JP2005336364A - 自己潤滑性複合材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】室温から800℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦であり、且つ、コスト及び環境負荷の点でも問題のない自己潤滑性複合材料及びその製造方法を提供する。
【解決手段】Al2 O3 粉末とBaSO4 粉末を50:50の質量比で混合して、その混合物を温度700℃以上1150℃以下、加圧力20MPa以上70MPa以下の条件で加圧焼結した。
【選択図】 なし
【解決手段】Al2 O3 粉末とBaSO4 粉末を50:50の質量比で混合して、その混合物を温度700℃以上1150℃以下、加圧力20MPa以上70MPa以下の条件で加圧焼結した。
【選択図】 なし
Description
本発明は、自己潤滑性複合材料及びその製造方法に関する。
300℃以下の低温環境下(例えば自動車用エンジン)においては、摺動部の低摩擦を実現する潤滑剤として、黒鉛,二硫化モリブデン等の固体潤滑剤や潤滑油が使用されている。
一方、近年においては、エンジンの高効率化等の目的から、航空機用エンジンのような高温で過酷な環境下でも使用可能な潤滑剤及びそのような潤滑剤を含有する自己潤滑性複合材料が求められている。そして、室温から800℃までの温度域において使用可能な固体潤滑剤としては、AgやBaCrO4 等が知られている。
特許第2590444号公報
津谷裕子編集,「固体潤滑ハンドブック」,幸書房,p.456〜459
一方、近年においては、エンジンの高効率化等の目的から、航空機用エンジンのような高温で過酷な環境下でも使用可能な潤滑剤及びそのような潤滑剤を含有する自己潤滑性複合材料が求められている。そして、室温から800℃までの温度域において使用可能な固体潤滑剤としては、AgやBaCrO4 等が知られている。
しかしながら、黒鉛,二硫化モリブデン等の固体潤滑剤や潤滑油は、300℃を超える高温環境下では酸化されて潤滑性能が低下するため使用できない。また、AgやBaCrO4 等は室温から800℃までの温度域において固体潤滑剤として機能するものの、コスト及び環境負荷の点で問題があるため、実用化には至っていない。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、室温から800℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦であり、且つ、コスト及び環境負荷の点でも問題のない自己潤滑性複合材料及びその製造方法を提供することを課題とする。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、室温から800℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦であり、且つ、コスト及び環境負荷の点でも問題のない自己潤滑性複合材料及びその製造方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1の自己潤滑性複合材料は、Al2 O3 とBaSO4 とを含有し、そのAl2 O3 とBaSO4 との質量比が、50:50から80:20までの範囲内であることを特徴とする。
このような構成であれば、高温下における強度及び耐酸化性が優れているため、室温から800℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦(摩擦係数が0.2以上0.3以下)である。また、コスト及び環境負荷の点でも問題がない。
このような構成であれば、高温下における強度及び耐酸化性が優れているため、室温から800℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦(摩擦係数が0.2以上0.3以下)である。また、コスト及び環境負荷の点でも問題がない。
上記のようにBaSO4 の質量比は20以上50以下である必要があるが(すなわち、Al2 O3 の質量比は50以上80以下)、BaSO4 の質量比が20未満であると、潤滑性に寄与するBaSO4 の量が少ないために、摩擦係数が大きくなる場合がある。また、BaSO4 の量が少ないと、緻密な自己潤滑性複合材料を得るために焼結温度を高くする必要が生じて、Al2 O3 とBaSO4 との反応が起こるおそれがある(すなわち、Al2 O3 とBaSO4 との反応が起こらないような焼結温度では、緻密な自己潤滑性複合材料が得られないおそれがある)。
一方、BaSO4 の質量比が50超過であると、強度に寄与するAl2 O3 の量が少ないために、自己潤滑性複合材料の強度が不十分となるおそれがある。また、脆く、割れやすくなるおそれがある。
