JP2002338368A

JP2002338368A - 炭化珪素焼結部品並びにそれを用いたメカニカルシール及びその製造方法

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Publication number: JP2002338368A
Application number: JP2001154398A
Authority: JP
Inventors: Akira Kani; 明可児
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: JP4865146B2

Abstract

(57)【要約】【課題】強度に優れ、耐摩耗性、耐食性及び耐高温に
優れる炭化珪素焼結部品を得ることにある。【解決手段】炭化珪素焼結部品の結晶粒平均径が０．
０１０から０．０３０ｍｍの大きさで、その結晶粒界の
間に気孔が形成され、気孔の大きさが０．００１から
０．０２０の範囲に形成されて気孔率が３から１０容量
％のものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素焼結部品
並びにそれを用いたメカニカルシール及びその製造方法
に関する。更に詳しくは、炭化珪素の結晶粒界間に気孔
を有し、耐食性と、耐摩耗性と、耐熱性を付与した炭化
珪素焼結部品と、その炭化珪素焼結部品を設けたメカニ
カルシールと、炭化珪素の微細な粉末に大きな粉末を一
定割合で配合して焼結した結晶粒界間に気孔を有し、耐
食性と摺動性に優れる炭化珪素焼結部品を造る製造方法
とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明の炭化珪素焼結部品の先行技術と
して、特公平５−６９０６６号公報（対応する米国特許
第５，０８０，３７８号明細書も存在する）が存在す
る。この米国特許明細書及び図面には、図４に示すメカ
ニカルシールが開示されている。

【０００３】図４はポンプ及び冷凍機などに用いられて
いるメカニカルシール１００の半断面図である。図４に
於いて、回転軸１３０とケーシング１４０との間にはメ
カニカルシール１００が配置されている。そして、この
メカニカルシール１００は、ポンプ又は冷凍機などに用
いられて温水などの液体をシールするものである。

【０００４】メカニカルシール１００は、多孔質の炭化
珪素焼結製のシールリング１０１が回転軸１３０に嵌合
している。この回転環１０１には、側面にシール面１０
２が設けられている。更に、回転環１０１における内径
面の段部１０３に設けられたパッキング１２０Ａ、１２
０Ｂは、押えリング１０５により押さえられて回転軸１
３０と回転環１０１との間をシールする。更に、ソケッ
トねじ１０８により回転軸１３０に固定された支持リン
グ１０９は、ばね装置１０６を支持すると共に、ばね装
置１０６を介して押さえリング１０５を弾発に支持して
いる。

【０００５】又、シール面１０２と密接摺動する対向シ
ール面１１１が設けられている固定リング１１０は、ケ
ーシング１４０に於ける回転軸１３０が貫通する孔に、
Ｏリング１１５、１１５を介して、固着されている。こ
の固定リング１１０の材質はカーボンである。

【０００６】この様に構成されたメカニカルシール１０
０は、シールリング１０１と固定リング１１０との密接
摺動により高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とをシールする。こ
のシールリング１０１は、球状をした平均気孔径が０．
０１０から０．０４０ｍｍの独立気孔が点在しており、
全体に対するこの独立気孔率が３〜１３ｖｏｌ％に構成
されているものである。この気孔の成形は、粉末成形体
に配合されているポリスチレンビーズを仮焼結により分
解・昇華させるものであるから、焼結部品としての固定
リング１１０の強度に問題が生じてくる。又、シールリ
ング１０１の気孔は油だめ用であり、潤滑油を必要とす
る。このために高温高圧で使用するには問題が生じてく
る。

