JP2002326873A - セラミック複合材料、その製造方法および使用 - Google Patents

セラミック複合材料、その製造方法および使用

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レスニアク クリストフ
Lorenz Sigl
ジグル ローレンツ
Armin Kayser
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 SiCおよび炭素を基礎とし、理論密度の9
0%より大きい密度を有するセラミック複合材料を提供
する。 【解決手段】 セラミック複合材料は、炭化珪素部分9
9.9質量%〜70質量%および炭素部分0.1質量%〜
30質量%を有し、SiCが二モードの粒子構造を有す
る微細構造を有し、すべてのSiC粒子の平均粒度が1
0μmより大きく、SiC微細構造の二モード等軸粒子
構造が、平均粒度10μm未満および研磨した、平らな
研磨面で測定して10〜50面積%の割合を有する細粒
部分および平均粒度10〜1000μmおよび研磨し
た、平らな研磨面で測定して50〜90面積%の割合を
有する粗粒部分から形成され、炭素が10μm未満の平
均粒度を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素および炭
素を基礎とする複合材料、その製造方法および使用に関
する。
【0002】
【従来の技術】密度の高い焼結したSiCは高い硬さ、
耐熱性、高い熱伝導性、熱衝撃安定性、酸化安定性、高
い摩擦抵抗および腐食抵抗により優れている。更にきわ
めて良好なトライボロジー挙動を示し、これは潤滑油を
有するかまたは有しない摩擦挙動および摩耗挙動である
と理解される。この理由から焼結したSiCは摩耗の負
荷を受けるすべり軸受けおよび特にスリップリングパッ
キングのためのほとんど理想的な材料として導入され、
この使用において他の材料、例えば酸化アルミニウムま
たは硬質金属を排除している。焼結炭化珪素(SSi
C)からなるスリップリングパッキングおよびすべり軸
受けはすでに70年代の終わりから強い腐食および摩擦
の摩耗負荷にさらされるポンプに成果をあげて使用され
る。密度の高い焼結したSiCは典型的には98質量%
以上のSiCの高い純度を有し、3容量%より低い残留
気孔率に相当して典型的に3.10g/cmより高い
焼結密度を有する。焼結SiCはその高い硬度により、
液状媒体に一緒に導入される固体粒子による摩耗に対す
るきわめて高い抵抗を有する。摩擦の摩耗および腐食の
摩耗を組み合わせた場合でさえこのセラミック材料は安
定である。すべての使用における耐腐食性、きわめて高
い摩耗抵抗および良好なトライボロジー特性により、密
度の高い焼結したSiCを使用して多数の軸受けおよび
パッキングの問題を解決することができる。
【0003】実際に生じる多くのすべり摩擦の問題は、
理想的な、すなわち正常な潤滑油を塗った走行条件の中
断に帰因する。その際該当する軸受けまたはパッキング
のすべり面が互いに接触し、固体摩擦または乾燥摩擦が
生じ、これは摩擦値の著しく高い上昇で表され、温度ピ
ークを生じる。
【0004】この種の困難な条件での使用のために純粋
なSiCは最適ではない。この使用の場合に関しては変
性SiC材料が開発され、これは機能面の適当な形によ
り短時間の混合摩擦走行および乾燥走行の際に液圧油膜
のなお十分な安定性を保証する。決められた導入された
孔を有する種々のSiC材料が特許明細書から公知であ
る。
【0005】ドイツ特許第3927300号(米国特許
第5080378号に相当する)には平均孔径10〜4
0μmの球状のマクロポアー4〜14容量%を有する多
孔質のSSiCが開示されている。欧州特許第4863
36号(米国特許第5610110号に相当する)には
平均孔径60〜200μmの球状のマクロポアー4〜1
