 3 N 4 : 100 parts by weight, Y 2 O
3 : 5 parts, Al 2 O 3 : 4 parts, AlN: 3 parts, TiO
2 : 1.5 parts of the raw material ceramic powder were prepared, mixed with a solvent and a binder, and stirred to prepare a raw material slurry.

【0017】次に、このスラリーを電磁石がその周囲に
装着されたスクリーンを用いてろ過した。さらに、この
ろ過液を噴霧乾燥法によって造粒し、得られた顆粒を加
圧成形し、その後、添加したバインダーを電気炉中で加
熱分解昇華させてから焼結を行った。得られた焼結物に
若干の研磨加工を施すことによって鉄の含有量を200
0ppm以下としたボールベアリングを得た。
Next, the slurry was filtered using a screen around which an electromagnet was mounted. Further, the filtrate was granulated by a spray drying method, and the obtained granules were subjected to pressure molding. Thereafter, the added binder was subjected to thermal decomposition and sublimation in an electric furnace, followed by sintering. The obtained sintered product was slightly polished to reduce the iron content to 200.
A ball bearing of 0 ppm or less was obtained.

【0018】このようにして得られた本発明のボールベ
アリングならびに従来のボールベアリングについて、転
がり疲労寿命を測定したところ、従来のボールベアリン
グは平均400時間、最短50時間の寿命であったが、
本発明のボールベアリングでは平均420時間、最短3
00時間の寿命であった。測定条件は、荷重400k
g、回転数1200rpm、ボール径10mm、相手材
がSUS−2(円板)の条件で行った。
When the rolling fatigue life of the ball bearing of the present invention and the conventional ball bearing thus obtained was measured, the conventional ball bearing had an average life of 400 hours and a minimum life of 50 hours.
The ball bearing of the present invention has an average of 420 hours and a minimum of 3 hours.
The life was 00 hours. The measurement condition is 400k load
g, the number of revolutions was 1200 rpm, the ball diameter was 10 mm, and the mating material was SUS-2 (disc).

【0019】上記の転がり疲労寿命測定の結果からも分
るように、本発明のセラミックボールベアリングは、転
がり疲労寿命が最短でも300時間と長く、また寿命の
ばらつきが格段に減少し、品質が飛躍的に向上すること
が認められた。
As can be seen from the results of the above-mentioned rolling fatigue life measurement, the ceramic ball bearing of the present invention has a rolling fatigue life as long as 300 hours at the shortest, and the variation in the life is remarkably reduced, so that the quality is greatly increased. It was recognized that it improved.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明のセラミック摺動部品において
は、セラミック材料中の金属成分が実質的に排除されて
いるので、セラミック摺動部品、たとえばボールベアリ
ング表面における剥離現象を効果的に防止することがで
き、品質の安定性にすぐれている。
In the ceramic sliding component of the present invention, since the metal component in the ceramic material is substantially eliminated, it is possible to effectively prevent the peeling phenomenon on the surface of the ceramic sliding component, for example, a ball bearing. And have excellent quality stability.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 焼結助剤を含むセラミック材料中の鉄の
含有量が2000ppm以下であることを特徴とするセ
ラミック摺動部品。
1. A ceramic sliding component, wherein the content of iron in a ceramic material containing a sintering aid is 2000 ppm or less.
【請求項2】 該セラミックスが窒化珪素を主成分とす
ることを特徴とする請求項1記載のセラミック摺動部
品。
2. The ceramic sliding component according to claim 1, wherein said ceramics contains silicon nitride as a main component.
【請求項3】 鉄の含有量が200ppm以下であるこ
とを特徴とする請求項1または請求項2記載のセラミッ
ク摺動部品。
3. The ceramic sliding component according to claim 1, wherein the iron content is 200 ppm or less.
【請求項4】 該焼結助剤が、Y23 、Al23
AlN、TiO2 の少なくとも1種を含むことを特徴と
する請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のセラミ
ック摺動部品。
4. The method according to claim 1, wherein the sintering aid is Y 2 O 3 , Al 2 O 3 ,
AlN, the ceramic sliding component according to any of claims 1 to 3, characterized in that it comprises at least one TiO 2.
【請求項5】 該セラミック摺動部品がボールベアリン
グであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のい
ずれかに記載のセラミック摺動部品。
5. The ceramic sliding component according to claim 1, wherein said ceramic sliding component is a ball bearing.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003063871A (en) * 2001-08-27 2003-03-05 Toshiba Corp Abrasion-resistant part for electronic instrument and bearing for electronic instrument using it
US8974723B2 (en) * 2006-08-31 2015-03-10 Ngk Insulators, Ltd. Process for producing honeycomb structure

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