【０００７】次に、この従来の炭化珪素焼結体としての
摺動特性の改善は、焼結前にポリスチレンビーズを添加
し、仮焼結時に分解・昇華して気孔を形成するものであ
るから、ポリスチレンビーズの変形があるため高圧圧縮
成形が困難であり、成形した寸法精度に問題が惹起す
る。又、この気孔径と気孔率は、炭化珪素焼結体自身の
機能向上としての特性に基づく数字から形成されたもの
ではない。この気孔径０．０１０〜０．０４０ｍｍの限
定は、０．０１０ｍｍの下限が、起動時に於いて気孔内
に浸透している潤滑液が外表面に短時間にはみ出す目安
であり、０．０４０ｍｍの上限が、貫通気孔により漏洩
を無くす範囲から決められたものである。更に、相手の
摺動密封環がカーボンの場合には、弱いカーボンを炭化
珪素焼結体の気孔径により急速に摩耗されない範囲から
決められたものであり、その根拠が炭化珪素の配合粉末
の大きさや、材質とはあまり関係しない技術である。従
って、摺動部品特有の炭化珪素の配合割合から生起する
機能とか、焼結温度によってもたらされるとかの技術的
根拠から決められたものではないから、過酷な使用条件
では摩耗、腐食等の問題が生じてくる。

【０００８】又、気孔率についても、油溜まりとしての
作用が生起すると思われる程度の大きさであって、しか
も、連続気孔になっていない独立気孔として存在する範
囲であることが必要であるとして、この数字が決められ
ている。つまり、気孔率が３ｖｏｌ％未満では、油溜ま
りの潤滑効果が見られないとしており、又気孔率が１３
％を越えると強度の大幅な低下を来すと共に、液漏れの
原因となる連続気孔に形成される可能性が強いとするも
のである。

【０００９】更に、製法に於いても、多孔質の炭化珪素
としての気孔の形成は、粒子径が０．０２０ｍｍのポリ
スチレンビーズを添加し、このポリスチレンビーズによ
り焼結中に気孔を形成するものである。このポリスチレ
ンビーズは粒子径が０．０２０ｍｍと大きいのに対し、
母材の炭化珪素粒子は０．０００４５ｍｍと小さい。そ
して、ポリスチレンビーズを仮焼結して気孔を形成する
方法では、このポリスチレンビーズの粒子径は大きいか
ら、微細な炭化珪素の粉末との配合による粉末成形は困
難を伴う。又、この成型方法では、気孔率を大きくすれ
ばするほど連続気孔が形成されることになる。更に、こ
の気孔の成型方法は、炭化珪素焼結体の強度を低下させ
ることにる。

【００１０】又、この先行技術の実施例に於けるメカ鳴
き防止についても気孔径及び気孔率の上述の数値限定
は、球状に形成されて油溜まりの役目をさせる技術的目
安を表すものであり、潤滑油がシール面に介在しないと
気孔のみでは「メカ泣き」を防止する効果が発揮できな
いことを実験結果が示しているものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、先行
技術に於いては、炭化珪素焼結体の気孔の発明としての
数字限定は、摺動時の摩耗を気孔に含油させた潤滑油が
摺動時の摩擦熱で容易に滲み出て油膜を形成する径以上
であり、液が短時間で流失しない油溜まりとして継続的
に作用し、相手摺動材の摩耗、いわゆる、下ろし金の現
象を引き起こさない範囲の気孔径であり、それが０．０
１０から０．０４０ｍｍとするものである。更に、気孔
率は、油溜まりとしての作用が認められる程度に大き
く、連続気孔になっていない独立気孔として存在する範
囲内であることが必要とし、３から１３ｖｏｌ％と限定
するものである。つまり、油だめとしての気孔の大きさ
と個数を限定するものである。この様な数字限定は、本
質的には、炭化珪素焼結体として油による潤滑効果を如
何に長く保持させるかを目的とするものであって、炭化
珪素焼結部品自身の材料として、機能向上させる技術を
期待することは困難である。

【００１２】更に、炭化珪素焼結体の気孔は、炭化珪素
の粉末にポリスチレンビーズを添加し、それを焼結時に
昇華させて形成させるものである。従って、単に気孔を
形成させる手段に過ぎないから、材料として耐酸性、耐
熱性、耐食性及び強度向上を期待することは困難であ
る。

