JP2002356373A

JP2002356373A - 摺動材料及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002356373A
Application number: JP2001168098A
Authority: JP
Inventors: Akira Kani; 明可児
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】コストの安い摺動材料を得ると共に、摺動中
にクラックが惹起しない、高強度、高強靱性の摺動材料
を得ることにある。【解決手段】摺動材料において、粒子平均径の大きさ
が０．０００３から０．００５ｍｍのＳｉＣ粒子を前記
ＳｉＣ粒子径の寸法よりも薄い厚さのＡｌ_２Ｏ_３系の酸
化物で結合させて互いに組織が補完するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摺動材料及びその
製造方法に関するものである。更に詳しくは、強度が高
く、且つ耐摩耗性に富み、しかもコストの安い摺動材料
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明の摺動材料に関する先行技術につ
いて、摺動部品の重要な特性要件は、耐摩耗性や低摩擦
係数である。この摺動部品として、ほぼ純粋なＳｉＣの
焼結摺動材料を用いれば、これらの効果を発揮すること
は一般に知られている。しかし、純粋なＳｉＣの焼結体
は、ＳｉＣ粉末を高圧で成形しなければならない。又、
高価なボロンなどを焼結助剤として添加する必要がある
ため、コスト高になる問題があ離、実用上利用すること
は困難である。更には、酸化防止を必要とするために、
真空中で２１００℃以上の焼結温度を必要とすることに
なるので、設備費が高揚する問題がある。このため、少
量生産が多い摺動材料としては、焼結部品が高価になる
と共に、高価な設備投資を必要とするために少量生産に
は採用することができない問題がある。更に、成形体の
成形圧力の管理、焼結の高温度維持の管理など製造工程
の管理が大変である。

【０００３】又、他の先行技術として、例えば、特開昭
５９−１０２８７２号公報が存在する。この炭化珪素・
黒鉛複合焼結体は、０．０００８ｍｍ程度の炭化珪素粉
末に、微細なカーボン粉末を配合して焼結するものであ
る。この炭化珪素粉末の粒径の大きさは、従来技術と何
ら相違しない大きさである。又、カーボンブラックは焼
結助剤として配合される粉末径の大きさであり、その作
用効果も従来知られている範囲である。従来と相違する
点は配合量の大きさであるから、このカーボンブラック
の添加は、潤滑作用を目的とするものである。このよう
な摺動材料は、炭化珪素の結晶を改善せずにカーボンブ
ラックにより潤滑効果を発揮させようとするので、粒界
面からの破壊の問題が惹起する。

【０００４】更に、先行技術として、特公平２−２８５
４８号公報が存在する。この公報に記載の炭化珪素質摺
動部材は、原料としての炭化珪素粉末の量が多く（実施
例ではβ型結晶の炭化珪素粉末約９５％）含有されてお
り、これに微量のアルミニウム、硼素等を添加して成形
体に形成し、外気の侵入を遮断して２２００℃前後の高
温度で焼成するものである。そして、この炭化珪素質摺
動部材は、開放気孔率が高く、しかも、炭化珪素の含有
する割合が多い。この様な焼結体の摺動材料は、炭化珪
素の結晶粒界から割れが発生することが多く、損傷に繋
がることがある。更に、気孔率が高いので、この気孔部
に摩耗粉末が溜まり、気孔部から割れが惹起することが
ある。更に又、メカニカルシールの密封摺動部品として
用いると、摺動部品に被密封流体が浸透して漏洩するこ
とがある。

【０００５】更に又、先行技術として、特公昭６０−９
９８８号公報が存在する。この公報に記載の炭素材料
は、熱処理炉ハースロール用であって、リン酸アルミニ
ウム等が配合されているが、本発明の摺動材料とは配合
成分や配合割合が異なる上に、本発明とは摺動面の精度
や強度の点で利用する分野が異なるので、機械の摺動材
料としては脆くて密封摺動部品又は軸受けなどの摺動材
料に応用することは困難である。つまり、この炭素材料
は、本発明とは用途分野が異なる熱処理炉ハースロール
などに用いられるもので、熱処理炉から鋼板を取り出す
ときに、接触して傷が惹起しないようにするものであ
り、機械部品の摺動部材に応用することは、とても困難
である。

【０００６】この技術について、更に後述する比較例１
で、この先行技術より更に改善し、平均径が数十マイク
ロメータのＳｉＣ粒子間に０．０１から０．０１５ｍｍ
の厚さの酸化物とＳｉＣ粒子の反応相を形成して摺動部
品として実験した。その結果は、摺動時の摩耗が激し
く、軸受けや、密封摺動部品として使用することは不可
能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、先行
技術の摺動材料は、耐摩耗性や低摩擦係数に改善しよう
とすると、設備費用や材料費が高揚するので、製品がコ
スト高になるので利用困難である。又、摺動時の摩擦係
数に問題があり、気孔に含油させた潤滑油が摺動時に介
在させて摺動抵抗を低減するものであるが、潤滑油の流
失や減少により摩擦抵抗が上昇する問題を解決すること
ができない。更に、黒鉛を結晶粒界の間に介在させるの
みでは結晶粒界から破壊することや腐食の問題が解決さ
れない。更に又、従来知られているＡｌ_２Ｏ_３などの酸
化物を単純に結合材に利用したのみでは、その効果が発
揮されない。その配合成分や配合量により初めてその効
果が生起する。