一方、BaSO4 の質量比が50超過であると、強度に寄与するAl2 O3 の量が少ないために、自己潤滑性複合材料の強度が不十分となるおそれがある。また、脆く、割れやすくなるおそれがある。
また、本発明に係る請求項2の自己潤滑性複合材料は、請求項1に記載の自己潤滑性複合材料において、前記Al2 O3 の粒径は22.5μm以下であることを特徴とする。
このような構成の自己潤滑性複合材料は、緻密さが優れている。Al2 O3 の粒径が22.5μm超過であると、焼結による製造時に焼結性が不十分となるため、緻密な自己潤滑性複合材料が得られにくい。
さらに、本発明に係る請求項3の自己潤滑性複合材料の製造方法は、50:50から80:20までの範囲内の質量比でAl2 O3 粉末とBaSO4 粉末を混合し、その混合物を含む原料粉末を、温度700℃以上1150℃以下、加圧力20MPa以上70MPa以下の条件で加圧焼結することを特徴とする。
このような構成の自己潤滑性複合材料は、緻密さが優れている。Al2 O3 の粒径が22.5μm超過であると、焼結による製造時に焼結性が不十分となるため、緻密な自己潤滑性複合材料が得られにくい。
さらに、本発明に係る請求項3の自己潤滑性複合材料の製造方法は、50:50から80:20までの範囲内の質量比でAl2 O3 粉末とBaSO4 粉末を混合し、その混合物を含む原料粉末を、温度700℃以上1150℃以下、加圧力20MPa以上70MPa以下の条件で加圧焼結することを特徴とする。
このような製造方法によれば、高温下における強度及び耐酸化性が優れ、室温から800℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦(摩擦係数が0.2以上0.3以下)である自己潤滑性複合材料を製造することができる。焼結温度が700℃未満であると、緻密な自己潤滑性複合材料が得られにくく、1150℃超過であると、Al2 O3 とBaSO4 との反応が起こるおそれがある。また、加圧力が20MPa未満であると、焼結が十分に進行しないおそれがあり、70MPa超過であると、焼結に用いる型(例えば黒鉛製の型)が壊れてしまうおそれがある。
本発明の自己潤滑性複合材料は、室温から800℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦であり、且つ、コスト及び環境負荷の点でも問題がない。また、本発明の自己潤滑性複合材料の製造方法は、前述のような自己潤滑性複合材料を製造することができる。
本発明に係る自己潤滑性複合材料及びその製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
Al2 O3 粉末とBaSO4 粉末を50:50の質量比で混合して、その混合物(原料粉末)を例えば黒鉛製の型に充填し、温度700℃以上1150℃以下、加圧力20MPa以上70MPa以下の条件で加圧焼結した。すると、高温下における強度及び耐酸化性が優れるAl2 O3 をマトリックス相とし、潤滑性を有するBaSO4 を分散相とする自己潤滑性複合材料が得られた。
Al2 O3 粉末とBaSO4 粉末を50:50の質量比で混合して、その混合物(原料粉末)を例えば黒鉛製の型に充填し、温度700℃以上1150℃以下、加圧力20MPa以上70MPa以下の条件で加圧焼結した。すると、高温下における強度及び耐酸化性が優れるAl2 O3 をマトリックス相とし、潤滑性を有するBaSO4 を分散相とする自己潤滑性複合材料が得られた。
このような自己潤滑性複合材料は、室温から800℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦(摩擦係数が0.2以上0.3以下)である。また、コスト及び環境負荷の点でも問題がない。よって、このような自己潤滑性複合材料で摺動面を構成すれば、自己潤滑性複合材料からBaSO4 が固体潤滑剤として摺動面に供給されるため、摺動面は低摩擦となる。
なお、Al2 O3 とBaSO4 との質量比(Al2 O3 :BaSO4 )は、上記の例に限定されるものではなく、50:50から80:20までの範囲内であれば差し支えない。また、Al2 O3 粉末の粒径は、22.5μm以下であることが好ましい。さらに、本発明の目的を損なわないならば、Al2 O3 及びBaSO4 以外の成分を混合して焼結し、自己潤滑性複合材料を製造してもよい。
Al2 O3 粉末とBaSO4 粉末の混合粉末(質量比は50:50)を加圧焼結した際のストローク変位の例を、図1に示す。なお、このときの加圧力は40MPaであり、真空度10Paの真空下で加圧焼結を行った。図1から分かるように、温度上昇と共にストローク変位が起こり、700℃以上では一定値となっている。この結果から、自己潤滑性複合材料の緻密化が700℃で完了することが分かる。
