JP2005112703A - 低摩擦低摩耗窒化ケイ素基複合材料及びその製造方法 - Google Patents
低摩擦低摩耗窒化ケイ素基複合材料及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005112703A JP2005112703A JP2003371161A JP2003371161A JP2005112703A JP 2005112703 A JP2005112703 A JP 2005112703A JP 2003371161 A JP2003371161 A JP 2003371161A JP 2003371161 A JP2003371161 A JP 2003371161A JP 2005112703 A JP2005112703 A JP 2005112703A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon fiber
- silicon nitride
- composite material
- low
- friction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 128
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 128
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 71
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims abstract 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 32
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 16
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 241000287463 Phalacrocorax Species 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
- Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction
Landscapes
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
【解決手段】 原料として引っ張り弾性率が550GPaを上回り、グラファイト結合含有量が85%を上回る炭素繊維を配合し、混合・粉砕し、炭素繊維を均一に分散させ、次いで、焼結したことを特徴とする、窒化ケイ素−炭素繊維複合材料、その製造方法、及び該複合材料からなる摺動部材。
【効果】 無潤滑下での摩擦係数を0.25以下に維持することができ、また、分散している炭素繊維の引き抜け効果で、材料自体の破壊靭性値が向上し、脆性破壊に起因する摩耗が抑制される窒化ケイ素−炭素繊維複合材料、その製造方法、及び摺動部材を提供することができる。水中下においても、その低摩擦性は発揮され、水中用メカニカルシール等の摺動部材を提供することができる。
【選択図】なし
Description
本発明は、低摩擦性と低摩耗性とが両立しており、無潤滑剤下で使用する場合でも、摩擦係数が小さく、滑り型の摩擦形態のときも、脆化し摩耗することが少ない、即ち、無潤滑剤下でも、充分な低摩擦性(0.25以下)と低摩耗性とが両立している、また、水中においても、従来の窒化ケイ素が大きく摩耗するような摺動条件及び現在利用されている炭化ケイ素セラミックスの摩擦係数変動が大きい摺動条件においても、低摩擦低摩耗を発現する、高破壊靱性の窒化ケイ素系セラミックス複合材料、その製造方法、及び摺動部材を提供することを目的とするものである。
(1)窒化ケイ素を母相として炭素繊維を複合した、低摩擦性、低摩耗性及び高破壊靱性を兼ね備えた窒化ケイ素複合材料であって、原料として引っ張り弾性率が550GPaを上回り、グラファイト結合含有量が85%を上回る炭素繊維を配合し、混合・粉砕し、炭素繊維を均一に分散させ、次いで、焼結したことを特徴とする、窒化ケイ素−炭素繊維複合材料。
(2)炭素繊維の長さが、50〜300μmであることを特徴とする、前記(1)に記載の窒化ケイ素−炭素繊維複合材料。
(3)炭素繊維の配合量が、2.5〜10vol.%であることを特徴とする、前記(1)に記載の窒化ケイ素−炭素繊維複合材料。
(4)窒化ケイ素粉末に、焼結助剤を添加し、引っ張り弾性率が550GPaを上回り、グラファイト結合含有量が85%を上回る炭素繊維を配合し、混合・粉砕し、炭素繊維を均一に分散させ、次いで、焼結することを特徴とする、低摩擦低摩耗窒化ケイ素−炭素繊維複合材料の製造方法。
(5)炭素繊維の長さが50〜300μmであることを特徴とする、前記(4)に記載の複合材料の製造方法。
(6)炭素繊維の配合量が、2.5〜10vol.%であることを特徴とする、前記(4)に記載の複合材料の製造方法。
(7)不活性雰囲気下でホットプレス焼結することを特徴とする、前記(4)に記載の複合材料の製造方法。
(8)前記(4)から(7)のいずれか1項に記載の方法で作製した窒化ケイ素−炭素繊維複合材料からなる、無潤滑剤下で用いることが可能な摺動部材。
(9)前記(1)から(3)のいずれか1項に記載の窒化ケイ素−炭素繊維複合材料からなる、水中下で用いることが可能な摺動部材。
(10)前記(4)から(7)のいずれか1項に記載の方法で作製した窒化ケイ素−炭素繊維複合材料からなる、水中下で用いることが可能な摺動部材。
本発明は、窒化ケイ素を母相とする窒化ケイ素−炭素繊維複合材料、特に、低摩擦係数を有し、低摩耗性である窒化ケイ素−炭素繊維複合材料、その製造方法、及び摺動部材に係るものであり、具体的には、本発明は、窒化ケイ素セラミックス中に、原料として配合するときの引っ張り弾性率が550GPaを上回り、グラファイト結合量が85%を上回る特定の炭素繊維を、短繊維として分散させ、焼結することにより、炭素繊維内のグラファイト結晶構造により、低摩擦性及び高靭性を共存させた、低摩耗性の窒化ケイ素−炭素繊維複合材料を作製することを特徴とするものである。
弾性率の異なる4種類の炭素繊維を、分散用の原料として使用した。その際、炭素繊維の結晶化度(グラファイト率)は、ラマン分光高度計で測定されるラマンシフトピーク積分値により算出した。グラファイト面構造の存在を示す1580cm-1のピークと炭素非晶質構造の度合いを表す1360cm-1のピークにより、それぞれの積分値を算出した後、その総量に対するグラファイト結晶構造の割合を、グラファイト結合含有量として算出した。その割合を表1に示す。
また、得られた焼結体の破壊靭性値及び破壊強度は、それぞれJISR1607及びJISR1601に準じて測定した。