【００１３】本発明は上述のような問題点に鑑み成され
たものであって、発明が解決しようとする課題は、炭化
珪素焼結部品の耐食性を向上させると共に、摩擦係数を
小さくして耐摩耗性を向上させることにある。同時に、
炭化珪素焼結部品の強度を向上させることにある。更
に、多孔質の炭化珪素焼結部品としても強度が低下しな
いようにして耐熱性部品、耐食性部品、耐摩耗性部品或
いは摺動部品として利用できるようにすることにある。
そして、メカニカルシールの回転用及び固定用密封環と
して採用できるようにすることにある。更に、その炭化
珪素焼結部品の製造方法を得ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
技術的課題を解決するために成されたものであって、そ
の解決するための手段は、以下のように構成されてい
る。

【００１５】請求項１に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品は、炭化珪素の結晶粒の平均径が０．０１０から０．
０３０ｍｍで、結晶粒界に気孔を有し、前記気孔の平均
径が０．００１から０．０２０ｍｍの範囲に形成されて
気孔率が３から１０容量％を有するものである。

【００１６】請求項１に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品では、炭化珪素の大粉末による結晶粒が結晶組織の中
に粗大化しないで存在するから強度が向上する。そし
て、炭化珪素の微粉末が結晶として成長し、大粉末の結
晶粒界との間に気孔を生成する。このため、耐食性に優
れると共に、粒界間に形成される気孔により過酷な条件
でも潤滑剤を保持して摺動抵抗を低減し、同時に、高温
高圧の過酷な条件でも耐食性と共に、耐熱性、耐摩耗性
を発揮する。

【００１７】請求項２に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品は、粒子平均径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大
きさの炭化珪素粉末を２０から４０重量％と、粒子平均
径が０．０００３から０．０００９ｍｍの大きさの炭化
珪素粉末を６０から８０重量％の配合割合で形成された
結晶粒界間に気孔を有し、気孔の平均径が０．００１か
ら０．０２０ｍｍの範囲に形成されて開放気孔率が３か
ら１０容量％を含有するものである。

【００１８】請求項２に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品では、大粉末と微粉末の炭化珪素粉末を大小径２種類
に分けて配合してあるために各粉末の比面積の相違から
結晶助剤が付着する濃度が異なるので、それに応じた結
晶組織になる。そして、各炭化珪素粉末の結晶粒界の間
に気孔が形成される。その結晶組織により強度が向上す
ると共に、耐食性、耐摩耗性が発揮される。特に、大粉
末と微粉末との配合割合により形成される結晶粒界によ
って、耐食性が改善されると共に、粒界間に形成される
気孔により長期に潤滑剤を保持、且つ供給することが可
能になる。

【００１９】この微粉末に対する大粉末の介在は成形工
程において成形にするから、高強度の炭化珪素焼結部品
が得られる。このため強度が向上すると共に、独立気孔
が形成されて、密封摺動環として利用しても被密封流体
が浸透して漏洩するのを防止する。更に、２つの異なる
炭化珪素粉末の配合により耐熱性が向上するとと共に、
高圧高温蒸気の雰囲気中でも耐腐食化性、耐摩耗性が向
上する。

【００２０】請求項３に係わる本発明のメカニカルシー
ルは、炭化珪素焼結部品が固定密封環及び回転密封環と
して有するものである。

【００２１】請求項３に係わる本発明のメカニカルシー
ルでは、固定用密封環と回転用密封環との摺動面に於け
る結晶組織の結晶粒界間に気孔が形成されているから、
摺動時の耐摩耗性を有し、両密封環を炭化珪素焼結部品
にしてもメカ鳴きを惹起させない。しかも、回転時に結
晶粒界間に存在する気孔により被密封流体が介在して摩
擦係数を低減し、摺動面の摩耗を防止し、耐久性を発揮
する。又、高温蒸気に対しても、耐腐食性能力を発揮す
ると共に、摺動面の摩耗を防止する。

【００２２】請求項４に係わる本発明のメカニカルシー
ルは、炭化珪素焼結部品を一方の回転密封環又は固定密
封環として有すると共に、他方にカーボン材製の固定密
封環又は回転密封環を有するものである。

【００２３】請求項４に係わる本発明のメカニカルシー
ルでは、一方が炭化珪素焼結部品の密封環であり、他方
がカーボン材製の密封環により構成されているから、最
初にカーボン材の潤滑作用により低摩擦状態になる。次
に、カーボン材の摩耗粉が炭化珪素焼結部品である密封
環の結晶粒界間に形成された気孔に付着して潤滑作用の
向上と共に、カーボン材製の密封環の摩耗も防止する。

【００２４】請求項５に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品の製造方法は、平均粒径が０．０００３から０．００
０９ｍｍの大きさの炭化珪素微粉末を６０から８０重量
％と、平均粒径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大き
さの炭化珪素大粉末を２０から４０重量％とを配合する
と共に、焼結助剤を添加して造粒粉を形成し、この造粒
粉を成形型内で加圧成形し、次いで、この成形体を焼結
するものである。

【００２５】請求項５に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品の製造方法では、平均粒径が０．０００３から０．０
００９ｍｍの大きさの炭化珪素微粉末を６０から８０重
量％と、平均粒径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大
きさの炭化珪素大粉末を２０から４０重量％とを配合す
ると共に、焼結助剤を添加して造粒粉を形成し、これを
圧縮成形するので、大きな粉末の間に微粉末が介在して
圧縮成形される。このため、微粉末が大きな粉末の間に
介在して圧縮され、焼結時に両者は、異なる成長の結晶
粒により結合する。従って、結合強度が向上する。

【００２６】又、大きな粉末の間に微粉末が介在するか
ら、焼結により結晶粒界の谷間に形成された気孔が潤滑
油を保持して潤滑機能を発揮する。更に、炭化珪素の粉
末平均径が大きい程比表面積が小さくなるから、この大
きい炭化珪素粉末に付着する焼結助剤の量が少なくな
り、焼結助剤濃度を低下させることができる。このため
に。後述する平均径の微粉末の部分が十分に緻密化する
焼結条件でも、いくらかの気孔が残存する状態で焼結が
完了する。

【００２７】これに対して、炭化珪素粉末の平均径が小
さい微粉末ほど比表面積が大きくなるから、炭化珪素粉
末に付着する焼結助剤の量も多くなる。このために焼結
助剤濃度が高濃度となって結晶粒度が成長し、結合促進
される。

【００２８】又、従来の製法に於いては、炭化珪素の微
粉末を１００重量％使用していたが、この微粉末は約
０．０３０ｍｍ前後の炭化珪素の粉末を粉砕・分級して
製造するためにコストが上昇していた。しかし、粉砕し
ないままの大きい炭化珪素の粉末を３０重量％も添加す
るために、材料を安価にすることが可能になる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の炭化
珪素焼結部品並びにそれを用いたメカニカルシール及び
その製造方法について詳述する。

【００３０】本発明の炭化珪素焼結部品は、粒子平均径
が０．０１０から０．０３０ｍｍの大きさの炭化珪素大
粉末を２０から４０重量％と、粒子平均径が０．０００
３から０．０００９ｍｍの大きさの炭化珪素微粉末を６
０から８０重量％の配合割合で含有する。そして、この
２種類の炭化珪素粉末を配合して炭化珪素粉末を１００
重量部を製造する。

【００３１】この炭化珪素粉末１００重量部に対し、焼
結助剤として炭化硼素粉末を０．２から０．５重量部
と、カーボンブラック粉末を０．８から２．５重量部を
配合するものである。更に、結合材として、ポリビニル
アルコールを２から４重量部を添加する。

【００３２】これらの配合した粉末に水を加えて３５％
から４５％の濃度、好ましくは４０％前後の濃度のスラ
リーを造り、ボールミルの中で約１０時間撹拌混合した
後に、スプレードライヤにより平均粒径０．０７０から
０．０９０ｍｍ、このましくは０．０８０ｍｍ前後の造
粒粉を得る。この造粒分を成形型に充填して成形プレス
により１１０から１８０ＭＰａ、好ましくは１２０ＭＰ
ａ前後の圧力でプレス成形する。

【００３３】この成形体を不活性雰囲気中、例えばアル
ゴンガス（この他、Ｎ_２などが利用できる）で約２１
００°Ｃの温度で約２時間に渡り焼結する。この様にし
て得られた炭化珪素焼結部品は、必要に応じて機能面を
研削加工するとか、取付箇所に応じて機械加工するとか
の加工をする。そして、摺動面には、気孔平均径が０．
００１から０．０２０ｍｍの範囲に形成されて開放気孔
率が３から１０容量％を有するものである。

【００３４】この様にして得られた炭化珪素焼結部品の
粉末の割合は、炭化珪素の大粉末の平均径が０．０１０
から０．０３０ｍｍであるが、この下限の０．０１０ｍ
ｍ未満にすると気孔の大きさの形成が不十分となる。
又、上限の０．０３０ｍｍを越えるものは全個数を均一
なものに製造することが困難になる。

【００３５】又、炭化珪素焼結部品に形成される気孔の
大きさは、０．００１から０．０２０ｍｍであるが、上
限の０．０２０ｍｍを越えるものは、いわゆる、下ろし
金の効果が生じて摩耗を増大させる可能性がある。又、
下限の０．００１ｍｍ未満は、気孔としての効果が従来
品より特に優れていると認められないからである。更
に、気孔率３から１０％に於いて、上限の１０％を越え
るものは、強度が低下する恐れがある。又、下限の３％
未満は、気孔から生起する効果が顕著に認められなくな
る可能性が大きい。

【００３６】この炭化珪素焼結部品は、炭化珪素の大粉
末が強度の基本となる。つまり、大粉末と微粉末との混
合による互いの比表面積の相違から、各粉末に付着する
結晶助剤の濃度を大粉末では低濃度になると共に、微粉
末では高濃度になるので、焼結の際に、高濃度に比例し
て結晶の成長を促進させるので、微粉末の方の結晶が促
進されて、強度を効果的に強化する働きがある。微粉末
は、大粉末の間に存在して焼結の際に結合力を高め炭化
珪素焼結部品としての高強度を実現する。更には、耐食
性、耐熱性、耐摩耗性が向上する。

【００３７】次に、本発明に係わる実施の形態のメカニ
カルシール１を図面に基づいて詳述する。図１は、本発
明の炭化珪素焼結部品を固定密封環として取り付けたメ
カニカルシール１の断面図である。

【００３８】図１は、ハウジング６０と回転軸８０との
間の中空部６５に本発明のメカニカルシール１を装着し
た断面図である。図１に於いて、１はメカニカルシール
である。メカニカルシール１のシール部は、固定用相対
密封環５０と、回転用密封環３から構成されている。こ
の両密封環は、回転用と固定用とが逆に取り付けられる
ことも可能である。このメカニカルシール１を構成する
一方のシール装置２には、カーボン材製の密封環３が設
けられている。尚、この密封環３を本発明の炭化珪素焼
結部品にすることもできる。その場合は、シール面６が
図示よりも径方向幅が広く形成される。更に、この密封
環３は耐酸化性の成分を含有する含有層を摺動面に有す
るカーボン材製とすることもできる。この含有層を有す
る密封環は、特開平９−８７０６７号公報に記載された
耐酸化性カーボン材等を利用したものである。

【００３９】そして、この密封環３を外周ケース１２か
ら離脱しないように保持すると共に、シール面６が対抗
シール面５１に接面するように保持されている。この密
封環３を案内するＴ形状の案内支持部１３は、密封環３
の外周の対称を成す両側に外周ケース１２と一体で図示
左側へ突出する形状に設けられている。更に、密封環３
を弾発に押圧する弾発手段１５を内装した金属材製の外
周ケース１２は、その内周孔が回転軸８０に嵌着状態に
取り付けられている。

【００４０】密封環３は、内周面が回転軸８０と摺動自
在に嵌通する嵌合面１０のＯリング溝７に第１Ｏリング
８が装着されて密封環３と回転軸８０との嵌合面間をシ
ールしている。又、密封環３のシール面６が対向する相
対密封環５０の相対シール面５１と摺動可能に密接して
中空部６５の流体領域６５Ａと大気領域６５Ｂとをシー
ルする。この密封環３は炭化珪素焼結部品を用いること
もできる。

【００４１】更に、密封環３のシール面６側外周には、
フランジ５が形成されている。このフランジ５には、ほ
ぼ対称を成す２カ所の位置に、側面から見て貫通する軸
方向の溝部９と溝部９より幅のある段状凹部１１との組
み合わせによるＴ型溝に形成されている。このＴ型溝部
が連結係止部４であって両側に一対を成すように設けら
れている。そして、このＴ形溝の連結係止部４に案内支
持部１３の先端のＴ形部が係合するように構成され、密
封環３が弾発手段１５により押圧されて移動しても先端
部で両者が係止するものである。この両部品の組立て
は、強度のある密封環を炭化珪素焼結部品で構成するこ
とにより、外周ケース１２に直接組立てることが可能に
なる。

【００４２】これに対し、固定用の相対密封環５０は、
本発明の炭化珪素焼結部品により形成されているもので
ある。この相対密封環５０には、相対シール面５１が設
けられて、シール面６と密封接触するように構成されて
いる。相対密封環５０は、炭化珪素の結晶粒の大きさが
０．０１０から０．０３０ｍｍの結晶組織に構成されて
結晶粒界の間に気孔が形成されている。この気孔平均径
が０．００１から０．０２０ｍｍの範囲に形成されて気
孔率が３から１０容量％を含有するものである。そし
て、ハウジング６０取付孔には第２Ｏリン５５を介して
相対密封環５０が密封固着されている。

【００４３】この様に構成されたメカニカルシール１
は、シール面６と相対シール面５１との摺動時に「メカ
鳴き」が惹起するのを効果的に防止する。尚、密封環３
をカーボン材の代わりに炭化珪素焼結部品に構成しても
「メカ鳴き」は防止される。更に、高温の乾燥摩擦状態
に於いても低摩擦状態を保持する効果がある。更に又、
密封面３の強度が強く損傷と共に摩耗を効果的に防止す
る。又更に、高温蒸気雰囲気中においても耐食性を発揮
する。

【００４４】

【実施例１】以下に本発明の実施例を述べる。平均粒径
が０．０００６ｍｍの炭化珪素部微粉末７０％と、平均
粒径が０．０１５ｍｍの炭化珪素大粉末３０％を配合し
て炭化珪素１００重量部を製造した。この炭化珪素１０
０重量部に対し、焼結助剤である炭化硼素粉末０．３重
量部と、カーボンブラック粉末１．０重量部を配合し
た。これに結合材としてポリビニルアルコール３．０重
量部を添加すると共に、水を加えて撹拌し、４０％濃度
のスラリーを製造した。このスラリーをスプレイドライ
ヤを用いて平均粒径が０．０８０ｍｍの造粒に形成し
た。この造粒を成形型に充填してプレス成形し、成形体
に加工した。この成形圧力は１２０ＭＰａである。そし
て、これらの成形体を温度２１００°Ｃのアルゴン雰囲
気中で２時間かけて焼結した。

【００４５】この炭化珪素焼結部品の端面を研磨して摺
動面とし、この摺動面を顕微鏡を用いて結晶組織を撮影
したのが図２の写真である。この写真で黒色部イが気孔
である。又、黒線部ロは結晶粒界である。この測定結果
は、気孔平均径が０．０１０ｍｍで、気孔率が５．９％
である。又、結晶組織の結晶粒径は０．０１０から０．
０３０ｍｍで、結晶粒平均径が０．０１８ｍｍであっ
た。又、ビッカース圧子で炭化珪素焼結部品の圧痕及び
亀裂を測定した。そして、押し込み加重、圧痕の対角線
長さ、亀裂の長さ及び弾性率から破壊靭性値を求めるＩ
Ｆ法により、この炭化珪素焼結部品の破壊靭性値を測定
した結果は３．０ＭＰａｍ^１／２である。この値は従
来のものに対して高い値である。

【００４６】この炭化珪素焼結部品を３×４×３７の直
方体に加工し、３００°Ｃで４０ＭＰａの３０ｗｔ％ア
ンモニア水中に１００時間浸積させて浸食度試験を実施
した。その結果は、浸食度は０．０７％の重量減少であ
る。

【００４７】

【比較例１】一方、比較例として、平均粒径０．０００
６ｍｍの炭化珪素微粉末１００重量部に対し気孔形成用
のポリスチレンビーズを３重量部を混合して実施例と同
様な製造方法で焼結した。この焼結部品は０．００２か
ら０．００６ｍｍの結晶粒径であって、気孔率が６．１
容量％、気孔平均径が０．０１０ｍｍである。

【００４８】この各比較例について、実施例と同一の浸
食度試験をしたところ０．１５％の重量減少が生じた。

【００４９】

【実施例２】次に、炭化珪素焼結部品を固定密封環と回
転密封環に加工し、図３に示す摩擦摩耗試験器に取り付
けて、以下の条件で試験を実施した。１）被密封流体は、：水２）摺動面の周速度は、：７．８ｍ／ｓ３）摺動した時間は、：１００時間４）被密封流体の温度は、：９０°Ｃ５）被密封流体の圧力は、：０．７ＭＰａ６）試験結果。（ａ）平均した摩擦係数は、：０．０５（ｂ）固定用摺動部品の摩耗量は、：０．０００２ｍｍ（ｃ）回転用摺動部品の摩耗量は、：０．０００２ｍｍ

【００５０】この図３は、以上の試験に利用した摩擦摩
耗試験機の断面図である。図３に於いて、２０は、摩擦
摩耗試験機である。摩擦摩耗試験機２０は試験用の高温
水が入れられた液槽２５が設けられており、液槽２５の
上部に回転軸２２が設けられていると共に、下部に保持
部２３が設けられている。そして、回転軸２２に炭化珪
素焼結部品である回転用摺動部品２１Ａを取り付けると
共に、回転用摺動部品２１Ａに対向する位置の保持部２
３に炭化珪素焼結部品の固定用摺動部品２１Ｂが取り付
けられている。尚、回転軸２２側に取り付けられた回転
用摺動部品２１Ａが実施例のテスト用摺動部品である。
液槽２５内には熱電対２６が設けられている。又、固定
用摺動部品２１Ｂ側の保持部２３には、ロードセル２７
とカンチレバ２８が設けられている。そして、２４は軸
受である。

【００５１】

【比較例２】結晶粒径が０．０１０から０．０２０ｍｍ
のもので、気孔径が０．００３ｍｍ、気孔率が１．２容
量％の焼結部品を固定用摺動部品と回転用摺動部品に加
工し、上述と同様に図３の摩擦摩耗試験機を用いて実験
をした。その結果は、１）摩擦係数は、：０．０８２）固定用摺動部品の摩耗量：０．０００４ｍｍ３）回転用摺動部品の摩耗量：０．０００４ｍｍ

【００５２】

【発明の効果】本発明に係わる炭化珪素焼結部品によれ
ば、以下のような効果を奏する。炭化珪素焼結部品は、
結晶粒平均径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大きな
結晶に構成された結晶組織で、結晶粒界の間に気孔が形
成されているから、強度が向上すると共に、常温、又は
高温でも耐食性と、耐高温性に優れている。更に、炭化
珪素の大粉末の隙間に微粉末が介在し、且つ焼結助剤の
濃度の大きさが粉末の大きさに対応して付着するので、
圧縮成形時の結合度と、焼結時の結晶速度割合により結
合力を高め、炭化珪素焼結部品の強度を向上させると共
に、気孔を独立に形成するように結合し、被密封流体が
浸透して漏洩することを効果的に防止することができ
る。