【０００８】従って、摺動面における過酷な挙動状態で
は、摺動面の摩耗量が増加することや、更には、ＳｉＣ
の粒子境界層に沿って割れ・損傷等が発生するので、多
くの不具合が惹起する。例えば、摺動面の摩擦熱により
発生する熱応力により疲労破壊の問題、更に、摺動面の
摩擦熱による潤滑油の爆裂反応による破損の問題、更に
又、摺動面の高温に伴う腐食の問題等が惹起する。

【０００９】更に、炭化珪素焼結自体の機能に於いて
も、炭化珪素焼結部品の気孔を炭化珪素の粉末にポリス
チレンビーズを添加し、仮焼結時に消滅させて形成させ
るものにあっては、潤滑油を保持するために、単に気孔
を形成させる手段に過ぎないから、使用条件、被密封流
体の条件等の環境条件による耐酸性、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。特に、高温の
過酷な条件に於ける摩擦係数の低減や、摺動材としての
高靭性を従来の技術に期待することは困難である。

【００１０】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、摺動
材料の強度を向上させると共に、摩擦係数を低減して耐
摩耗性を向上させることにある。同時に、摺動面のＳｉ
Ｃ粒子の境界層に沿って亀裂が発生して損傷に至るのを
防止し、強度を向上させることにある。更には、その摺
動材料を安価に製造する方法を得ることにある。

【００１１】

【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。

【００１２】請求項１に係わる本発明の摺動材料は、粒
子平均径の大きさが０．０００３から０．００５ｍｍの
ＳｉＣ粒子を前記ＳｉＣ粒子径寸法よりも薄い厚さのＡ
ｌ_２Ｏ_３の酸化物で結合させて互いに補完しているも
のである。

【００１３】請求項１に係わる本発明の摺動材料では、
焼結されたＳｉＣ粒子がＳｉＣ粒子の平均径の寸法より
も薄い厚さのＡｌ_２Ｏ_３の酸化物により覆われたように
して結合されているので、結合力が向上すると考えられ
る。そして、高い強靱性が発揮されると共に、耐疲労強
度が向上する。しかも、酸化物であるＡｌ_２Ｏ_３が薄く
覆うように形成されているので、粒子境界層からの割れ
や亀裂が発生するのを防止し、強度が向上する。酸化物
がＡｌ_２Ｏ_３のみの場合でも、ＳｉＣの粉末が焼成中に
表面の酸化によりＳｉＯ_２となるのでＳｉＯ_２発の摺動
特性を発揮させることができる。この場合、Ａｌ_２Ｏ_３
の濃度を高くすることができるので、強靱性等の効果が
更に向上する。

【００１４】更に、この焼結組織はＡｌ_２Ｏ_３が焼結の
過程でＳｉＣ粒子を再配列して緻密化すると共に、Ｓｉ
Ｃは低温のために粒成長が無く。Ａｌ_２Ｏ_３の層を薄く
形成させて残存し、微細な組織が形成されるものと考え
られる。そして、ＳｉＣ粒子が薄い層で覆うように結合
しているので、組織が緻密化し、強度が向上するものと
考えられる。

【００１５】請求項２に係わる本発明の摺動材料は、平
均粒子径が０．０００３から０．００５ｍｍのＳｉＣ粒
子を前記ＳｉＣ粒子径の寸法よりも薄い厚さのＳｉＯ_２
−Ａｌ_２Ｏ_３の複合材の酸化物で結合させて互いに組
織が補完しているものである。

【００１６】請求項２に係わる本発明の摺動材料では、
焼結されたＳｉＣ粒子がＳｉＣ粒子の平均径よりも薄い
ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３の酸化物により覆われたようにし
て結合されているので、結合力が向上すると考えられ
る。特に、ＳｉＯ_２はＳｉＣとＡｌ_２Ｏ_３との境界を高
密度化して強度を向上させると見られる。

【００１７】そして、高い強靱性が発揮されると共に、
耐疲労強度が向上する。しかも、酸化物であるＳｉＯ_２
−Ａｌ_２Ｏ_３がＳｉＣを覆うように結合されているの
で、粒子境界層からの割れや亀裂が発生するのを防止
し、強度が向上する。酸化物がＡｌ_２Ｏ_３のみの場合で
も、ＳｉＣの粉末が焼成中に表面の酸化によりＳｉＯ_２
となるのでＳｉＯ_２が形成されるが、ＳｉＯ_２を積極的
に添加すると、ＳｉＣに結合面が高密度化して結合力を
高め、強度を向上させると共に、境界層からの割れや亀
裂を防止する。