8容量%を有する多孔質のSSiCが記載され、米国特
許第5395807号には孔径50〜500μmの球状
の孔2〜12容量%を有する粗孔のSSiCの製造方法
が開示されている。欧州特許第685437号(米国特
許第5762895号に相当する)には再び閉気孔3〜
10容量%を有する三モードの孔組成を有する多孔質S
iCからなる潤滑材料が記載されている。前記のすべて
のSSiC材料において孔はすべり面で微細な潤滑袋と
して作用する。液圧油膜の短時間の破砕の場合にこれに
よりなお残りの潤滑が可能である。
【0006】更に、固体潤滑剤として有効である構造成
分、例えば黒鉛または六角形の窒化ホウ素の導入により
ダイナミックスリップリングパッキングで明らかに改良
された走行挙動を達成することができる。この挙動は、
特に混合摩擦および境界摩擦条件下で高い圧力差で走行
する、いわゆる硬質/硬質ペアリング(SiCスリップ
リングがSiC対向リングに対向して延びているスリッ
プリングパッキング)に適用される。SiCおよび固体
潤滑剤構造成分からなる材料およびその製造方法は多く
の特許明細書に記載されている。
【0007】米国特許第4525461号には、細粒の
SiC構造および黒鉛構造により、すなわち2つの構造
成分に関して10μm以下であるSiC粒度または黒鉛
粒度により特徴付けられる、黒鉛1〜13%を有するS
iC、黒鉛および炭素からなる材料が記載されている。
【0008】ドイツ特許第3329225号にはBN、
黒鉛および/またはカーボンブラック1〜10容量%お
よび平均SiC粒度200μm以下を有するSiCを基
礎とする潤滑材料が開示され、その際第2の相は専らS
iC粒界に沿って分散している。有利にはこの材料は平
均SiC粒度50μm以下および黒鉛5〜10容量%を
有する。
【0009】欧州特許第709352号には、SiC
(理論密度の95%以上)および黒鉛、カーボンブラッ
クまたはBNの形の固体潤滑剤7〜30容量%からな
り、その際固体潤滑剤が20μmより大きく500μm
までの粒度を有し、100μmより大きい粒度を有する
固体潤滑剤の割合が成形体の少なくとも5容量%であ
る、ほとんど孔不含の成形体が開示されている。
【0010】WO94/18141号(米国特許第56
56563号に相当する)には理論密度の80%以上の
焼結密度を有し、平均SiC粒度2〜15μm、平均黒
鉛粒度10〜75μmを有し、その際黒鉛粒度が常にS
iC粒度より大きい、SiC材料の製造方法が記載され
ている。
【0011】WO95/23122号(米国特許第55
80834号に相当する)には黒鉛5〜50%および孔
8〜30%を有し、孔が後で炭素前駆物質、樹脂、テフ
ロン(登録商標)または金属で含浸される、無圧焼結し
たSiC材料が記載されている。この多孔質SiC材料
は、有利な焼結密度2.10〜2.60g/cmを有
し、平均粒度10〜25μmを有するSiC50〜95
%および平均粒度75〜125μmを有する炭素50〜
5%からなる。
【0012】米国特許第5639407号には少なくと
も2.8g/cmの焼結密度および180MPaより
大きい曲げ強さを有し、黒鉛粒子が100μm以上の平
均粒度を有する、黒鉛5〜20%を有する多孔質SSi
Cが開示されている。
【0013】トライボロジーの使用に関する挿入された
固体の潤滑成分を有する前記のSiC材料の変形は種々
の欠点を有する。前記の細粒のSiC材料が、特に水性
媒体中で高い温度で、例えば熱水中で使用する場合に、
その高い固有の粒子界面により水性媒体中で腐食安定性
が減少することが特に不利である。
【0014】更に、多くの量の粗粒の固体潤滑剤粒子
を、例えば粒子の炭素または窒化ホウ素の形で含有する
SiC材料は公知の粉末技術処理工程により加工するこ
とが困難である。処理技術的困難はプレスの際に開始
し、ここで粗粒の固体粒子が、プレス工程の後に弛緩す