【００５３】又、メカニカルシールにおいても、上述の
大粉末と微粉末の割合によって形成される気孔が、結晶
粒界の間に形成されて、平均径が０．００１から０．０
２０ｍｍの範囲の大きさで、気孔率が３から１０容量％
を含むように構成されている。従って、従来品のように
炭化珪素粉末に混入した樹脂粉末を焼結時に昇華して気
孔を形成するものに比べて、耐食性と、耐摩耗性を向上
させる効果を奏する。特に、高温に於ける耐食性と共
に、耐摩耗性が向上する。又、高温の乾燥摩擦状態でも
メカ鳴きを防止すると共に、摩擦係数を小さく押さえて
カジリによる損傷や摩耗が防止できる効果を奏する。こ
のため、炭化珪素焼結部品は、メカニカルシールの密封
環として高温、高圧状態でも優れた効果を発揮する。

【００５４】更に、製造方法においても、炭化珪素の混
合粉末成形は、大粉末と微粉末とを配合するから、粉砕
工程の少ない大粉末の配合により生産コストを低減する
ことが可能になる。又、気孔形成のための樹脂粉末の添
加やその仮焼結を省略できる。更に、結晶粒の大きさを
設定することにより気孔径及び気孔率が形成されるか
ら、機能設計の容易化と共に、品質管理を容易にさせる
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるメカニカルシールの断面図であ
る。

【図２】本発明に係わる炭化珪素焼結部品の摺動面を見
た結晶組織の顕微鏡写真である。

【図３】本発明の炭化珪素焼結部品を試験した摩擦摩耗
試験機の断面図である。

【図４】従来のメカニカルシールの断面図である。

【符号の説明】

１メカニカルシール２シール装置３密封環４連結係止部５フランジ６シール面７Ｏリング溝８第１Ｏリング９溝部１０嵌合面１１段状凹部１２外周ケース５０相対密封環５１対向シール面５５第２Ｏリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J041 AA01 BA01 BB01 BC02 4G001 BA22 BA23 BA60 BB22 BB23 BB60 BC13 BC23 BC52 BC54 BD01 BD11 BD12 BD13 BD37 BE22 BE33 BE34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化珪素の結晶粒の平均径が０．０１０
から０．０３０ｍｍで前記結晶粒界間に気孔を有し、前
記気孔の平均径が０．００１から０．０２０ｍｍの範囲
に形成されて気孔率が３から１０容量％を有することを
特徴とする炭化珪素焼結部品。
【請求項２】粒子平均径が０．０１０から０．０３０
ｍｍの大きさの炭化珪素大粉末を２０から４０重量％
と、粒子平均径が０．０００３から０．０００９ｍｍの
大きさの炭化珪素微粉末を６０から８０重量％との配合
割合から形成された結晶粒界間に気孔を有し、前記気孔
の平均径が０．００１から０．０２０ｍｍの範囲に形成
されて気孔率が３から１０容量％を有することを特徴と
する炭化珪素焼結部品。
【請求項３】前記炭化珪素焼結部品が固定密封環及び
回転密封環として有することを特徴とするメカニカルシ
ール。
【請求項４】前記炭化珪素焼結部品を一方の回転密封
環又は固定密封環として有すると共に、他方にカーボン
材製の固定密封環又は回転密封環を有することを特徴と
するメカニカルシール。
【請求項５】平均粒径が０．０００３から０．０００
９ｍｍの大きさの炭化珪素微粉末を６０から８０重量％
と、平均粒径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大きさ
の炭化珪素大粉末を２０から４０重量％とを配合すると
共に焼結助剤を添加して造粒粉を形成し、この造粒粉を
成形型内で加圧成形し、次いで、この成形体を焼結する
ことを特徴とする炭化珪素焼結部品の製造方法。