本発明に係る窒化ケイ素−炭素繊維複合材料は、例えば、ボールベアリング及び水中用のメカニカルシール及びチルティングパッドなどの摺動部材の材料として有用である。
Claims (10)
- 窒化ケイ素を母相として炭素繊維を複合した、低摩擦性、低摩耗性及び高破壊靱性を兼ね備えた窒化ケイ素複合材料であって、原料として引っ張り弾性率が550GPaを上回り、グラファイト結合含有量が85%を上回る炭素繊維を配合し、混合・粉砕し、炭素繊維を均一に分散させ、次いで、焼結したことを特徴とする、窒化ケイ素−炭素繊維複合材料。
- 炭素繊維の長さが、50〜300μmであることを特徴とする、請求項1に記載の窒化ケイ素−炭素繊維複合材料。
- 炭素繊維の配合量が、2.5〜10vol.%であることを特徴とする、請求項1に記載の窒化ケイ素−炭素繊維複合材料。
- 窒化ケイ素粉末に、焼結助剤を添加し、引っ張り弾性率が550GPaを上回り、グラファイト結合含有量が85%を上回る炭素繊維を配合し、混合・粉砕し、炭素繊維を均一に分散させ、次いで、焼結することを特徴とする、低摩擦低摩耗窒化ケイ素−炭素繊維複合材料の製造方法。
- 炭素繊維の長さが50〜300μmであることを特徴とする、請求項4に記載の複合材料の製造方法。
- 炭素繊維の配合量が、2.5〜10vol.%であることを特徴とする、請求項4に記載の複合材料の製造方法。
- 不活性雰囲気下でホットプレス焼結することを特徴とする、請求項4に記載の複合材料の製造方法。
- 請求項4から7のいずれか1項に記載の方法で作製した窒化ケイ素−炭素繊維複合材料からなる、無潤滑剤下で用いることが可能な摺動部材。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載の窒化ケイ素−炭素繊維複合材料からなる、水中下で用いることが可能なメカニカルシール等の摺動部材。
- 請求項4から7のいずれか1項に記載の方法で作製した窒化ケイ素−炭素繊維複合材料からなる、水中下で用いることが可能なメカニカルシール等の摺動部材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003371161A JP4644784B2 (ja) | 2003-09-16 | 2003-10-30 | 低摩擦低摩耗窒化ケイ素基複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003323260 | 2003-09-16 | ||
JP2003371161A JP4644784B2 (ja) | 2003-09-16 | 2003-10-30 | 低摩擦低摩耗窒化ケイ素基複合材料及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005112703A true JP2005112703A (ja) | 2005-04-28 |
JP4644784B2 JP4644784B2 (ja) | 2011-03-02 |
Family
ID=34554457
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003371161A Expired - Lifetime JP4644784B2 (ja) | 2003-09-16 | 2003-10-30 | 低摩擦低摩耗窒化ケイ素基複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4644784B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019156010A1 (ja) * | 2018-02-06 | 2019-08-15 | 大塚化学株式会社 | 摺動部材 |
CN114180971A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-15 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种低摩擦系数氮化硅复相陶瓷及其制备方法和应用 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6042279A (ja) * | 1983-08-17 | 1985-03-06 | 九州耐火煉瓦株式会社 | 窒化珪素系複合耐火物 |
JPS6428283A (en) * | 1987-03-16 | 1989-01-30 | Hitachi Ltd | Sintered composite ceramic material and production thereof |
JPH04124066A (ja) * | 1990-09-12 | 1992-04-24 | Nippon Cement Co Ltd | 炭素短繊維複合非酸化物セラミックス焼結体の製造方法 |
JPH05294733A (ja) * | 1991-02-06 | 1993-11-09 | Mitsubishi Kasei Corp | 窒化珪素−炭素繊維複合体およびその製造方法 |
JPH0848576A (ja) * | 1994-03-29 | 1996-02-20 | Euratom | 耐磨耗性複合材料 |
JPH1143372A (ja) * | 1997-07-23 | 1999-02-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ケイ素系セラミックス及びその製造方法 |
WO2003068707A1 (fr) * | 2002-02-14 | 2003-08-21 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Materiau composite carbone renforce a fibre de carbone resistante a l'oxydation, et procede de production dudit materiau |
-
2003
- 2003-10-30 JP JP2003371161A patent/JP4644784B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6042279A (ja) * | 1983-08-17 | 1985-03-06 | 九州耐火煉瓦株式会社 | 窒化珪素系複合耐火物 |
JPS6428283A (en) * | 1987-03-16 | 1989-01-30 | Hitachi Ltd | Sintered composite ceramic material and production thereof |