【００１８】請求項３に係わる本発明の摺動材料は、Ｓ
ｉＯ_２の配合割合が５から３５重量％であり、Ａｌ_２Ｏ
_３の配合割合が５から２０重量％に構成されたものであ
る。

【００１９】請求項３に係わる本発明の摺動材料は、Ｓ
ｉＯ_２の配合割合が５から３５重量％であり、Ａｌ_２Ｏ
_３の配合割合が５から２０重量％であるから、焼結され
たＳｉＣ粒子がＳｉＣ粒子の平均径の寸法よりも薄い厚
さのＡｌ_２Ｏ_３系の酸化物により覆われたようにして結
合される。このために、結合力を向上することが認めら
れる。そして、この配合割合の範囲内では、高い強靱性
が発揮されると共に、耐疲労強度が向上する。しかも、
酸化物であるＡｌ_２Ｏ_３が薄く覆うように形成されてい
るので、粒子境界層からの割れや亀裂が発生するのを防
止し、強度が向上する。

【００２０】請求項４に係わる本発明の摺動材料は、平
均粒子径が０．０００３から０．００５ｍｍのＳｉＣ粒
子を前記ＳｉＣ粒子径の寸法よりも薄い厚さのＳｉＯ_２
−Ａｌ_２Ｏ_３の酸化物で結合されていると共に、粒子
平均径が０．００２から０．０８０ｍｍの金属Ｓｉ粉末
又は／及びＣ粉末を分散させて含有しているものであ
る。

【００２１】請求項４に係わる本発明の摺動材料では、
焼結されたＳｉＣ粒子がＳｉＣ粒子の平均径よりも薄い
ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３の酸化物により覆われたようにし
て結合されているので、結合力が向上すると考えられ
る。又、ＳｉＯ_２はＳｉＣとＡｌ_２Ｏ_３との境界を高密
度化して強度を向上させている。

【００２２】そして、高い強靱性が発揮されると共に、
耐疲労強度が向上する。しかも、アルミニウムケイ酸塩
であるＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３がＳｉＣを覆うように形成
されているので、粒子境界層からの割れや亀裂が防止さ
れて強度が向上する。Ａｌ_２Ｏ_３に酸化物のＳｉＯ_２を
積極的に添加すると、ＳｉＣの結合面が更に高密度化し
て結合力を高め、強度を向上させると共に、境界層から
の割れや亀裂を防止すると考えられる。

【００２３】上述の成分に金属Ｓｉ粉末を添加すると、
摺動面に極めて薄いＳｉＯ_２膜が形成され易くなる。こ
のＳｉＯ_２の膜は、摩擦抵抗を低減するために摺動特性
を向上させる。特に、水中での摺動抵抗が改善される。
又、カーボン粉末を添加すると、個体潤滑剤としての働
きをする。更に、ＳｉＣ粒子と補完して更に結合力を高
める。

【００２４】請求項５に係わる本発明の摺動材料は、金
属Ｓｉ粉末又は／及びＣ粉末の配合割合が２から５０体
積％の割合で均一に含有されているものである。

【００２５】請求項５に係わる本発明の摺動材料では、
金属Ｓｉ粉末又は／及びＣ粉末の配合割合が２から５０
体積％の割合で均一に含有されているので、この割合の
範囲では、摺動面に極めて薄いＳｉＯ_２膜が形成され易
くなる。このＳｉＯ_２の膜は、摩擦抵抗を低減するため
に摺動特性を向上させる。特に、水中での摺動抵抗を低
減することが認められる。又、カーボン粉末を添加する
と、個体潤滑剤として長期に渡り摺動抵抗を低減するこ
とが可能になる。特に、ＳｉＣ粒子と補完して更に結合
力を高めると共に、液体が介在する摺動面に対して低摩
擦状態を維持することが可能になる。

【００２６】請求項６に係わる本発明の摺動材料は、酸
化物の結合厚さは０．０００１から０．００５ｍｍの範
囲に構成されたものである。

【００２７】請求項６に係わる本発明の摺動材料では、
酸化物の結合厚さは０．０００１から０．００５ｍｍの
範囲に設定されている。この結合厚さに形成されている
と、焼結の結晶段階では、Ａｌ_２Ｏ_３の液相の生成によ
りＳｉＣ粒子の再配列が起こり、収縮、緻密化が進む。
更に、この後期段階ではＳｉＣ粒子の粒成長が進み微細
組織が形成される。このために、酸化物の厚さが大きい
と強度が低下すると共に、割れが発生しやすくなること
も認められている。

【００２８】請求項７に係わる本発明の摺動材料の製造
方法は、平均粒径が０．００００５から０．０００３ｍ
ｍのＡｌ_２Ｏ_３の微粉末を５から２０重量％に対し、又
は平均粒径が０．００００５から０．０００３ｍｍのＳ
ｉＯ_２の微粉末を５から３５重量％と平均粒径が０．０
０００５から０．０００３ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３の微粉末を
５から２０重量％との混合粉末に対し、平均粒径が０．
０００３から０．００５ｍｍのＳｉＣの微粉末を残部と
して混合したものを成形型内で加圧成形し、次いで成形
体を１２００から１５００℃の大気中で焼結するもので
ある。

【００２９】請求項７に係わる本発明の摺動材料の製造
方法では、平均粒径が０．００００５から０．０００３
ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３の微粉末を５から２０重量％に対し、
又は平均粒径が０．００００５から０．０００３ｍｍの
ＳｉＯ_２の微粉末を５から３５重量％と平均粒径が０．
００００５から０．０００３ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３の微粉末
を５から２０重量％との混合粉末に対し、平均粒径が
０．０００３から０．００５ｍｍのＳｉＣの微粉末を残
部とした主成分の成形体を１５００℃以下、好ましく
は、１５００から１２００℃の大気中で焼結するもので
ある。この結晶組織では、アルミニウムケイ酸塩やシリ
カなどの薄い酸化物がＳｉＣ粒子の外周を囲むように結
合している。ＳｉＣの微細な粒子分布とＡｌ_２Ｏ_３又は
ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物の微細な粒子分布が互い
に補完して微細結晶組織となっているものある。

【００３０】微粉末が主成分とする、この成形体の焼結
は、Ａｌ_２Ｏ_３微粉末とＳｉＯ_３微粉末とからのＳｉＯ
_２−Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物の生成と、ＳｉＣ外周の酸化に
よるＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３微粉末とからのＳｉＯ_２−Ａ
ｌ_２Ｏ_３系酸化物の生成が同時に起こり進行する。

【００３１】この微細組織のＡｌ_２Ｏ_３を添加した焼結
ＳｉＣは、従来の焼結ＳｉＣに比べて高い破壊靭性を有
すると共に、耐疲労能力を発揮する。ＳｉＣ粒子のある
程度の成長は組織を緻密化して破壊靭性能力を高めるこ
とができる。一方、ＳｉＯ_２が本発明の範囲より増加す
ると、強度が低下する傾向がある。それは、ＳｉＯ_２の
増加により単独のトリジマイトやクリストバライトの相
が生成するのが認められるからである。尚、酸化物中に
ＣａＯ、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の酸化物を含
有していても問題になることはない。また、ＳｉＯ_２−
Ａｌ_２Ｏ_３を配合する場合に、Ａｌ_２Ｏ_３の濃度を増加
させたい場合には、ＳｉＯ_２を反対に比例させて少なく
すると良い。又、この焼結は、従来の常圧焼結や反応焼
結に比べて１／１０以下に生産コストを押さえることが
可能になる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる実施の形態
の摺動材料及びその製造方法を詳述する。

【００３３】本発明の摺動材料には、粒子平均径の大き
さが０．０００３から０．００５ｍｍのＳｉＣ粒子を前
記ＳｉＣ粒子径寸法よりも薄い厚さのＡｌ_２Ｏ_３の酸
化物で結合させて互いに補完したものがある。

【００３４】この摺動材では、焼結されたＳｉＣ粒子が
ＳｉＣ粒子の平均径の寸法よりも薄い厚さのＡｌ_２Ｏ_３
の酸化物により覆われたようにして互いに結合されてい
るので、結合力が向上すると考えられる。そして、高い
強靱性が発揮されると共に、耐疲労強度が向上する。し
かも、酸化物であるＡｌ_２Ｏ_３が薄く覆うように形成さ
れているので、粒子境界層からの割れや亀裂が発生する
のを防止して強度が向上するものである。又、酸化物が
Ａｌ_２Ｏ_３のみの場合でも、ＳｉＣの粉末が大気焼成中
に表面の酸化によりＳｉＯ_２となるので、ＳｉＯ_２が形
成されて結合力を高めることができる。この場合、Ｓｉ
Ｏ_２が少ない分Ａｌ_２Ｏ_３の濃度を高くすることができ
るので、Ａｌ_２Ｏ_３による強靱性等の効果が更に向上す
る。

【００３５】更に、この焼結組織進行は、Ａｌ_２Ｏ_３が
焼結の初期の段階では、主としてＡｌ_２Ｏ_３から成る液
相の生成によりＳｉＣ粒子を再配列して収縮し、緻密化
すると考えられる。ＳｉＣの粒成長が低温のために少な
くて残存し、Ａｌ_２Ｏ_３の層を薄く形成させて微細な組
織が形成されるものと認められる。そして、Ｓｉｃ粒子
が薄い層で覆うように結合して行くので、組織が緻密化
するものと考えられる。

【００３６】更に、本発明の摺動材料には、平均粒子径
が０．０００３から０．００５ｍｍのＳｉＣ粒子を前記
ＳｉＣ粒子径の寸法よりも薄い厚さのＳｉＯ_２−Ａｌ_２
Ｏ_３の複合材の酸化物で結合させて互いに組織が補完し
たものがある。

【００３７】この摺動材料は、焼結されたＳｉＣ粒子が
ＳｉＣ粒子の平均径よりも薄いＳｉＯ２−Ａｌ_２Ｏ_３の
酸化物により覆われたようにして結合されているので、
結合力が向上すると認められる。特に、ＳｉＯ_２はＳｉ
Ｃの周囲でＡｌ_２Ｏ_３との境界を高密度化して強度を向
上させると見られる。

【００３８】そして、高い強靱性が発揮されると共に、
耐疲労強度が向上する。しかも、酸化物であるＳｉＯ_２
−Ａｌ_２Ｏ_３がＳｉＣを覆うように結合されているの
で、粒子境界層からの割れや亀裂が発生するのを防止す
るものと認められる。酸化物がＡｌ_２Ｏ_３のみの場合で
も、ＳｉＣの粉末が大気で焼成中に表面の酸化によりＳ
ｉＯ_２となるのでＳｉＯ_２を添加しなくともその効果は
生起する。尚、ＳｉＯ_２を積極的に添加すると、ＳｉＣ
に結合面が高密度化して結合力を高め、強度を向上させ
ると共に、境界層からの割れや亀裂を防止するのであ
る。

【００３９】また、本発明の摺動材料には、ＳｉＯ_２の
配合割合が５から３５重量％であり、Ａｌ_２Ｏ_３の配合
割合が５から２０重量％にしたものもある。

【００４０】この摺動材料では、ＳｉＯ_２の配合割合が
５から３５重量％であり、Ａｌ_２Ｏ _３の配合割合が５か
ら２０重量％であるから、焼結されたＳｉＣ粒子がＳｉ
Ｃ粒子の平均径の寸法よりも薄い厚さのＡｌ_２Ｏ_３の酸
化物により覆われたようにして結合される。このため
に、結合力を向上することが認められる。そして、この
配合割合の範囲内では、高い強靱性が発揮されると共
に、耐疲労強度が向上する。しかも、酸化物であるＡｌ
_２Ｏ_３が薄く覆うように形成されているので、粒子境界
層からの割れや亀裂が発生するのが防止されて強度が向
上する。

【００４１】更に、本発明の摺動材料には、平均粒子径
が０．０００３から０．００５ｍｍのＳｉＣ粒子を前記
ＳｉＣ粒子径の寸法よりも薄い厚さのＳｉＯ_２−Ａｌ_２
Ｏ_３の酸化物で結合されていると共に、粒子平均径が
０．００２から０．０８０ｍｍの金属Ｓｉ粉末又は／及
びＣ粉末を分散させて含有しているものがある。

【００４２】この摺動材料では、焼結されたＳｉＣ粒子
がＳｉＣ粒子の平均径よりも薄いＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３
の酸化物により覆われたようにして結合されているの
で、結合力が向上するものと認められる。又、ＳｉＯ_２
はＳｉＣの周囲に薄く形成されてＡｌ_２Ｏ_３との境界を
高密度化して結合し、強度を向上させているものと認め
られる。

【００４３】そして、高い強靱性が発揮されると共に、
耐疲労強度が向上する。しかも、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３
がＳｉＣを覆うように形成されているので、粒子境界層
からの割れや亀裂が発生しないように防止して強度が向
上する。Ａｌ_２Ｏ_３に酸化物のＳｉＯ_２を積極的に添加
すると、ＳｉＣの結合面が更に高密度化して結合力を高
め、強度を向上させると共に、境界層からの割れや亀裂
を防止すると考えられる。しかし、本発明の添加する範
囲以上にすると強度が低下する傾向にある。尚、ＳｉＯ
_２の添加量の増加につれて単独のトリジマイトやクリス
トバライトの相が焼結過程で発生して強度低下を招く恐
れがあるので設定量が必要である。

【００４４】上述の成分に金属Ｓｉ粉末を添加すると、
摺動面に極めて薄いＳｉＯ_２膜が形成され易くなる。こ
のＳｉＯ_２の膜は、摩擦抵抗を低減するために摺動特性
を向上させる。特に、水中での摺動抵抗が改善される。
又、カーボン粉末を添加すると、個体潤滑剤としての働
きをする。更に、ＳｉＣ粒子と補完して更に結合力を高
める。

【００４５】又、本発明の摺動材料には、金属Ｓｉ粉末
又は／及びＣ粉末の配合割合が２から５０体積％の割合
で均一に含有されているものもある。

【００４６】この摺動材料では、金属Ｓｉ粉末又は／及
びＣ粉末の配合割合が２から５０体積％の割合で均一に
含有されているので、この割合の範囲では、摺動面に極
めて薄いＳｉＯ_２膜が形成され易くなる。このＳｉＯ_２
の膜は、摩擦抵抗を低減するために摺動特性を向上させ
る。特に、水中での摺動抵抗を低減することが認められ
る。又、カーボン粉末を添加すると、固体潤滑剤として
長期に渡り摺動抵抗を低減することが可能になる。特
に、ＳｉＣ粒子と補完して更に結合力を高めると共に、
液体が介在する摺動面に対して低摩擦状態を維持するこ
とが可能になる。

【００４７】更に又、本発明の摺動材料には、酸化物の
結合した厚さは０．０００１から０．００５ｍｍの範囲
にしたものがある。

【００４８】この摺動材料では、Ａｌ_２Ｏ_３などの酸化
物の結合厚さは０．０００１から０．００５ｍｍの範囲
に形成されているものであるが、この結合厚さに形成さ
れていると、焼結の結晶段階では、Ａｌ_２Ｏ_３の液相の
生成によりＳｉＣ粒子の再配列が起こり、収縮、緻密化
が進むものと考えられる。更に、この焼結の後期段階で
はＳｉＣ粒子の粒成長が無く、そのまま残り微細組織が
形成されると考えられる。尚、酸化物の厚さが大きいと
強度が低下すると共に、割れが発生しやすくなる。

【００４９】本発明の摺動材料の製造方法には、平均粒
径が０．００００５から０．０００３ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３
の微粉末を５から２０重量％に対し、又は平均粒径が
０．００００５から０．０００３ｍｍのＳｉＯ_２の微粉
末を５から３５重量％と平均粒径が０．００００５から
０．０００３ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３の微粉末を５から２０重
量％との混合粉末に対し、平均粒径が０．０００３から
０．００５ｍｍのＳｉＣの微粉末を残部として混合した
ものを成形型内で加圧成形し、次いで成形体を１２００
から１５００℃の大気中で焼結したものがある。

【００５０】この摺動材料の製造方法では、ＳｉＯ_２の
微粉末に対し、又はＡｌ_２Ｏ_３の微粉末との混合粉末に
対し、平均粒径が０．０００３から０．００５ｍｍのＳ
ｉＣの微粉末を残部とした主成分の成形体を１５００℃
以下の大気中で焼結するものである。この結晶組織で
は、アルミニウムケイ酸塩やシリカなどの薄い酸化物が
ＳｉＣ粒子の外周を囲むように結合している。ＳｉＣの
微細な粒子分布とＡｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３
系の酸化物の微細な粒子分布が互いに補完して微細結晶
組織となっているものである。

【００５１】微粉末が主成分とするこの成形体の焼結
は、ＳｉＣ粒子はほとんど成長することなく残存し、Ａ
ｌ_２Ｏ_３などの酸化物は、薄い結晶体として結合した相
を形成するものと考えられる。更に、ＳｉＯ_２はＳｉＣ
の外周に薄い皮膜のように結合して結合強度を高めると
共に、摺動面に薄い膜を形成して摺動抵抗が低減するよ
うな働きをするものと考えられる。そして、これらの結
晶は、微細分布として互いに補完し、緻密化と共に強度
を高める。

【００５２】この微細組織のＡｌ_２Ｏ_３を添加した焼結
ＳｉＣは、従来の焼結ＳｉＣに比べて高い破壊靭性を有
すると共に、耐疲労能力を発揮する。又、ＳｉＣ粒子の
ある程度の成長は組織を緻密化して破壊靭性能力を高め
ることができる。一方、ＳｉＯ_２が本発明の範囲より増
加すると、強度が低下する傾向がある。それは、ＳｉＯ
_２の増加により単独のトリジマイトやクリストバライト
の相が生成するのが認められるからである。尚、酸化物
中にＣａＯ、ＴｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の酸化物
を含有していても問題になっていないことが認められ
る。また、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３を配合する場合に、Ａ
ｌ_２Ｏ_３の濃度を増加させたい場合には、Ａｌ_２Ｏ_３に
反比例させて少なくすると良い。又、この方法の焼結
は、従来の常圧焼結や反応焼結に比べて１／１０以下に
生産コストを押さえることが可能になる。

【００５３】

【実施例１】次のものは、本発明に係わる摺動材料の一
実施例の製造方法である。平均粒径が０．０００８ｍｍ
のＳｉＯ_２の微粉末を１３重量％と平均粒径が０．００
０５ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３の微粉末を１５重量％との混合粉
末に対し、平均粒径が０．００１ｍｍのＳｉＣの微粉末
を残部として混合したものに溶剤を添加して混合機によ
りブレンドする。次に、混練したものを成形用顆粒に形
成する。この顆粒粉を乾燥し、この顆粒粉を成形型内に
入れて成型機により２０００Ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で加圧
成形する。次いで、この成形体を１２００℃の温度で大
気中で焼結した。

【００５４】図１は、この摺動材料の摺動面を１００倍
に拡大した光学顕微鏡の写真である。この写真図から明
らかなように、分散粒子ａはＳｉＣである。このＳｉＣ
粒子の周りにＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系の酸化物が介在す
るようにして周囲を固めている。尚、写真の中で黒い
点ｂは、気孔である。この気孔は、成形体の成形圧力が
小さい場合に成形されることが認められる。又、酸化物
の中のやや黒い箇所は微細な気孔である。この程度の気
孔が生じても強度に変化は見られなかった。むしろ、摺
動面としての潤滑作用に寄与する面がある。

【００５５】この摺動材料を加工して試験片に形成し
た。この試験片をビッカース硬さ試験機によりＪＩＳ
Ｚ−２２４４に従って圧痕ｃを与えた。図２は、その状
態を示す写真図である。この試験片の硬度はＨＶ８２０
であった。又、写真図から明らかなように、圧痕ｃの先
端に顕微鏡で見てもクラックは認められない。つまり、
亀裂が発生しない耐強靱能力を有することが認められ
る。

【００５６】次に、この試験片を摺動試験機により摺動
状態を実験した。図５は、この試験片を試験した摺動試
験機の半断面図である。ケーシング１１には、試験液で
ある被密封流体Ｗが入れられるように空室に形成されて
いる。この空室内に一端側が嵌挿された回転軸１３が設
けられている。回転軸１３の一端にはフランジが設けら
れており、このフランジに取り付けられたばね１６を介
して回転密封摺動部品２が弾発に押圧されている。この
回転密封摺動部品２の取付面から被密封流体Ｗが漏洩し
ないようにパッキン３が設けられている。

【００５７】一方、ケーシング１１には、回転密封摺動
部品２に対向する位置に固定密封摺動部品１が設けられ
ている。この固定密封摺動部品１も取付面から被密封流
体Ｗが漏洩しないようにガスケット４が設けられてい
る。この固定密封摺動部品１と回転密封摺動部品２は本
発明の摺動材料を加工して製作したものである。

【００５８】図５の摺動試験機に、本発明の固定密封摺
動部品１と回転密封摺動部品２を取り付けて試験した。
この試験条件は、１）被密封流体・・・水（中摺動）２）摺動面の周速・・・５．０ｍ／ｓ３）摺動時間・・・１００時間４）被密封流体の温度・・・５０℃ ５）摺動面圧・・・０．２ＭＰａである。この実験結果は、平均摩擦係数が０．０８で有り、摩擦
量が両部品とも０．０００５ｍｍである。下記に比較例
１を示すが、この比較例１に対し、耐摩耗性が優れてい
ることが認められる。

【００５９】

【実施例２】実施例１の摺動材料ＳｉＣ−ＳｉＯ_２−Ａ
ｌ_２Ｏ_３の配合に於いて、この複合材１００部に対し、
金属Ｓｉ粉末５部を添加配合して焼結した摺動材料の顕
微鏡写真は図３に示す通りである。この写真で白い結晶
ｄは、金属Ｓｉの結晶である。又、黒い点ｅは、気孔で
ある

【００６０】この実施例２の試験片を図３に示す摺動試
験機で実施例１と同一条件で実施した結果は、平均の摩
擦係数が０．０６であり、実施例１の摩擦係数より低下
していることが認められる。更に、摩耗量が固定密封摺
動部品１は０．０００５ｍｍであり、回転密封摺動部品
２の摩耗量は０．０００３ｍｍであった。この結果か
ら、Ｓｉ粉末の添加量によって、更に摩擦係数や摩耗量
が改善されることが認められる。

【００６１】

【比較例１】比較例の摺動材料は、平均粒径が０．０１
０ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３の微粉末を１８重量％と、平均粒径
が０．０１３ｍｍのＳｉＯ_２の微粉末を８重量％との混
合粉末に対し、平均粒径が０．０２５ｍｍのＳｉＣの微
粉末を残部として混合したものを成形型内で加圧成形
し、次いで成形体を１２００から１５００℃の大気中で
焼結したものである。この焼結条件は実施例１と同一で
ある。

【００６２】この摺動材料の研磨した面を顕微鏡で４０
０倍に拡大した写真が図４に示すものである。この写真
図４に示す圧痕ｃは（５００ｇの圧力）、ビッカース硬
さ試験機で圧痕ｃを与えたものである。この圧痕ｃを調
べるとＳｉＣを含む組織にクラックｆが大きく発生し、
摺動材料として使用するには問題がある。尚、硬度はＨ
Ｖ１２０度である。

【００６３】この摺動材料を試験片に加工して、実施例
と同一の方法で試験した結果は次の通りである。平均の
摩擦係数は、０．０９であり、摩耗量は両部品とも周面
の位置により摩耗量が変化しおり、その摩耗量の範囲
は、０．１００から０．２００ｍｍである。この摩耗量
は、摺動材料として利用するには、大きすぎる。

【００６４】

【発明の効果】本発明に係わる摺動材料によれば、以下
のような効果を奏する。本発明の摺動材料では、焼結さ
れたＳｉＣ粒子がＳｉＣ粒子の平均径の寸法よりも薄い
厚さのＡｌ_２Ｏ_３の酸化物により覆われたようにして結
合されているので、結合力が向上する効果を奏する。そ
して、高い強靱性が発揮されると共に、耐疲労強度が向
上する効果が期待できる。しかも、酸化物であるＡｌ_２
Ｏ_３が薄く覆うように形成されているので、粒子境界層
からの割れや亀裂が発生することが防止されて、強度が
向上する。