ると、SiC顆粒と異なるその弾性挙動のために成形体
に亀裂を形成する傾向が強くなる(比較例2参照)。焼
結の際に固体粒子が焼結工程での成形体の収縮を阻止
し、これにより孔の少ない焼結成形体の製造が困難にな
るかまたは阻止される。2つの作用は固体の潤滑粒子を
有する廉価なSiC焼結成形体の製造の際に大きな問題
である。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】前記の技術水準から出
発して、本発明の課題は、前記の欠点を示さない、Si
Cおよび炭素を基礎とし、理論密度の90%より大きい
密度を有するセラミック複合材料を提供することであ
る。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記課題は、炭化珪素部
分99.9質量%〜70質量%および炭素部分0.1質量
%〜30質量%を有し、SiCが二モードの粒子構造を
有する微細構造を有する材料により解決され、この材料
は、(a)すべてのSiC粒子の平均粒度が10μmよ
り大きい平均粒度であり、(b)SiC微細構造の二モ
ード粒子構造が、平均粒度10μm未満および研磨し
た、平らな研磨面で測定して10〜50面積%の割合を
有する等軸の細粒部分および平均粒度10〜1000μ
mおよび研磨した、平らな研磨面で測定して50〜90
面積%の割合を有する粗粒部分から形成され、かつ
(c)炭素が10μm未満の平均粒度を有することを特
徴とする。
【0017】等軸とは、本発明の意味で有利には伸張度
1:1〜1:2の粒子である。
【0018】本発明の成形体の粒度に関するすべての表
示は線形区分法(Linienschnittverf
ahren)により測定した。実際の密度と理論的に最
大可能な密度の比が相対密度として定義される。10μ
mより大きい粒度の粒子が粗粒とよばれる。
【0019】等軸細粒部分は有利には0.5〜15μm
のSiC粒子の粒度分布を有する。SiC粗粒部分は、
有利には3より大きく、特に有利には5より大きい伸張
度を有する板状粒子からなり、従ってこの粒子は構造の
内部に固定されている。この構造の粗粒により、固有の
粒子界面が減少し、従って電気化学的腐食に対する腐食
面が少なくなる。SiC粗粒部分は、有利には最大粒度
1500μmを有する。
【0020】炭素粒子は有利には等軸の形を有し、有利
にはSiC粒界(粒間)またはSiC粒子の内部(粒
内)に配置されている。包囲するSiCマトリックス中
の炭素の結合は、封入物が、引き抜きに、例えば加工
(研磨、研削、超音波)の際にまたは部材の負荷の間に
生じるような強い機械的負荷に耐え、構造中に強固に結
合されて保たれるほど強い。
【0021】本発明の複合材料中の炭素部分は、有利に
は2〜10質量%、特に有利には5〜8質量%である。
炭素部分が13質量%より多く30質量%までである場
合が更に有利である。有利には炭素は黒鉛である。
【0022】この炭素の特徴は、炭素が一般に結晶質黒
鉛として形成され、SiC構造の粗粒部分の平均粒度よ
り小さく、有利にはSiC構造の細粒部分の平均粒度に
相当する平均粒度を有することである。
【0023】有利には本発明の複合材料は、理論密度の
93%より大きく、特に有利には理論密度の95%より
大きい相対密度を有する。その際理論密度は、焼結成形
体に存在するすべての成分(SiC、黒鉛、非晶質炭
素、焼結助剤)を考慮して線形混合規則から算出する。
【0024】本発明の複合材料は、炭素粒子による固体
潤滑剤の利点を、高めたSiC粒度に伴う減少した固有
のSiC粒子界面による耐腐食性の改良と結びつける。
複合材料は、細粒の炭素の形の細粒の固体潤滑剤の使用
により、製造中の、すなわちプレスおよび焼結の際の前
記の処理技術的欠点を回避する。これに対して固体潤滑
剤の利点は、細粒の炭素の特徴にもかかわらず維持され
る。
【0025】本発明の材料は、例えば結晶質SiC粉末
(α−SiCまたはβ−SiC)および水から水性泥状
物を製造し、これに、製造した焼結成形体中に1〜30
質量%の炭素が存在する濃度の炭素担体、例えば黒鉛粉
末または黒鉛前駆物質を添加し、SiCの無圧焼結に一
般に用いられる焼結助剤および場合により有機助剤を一
般的な量で添加し、この泥状物から、例えば噴霧乾燥の
ような一般的な造粒法により顆粒を製造し、この顆粒か
ら公知の成形技術により成形体を製造し、この成形体
を、本発明による目的構造を生じるために無圧焼結する
ことにより製造する。
【0026】泥状物の水での処理は、最適な均一性また
は種々の成分の均一な分布のために目的に合わせて使用
される。
【0027】意想外にも、二モードのSiC構造を製造
するために必要な焼結条件で粒子の炭素が焼結阻止作用
せず、無圧焼結により高い相対密度を有する本発明のS
iC複合材料を製造できることが判明した。
【0028】適当な焼結条件の選択により、炭素粒子が
強固に結合されている(粒間および粒内)ほとんど孔不
含の二モードの本発明のSiC構造を有する成形体を無
圧焼結により製造することができる。適当な焼結条件
は、室温に冷却した、結合を解除した成形体を黒鉛るつ
ぼに導入し、これを再び黒鉛管形炉の加熱帯域に入れる
ことを特徴とする。この黒鉛るつぼを、有利には100
〜980ミリバールの低圧で、毎時25〜500℃の加
熱速度で、2100℃以上の焼結温度に加熱し、この温
度で15〜120分保つ。焼結の際に、この構造が過度
に粗くならない、有利には粗粒部分の平均粒度が200
μmより小さいことに配慮する。
【0029】本発明の材料を製造するための出発材料と
して、有利には5m/gより大きい、高い比表面積を
有する高い純度(95%より高い)の結晶質SiC粉末
(α−SiCまたはβ−SiC)を用いる。この粉末
を、例えば撹拌、超音波分散のような一般に使用される
分散技術を使用してまたは粉砕により、低粘性の、高い
固体含有SiC泥状物に加工し、泥状物に、有利には元
素周期律表の第IIまたは第III主族からの無機焼結
助剤(ホウ素またはホウ素化合物、例えばBC、アル
ミニウムまたはアルミニウム化合物、例えばAlN、ベ
リリウム化合物、例えばBeC)を微細な粉末の形で
(有利には1m/gより大きい比表面積)、0.1〜
2.0質量%の濃度で添加し、有利にはB、Alまたは
Beの濃度が1.0質量%より少なく、特に有利には0.
2〜0.7質量%である。
【0030】本発明により、固体潤滑剤として、炭素粉
末は一般に黒鉛の形で使用し、黒鉛は10μmより小さ
い一次粒度を有する。炭素粉末を泥状物に導入し、その
際炭素表面の疎水特性が通常の分散技術で泥状物中の均
一な分布を可能にし、最終的に焼結成形体中の炭素の均
一な分布を達成する。
【0031】炭素を、水性SiC泥状物に所望の量で添
加し、通常の混合技術(撹拌、高エネルギー撹拌または
超音波処理)で処理する。この方法に対して選択的に、
混合物の均一化を、粉砕により行い、有利には自己粉砕
する、すなわちSiCからなる粉砕容器および粉砕成形
体を使用して行うことができる。
【0032】SiC、無機焼結助剤および炭素からなる
こうして得られた基礎泥状物に、SiC粒子上に存在す
るSiO層を減少するために、更に他の製造工程で一
般的な有機助剤、例えば結合剤(例えばポリビニルアル
コール)、可塑剤(例えば有機脂肪酸)および必要な炭
素を有する炭素供与体(例えば炭水化物、フェノール樹
脂、高分散性カーボンブラック)を導入する。
【0033】乾燥プレスによる成形のために、泥状物を
噴霧乾燥する、それというのもこれによりSiC中の均
一な炭素分布が安定化し、長い貯蔵時間が可能になるか
らである。こうして得られた顆粒から、一軸加圧成形ま
たはコールドアイソスタティックプレスのような公知の
プレス法により成形体を製造する。引き続きこの成形体
を1000℃より低い温度で不活性または還元雰囲気中
で通常の熱処理を行い(熱分解)、これによりSiO
層を減少するために、炭素前駆物質から非晶質炭素が形
成される。熱分解した成形体を引き続き焼結する。
【0034】焼結の際に、二モードのSiC粒子分布お
よび均一に分配された炭素封入物を有する本発明の構造
を得るために、焼結条件の入念な制御が必要である。こ
の有利な焼結条件は、以下のようである。結合を解除さ
れた成形体を、黒鉛るつぼ中で100〜950ミリバー
ルの低圧で、毎時25〜500℃の加熱速度で、210
0℃〜2150℃の焼結温度に加熱し、この温度で15
〜120分維持する。この焼結条件で本発明の目的構造
が生じ、これは50面積%未満が、平均粒度10μm未
満を有するSiC粒子からなり、他の部分が平均粒度1
0〜1000μmを有するより大きな、板状のSiC結
晶からなることを特徴とする。この構造は更に、導入さ
れた炭素が構造に均一に分配して存在し、その際個々の
炭素粒子はSiC粒界に存在してもよいが、板状SiC
結晶子の内部に封入されていてもよいことにより際立っ
ている。SiCマトリックスへの炭素の良好な結合によ
り、材料表面が激しい機械的負荷/摩擦負荷および超音
波処理に耐える。
【0035】本発明のSiC−炭素複合材料の前記の構
造の特徴により、本発明の材料は、高い負荷でのトライ
ボロジー使用およびトライボロジーで複雑な状況での使
用のために特に適している。高い圧力と結びついた熱水
による腐食の攻撃が生じる使用に特に適している。
【0036】従って、本発明のSiC−炭素複合材料
は、特にパッキング使用、有利にはスリップリングパッ
キングのための部材を製造するために適している。本発
明の材料は、特にスリップリングパッキングの硬質/硬
質ペアリング中のスリップリングおよび対向リングとし
て適している。この材料は特に有利には高い圧力と結び
ついた熱水による腐食の攻撃が生じる使用に適してい
る。
【0037】本発明の材料は、ポンプおよびパッキング
に使用される部材を製造するために特に適しており、そ
の際供給すべき液体は95%より多くが水からなり、有
利には70℃より高い温度を有する水からなる。本発明
の材料は、更にすべり軸受けを製造するために適してい
る。
【0038】
【実施例】例1 細粒の黒鉛(最大粒度10μm未満)を使用する二モー
ド構造および少ない黒鉛含量(10質量%未満)を有す
る成形体の製造 0.65μmの粒度d50、12.5m/gのBET比
表面積および0.6質量%の残留酸素含量を有する細粒
のSiCを、アンモニアの添加によりpH9に調節した
脱イオン水を使用して、固形分65質量%を有する泥状
物を製造する。プロペラ攪拌機で絶えず撹拌しながらS
iCに対してBC0.64質量部を添加し、強制的混
合機(混合機、ウルトラツラックス(Ultratur
rax)IKAGmbH und Co KG、D−7
9217、Staufen)中で5分間均一にする。こ
の基礎泥状物に、引き続き最大粒度10μmおよび平均
粒度5μmを有する黒鉛KS6(Timcal、CH−
5643 Sins、スイスにより市販の製品)7質量
部を添加し、再び5分間強制的混合機で均一にする。こ
の泥状物に炭素供与体として糖2.5質量部および結合
剤/プレス助剤としてポリビニルアルコール(1質量
部)およびZusoplast(登録商標)(2質量
部)からなる混合物を添加する。プロペラ攪拌機で泥状
物を更に15分間均一にする。泥状物から空気下の噴霧
乾燥により平均粒度70μmを有する顆粒を製造する。
【0039】100MPaでの鍛造プレスにより、圧縮
密度1.80g/cmを有する成形体を製造する。有
機助剤を穏和に除去し、炭素供与体、糖を熱分解するた
めに、プレス品をコークス炉中で、800℃で12時間
アルゴンを流動して熱処理する。離型した成形体を、室
温に冷却し、その後黒鉛管形炉に入れ、最後に2140
℃で30分間アルゴン20ミリバールの圧力下に無圧焼
結する。焼結成形体は冷却後3.07g/cmの密度
を有し、これは理論密度の99%に相当する。焼結成形
体は焼結中に線的収縮17.5%を有する。例1による
構造の典型的な特徴は図1aおよび1bに示される。図
1aは研磨した、エッチングしていない研磨面の顕微鏡
写真を示す。この構造は全体としてきわめて密であり、
30μmより大きい孔を有しない。図1aは黒鉛粒子が
規則正しく、均一に構造に分配され、平均粒度10μm
未満を有することを示す。黒鉛粒子の周りに亀裂が全く
認識できない。図1bは同じ材料の研磨した、ムラカミ
溶液でエッチングした研磨面の顕微鏡写真を示す。二モ
ード構造が明らかに認識することができ、その際粗粒部
分が板状に形成され、SiC構造の面割合は50%より
多くなり、10μmより大きい平均粒度を有する(表1
を比較)。細粒部分は等軸に形成され、10μm未満の
平均粒度を有する。更に図1bから黒鉛粒子がSiC粒
子境界にもSiC粒子の内部にも存在することが理解さ
れる。粒度の等級による構造分析の結果を表1に示す。
【0040】
【表1】
【0041】この評価で粗粒部分の最も大きい粒子は把
握できない。これは図1cに認識できる。これは本発明
の材料の粗粒部分を更に増加する。図1cには炭素添加
物にもかかわらず行われる完全に予期されない粒界の成
長をきわめて明らかに示す。
【0042】例2 粗粒の黒鉛(20μmより大きい)を使用する二モード
構造および少ない黒鉛含量(10質量%未満)を有する
成形体の製造 0.65μmの粒度d50、12.5m/gのBET比
表面積および0.6質量%の残留酸素含量を有する細粒
のSiCを、アンモニアの添加によりpH9に調節した
脱イオン水を使用して、固形分65質量%を有する泥状
物を製造する。プロペラ攪拌機で絶えず撹拌しながらS
iCに対してBC0.64質量部を添加し、強制的混
合機(混合機、ウルトラツラックス、IKA社)中で5
分間均一にする。この基礎泥状物に、引き続き最大粒度
100μmおよび平均粒度約40μmを有する黒鉛K5
−75(Timcal社)7質量部を添加し、再び強制
的混合機で5分間で均一にする。この泥状物に炭素供与
体として糖2.5質量部および結合剤/プレス助剤とし
てポリビニルアルコール(1質量部)およびZusop
last(登録商標)(2質量部)からなる混合物を添
加する。プロペラ攪拌機で泥状物を更に15分間均一に
する。泥状物から空気下の噴霧乾燥により平均顆粒大き
さ70μmを有する顆粒を製造する。
【0043】100MPaでの鍛造プレスにより圧縮密
度1.81g/cmを有する成形体を製造する。有機
助剤を穏和に除去し、炭素供与体、糖を熱分解するため
に、プレス品を、コークス炉中で、800℃で12時
間、アルゴンを流動しながら加熱する。離型した成形体
を室温に冷却し、その後黒鉛管形炉中に入れ、最後に2
140℃で30分間、アルゴン20ミリバールの圧力下
で無圧焼結する。焼結成形体は冷却後2.959g/c
の密度を有し、これは理論密度の94.2%に相当
する。図2には研磨した横断面のセラミックグラフィッ
ク研磨面が示される。粗い黒鉛粒子の周りに形成された
亀裂が明らかに認識できる。
【0044】例3 細粒の黒鉛(10μm未満)を使用する二モード構造お
よび高い黒鉛含量(10質量%より多い)を有する成形
体の製造 0.65μmの粒度d50、12.5m/gのBET比
表面積および0.6質量%の残留酸素含量を有する細粒
のSiCを、アンモニアの添加によりpH9に調節した
脱イオン水を使用して、固形分65質量%を有する泥状
物を製造する。プロペラ攪拌機で絶えず撹拌しながらS
iCに対してBC0.64質量部を添加し、強制的混
合機(混合機、ウルトラツラックス、IKA社)中で5
分間均一にする。この基礎泥状物に、引き続き最大粒度
10μmおよび平均粒度5μmを有する黒鉛KS6(T
imcal社)15質量部を添加し、再び強制的混合機
で5分間で均一にする。この泥状物に炭素供与体として
糖2.5質量部および結合剤/プレス助剤としてポリビ
ニルアルコール(1質量部)およびZusoplast
(登録商標)(2質量部)からなる混合物を添加する。
プロペラ攪拌機で泥状物を更に15分間均一にする。泥
状物から空気下の噴霧乾燥により平均顆粒大きさ70μ
mを有する顆粒を製造する。
【0045】100MPaでの鍛造プレスにより圧縮密
度1.78g/cmを有する成形体を製造する。有機
助剤を穏和に除去し、炭素供与体、糖を熱分解するため
に、プレス品を、コークス炉中で、800℃で12時
間、アルゴンを流動しながら加熱する。室温に冷却し
た、離型した成形体を、引き続き黒鉛管形炉の加熱帯域
に入れた黒鉛るつぼ中で、2175℃で30分間、20
ミリバールの真空下で焼結する。焼結成形体は冷却後
2.855g/cmの密度を有し、これは理論密度の
94%に相当する。
【0046】図3aに研磨した、エッチングしていない
材料のセラミックグラフィック研磨面が示される。図3
bにSiC構造の形成を明らかにするために、エッチン
グした研磨面(ムラカミ溶液)が示される。この構造は
50μmより大きい孔を有しない。黒鉛が焼結成形体に
均一に分配され、SiC粒界に一次的に存在する。二モ
ードSiC構造がエッチングした研磨面に明らかに認識
できる。粒度の等級による構造分析の結果は表1に示さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1a】2140℃で焼結した、焼結密度3.055
g/cm(理論密度の98%)を有し、黒鉛KS6
7質量部を有する、SiC−黒鉛複合材料のエッチング
していない長手方向の研磨面のセラミック材料の組織を
示す顕微鏡写真である。明るい部分はSiCであり、濃
い灰色は黒鉛である。
【図1b】2140℃で焼結した、焼結密度3.055
g/cm(理論密度の98%、100%=3.12g
/cm)を有し、黒鉛KS6 7質量部を有する、S
iC−黒鉛複合材料のムラカミ溶液でエッチングした長
手方向の研磨面のセラミック材料の組織を示す顕微鏡写
真である。
【図1c】2140℃で焼結した、焼結密度3.055
g/cm(理論密度の98%、100%=3.12g
/cm)を有し、黒鉛KS6 7質量部を有する、S
iC−黒鉛セラミック複合材料のムラカミ溶液でエッチ
ングした長手方向の研磨面のセラミック材料の組織を示
す顕微鏡写真である。
【図2】2140℃で焼結した、焼結密度2.959g
/cmを有し、黒鉛KS5−75 7質量部を有す
る、SiC−黒鉛セラミック複合材料のエッチングして
いない長手方向の研磨面のセラミック材料の組織を示す
顕微鏡写真である。
【図3a】2175℃で焼結した、焼結密度2.855
g/cm(理論密度の94%)を有し、黒鉛KS6
15質量部を有する、SiC−黒鉛セラミック複合材料
のエッチングしていない長手方向の研磨面のセラミック
材料の組織を示す顕微鏡写真である。
【図3b】2175℃で焼結した、焼結密度2.855
g/cm(理論密度の94%)を有し、黒鉛KS6
15質量部を有する、SiC−黒鉛セラミック複合材料
のムラカミ溶液でエッチングした長手方向の研磨面のセ
ラミック材料の組織を示す顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストフ レスニアク ドイツ連邦共和国 ブーヘンベルク イェ ルク−フンク−シュトラーセ 1 (72)発明者 ローレンツ ジグル オーストリア国 レヒアシャウ シートガ ッセ 17 (72)発明者 アルミン カイザー ドイツ連邦共和国 ブーヘンベルク ガル ス−ツァイラー−シュトラーセ 14 Fターム(参考) 3J011 SD02 SE02 SE05 3J043 CA03 CB16 DA11 4G001 BA22 BA60 BB22 BB60 BC13 BC56 BD12

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化珪素部分99.9質量%〜70質量
    %および炭素部分0.1質量%〜30質量%を有し、S
    iCが二モードの粒子構造を有する微細構造を有する、
    SiCおよび炭素を基礎とする、理論密度の90%より
    大きい密度を有するセラミック複合材料において、
    (a)すべてのSiC粒子の平均粒度が10μmより大
    きく、(b)SiC微細構造の二モード粒子構造が、平
    均粒度10μm未満および研磨した、平らな研磨面で測
    定して10〜50面積%の割合を有する等軸の細粒部分
    および平均粒度10〜1000μmおよび研磨した、平
    らな研磨面で測定して50〜90面積%の割合を有する
    粗粒部分から形成され、かつ(c)炭素が10μm未満
    の平均粒度を有することを特徴とする、セラミック複合
    材料。
  2. 【請求項2】 SiC粗粒部分が3より大きい伸張度を
    有する板状粒子からなる請求項1記載のセラミック複合
    材料。
  3. 【請求項3】 炭素粒子が等軸の形を有し、SiC粒界
    (粒間)にまたはSiC粒子の内部(粒内)に配置され
    ている請求項1または2記載のセラミック複合材料。
  4. 【請求項4】 複合材料の相対密度が理論密度の93%
    より大きく、有利には95%より大きい請求項1から3
    までのいずれか1項記載のセラミック複合材料。
  5. 【請求項5】 炭素部分が2〜10質量%、有利には5
    〜8質量%である請求項1から4までのいずれか1項記
    載のセラミック複合材料。
  6. 【請求項6】 炭素部分が13質量%より大きく30質
    量%までである請求項1から4までのいずれか1項記載
    のセラミック複合材料。
  7. 【請求項7】 炭素部分が黒鉛からなる請求項1から6
    までのいずれか1項記載のセラミック複合材料。
  8. 【請求項8】 炭素が結晶質黒鉛として形成され、Si
    C構造の粗粒部分の平均粒度より小さく、有利にはSi
    C構造の細粒部分の平均粒度に相当する平均粒度を有す
    る請求項7記載のセラミック複合材料。
  9. 【請求項9】 結晶質SiC粉末および水から水性泥状
    物を製造し、泥状物に、製造した焼結成形体中に1〜3
    0質量%の炭素が存在する濃度の炭素担体を添加し、S
    iCの無圧焼結に一般に用いられる焼結助剤および場合
    により有機助剤を一般的な量で添加し、この泥状物か
    ら、例えば噴霧乾燥のような一般的な造粒法により顆粒
    を製造し、この顆粒から公知の成形技術により成形体を
    製造し、この成形体を、本発明による目的構造を生じる
    ために無圧焼結することを特徴とするセラミック複合材
    料の製造方法。
  10. 【請求項10】 ポンプまたはパッキングに使用する構
    成部材を製造するための請求項1から8までのいずれか
    1項記載のセラミック複合材料の使用。
  11. 【請求項11】 スリップリングパッキングを製造する
    ための請求項1から8までのいずれか1項記載のセラミ
    ック複合材料の使用。
  12. 【請求項12】 同じ材料からなるスリップリングおよ
    び対向リングを有するスリップリングパッキングを製造
    するための請求項1から8までのいずれか1項記載のセ
    ラミック複合材料の使用。
  13. 【請求項13】 すべり軸受けを製造するための請求項
    1から8までのいずれか1項記載のセラミック複合材料
    の使用。
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