次に、得られた自己潤滑性複合材料のX線回折パターンを、図2に示す。この自己潤滑
性複合材料は、Al2 O3 とBaSO4 との質量比が50:50であり、焼結温度1150℃、加圧力40MPaという条件で焼結されたものである。図2から分かるように、検出されたピークは、Al2 O3 のピークとBaSO4 のピークのみであり、Al2 O3 とBaSO4 の反応生成物のピークは認められなかった。このことから、自己潤滑性複合材料は、Al2 O3 とBaSO4 のみから構成されていることが確認された。
性複合材料は、Al2 O3 とBaSO4 との質量比が50:50であり、焼結温度1150℃、加圧力40MPaという条件で焼結されたものである。図2から分かるように、検出されたピークは、Al2 O3 のピークとBaSO4 のピークのみであり、Al2 O3 とBaSO4 の反応生成物のピークは認められなかった。このことから、自己潤滑性複合材料は、Al2 O3 とBaSO4 のみから構成されていることが確認された。
次に、図2において用いたものと同様の自己潤滑性複合材料について、ボールオンディスク法の往復摺動形式で摩擦試験を行い、室温から800℃までの温度域における摩擦係数を測定した。なお、往復摺動運動の条件は、荷重9.8N、振幅10mm、振動数1Hzである。また、相手材は、直径9.53mmのAl2 O3 製のボール(Al2 O3 の純度は99%、光洋精工株式会社製)である。
結果を図3に示す。なお、比較例として、粒径0.1μmのAl2 O3 粉末を加圧焼結(焼結温度1673℃、加圧力40MPa、保持時間5分)した比較材についても同様の摩擦試験を行い、その結果を図3に合わせて示す。図3から分かるように、自己潤滑性複合材料の摩擦係数は、室温から800℃までの温度域において、比較材よりも大幅に小さな値であった。この結果から、BaSO4 が固体潤滑剤として機能していることが分かる。
本発明の自己潤滑性複合材料は、黒鉛等の固体潤滑剤や潤滑油が使用できない過酷な条件下(例えば、大気中高温下)においても、摺動材料として好適に使用可能であり、特に、航空機用エンジン等に使用されるセラミックス製軸受の保持器等の素材として好適である。
Claims (3)
- Al2 O3 とBaSO4 とを含有し、そのAl2 O3 とBaSO4 との質量比が、50:50から80:20までの範囲内であることを特徴とする自己潤滑性複合材料。
- 前記Al2 O3 の粒径は22.5μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の自己潤滑性複合材料。
- 50:50から80:20までの範囲内の質量比でAl2 O3 粉末とBaSO4 粉末を混合し、その混合物を含む原料粉末を、温度700℃以上1150℃以下、加圧力20MPa以上70MPa以下の条件で加圧焼結することを特徴とする自己潤滑性複合材料の製造方法。
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JP2004158500A JP2005336364A (ja) | 2004-05-28 | 2004-05-28 | 自己潤滑性複合材料及びその製造方法 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101898890A (zh) * | 2010-04-13 | 2010-12-01 | 刘先兵 | 一种半导体设备用氧化铝陶瓷及制备工艺 |
JP2019043989A (ja) * | 2017-08-30 | 2019-03-22 | スギムラ化学工業株式会社 | プランジャー潤滑剤組成物 |
CN114933478A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-23 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种高硬自润滑单相高熵陶瓷材料及其制备方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1053455A (ja) * | 1996-08-05 | 1998-02-24 | Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk | セラミツクス摺動部材 |
-
2004
- 2004-05-28 JP JP2004158500A patent/JP2005336364A/ja active Pending
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