【００６５】本発明の摺動材料は、平均粒子径が０．０
００３から０．００５ｍｍのＳｉＣ粒子を前記ＳｉＣ粒
子径の寸法よりも薄い厚さのＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３の
複合材の酸化物で結合させて互いに組織が補完している
ので、ＳｉＯ_２はＳｉＣとＡｌ_２Ｏ_３との境界を高密度
化して強度を向上させる効果が期待できる。そして、高
い強靱性が発揮されると共に、耐疲労強度が向上する効
果を奏する。しかも、酸化物であるＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ
_３がＳｉＣを覆うように結合されているので、粒子境界
層からの割れや亀裂が発生するのを防止して、強度を向
上させる効果が期待できる。特に、この摺動材料に金属
Ｓｉを添加すると摩擦係数が更に低下すると共に、摩耗
量も低減する効果が期待できる。

【００６６】本発明に係わる製造方法は、平均粒子径が
微細な０．０００３から０．００５ｍｍのＳｉＣ粒子に
前記ＳｉＣ粒子径よりも微細なＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３
の粒子を配合して焼結し、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３の複
合材の酸化物で結合させて互いに組織が補完されている
ので、高い強靱性が発揮されると共に、耐疲労強度が向
上する。しかも、酸化物であるＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３が
ＳｉＣを覆うように結合されているので、粒子境界層か
らの割れや亀裂が発生することがなく、強度が向上する
効果を奏する。更に、大気で、しかも、低温で焼結が可
能になるので、従来の焼結に比べて１／１０以下のコス
トで生産することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる摺動材料の摺動面を光学顕微鏡
により１００倍にした写真図である。

【図２】図１に示す摺動材料の摺動面にビッカス硬度試
験機で圧痕を与えて顕微鏡により４００倍に拡大した写
真図である。

【図３】図１に示す摺動材料の成分に更に金属Ｓｉを添
加した摺動材料の顕微鏡により１００倍にした写真図で
ある。

【図４】従来の摺動材料に圧痕を与えた摺動面を顕微鏡
により４００倍に拡大した写真図である。

【図５】摺動材料を試験する摺動試験機の半断面図であ
る。

【符号の説明】

１固定密封摺動部品２回転密封摺動部品３パッキン４ガスケット１１ケーシング１３回転軸１６ばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J011 SD02 SD04 SE02 4G001 BA03 BA04 BA22 BA60 BA62 BB03 BB04 BB22 BB60 BB62 BC13 BC23 BC52 BD12 BD13 BD16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒子平均径の大きさが０．０００３から
０．００５ｍｍのＳｉＣ粒子を前記ＳｉＣ粒子径の寸法
よりも薄い厚さのＡｌ_２Ｏ_３系の酸化物で結合させて
互いに組織が補完していることを特徴とする摺動材料。
【請求項２】粒子平均径の大きさが０．０００３から
０．００５ｍｍのＳｉＣ粒子を前記ＳｉＣ粒子径の寸法
よりも薄い厚さのＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系の酸化物で
結合されて互いに組織が補完していることを特徴とする
摺動材料。
【請求項３】前記ＳｉＯ２の配合割合が５から３５重
量％であり、Ａｌ_２Ｏ_３の配合割合が５から２０重量％
であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
摺動材料。
【請求項４】平均粒子径が０．０００３から０．００
５ｍｍのＳｉＣ粒子を前記ＳｉＣ粒子径の寸法よりも薄
い厚さのＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系の酸化物で結合され
ていると共に粒子平均径が０．００２から０．０８０ｍ
ｍの金属Ｓｉ粉末又は／及びＣ粉末を分散含有している
ことを特徴とする摺動材料。
【請求項５】金属Ｓｉ粉末又は／及びＣ粉末の配合割
合が２から５０体積％の割合で均一に含有されているこ
とを特徴とする請求項４に記載の摺動材料。
【請求項６】前記酸化物の結合厚さは０．０００１か
ら０．００５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項
１又は請求項２又は請求項３又は請求項４又は請求項５
に記載の摺動材料。
【請求項７】平均粒径が０．００００５から０．００
０３ｍｍのＡｌ_２Ｏ _３の微粉末を５から２０重量％に対
し、又は平均粒径が０．００００５から０．０００３ｍ
ｍのＳｉＯ_２の微粉末を５から３５重量％と平均粒径が
０．００００５から０．０００３ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３の微
粉末を５から２０重量％との混合粉末に対し、平均粒径
が０．０００３から０．００５ｍｍのＳｉＣの微粉末を
残部として混合したものを成形型内で加圧成形し、次い
で成形体を１２００から１５００℃の温度で焼結するこ
とを特徴とする摺動材料の製造方法。