JPH04124066A (ja) * | 1990-09-12 | 1992-04-24 | Nippon Cement Co Ltd | 炭素短繊維複合非酸化物セラミックス焼結体の製造方法 |
JPH05294733A (ja) * | 1991-02-06 | 1993-11-09 | Mitsubishi Kasei Corp | 窒化珪素−炭素繊維複合体およびその製造方法 |
JPH0848576A (ja) * | 1994-03-29 | 1996-02-20 | Euratom | 耐磨耗性複合材料 |
JPH1143372A (ja) * | 1997-07-23 | 1999-02-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ケイ素系セラミックス及びその製造方法 |
WO2003068707A1 (fr) * | 2002-02-14 | 2003-08-21 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Materiau composite carbone renforce a fibre de carbone resistante a l'oxydation, et procede de production dudit materiau |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019156010A1 (ja) * | 2018-02-06 | 2019-08-15 | 大塚化学株式会社 | 摺動部材 |
CN111655792A (zh) * | 2018-02-06 | 2020-09-11 | 大塚化学株式会社 | 滑动部件 |
CN111655792B (zh) * | 2018-02-06 | 2023-07-25 | 大塚化学株式会社 | 滑动部件 |
CN114180971A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-15 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种低摩擦系数氮化硅复相陶瓷及其制备方法和应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4644784B2 (ja) | 2011-03-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5698740B2 (ja) | ジルコニア−アルミナ・セラミック材料 | |
JP2001328869A (ja) | 耐摩耗性部材およびその製造方法 | |
US7521388B2 (en) | Wear resistant member comprised of silicon nitride and process for producing the same | |
JP5486044B2 (ja) | 窒化ケイ素体及びその製造方法 | |
WO2013035302A1 (ja) | 窒化珪素焼結体とその製造方法、およびそれを用いた耐摩耗性部材とベアリング | |
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 | |
JP2006347850A (ja) | 立方晶窒化硼素焼結体およびその製造方法 | |
WO2014092021A1 (ja) | 窒化珪素焼結体およびそれを用いた摺動部材 | |
JP5404495B2 (ja) | 耐磨耗性部材およびこれを用いた転がり支持装置 | |
JP2010241616A (ja) | 耐衝撃部材およびその製造方法 | |
JP4998458B2 (ja) | セラミック焼結体及びこれを用いた摺動部品、並びに、セラミック焼結体の製造方法 | |
JP4644784B2 (ja) | 低摩擦低摩耗窒化ケイ素基複合材料及びその製造方法 | |
JP5362758B2 (ja) | 耐摩耗性部材 | |
Schulz et al. | Nano Si3N4 composites with improved tribological properties | |
JPH01252586A (ja) | 繊維強化セラミックス | |
KR20060005382A (ko) | 모터식 연료 펌프의 내마모성 베어링 | |
JP2004002067A (ja) | 耐摩耗性部材およびその製造方法 | |
JP4642971B2 (ja) | 窒化ケイ素セラミックス焼結体およびそれを用いた耐摩耗性部材 | |
JP4479142B2 (ja) | ジルコニア質焼結体及びその製造方法 | |
JP3164917B2 (ja) | 低摩擦セラミックス | |
Hyuga et al. | Tribological behavior of a Si3N4/carbon short fiber composite under water lubrication | |
JP2004339587A (ja) | 自己潤滑性硬質材料 | |
JPH1143372A (ja) | 窒化ケイ素系セラミックス及びその製造方法 | |
JP2006265081A (ja) | 自己潤滑性複合材料及びその製造方法 | |
JP5349525B2 (ja) | 転動体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061027 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20061114 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20061114 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090514 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091203 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100201 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100519 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100715 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101027 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4644784 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |