JP2007223890A - Silicon carbide sintered compact, sliding member and mechanical seal ring each using the same, and mechanical seal - Google Patents

Silicon carbide sintered compact, sliding member and mechanical seal ring each using the same, and mechanical seal Download PDF

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Yuusaku Ishimine
裕作 石峯
Kazuaki Takigawa
和明 瀧川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein because the shape of the open pores on the surface of a silicon carbide sintered compact is not specified, it is difficult to adjust the extent to which a lubricating fluid is supplied according their shape when the compact is used as a sliding member using the lubricating fluid. <P>SOLUTION: The sintered compact is a silicon carbide sintered compact having pores open to the surface, wherein at least one aspherical open pore having a minor diameter/major diameter ratio of 0.2 to 0.8 exists in a region confined by an arbitrary 20 μm diameter circle on the surface, provided that the major diameter is the intervertex diameter of the circumscribed circle of the open pore, and the minor diameter is a segment line between the points at which a line which passes the midpoint of the major diameter and rectangularly crosses it crosses the circumference of the open pore. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は炭化けい素質焼結体、この炭化けい素質焼結体を摺動部材、特に、自動車冷却水ポンプ、冷凍機等の軸封装置に用いられるメカニカルシールリングさらにこのメカニカルシールリングを備えたメカニカルシールに関する。   The present invention includes a silicon carbide sintered body, a mechanical seal ring used for a shaft sealing device such as an automobile cooling water pump, a refrigerator, and the like, and the mechanical seal ring. Regarding mechanical seals.

セラミック焼結体を用いた摺動部材はその耐摩耗性を利用して、例えば流体機器のメカニカルシールに用いられるメカニカルシールリングに応用されている。メカニカルシールは、流体の完全密封を目的として、各種機械の回転部に用いられる軸封装置の一つであり、メカニカルシールリングは各種機械の回転部に摺接して、摺動面の摩耗に従い軸方向に動くことができる回転リングと動かない固定リングとからなり、回転する軸にほぼ垂直な端面において、流体の漏れを制限する働きをするものである。   A sliding member using a ceramic sintered body is applied to, for example, a mechanical seal ring used for a mechanical seal of a fluid device by utilizing its wear resistance. The mechanical seal is one of the shaft seal devices used in the rotating parts of various machines for the purpose of completely sealing the fluid, and the mechanical seal ring is in sliding contact with the rotating parts of the various machines, and the shaft follows the wear of the sliding surface. It consists of a rotating ring that can move in the direction and a stationary ring that does not move, and functions to limit fluid leakage at the end face substantially perpendicular to the axis of rotation.

図4は従来のメカニカルシールリングを用いたメカニカルシールの一例を示す部分断面図である。このメカニカルシールは、環状体である固定リング22aの摺動面21a上で、凸状部を有する環状体である回転リング22bの摺動面21bを摺動させてシール作用を及ぼすメカニカルシールリング22を用いた装置である。メカニカルシールリング22は、駆動機構(不図示)による駆動力を伝達させる回転軸23と、この回転軸23を回転可動に支承するケーシング24との間に取り付けられ、固定リング22aと回転リング22bとの互いの摺動面21a,21bが回転軸23に対して垂直面を形成するように設置されている。   FIG. 4 is a partial sectional view showing an example of a mechanical seal using a conventional mechanical seal ring. This mechanical seal has a mechanical seal ring 22 that exerts a sealing action by sliding a sliding surface 21b of a rotating ring 22b that is an annular body having a convex portion on a sliding surface 21a of a fixed ring 22a that is an annular body. It is a device using. The mechanical seal ring 22 is attached between a rotating shaft 23 that transmits a driving force by a driving mechanism (not shown) and a casing 24 that rotatably supports the rotating shaft 23, and a fixed ring 22a and a rotating ring 22b. The mutual sliding surfaces 21 a and 21 b are installed so as to form a vertical surface with respect to the rotating shaft 23.

そして、回転リング22bはパッキング26によって緩衝的に支持され、このパッキング26の回転リング22bと相対する側には回転軸23を巻回するようにコイルスプリング29が設置され、このコイルスプリング29の弾発力(予め設定されたコイルスプリングの力)により、パッキング26を押圧することによって、回転リング22bの摺動面21bが固定リング22aの摺動面21aに押圧されて摺動するようにしてある。   The rotating ring 22b is supported in a cushioning manner by the packing 26, and a coil spring 29 is installed on the side of the packing 26 opposite to the rotating ring 22b so as to wind the rotating shaft 23. By pressing the packing 26 with the force (predetermined force of the coil spring), the sliding surface 21b of the rotating ring 22b is pressed against the sliding surface 21a of the fixed ring 22a to slide. .

また、コイルスプリング29がパッキング26を押圧する側と相対する側には、カラー28がセットスクリュー27により回転軸23に固定され、コイルスプリング29のストッパーとして設置されている。一方、回転リング22bの摺動面21bと摺動面21aを介して接する固定リング22aは緩衝ゴム25によって支持されており、緩衝ゴム25はこの軸封装置の外枠となるケーシング24の内側に取り付けられて固定リング22aを支持するようにしてある。   A collar 28 is fixed to the rotating shaft 23 by a set screw 27 on the side opposite to the side where the coil spring 29 presses the packing 26, and is installed as a stopper of the coil spring 29. On the other hand, the fixed ring 22a that is in contact with the sliding surface 21b of the rotating ring 22b via the sliding surface 21a is supported by a shock absorbing rubber 25, and the shock absorbing rubber 25 is located inside the casing 24 that is an outer frame of the shaft seal device. It is attached and supports the fixing ring 22a.

そして、回転軸23が回転するとカラー28がともに回転し、コイルスプリング29の弾発力によって押圧されるパッキング26と、このパッキング26によって支持されている回転リング22bの摺動面21bとが押圧されながら回転することによって、固定リング22aの摺動面21aとの間でシール作用が働くようにしてある。このようなメカニカルシールを流体機器(不図示)に取り付ける場合には、メカニカルシールリング22に対してカラー28の側の延長上に、流体機器が配置されるように取り付けて用いられる。   When the rotating shaft 23 rotates, the collar 28 rotates together, and the packing 26 pressed by the elastic force of the coil spring 29 and the sliding surface 21b of the rotating ring 22b supported by the packing 26 are pressed. By rotating while rotating, the sealing action is performed between the fixed ring 22a and the sliding surface 21a. When such a mechanical seal is attached to a fluid device (not shown), it is used by being attached so that the fluid device is disposed on the extension of the collar 28 side with respect to the mechanical seal ring 22.

このとき、流体機器に用いられている流体は、ケーシング24で囲まれた内部にまで侵入するが、パッキング26と回転軸23との間に設けられたOリング30によるシール作用と、メカニカルシールリング22の摺動面21a,21bのシール作用によって、流体が軸封装置より外部に漏洩することを防止している。なお、このときメカニカルシールによって密封された流体を密封流体31と称し、その一部がメカニカルシールリング22の摺動面21a,21bの間に入り込み潤滑液として作用するので、摩擦係数を低くし優れた摺動特性を得ることができる。   At this time, the fluid used in the fluid device penetrates to the inside surrounded by the casing 24, but the sealing action by the O-ring 30 provided between the packing 26 and the rotating shaft 23, and the mechanical seal ring The fluid is prevented from leaking outside from the shaft seal device by the sealing action of the 22 sliding surfaces 21a and 21b. At this time, the fluid sealed by the mechanical seal is referred to as a sealing fluid 31, and a part of the fluid enters between the sliding surfaces 21a and 21b of the mechanical seal ring 22 and acts as a lubricating liquid. Sliding characteristics can be obtained.

そして、このメカニカルシールリング22に用いられる部材は、カーボン材、超硬合金、炭化けい素質焼結体、アルミナ質焼結体が主として用いられ、近年では高硬度で高耐食性を有し、摺動時の摩擦係数が小さく平滑性も優れた多孔質炭化けい素質焼結体が多用されている。従来のメカニカルシールリング等の摺動部材用の多孔質炭化けい素質焼結体としては、次のようなものが開示されている。   The members used for the mechanical seal ring 22 are mainly carbon materials, cemented carbides, silicon carbide sintered bodies, and alumina sintered bodies. In recent years, they have high hardness and high corrosion resistance, and sliding Porous silicon carbide sintered bodies having a low friction coefficient and excellent smoothness are often used. As a conventional porous silicon carbide sintered body for a sliding member such as a mechanical seal ring, the following is disclosed.

例えば、特許文献1には、平均気孔径が0.5〜10μmである気孔を2〜18体積%の気孔率で有する炭化けい素質焼結体が記載され、この炭化けい素質焼結体の製造方法は、先ず、炭化けい素粉末に焼結助剤を混合、造粒して、粒径0.3〜0.6μmの炭化けい素粉末を造粒して得られる平均粒径80μmの顆粒Aと、粒径5〜9μmの炭化けい素粉末を造粒して得られる、同じく平均粒径80μmの顆粒Bを作製、混合する。前記顆粒Aと顆粒Bとは同一粒径でありながら、構成する炭化けい素粉末の粒径が異なることから、顆粒Aは空隙の多い粗な顆粒、顆粒Bは空隙の少ない緻密な顆粒である。次に、顆粒Aと顆粒Bを混合し、加圧成形して成形体を得た後、この成形体をアルゴン雰囲気中、温度2050℃で2時間焼成して、上記炭化けい素質焼結体が得られる。   For example, Patent Document 1 describes a silicon carbide sintered body having pores having an average pore diameter of 0.5 to 10 μm at a porosity of 2 to 18% by volume, and the production of this silicon carbide sintered body is described. First, a granule A having an average particle size of 80 μm obtained by mixing and granulating a sintering aid with silicon carbide powder and granulating silicon carbide powder having a particle size of 0.3 to 0.6 μm. Then, granules B having an average particle diameter of 80 μm, which are obtained by granulating silicon carbide powder having a particle diameter of 5 to 9 μm, are prepared and mixed. Since the granule A and the granule B have the same particle size, but the particle size of the silicon carbide powder constituting the granule A is different, the granule A is a coarse granule having many voids, and the granule B is a dense granule having few voids. . Next, granule A and granule B are mixed and pressure-molded to obtain a molded body, and then the molded body is fired in an argon atmosphere at a temperature of 2050 ° C. for 2 hours to obtain the silicon carbide sintered body. can get.

特許文献2には、平均気孔径10〜40μmの独立気孔を気孔率として3〜13体積%含有する炭化けい素質焼結体が記載され、この炭化けい素質焼結体の製造方法は、調合した原料に乳化重合によるポリスチレンビーズ、球状澱粉分、バルブ質球体等の球状の気孔形成剤を添加した後、脱脂工程中で気孔形成剤を分解、昇華させ、アルゴン雰囲気中、温度2050℃で焼成するものである。   Patent Document 2 describes a silicon carbide sintered body containing 3 to 13% by volume of independent pores having an average pore diameter of 10 to 40 μm as a porosity, and a method for producing this silicon carbide sintered body was prepared. After adding spherical pore-forming agents such as polystyrene beads by emulsion polymerization, spherical starch, bulbous spheres, etc. to the raw material, the pore-forming agent is decomposed and sublimated in the degreasing process, and baked at a temperature of 2050 ° C. in an argon atmosphere. Is.

特許文献3には、気孔率が2〜12体積%、平均気孔径50〜500μmの気孔を有し、該気孔は、略球状であるとともに、焼結体中に均一に分布する炭化けい素質焼結体が記載され、この炭化けい素質焼結体の製造方法は、炭化けい素粉末75〜95質量%、硼素、炭化硼素、アルミニウム、窒化アルミニウム等の焼結助剤0.3〜3質量%、フェノール樹脂、コールタールピッチ等の炭素源0.3〜20質量%、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂等の結合剤1.2〜5質量%、架橋性のアクリル樹脂、ビニル樹脂等の気孔形成剤0.5〜7質量%からなる混合物を加圧成形して成形体を得た後、この成形体をアルゴン、ヘリウム、ネオン等の不活性ガス雰囲気中、温度2060〜2200℃で焼成するものである。   Patent Document 3 has pores having a porosity of 2 to 12% by volume and an average pore diameter of 50 to 500 μm, and the pores are substantially spherical and are uniformly distributed in the sintered body. A sintered body is described, and the method for producing the sintered body of silicon carbide comprises 75 to 95% by mass of silicon carbide powder, 0.3 to 3% by mass of a sintering aid such as boron, boron carbide, aluminum, and aluminum nitride. , Carbon sources such as phenol resin and coal tar pitch 0.3 to 20% by mass, binders such as polyvinyl alcohol and acrylic resin 1.2 to 5% by mass, pore forming agents such as crosslinkable acrylic resin and vinyl resin 0 After pressing the mixture of 5 to 7% by mass to obtain a molded body, the molded body is fired at a temperature of 2060 to 2200 ° C. in an inert gas atmosphere such as argon, helium and neon. .

特許文献4には、気孔率が4〜18体積%であって、平均気孔径が60〜200μmの気孔を有し、該気孔は密閉されるとともに、該気孔の形状が球状である炭化けい素質焼結体が記載され、この炭化けい素質焼結体の製造方法は、調合した原料にポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド等の気孔形成剤を添加した後、脱脂工程中で気孔形成剤を分解、昇華させ、アルゴン雰囲気中、温度2070℃で焼成するものである。   Patent Document 4 discloses a silicon carbide having a porosity of 4 to 18% by volume, an average pore diameter of 60 to 200 μm, the pores being sealed, and the pores having a spherical shape. A sintered body is described, and a method for producing this silicon carbide sintered body is to add a pore forming agent such as polystyrene, polymethyl methacrylate, polyamide or the like to the prepared raw material, and then decompose the pore forming agent in the degreasing step. Sublimation and firing at a temperature of 2070 ° C. in an argon atmosphere.

非特許文献1には、その表1に相対密度が90〜92%の多孔質炭化けい素質焼結体の熱衝撃抵抗係数Rおよび熱伝導率が開示されている。
特開平9−132478号公報 特開平2−55273号公報 特開平7−33550号公報 特開平4−331782号公報 Journal of American Society of Lubrication Engineers, Forms of Silicon Carbide and Their Effects on Seal Performance, volume 40[6],356-363(June 1984)
Non-Patent Document 1 discloses thermal shock resistance coefficient R and thermal conductivity of a porous silicon carbide sintered body having a relative density of 90 to 92% in Table 1.
JP-A-9-132478 JP-A-2-55273 JP-A-7-33550 Japanese Patent Laid-Open No. 4-331784 Journal of American Society of Lubrication Engineers, Forms of Silicon Carbide and Their Effects on Seal Performance, volume 40 [6], 356-363 (June 1984)

しかしながら、特許文献1の炭化けい素質焼結体は、その製造方法において顆粒Aは空隙の多い粗な顆粒、顆粒Bは空隙の少ない緻密な顆粒を用いているため、焼成後には、開気孔の形状は顆粒A、顆粒B間で歪みを生じやすく、摺動部材として用いた際に使用する、開気孔内に保持された潤滑液は、繰り返しの摺動時の適度に摺動面に流出させにくいため、摺動特性が低いものとなってしまう。また、顆粒A、Bにより発生した歪みの間を伝搬するクラックが生じやすく、焼結体の強度が低下しやすいという問題があった。   However, since the silicon carbide sintered body of Patent Document 1 uses a coarse granule with many voids and a dense granule with few voids in the production method, open-pores are not used after firing. The shape tends to cause distortion between the granule A and the granule B, and the lubricating liquid retained in the open pores used when used as a sliding member is appropriately drained to the sliding surface during repeated sliding. Since it is difficult, the sliding characteristics will be low. In addition, there is a problem that cracks propagating between strains generated by the granules A and B are likely to occur, and the strength of the sintered body is likely to be reduced.

特許文献2の炭化けい素質焼結体は、乳化重合させたポリスチレンビーズ、球状澱粉分、バルブ質球体等、圧縮強度が高く、加圧成形後に弾性回復しやすい気孔形成剤をそのまま添加しているため、加圧成形後の弾性回復時や脱脂時に気孔を起点としたマイクロクラックが発生しやすいという問題があった。   The silicon carbide sintered body of Patent Document 2 is directly added with a pore-forming agent having high compressive strength and easily recovering elastically after pressure molding, such as emulsion-polymerized polystyrene beads, spherical starch content, and valve spheres. Therefore, there has been a problem that microcracks starting from pores are likely to occur during elastic recovery after pressure molding or degreasing.

特許文献3の炭化けい素質焼結体は、架橋性のアクリル樹脂、ビニル樹脂等の気孔形成剤をそのまま添加しているため、特許文献2の炭化けい素質焼結体と同様、加圧成形後の弾性回復時や脱脂時に気孔を起点としたマイクロクラックが発生しやすいという問題があった。さらに、この気孔はその平均気孔径が50〜500μmと比較的大きいことから、摺動開始時に瞬間的に高温の摩擦熱が発生して、熱衝撃を受けやすい過酷な使用状況下で用いられるメカニカルシールリングに適用するには、強度が不足するという問題があった。   Since the silicon carbide sintered body of Patent Document 3 has a pore forming agent such as a crosslinkable acrylic resin or vinyl resin added as it is, after the pressure forming, as with the silicon carbide sintered body of Patent Document 2. There was a problem that microcracks starting from the pores were likely to occur during recovery of elasticity and degreasing. Furthermore, since these pores have a relatively large average pore diameter of 50 to 500 μm, mechanical frictional heat generated instantaneously at the start of sliding is used under severe usage conditions that are susceptible to thermal shock. When applied to a seal ring, there was a problem of insufficient strength.

特許文献4の炭化けい素質焼結体は、気孔が密閉されていることで、シール性に優れているものの、その一方で、摺動面に良好な液体潤滑膜が形成されにくく、摺動特性を高めることができないという問題があった。さらに、前記気孔はその平均気孔径が60〜200μmと比較的大きいことから、上述のような過酷な使用状況下に用いられるメカニカルシールリングに適用するには、強度が不足するという問題があった。   Although the silicon carbide sintered body of Patent Document 4 has excellent sealing properties because the pores are sealed, on the other hand, it is difficult to form a good liquid lubricant film on the sliding surface, and the sliding characteristics There was a problem that could not be raised. Further, since the average pore diameter of the pores is relatively large as 60 to 200 μm, there is a problem that the strength is insufficient to be applied to the mechanical seal ring used under the above severe use conditions. .

特許文献2〜4で提案された炭化けい素質焼結体は、摺動部材として用いた際の摺動性を高めるために気孔形成剤を添加しているが、得られた焼結体の表面の開気孔の形状が規定されていないため、潤滑液を用いた摺動部材として使用する際、開気孔の形状に起因する潤滑液の流出の度合いを調整することは困難であった。   In the silicon carbide sintered body proposed in Patent Documents 2 to 4, a pore-forming agent is added to improve the slidability when used as a sliding member, but the surface of the obtained sintered body Since the shape of the open pores is not defined, it is difficult to adjust the degree of the outflow of the lubricant due to the shape of the open pores when used as a sliding member using a lubricant.

また、特許文献1〜4で提案された炭化けい素質焼結体は、強度が低く、強度による影響を強く受ける熱衝撃抵抗係数R’も決して高いものではなかった。その結果、摺動開始時に瞬間的に高温の摩擦熱が発生して、熱衝撃を受けやすい過酷な使用状況下で用いられるメカニカルシールリングに適用するには、耐熱衝撃性が不足するという問題を解決できるものではなかった。   Further, the silicon carbide sintered bodies proposed in Patent Documents 1 to 4 have low strength, and the thermal shock resistance coefficient R ′ that is strongly influenced by the strength is never high. As a result, high-temperature frictional heat is instantaneously generated at the start of sliding, and there is a problem that the thermal shock resistance is insufficient to be applied to a mechanical seal ring used under severe usage conditions that are susceptible to thermal shock. It couldn't be solved.

一方、非特許文献1の表1で開示されている相対密度90〜92%の多孔質炭化けい素質焼結体の熱衝撃抵抗係数Rおよび熱伝導率より熱衝撃抵抗係数R’を計算すると、その値は28842W/mである。耐熱衝撃性をある程度考慮したものであることは伺えるものの、上述のような過酷な使用状況下で用いられるメカニカルシールリングに適用するには、十分とは言えなかった。   On the other hand, when calculating the thermal shock resistance coefficient R ′ from the thermal shock resistance coefficient R and the thermal conductivity of the porous silicon carbide sintered body having a relative density of 90 to 92% disclosed in Table 1 of Non-Patent Document 1, Its value is 28842 W / m. Although it can be said that the thermal shock resistance is considered to some extent, it cannot be said that it is sufficient for application to the mechanical seal ring used under the above severe use conditions.

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は摺動特性に優れるとともに耐熱衝撃性に優れたメカニカルシールリング等の摺動部材に用いられる炭化けい素質焼結体を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to provide a silicon carbide sintered body used for a sliding member such as a mechanical seal ring having excellent sliding characteristics and excellent thermal shock resistance. There is to do.

本発明は、表面に開口する開気孔を有する炭化けい素質焼結体であって、その表面における任意の直径20μmの円内の領域に、前記開気孔の外接円の直径を長径とし、該長径に直交するとともに、前記長径の中点を通過する直線と前記開気孔とが交わる直線を短径としたとき、前記長径に対する前記短径の比が0.2以上0.8以下である非球形開気孔を一つ以上有することを特徴とする。   The present invention is a silicon carbide sintered body having open pores opened on the surface, wherein the diameter of the circumscribed circle of the open pores is a major axis in a region within a circle having a diameter of 20 μm on the surface, and the major axis The ratio of the short diameter to the long diameter is 0.2 or more and 0.8 or less when a straight line intersecting the straight line passing through the midpoint of the long diameter and the open pore is a short diameter. It has one or more open pores.

前記非球形開気孔の長径は、1μm以上20μm以下であることを特徴とする。   The major axis of the non-spherical open pore is 1 μm or more and 20 μm or less.

前記非球形開気孔の短径は、1μm以上10μm以下であることを特徴とする。   The minor diameter of the non-spherical open pore is 1 μm or more and 10 μm or less.

前記非球形開気孔は、平均直径10μm以上150μm以下の3次元網目状に分散していることを特徴とする。   The non-spherical open pores are dispersed in a three-dimensional network having an average diameter of 10 μm to 150 μm.

前記表面に開口する全開気孔の個数100%に対する前記非球形開気孔の個数割合は、80%以上であることを特徴とする。   The ratio of the number of the non-spherical open pores to the number of all open pores 100% opened on the surface is 80% or more.

前記表面の面積100%に対する前記表面に開口する全開気孔の面積占有率は、5%以上12%以下であることを特徴とする。   The area occupancy ratio of all open pores opening on the surface with respect to 100% of the surface area is 5% or more and 12% or less.

前記表面における前記全開気孔の分布密度は、2.5×10個/mm以上12.5×10個/mm以下であることを特徴とする。 The distribution density of all the open pores on the surface is 2.5 × 10 4 pieces / mm 2 or more and 12.5 × 10 4 pieces / mm 2 or less.

本発明の炭化けい素質焼結体は、以下の式(2)で規定される熱衝撃抵抗係数R’が29000W/m以上であることを特徴とする。   The silicon carbide sintered body of the present invention is characterized in that the thermal shock resistance coefficient R ′ defined by the following formula (2) is 29000 W / m or more.

R=S・(1−ν)/(E・α) ・・・(1)
但し S:3点曲げ強度(Pa)
ν:ポアソン比
E:ヤング率(Pa)
α:40〜400℃における熱膨張係数(×10−6/K)
R’=R・k ・・・(2)
但し k:熱伝導率(W/(m・K))
本発明の摺動部材は、これら炭化けい素質焼結体を少なくとも摺動面に用いたことを特徴とする。
R = S · (1−ν) / (E · α) (1)
S: Three-point bending strength (Pa)
ν: Poisson's ratio E: Young's modulus (Pa)
α: Thermal expansion coefficient at 40 to 400 ° C. (× 10 −6 / K)
R ′ = R · k (2)
Where k: thermal conductivity (W / (m · K))
The sliding member of the present invention is characterized in that these silicon carbide sintered bodies are used at least on the sliding surface.

本発明のメカニカルシールリングは、潤滑液を介して互いの摺動面を当接し摺動させる固定リングと回転リングとを備え、前記固定リングおよび回転リングの少なくとも一方を前記摺動部材からなることを特徴とする。   The mechanical seal ring of the present invention includes a fixed ring and a rotating ring that contact and slide each other sliding surfaces via a lubricating liquid, and at least one of the fixed ring and the rotating ring is made of the sliding member. It is characterized by.

さらに、本発明のメカニカルシールは、メカニカルシールリングを備えたことを特徴とする。   Furthermore, the mechanical seal of the present invention includes a mechanical seal ring.

本発明の炭化けい素質焼結体は、表面における任意の直径20μmの円内の領域に、前記長径に対する前記短径の比が0.2以上0.9以下である非球形開気孔を一つ以上有することから、摺動部材として用いた際にこの非球形開気孔内に潤滑液を保持しやすく、また保持された潤滑液は摺動面に瞬時に流出せず、徐々に供給されるため、長期間高い摺動特性を維持することができる。   The silicon carbide sintered body of the present invention has one non-spherical open pore in which the ratio of the minor axis to the major axis is 0.2 or more and 0.9 or less in a region within an arbitrary circle having a diameter of 20 μm on the surface. Since it has the above, it is easy to hold the lubricating liquid in the non-spherical open pores when used as a sliding member, and the held lubricating liquid does not flow instantaneously to the sliding surface but is gradually supplied. High sliding characteristics can be maintained for a long time.

本発明の炭化けい素質焼結体は、前記非球形開気孔の長径を1μm以上20μm以下、または開気孔の短径を1μm以上10μm以下にすることから、非球形開気孔の大きさ、形状は潤滑液が十分に保持され、徐々に流出できるものであるため、摺動部材として用いた際に潤滑液が摺動面に供給されると長期間高い摺動特性を維持することができる。   In the silicon carbide sintered body of the present invention, the nonspherical open pores have a major axis of 1 μm to 20 μm, or a minor axis of the open pores of 1 μm to 10 μm. Since the lubricating liquid is sufficiently retained and can be gradually discharged, high sliding characteristics can be maintained for a long time when the lubricating liquid is supplied to the sliding surface when used as a sliding member.

本発明の炭化けい素質焼結体は、前記開気孔は3次元網目を区分する粒界に沿って配置する傾向が強いので、前記非球形開気孔を平均直径10〜150μmの3次元網目状に配置することで、非球形開気孔はある程度規則的に配置されるため、安定した摺動特性を有することができる。   In the silicon carbide sintered body of the present invention, the open pores have a strong tendency to be arranged along grain boundaries separating the three-dimensional network, so the non-spherical open pores have a three-dimensional network shape with an average diameter of 10 to 150 μm. By arranging the non-spherical open pores, the non-spherical open pores are regularly arranged to some extent, and thus can have stable sliding characteristics.

本発明の炭化けい素質焼結体は、前記表面に開口する全開気孔の個数100%に対する前記非球形開気孔の個数割合は80%以上であることから、潤滑液は表面全体に亘って徐々に供給されるため、長期間高い摺動特性を維持することができる。   In the silicon carbide sintered body of the present invention, since the ratio of the number of non-spherical open pores to the number of all open pores 100% opened on the surface is 80% or more, the lubricating liquid is gradually applied over the entire surface. Since it is supplied, high sliding characteristics can be maintained for a long time.

本発明の炭化けい素質焼結体は、前記表面の面積100%に対する前記表面に開口する全開気孔の面積占有率は、5%以上12%以下であることから、開気孔が他の開気孔と連通する比率が低くなり、表面に供給された潤滑液は連通した開気孔を伝わるようなことが減少し、その結果、外部に漏れにくくなるので、シール性能を維持しつつ、高い摺動特性が得られる。   In the silicon carbide sintered body of the present invention, the area occupation ratio of all open pores opening on the surface with respect to 100% of the surface area is 5% or more and 12% or less. The ratio of communication is reduced, and the lubricating liquid supplied to the surface is reduced from being transmitted through the open pores connected to it. As a result, it is less likely to leak to the outside, so that high sliding characteristics are maintained while maintaining sealing performance. can get.

本発明の炭化けい素質焼結体は、全開気孔の分布密度を2.5×10個/mm以上12.5×10個/mm以下とすることから、大きさのばらつきが小さい開気孔が均一に分散されるので、より高い摺動特性を得ることができる。 Since the silicon carbide sintered body of the present invention has a distribution density of all open pores of 2.5 × 10 4 pieces / mm 2 or more and 12.5 × 10 4 pieces / mm 2 or less, the variation in size is small. Since the open pores are uniformly dispersed, higher sliding characteristics can be obtained.

本発明の炭化けい素質焼結体は、その熱衝撃抵抗係数R’を29000W/m以上とすることにより、摺動時に瞬間的に高温の摩擦熱が発生して、熱衝撃を受ける過酷な使用状況下であっても、強度が高く、しかも摩擦熱を瞬時に逃がすことができるため、クラックを発生させることがない。   The silicon carbide sintered body of the present invention has a thermal shock resistance coefficient R ′ of 29000 W / m or more, so that high-temperature frictional heat is instantaneously generated during sliding and is severely used. Even under circumstances, the strength is high and the frictional heat can be released instantly, so that no cracks are generated.

本発明の摺動部材は、高い摺動特性や耐熱衝撃性を有する前記炭化けい素質焼結体からなるため、摺動部材として用いることが好適である。   The sliding member of the present invention is preferably used as a sliding member because it comprises the silicon carbide sintered body having high sliding characteristics and thermal shock resistance.

本発明のメカニカルシールリングおよびメカニカルシールは、これらを構成する固定リングおよび回転リングの少なくとも一方が高い摺動特性、耐熱衝撃性を有する摺動部材を用いてなるため、長期間にわたって摺動特性を高いものにできる。   Since the mechanical seal ring and the mechanical seal of the present invention use a sliding member having high sliding characteristics and thermal shock resistance, at least one of the fixed ring and the rotating ring constituting them has a sliding characteristic over a long period of time. Can be expensive.

図1は、本発明の炭化けい素質焼結体を摺動部材に用いた場合の気孔の様子を模式的に表した図であり、(a)は摺動面の平面図、(b)は摺動面と垂直な方向の断面図(図1(a)のAA線における断面図)、(c)は結晶構造を模式的に示す模式図である。また、図2は炭化けい素質焼結体の表面に存在する非球形開気孔を説明する図であり、図3は炭化けい素質焼結体をメカニカルシールリングに適用した軸封装置であるメカニカルシールの一例を示す部分断面図である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing the state of pores when the silicon carbide sintered body of the present invention is used as a sliding member, where (a) is a plan view of a sliding surface, and (b) is a plan view. A sectional view in a direction perpendicular to the sliding surface (a sectional view taken along the line AA in FIG. 1A), (c) is a schematic diagram schematically showing a crystal structure. 2 is a diagram for explaining non-spherical open pores existing on the surface of the silicon carbide sintered body, and FIG. 3 is a mechanical seal which is a shaft seal device in which the silicon carbide sintered body is applied to a mechanical seal ring. It is a fragmentary sectional view showing an example.

本発明の炭化けい素質焼結体1は、図1(a)、(b)に示すように焼結体内部に存在する閉気孔と、少なくともその摺動部材の摺動面となる表面に開口する開気孔2を複数有するものである。前記開気孔2は、摺動部材の摺動時に使用する潤滑液を保持する機能を有し、摺動部材が可動すると潤滑液を表面に供給する作用を成す。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the silicon carbide sintered body 1 of the present invention is open at the closed pores present in the sintered body and at least the surface that becomes the sliding surface of the sliding member. A plurality of open pores 2 are formed. The open pores 2 have a function of holding a lubricating liquid used when the sliding member slides, and serve to supply the lubricating liquid to the surface when the sliding member moves.

炭化けい素質焼結体1の開気孔2は、球形、非球形種々の形状を有するが、本発明は以下に規定する非球形開気孔を有することを特徴とし、この非球形気孔が摺動性を向上させる作用をなすものである。   The open pores 2 of the silicon carbide sintered body 1 have various shapes such as spherical and non-spherical shapes. The present invention is characterized by having non-spherical open pores as defined below, and these non-spherical pores are slidable. The effect | action which improves is made.

非球形開気孔は、図2(a)〜(d)に示すように、開気孔の外接円の直径を長径(A)とし、長径(A)に直交するとともに、長径(A)の中点を通過する直線と開気孔とが交わる直線を短径(B)としたとき、長径(A)に対する短径(B)の比(B/A)が0.2以上0.8以下である開気孔2aをいい、本発明ではこの非球形開気孔2aを摺動面となる表面の任意の直径20μmの円内の領域に少なくとも1つ以上有することが重要である。   As shown in FIGS. 2 (a) to 2 (d), the non-spherical open pores have a diameter of a circumscribed circle of the open pores as a major axis (A), and are orthogonal to the major axis (A), and a midpoint of the major axis (A). When the short axis (B) is the straight line where the straight line passing through and the open pores intersect, the ratio (B / A) of the short diameter (B) to the long diameter (A) is 0.2 or more and 0.8 or less. The pore 2a is referred to, and in the present invention, it is important to have at least one nonspherical open pore 2a in a region within a circle having an arbitrary diameter of 20 μm on the surface serving as a sliding surface.

非球形開気孔2aの確認領域を直径20μmの円内と設定することで、炭化けい素質焼結体の表面である摺動面における開気孔2の分布状態を詳細に観察することができ、確認領域を直径20μmの微小領域とすることで非球形開気孔2aが表面全体に均一に分散することとなるため、非球形開気孔2a内に保持される潤滑液は、摺動面全体に行き渡ることとなる。   By setting the confirmation area of the non-spherical open pores 2a within a circle having a diameter of 20 μm, the distribution state of the open pores 2 on the sliding surface which is the surface of the silicon carbide sintered body can be observed in detail. Since the non-spherical open pores 2a are uniformly distributed over the entire surface by making the region 20 μm in diameter, the lubricating liquid retained in the non-spherical open pores 2a spreads over the entire sliding surface. It becomes.

非球形開気孔2aの長径(A)に対する短径(B)の比(B/A)は、摺動部材の摺動特性に影響を与え、(B/A)が小さいと、開気孔2の開口部の形状が繊維状になるため、潤滑液の供給量が少なくなる傾向が強く、(B/A)が大きいと、開気孔2の開口部の形状が円状になるため、潤滑液を表面に供給するのに必要な負圧が得られず、潤滑液が表面に十分供給されなくなる傾向が強くなる。このような観点から本発明の炭化けい素質焼結体は、(B/A)が0.2以上0.8以下である非球形開気孔2aが表面全体に均一に分散させることができるため、非球形開気孔2a内に保持されていた潤滑液は表面に瞬時に流出せず、徐々に供給されるため、長期間にわたって高い摺動特性を維持することができる。さらには、長径(A)に対する短径(B)の比(B/A)は、0.5以下とすることがより好ましく、潤滑液をより緩やかな速度で供給しながら摺動させることができる。なお、図2(a)〜(d)ではわかりやすくするため非球形開気孔2aに破線を施している。   The ratio (B / A) of the short diameter (B) to the long diameter (A) of the non-spherical open pores 2a affects the sliding characteristics of the sliding member. If (B / A) is small, the ratio of the open pores 2 Since the shape of the opening becomes fibrous, the supply amount of the lubricating liquid tends to decrease, and when (B / A) is large, the shape of the opening of the open pores 2 becomes circular. The negative pressure required to supply the surface cannot be obtained, and there is a strong tendency that the lubricating liquid is not sufficiently supplied to the surface. From such a viewpoint, since the non-spherical open pores 2a having (B / A) of 0.2 or more and 0.8 or less can be uniformly dispersed over the entire surface of the silicon carbide sintered body of the present invention, Since the lubricating liquid retained in the non-spherical open pores 2a does not flow out to the surface instantaneously but is gradually supplied, high sliding characteristics can be maintained over a long period of time. Furthermore, the ratio (B / A) of the minor axis (B) to the major axis (A) is more preferably 0.5 or less, and the lubricant can be slid while being supplied at a more moderate speed. . 2A to 2D, the non-spherical open pores 2a are indicated by broken lines for easy understanding.

非球形開気孔2aは、例えば、図2(a)〜(d)にそれぞれ示すような不規則形状の開気孔、略棒状の開気孔、鞍状の開気孔、数珠状の開気孔等があり、図2(c)に示すように長径(A)に直交し、且つ長径(A)の中点を通過する直線を引いた際に、この直線が長径(A)と交わらない場合、その延長が開気孔と交わる2点間の距離を短径(B)とするものである。また、炭化けい素質焼結体の表面における任意の直径20μmの円内の領域は、走査型電子顕微鏡(SEM)により倍率を2000〜4000倍にして特定され、走査型電子顕微鏡(SEM)による画像より長径(A)、短径(B)を測定することができる。   Non-spherical open pores 2a include, for example, irregular-shaped open pores, substantially rod-shaped open pores, bowl-shaped open pores, bead-shaped open pores, etc. as shown in FIGS. 2 (a) to (d), respectively. As shown in FIG. 2 (c), when a straight line that is orthogonal to the major axis (A) and passes through the midpoint of the major axis (A) is drawn, if the straight line does not intersect the major axis (A), the extension The short diameter (B) is the distance between two points that intersect with the open pores. In addition, a region in an arbitrary circle having a diameter of 20 μm on the surface of the sintered silicon carbide is specified by a scanning electron microscope (SEM) with a magnification of 2000 to 4000 times, and an image obtained by a scanning electron microscope (SEM). The longer diameter (A) and the shorter diameter (B) can be measured.

非球形開気孔2aの大きさは、シール性能や摺動特性に影響を与える。非球形開気孔2aの大きさを大きくする、即ち、非球形開気孔2aの長径または短径を長くすると、非球形開気孔2aが繋がったとき、シール性能が低下するおそれがある。一方、非球形開気孔2aの大きさを小さくする、即ち、非球形開気孔2aの長径または短径を短くすると、非球形開気孔2aから潤滑液が表面に十分供給されず、長期間にわたって高い摺動特性を維持できなくなるおそれがある。そこで、非球形開気孔2aの長径を1μm以上20μm以下、または非球形開気孔2aの短径を1μm以上10μm以下にすることが好適であり、シール性能が維持されるとともに、予め非球形開気孔2a内に潤滑液が十分供給されるため、長期間にわたってより高い摺動特性を維持することができる。さらには非球形開気孔2aの長径を1μm以上10μm以下、短径を1μm以上5μm以下にすることがより好ましい。   The size of the non-spherical open pores 2a affects the sealing performance and sliding characteristics. If the size of the non-spherical open pores 2a is increased, that is, if the major axis or the minor axis of the non-spherical open pores 2a is increased, the sealing performance may deteriorate when the non-spherical open pores 2a are connected. On the other hand, when the size of the non-spherical open pores 2a is reduced, that is, when the major axis or minor axis of the non-spherical open pores 2a is shortened, the lubricating liquid is not sufficiently supplied from the non-spherical open pores 2a to the surface and is high for a long period of time. There is a risk that the sliding characteristics cannot be maintained. Therefore, it is preferable that the major axis of the non-spherical open pores 2a be 1 μm or more and 20 μm or less, or the minor axis of the non-spherical open pores 2a is 1 μm or more and 10 μm or less. Since the lubricating liquid is sufficiently supplied into 2a, higher sliding characteristics can be maintained over a long period of time. Further, it is more preferable that the major axis of the non-spherical open pores 2a is 1 μm or more and 10 μm or less, and the minor axis is 1 μm or more and 5 μm or less.

なお、図1(b)に示すように、炭化けい素質焼結体1の内部に存在する閉気孔は、摺動面が摩耗して、閉気孔は摺動面上に開気孔となって出現するため、摺動により表面が磨耗しても長期間にわたって非球形開気孔2aを摺動面上に存在させることができる。   As shown in FIG. 1B, the closed pores present in the silicon carbide sintered body 1 are worn on the sliding surface, and the closed pores appear as open pores on the sliding surface. Therefore, even if the surface is worn by sliding, the non-spherical open pores 2a can be present on the sliding surface over a long period of time.

開気孔2は、図1(c)に示すように結晶粒子の集合体3によって形成される3次元網目を区分する粒界4に沿って配置する傾向が強く、3次元網目の大きさにより、焼結体の摺動特性は影響を受ける。   The open pores 2 have a strong tendency to be arranged along the grain boundaries 4 separating the three-dimensional network formed by the aggregates 3 of crystal grains as shown in FIG. 1 (c), and depending on the size of the three-dimensional network, The sliding characteristics of the sintered body are affected.

非球形開気孔2aがなす3次元網目の大きさは、図1(c)における3次元網目の直径Dを用いて示すことができ、この3次元網目の直径Dの平均を10μm以上150μm以下とすることが好ましい。   The size of the three-dimensional mesh formed by the non-spherical open pores 2a can be indicated by using the diameter D of the three-dimensional mesh in FIG. 1C, and the average of the diameter D of the three-dimensional mesh is 10 μm or more and 150 μm or less. It is preferable to do.

平均直径を10μm以上としたのは、10μm未満では3次元網目を区分する粒界4が増え過ぎ、摺動中、脱粒が発生して摺動特性を損なうおそれがあるからであり、平均直径が150μmを超えると、局部的に潤滑液が供給されない領域が増加して、摺動特性を損なうおそれがあるからである。3次元網目の平均直径を10μm以上150μm以下とすることで、摺動面上に存在する非球形開気孔2aはある程度規則的に配置され、安定した摺動特性を有する焼結体とすることができる。さらに、3次元網目の平均直径を50μm以上150μm以下とすることがより好ましく、脱粒を有効に防止して摺動特性をより高めることができる。   The reason why the average diameter is set to 10 μm or more is that if it is less than 10 μm, the number of grain boundaries 4 that divide the three-dimensional network increases too much, and there is a possibility that the graining may occur during sliding to impair the sliding characteristics. This is because if the thickness exceeds 150 μm, the region in which the lubricating liquid is not locally supplied increases, which may impair the sliding characteristics. By setting the average diameter of the three-dimensional network to 10 μm or more and 150 μm or less, the non-spherical open pores 2a existing on the sliding surface are regularly arranged to some extent, and a sintered body having stable sliding characteristics is obtained. it can. Furthermore, it is more preferable that the average diameter of the three-dimensional network is 50 μm or more and 150 μm or less, and it is possible to effectively prevent degranulation and further improve the sliding characteristics.

なお、3次元網目の直径は、寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡を用い、倍率を100〜1000倍にして、(200〜1000)μm×(200〜1000)μmの範囲より、インターセプト法により測定すればよい。このインターセプト法を用いる場合、金属顕微鏡で撮られた写真より一定長さの直線上にある結晶粒子の集合体3を区分する粒界4の個数から粒径を測定し、その平均を算出して3次元網目の直径とする。ここで、直線は3次元網目の直径に片寄りが出ないようにするため、5本以上にすることが好適である。   The diameter of the three-dimensional mesh is an intercept method using a metal microscope equipped with a gauge for dimension measurement, with a magnification of 100 to 1000 times, and in the range of (200 to 1000) μm × (200 to 1000) μm. It may be measured by. When this intercept method is used, the grain size is measured from the number of grain boundaries 4 that divide the aggregate 3 of crystal grains on a straight line of a certain length from a photograph taken with a metal microscope, and the average is calculated. The diameter is a three-dimensional mesh. Here, it is preferable to use five or more straight lines so that the diameter of the three-dimensional mesh is not shifted.

非球形開気孔2aは、上述の通り、潤滑液を供給する速度に影響を与えることから、前記表面に開口する全ての開気孔2の個数に対して、非球形開気孔2aの占める個数の割合は、高いほど潤滑液の摺動面への供給量が増えて、摺動特性が良好となるため、この割合を80%以上、より好ましくは85%以上とすることが好適である。   As described above, the non-spherical open pores 2a affect the speed at which the lubricating liquid is supplied. Therefore, the ratio of the number of non-spherical open pores 2a to the total number of open pores 2 opened on the surface. Is higher, the amount of the lubricating liquid supplied to the sliding surface increases and the sliding characteristics become better. Therefore, it is preferable to set this ratio to 80% or more, more preferably 85% or more.

この個数割合は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、倍率1000〜5000倍で1200μmの範囲で得た画像より求めることができる。 This number ratio can be obtained from an image obtained in a range of 1200 μm 2 at a magnification of 1000 to 5000 using a scanning electron microscope (SEM).

表面における全開気孔の面積占有率により、シール性能、摺動特性および機械的特性は影響を受け、前記表面の面積100%に対する前記表面に開口する全開気孔の面積占有率は、5%以上12%以下とすることが好ましく、開気孔2が他の開気孔2と連通する比率が低くなり、摺動面に供給された潤滑液が連通した開気孔2を伝わるようなことが減少し、その結果、外部に漏れることがないように作用する。従って、開気孔2内に保持されていた潤滑液は摺動面に連続した流体膜を形成しやすくなるので、高い摺動特性や、例えばメカニカルシールリングで要求される高いシール性能を得ることができる。一方、面積占有率が5%未満では潤滑液の粘度が高い場合、開気孔から供給される潤滑液が少ないために、十分な潤滑効果を発揮することができず、高い摺動特性が得られないおそれがある。また、面積占有率が12%を超えると、摺動面にある開気孔2は、摺動中に連通するおそれが高くなるので、例えばメカニカルシールリングで要求されるシール性能が低下するおそれがある。   The sealing performance, sliding characteristics and mechanical characteristics are affected by the area occupancy ratio of all open pores on the surface, and the area occupancy ratio of all open pores opened to the surface with respect to 100% of the surface area is 5% or more and 12%. Preferably, the ratio of the open pores 2 communicating with the other open pores 2 is reduced, and the lubricating liquid supplied to the sliding surface is reduced from being transmitted through the open pores 2 communicated. It works so as not to leak outside. Accordingly, since the lubricating liquid held in the open pores 2 can easily form a continuous fluid film on the sliding surface, it is possible to obtain high sliding characteristics, for example, high sealing performance required for a mechanical seal ring. it can. On the other hand, when the area occupancy is less than 5%, when the viscosity of the lubricating liquid is high, the lubricating liquid supplied from the open pores is small, so that a sufficient lubricating effect cannot be exhibited, and high sliding characteristics are obtained. There is a risk of not. Also, if the area occupancy exceeds 12%, the open pores 2 on the sliding surface are likely to communicate during sliding, so that the sealing performance required by, for example, a mechanical seal ring may be reduced. .

なお、全開気孔の面積占有率は、金属顕微鏡を用いて、倍率100倍にして、CCDカメラで炭化けい素質焼結体の摺動面の画像を取り込み、画像解析装置((株)ニレコ製(LUZEX−FS))により画像内の1視野の測定面積を9.0×10−2mm、測定視野数を10、測定総面積を9.0×10−1mmとして測定すればよい。 The area occupancy of all open pores was set to 100 times magnification using a metal microscope, the image of the sliding surface of the silicon carbide sintered body was captured with a CCD camera, and an image analyzer (manufactured by Nireco Corporation ( LUZEX-FS)), the measurement area of one visual field in the image may be measured as 9.0 × 10 −2 mm 2 , the number of measurement visual fields is 10, and the total measurement area is 9.0 × 10 −1 mm 2 .

ここで、全開気孔とは、炭化けい素質焼結体の表面に存在する全ての気孔のうち、外接円の直径が1μm以上である開気孔をいう。   Here, the total open pores refer to open pores having a circumscribed circle diameter of 1 μm or more among all pores existing on the surface of the silicon carbide sintered body.

摺動面に存在する開気孔2は、その分布密度によっても摺動特性は影響を受ける。この分布密度を2.5×10個/mm以上12.5×10個/mm以下とすることで、大きさのばらつきが小さい開気孔が均一に分散されるため、より高い摺動特性を得ることができる。 The open pores 2 present on the sliding surface are affected by the sliding characteristics depending on the distribution density. By setting the distribution density to 2.5 × 10 4 pieces / mm 2 or more and 12.5 × 10 4 pieces / mm 2 or less, the open pores with small variation in size are uniformly dispersed. Dynamic characteristics can be obtained.

この分布密度は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、倍率1000倍で得た画像より求めることができる。   This distribution density can be obtained from an image obtained at a magnification of 1000 using a scanning electron microscope (SEM).

本発明の炭化けい素質焼結体は、上述のような優れた摺動特性に加え、耐熱衝撃性にも優れ、以下の式(2)で規定される熱衝撃抵抗係数R’が29000W/m以上であることが重要である。   The silicon carbide sintered body of the present invention has excellent thermal shock resistance in addition to the excellent sliding characteristics as described above, and a thermal shock resistance coefficient R ′ defined by the following formula (2) is 29000 W / m. That is important.

R=S・(1−ν)/(E・α) ・・・(1)
但し S:3点曲げ強度(Pa)
ν:ポアソン比
E:ヤング率(Pa)
α:40〜400℃における熱膨張係数(×10−6/K)
R’=R・k ・・・(2)
但し k:熱伝導率(W/(m・K))
ここで、熱衝撃抵抗係数Rは加熱後、急冷した場合の耐熱衝撃性の指標となる係数であり、熱衝撃抵抗係数R’は、加熱後、比較的緩やかに冷却した場合の耐熱衝撃性の指標となる係数である。熱衝撃抵抗係数R’を29000W/m以上としたのは、摺動時に瞬間的に高温の摩擦熱が発生して、熱衝撃を受ける過酷な使用状況下であっても、強度が高く、摩擦熱を瞬時に逃がすことができるため、クラックを発生させることがないからである。
R = S · (1−ν) / (E · α) (1)
S: Three-point bending strength (Pa)
ν: Poisson's ratio E: Young's modulus (Pa)
α: Thermal expansion coefficient at 40 to 400 ° C. (× 10 −6 / K)
R ′ = R · k (2)
Where k: thermal conductivity (W / (m · K))
Here, the thermal shock resistance coefficient R is a coefficient serving as an index of thermal shock resistance when rapidly cooled after heating, and the thermal shock resistance coefficient R ′ is the thermal shock resistance coefficient when cooled relatively slowly after heating. This is an index coefficient. The thermal shock resistance coefficient R ′ is set to 29000 W / m or more because high-temperature frictional heat is instantaneously generated during sliding, and the strength is high even under severe use conditions that receive thermal shock. This is because heat can be released instantly, and no cracks are generated.

熱衝撃抵抗係数をR’を29000W/m以上とするには、例えば、3点曲げ強度(S)を255MPa以上、ポアソン比(ν)を0.17、ヤング率(E)を333GPa、熱膨張係数(α)を3.4×10−6/℃、熱伝導率(k)を155W/(m・k)(数値は表6、試料No.40と併せました。)とすればよく、特に熱衝撃抵抗係数をR’を32000W/m以上とすることが好適である。 To make the thermal shock resistance coefficient R ′ 29000 W / m or more, for example, the three-point bending strength (S) is 255 MPa or more, the Poisson's ratio (ν) is 0.17, the Young's modulus (E) is 333 GPa, and the thermal expansion The coefficient (α) may be 3.4 × 10 −6 / ° C., and the thermal conductivity (k) may be 155 W / (m · k) (the values are combined with Table 6 and sample No. 40). In particular, it is preferable that the thermal shock resistance coefficient R ′ is 32000 W / m or more.

なお、3点曲げ強度(S)はJIS R 1601−1995、ポアソン比(ν)およびヤング率(E)は、JIS R 1602−1995、40〜400℃における熱膨張係数(α)はJIS R 1618−2002、熱伝導率(k)はJIS R 1611−1997に準拠して測定すればよい。メカニカルシールリングが小さく、各JIS規格で定める試験片の寸法を切り出せない場合、可能な範囲で切り出せる試験片を作製して、前記各物性値を測定してもよい。   The three-point bending strength (S) is JIS R 1601-1995, the Poisson's ratio (ν) and Young's modulus (E) are JIS R 1602-1995, and the thermal expansion coefficient (α) at 40 to 400 ° C. is JIS R 1618. -2002, thermal conductivity (k) may be measured in accordance with JIS R 1611-1997. When the mechanical seal ring is small and the dimensions of the test piece defined by each JIS standard cannot be cut out, a test piece that can be cut out as much as possible may be produced and the physical property values may be measured.

また、本発明の炭化けい素質焼結体を摺動部材に用いる場合、摺動面である表面の硬度は耐摩耗性に影響を与え、表面のビッカース硬度Hvを20GPa以上25GPa以下とすることで、耐摩耗性を高いものに保持したまま、上記摺動部材と当接する相手側の摺動部材の摩耗を抑制しやすくできる。一方、表面のビッカース硬度Hvを20GPa未満となると、炭化けい素質焼結体からなる摺動部材が摩耗しやすく、25GPaを超えると、当接する相手側の摺動部材の磨耗が進みやすい。   In addition, when the silicon carbide sintered body of the present invention is used for a sliding member, the hardness of the surface which is a sliding surface affects the wear resistance, and the surface Vickers hardness Hv is set to 20 GPa or more and 25 GPa or less. Further, it is possible to easily suppress the wear of the mating sliding member in contact with the sliding member while keeping the wear resistance high. On the other hand, if the surface Vickers hardness Hv is less than 20 GPa, the sliding member made of a silicon carbide sintered body is likely to be worn, and if it exceeds 25 GPa, the wear of the sliding member on the opposite side is likely to proceed.

なお、ビッカース硬度Hvは、JIS R 1610−2003に準拠して測定すればよい。   The Vickers hardness Hv may be measured according to JIS R 1610-2003.

次に、本発明の炭化けい素質焼結体の製造方法を説明する。   Next, the manufacturing method of the silicon carbide sintered body of the present invention will be described.

先ず、炭化けい素粉末に水、焼結助剤および分散剤を加え、ボールミルで混合してスラリー化し、このスラリーにバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥して炭化けい素の顆粒を準備する。この顆粒の粒径は10〜200μmになるように調整し、特に焼成体における3次元網目の大きさを10〜150μmにするには、顆粒の粒径を12.5〜187.5μmになるように調整すればよい。   First, water, a sintering aid and a dispersing agent are added to the silicon carbide powder, mixed by a ball mill to form a slurry, a binder is added to the slurry, mixed, and then spray-dried to prepare silicon carbide granules. . The particle size of the granules is adjusted to be 10 to 200 μm. In particular, in order to make the three-dimensional network size in the fired body 10 to 150 μm, the particle size of the granules is 12.5 to 187.5 μm. You may adjust to.

なお、焼結助剤としてはアルミナ粉末とイットリア等の稀土類酸化物粉末を組み合わせるか炭素粉末と硼素粉末を組み合わせてもよく、焼結助剤の一部として炭素粉末を用いた場合、開気孔内に容易に遊離炭素を含有させられ、この遊離炭素が摺動面上に流出して、潤滑液としてはたらくことで摺動特性を向上させられるため、摺動初期に異音やリンキングが発生しやすいメカニカルシールリングには好適である。   As the sintering aid, alumina powder and rare earth oxide powder such as yttria may be combined or carbon powder and boron powder may be combined. When carbon powder is used as part of the sintering aid, open pores Since free carbon is easily contained in the inside, and this free carbon flows out on the sliding surface and works as a lubricating liquid, the sliding characteristics are improved, so abnormal noise and linking occur at the beginning of sliding. Suitable for easy mechanical seal ring.

そして、予め粉砕された気孔形成剤をこの気孔形成剤の長径(a)および短径(b)に応じて形状、大きさを調整する分級処理を施し、この分級処理された気孔形成剤を顆粒に対して0.5〜10質量%添加、混合して混合原料とした後、この混合原料を成形型に充填し、加圧、成形して所定形状の成形体とする。特に、表面に開口する全開気孔2の個数100%に対する非球形開気孔2aの個数割合を80%以上とするには、気孔形成剤として、シリコーンから成る樹脂ビーズ、あるいはポリスチレンおよびアクリル−スチレン共重合体の少なくとも1種からなる懸濁重合された非架橋性の樹脂ビーズのいずれかを用いることが好適である。これら樹脂ビーズはその圧縮強度が1.2MPa以下と低いので、粉砕が容易にできるからである。   Then, the pore-forming agent pulverized in advance is subjected to a classification treatment for adjusting the shape and size according to the major axis (a) and minor axis (b) of the pore-forming agent, and the classified pore-forming agent is granulated. After adding 0.5 to 10% by mass to the mixed raw material to form a mixed raw material, the mixed raw material is filled in a mold, and pressed and molded to obtain a molded body having a predetermined shape. In particular, in order to set the number ratio of the non-spherical open pores 2a to 100% of the total number of open pores 2 opened on the surface to 80% or more, resin beads made of silicone or polystyrene and acrylic-styrene copolymer are used as pore forming agents. It is preferable to use any one of suspension-polymerized non-crosslinkable resin beads composed of at least one kind of coalescence. This is because these resin beads have a low compressive strength of 1.2 MPa or less and can be easily pulverized.

摺動面に存在する全開気孔の分布密度は、顆粒に対する気孔形成剤の比率に依存し、摺動面に存在する開気孔の分布密度を2.5×10個/mm以上、且つ12.5×10個/mm以下とするには、顆粒に対する気孔形成剤の比率を2〜8質量%にすればよい。 The distribution density of all open pores existing on the sliding surface depends on the ratio of the pore forming agent to the granule, and the distribution density of open pores existing on the sliding surface is 2.5 × 10 4 pieces / mm 2 or more and 12 In order to make it 5 × 10 4 pieces / mm 2 or less, the ratio of the pore-forming agent to the granules may be 2 to 8% by mass.

得られた成形体は必要に応じて、窒素雰囲気中、10〜40時間で昇温し、450〜650℃で2〜10時間保持後、自然冷却して脱脂した後、たとえば、1800〜2100℃で、3〜5時間保持し焼成することで炭化けい素質焼結体とすることができる。脱脂または焼成における昇温過程で、気孔形成剤は焼失または熱分解して気孔を形成する。   The obtained molded body was heated in a nitrogen atmosphere for 10 to 40 hours as necessary, held at 450 to 650 ° C. for 2 to 10 hours, then naturally cooled and degreased, for example, 1800 to 2100 ° C. Thus, a silicon carbide sintered body can be obtained by holding and firing for 3 to 5 hours. In the temperature rising process in degreasing or firing, the pore-forming agent is burnt out or thermally decomposed to form pores.

なお、摺動面に存在する開気孔の面積占有率は、顆粒に対する気孔形成剤の比率に依存し、この面積占有率を5%以上、且つ12%以下とするには、顆粒に対する気孔形成剤の比率を2〜8質量%にすればよい。   In addition, the area occupation ratio of the open pores existing on the sliding surface depends on the ratio of the pore forming agent to the granules, and in order to make this area occupation ratio 5% or more and 12% or less, the pore forming agent for the granules The ratio may be 2 to 8% by mass.

また、気孔形成剤を使用しないで、焼結助剤の添加量を調整することで焼結状態を制御し、得られる開気孔の形状を調整することも可能である。   Moreover, it is also possible to adjust the shape of the open pores obtained by controlling the sintering state by adjusting the addition amount of the sintering aid without using the pore forming agent.

得られた焼結体は、必要に応じて摺動面を研削、研磨等の加工を施してもよく、例えば、両頭研削盤や平面研削盤等で摺動面を平面とし、平均粒径3μmのダイヤモンド砥粒を用いてアルミナ製のラップ盤で粗加工した後、平均粒径1μmのダイヤモンド砥粒を用いて錫製のラップ盤で算術平均高さRaが0.98μm以下となるように鏡面加工してもよい。算術平均高さRaを0.98μm以下とするのは、シール性を維持するためである。   The obtained sintered body may be subjected to processing such as grinding and polishing on the sliding surface as necessary. For example, the sliding surface is flat with a double-headed grinding machine or a surface grinding machine, and the average particle size is 3 μm. After roughing with an alumina lapping machine using diamond abrasive grains, the mirror surface is set so that the arithmetic average height Ra is 0.98 μm or less with a tin lapping machine using diamond abrasive grains having an average particle diameter of 1 μm. It may be processed. The reason why the arithmetic average height Ra is set to 0.98 μm or less is to maintain the sealing performance.

上述のような製造方法によれば、摺動部材としての強度を確保し、且つ摺動特性に優れ、クラックが発生することのない炭化けい素質焼結体を安価に得ることができる。   According to the manufacturing method as described above, it is possible to obtain a silicon carbide sintered body that secures strength as a sliding member, has excellent sliding characteristics, and does not generate cracks at a low cost.

図3は本発明の炭化けい素質焼結体からなるメカニカルシールリングを適用したメカニカルシールの一例を示す部分断面図である。   FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing an example of a mechanical seal to which a mechanical seal ring made of a silicon carbide sintered body of the present invention is applied.

このメカニカルシールは、環状体である固定リング6aの摺動面16a上で、凸状部を有する環状体である回転リング6bの摺動面16bを摺動させてシール作用を及ぼすメカニカルシールリング6を用いた装置である。メカニカルシールリング6は、駆動機構(不図示)による駆動力を伝達させる回転軸7と、この回転軸7を回転可動に支承するケーシング8との間に取り付けられ、固定リング6aと回転リング6bとの互いの摺動面16a,16bが回転軸7に対して垂直面を形成するように設置されている。   This mechanical seal has a mechanical seal ring 6 that exerts a sealing action by sliding a sliding surface 16b of a rotating ring 6b that is an annular body having a convex portion on a sliding surface 16a of a fixed ring 6a that is an annular body. It is a device using. The mechanical seal ring 6 is attached between a rotating shaft 7 that transmits a driving force by a driving mechanism (not shown) and a casing 8 that rotatably supports the rotating shaft 7, and includes a fixed ring 6 a and a rotating ring 6 b. The mutual sliding surfaces 16 a and 16 b are installed so as to form a vertical surface with respect to the rotating shaft 7.

そして、回転リング6bはパッキング10によって緩衝的に支持され、このパッキング10の回転リング6bと相対する側には回転軸7を巻回するようにコイルスプリング12が設置され、このコイルスプリング13の弾発力(予め設定されたコイルスプリングの力)により、パッキング10を押圧することによって、回転リング6bの摺動面16bが固定リング6aの摺動面16aに押圧されて摺動するようにしてある。また、コイルスプリング13がパッキング10を押圧する側と相対する側には、カラー12がセットスクリュー11により回転軸7に固定され、コイルスプリング13のストッパーとして設置されている。   The rotating ring 6b is supported in a cushioning manner by the packing 10, and a coil spring 12 is installed on the side of the packing 10 opposite to the rotating ring 6b so as to wind the rotating shaft 7. By pressing the packing 10 with an urging force (preset coil spring force), the sliding surface 16b of the rotating ring 6b is pressed against the sliding surface 16a of the fixed ring 6a to slide. . On the side opposite to the side where the coil spring 13 presses the packing 10, the collar 12 is fixed to the rotating shaft 7 by the set screw 11 and is installed as a stopper of the coil spring 13.

一方、回転リング6bの摺動面16bと摺動面16aを介して接する固定リング6aは緩衝ゴム9によって支持されており、緩衝ゴム9はこの軸封装置の外枠となるケーシング8の内側に取り付けられて固定リング6aを支持するようにしてある。そして、回転軸7が回転するとカラー12がともに回転し、コイルスプリング13の弾発力によって押圧されるパッキング10と、このパッキング10によって支持されている回転リング6bの摺動面16bとが押圧されながら回転することによって、固定リング6aの摺動面16aとの間でシール作用が働くようにしてある。このようなメカニカルシールを流体機器(不図示)に取り付ける場合には、メカニカルシールリング6に対してカラー12の側の延長上に、流体機器が配置されるように取り付けて用いられる。   On the other hand, the fixed ring 6a that is in contact with the sliding surface 16b of the rotating ring 6b through the sliding surface 16a is supported by a buffer rubber 9, and the buffer rubber 9 is disposed inside the casing 8 that is an outer frame of the shaft seal device. It is attached to support the fixing ring 6a. When the rotary shaft 7 rotates, the collar 12 rotates together, and the packing 10 pressed by the elastic force of the coil spring 13 and the sliding surface 16b of the rotating ring 6b supported by the packing 10 are pressed. By rotating while rotating, the sealing action is performed between the fixed ring 6a and the sliding surface 16a. When such a mechanical seal is attached to a fluid device (not shown), the fluid seal is used so that the fluid device is disposed on the extension of the collar 12 side with respect to the mechanical seal ring 6.

このとき、流体機器に用いられている流体は、ケーシング8で囲まれた内部にまで侵入するが、パッキング10と回転軸7との間に設けられたOリング14によるシール作用と、メカニカルシールリング6の摺動面16a,16bのシール作用によって、流体がメカニカルシールより外部に漏洩することを防止している。なお、このときメカニカルシールによって密封された流体を、密封流体15と称し、その一部がメカニカルシールリング6の摺動面16a,16bの間に入り込み潤滑液として作用する。一方、回転リング6bはパッキング10によって緩衝的に支持され、緩衝ゴム9およびパッキング10は回転軸7の回転で発生する振動を吸収する機能も有する。なお、図3に示すメカニカルシールでは、固定リング6aを環状体、回転リング6bを凸状部を有する環状体としたが、これとは逆に固定リング6aを凸状部を有する環状体とし、回転リング6bを環状体とすることもできる。   At this time, the fluid used in the fluid device penetrates into the inside surrounded by the casing 8, but the sealing action by the O-ring 14 provided between the packing 10 and the rotating shaft 7, and the mechanical seal ring 6 prevents the fluid from leaking outside from the mechanical seal. At this time, the fluid sealed by the mechanical seal is referred to as a sealing fluid 15, and a part of the fluid enters between the sliding surfaces 16 a and 16 b of the mechanical seal ring 6 and acts as a lubricating liquid. On the other hand, the rotating ring 6 b is supported in a cushioning manner by the packing 10, and the buffer rubber 9 and the packing 10 also have a function of absorbing vibration generated by the rotation of the rotating shaft 7. In the mechanical seal shown in FIG. 3, the fixing ring 6 a is an annular body, and the rotating ring 6 b is an annular body having a convex portion. On the contrary, the fixing ring 6 a is an annular body having a convex portion, The rotating ring 6b can be an annular body.

メカニカルシールリング6は、潤滑液を介して互いの摺動面16a,16bを当接し摺動させる固定リング6aと回転リング6bとからなり、これら固定リング6aおよび回転リング6bの少なくとも一方が本発明の炭化けい素質焼結体からなることが好適である。   The mechanical seal ring 6 includes a fixed ring 6a and a rotating ring 6b that abut against each other sliding surfaces 16a and 16b via a lubricating liquid, and at least one of the fixed ring 6a and the rotating ring 6b is the present invention. It is preferable to be made of a silicon carbide sintered body.

本発明の炭化けい素質焼結体1は、回転リング6bが摺動を開始すると、摺動面16a,16bで空気の流れによる動圧が先ず発生し、続いて非球形開気孔2a上ではその動圧より低い負圧が非球形開気孔2a内で保持されていた潤滑液に対しはたらき、この潤滑液を摺動面16a,16bに適切に供給することができるので、高強度で摺動特性の高いメカニカルシールリング6とすることができる。   In the silicon carbide sintered body 1 of the present invention, when the rotating ring 6b starts to slide, dynamic pressure is first generated by the air flow on the sliding surfaces 16a and 16b, and then on the non-spherical open pores 2a. A negative pressure lower than the dynamic pressure acts on the lubricating liquid held in the non-spherical open pores 2a, and this lubricating liquid can be appropriately supplied to the sliding surfaces 16a and 16b. High mechanical seal ring 6.

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、48時間混合してスラリー化した。このスラリーに成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径80μmの炭化けい素の顆粒を準備した。
Example 1
First, a predetermined amount of carbon powder, boron powder, a dispersant and water was added to silicon carbide powder, and the mixture was put into a ball mill and then mixed for 48 hours to form a slurry. A binder was added to the slurry as a molding aid, mixed, and then spray-dried to prepare silicon carbide granules having an average particle size of 80 μm.

次に、気孔形成剤として予め粉砕され、懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを長径(a)および短径(b)に応じて分級処理し、この分級処理された非架橋性ポリスチレンを各顆粒に対して7.5質量%添加、混合して混合原料とした。分級処理された非架橋性ポリスチレンの長径(a)および短径(b)の中央値(Median)を表1に示す。前記混合原料を成形型に充填し、厚み方向に98MPaの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。   Next, the non-crosslinkable polystyrene previously pulverized and polymerized as a pore-forming agent is classified according to the long diameter (a) and the short diameter (b), and the classified non-crosslinkable polystyrene is treated with each granule. 7.5 mass% was added to and mixed to make a mixed raw material. Table 1 shows the median value (Median) of the major axis (a) and minor axis (b) of the classified non-crosslinkable polystyrene. The mixed raw material was filled in a mold, and pressed in a thickness direction at a pressure of 98 MPa to form a molded body having a ring shape.

得られた成形体は窒素雰囲気中、20時間で昇温し、600℃で5時間保持後、自然冷却して脱脂した。そして、1900℃で、4時間保持し焼成することで、昇温過程で気孔形成剤を焼失または熱分解させることによって開気孔2を有する焼結体を得た。   The obtained molded body was heated in a nitrogen atmosphere for 20 hours, held at 600 ° C. for 5 hours, and then naturally cooled and degreased. Then, the sintered body having the open pores 2 was obtained by burning and holding the pore forming agent at 1900 ° C. for 4 hours to burn or pyrolyze the pore forming agent in the temperature rising process.

その後、焼結体の表面を平面研削盤で研削して平面とし、平均粒径3μmのダイヤモンド砥粒を用いてアルミナ製のラップ盤で粗加工した後、同じく平均粒径3μmのダイヤモンド砥粒を用いて錫製のラップ盤で算術平均高さRaが0.98μm以下となるように鏡面加工して、外径26mm、内径19mmの環状体である固定リング6aである試料No.1〜9を得た。   Thereafter, the surface of the sintered body is ground with a surface grinder to obtain a flat surface, and after roughing with an alumina lapping machine using diamond abrasive grains having an average grain diameter of 3 μm, diamond grains having an average grain diameter of 3 μm are also formed. Using a tin lapping machine, mirror surface processing was performed so that the arithmetic average height Ra was 0.98 μm or less, and the sample No. 1 was a fixing ring 6a which was an annular body having an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 19 mm. 1-9 were obtained.

なお、算術平均高さRaは、JIS B 0601−2001に準拠して触針式の表面粗さ計を用い、測定長さ、カットオフ値および触針の走査速度をそれぞれ5mm,0.8mmおよび0.5mm/秒として測定した。また、鏡面加工して得られた摺動面における非球形開気孔2aの長径(A)に対する短径(B)の比(A/B)は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、倍率2000〜20000倍で(300〜3000)μm×(300〜3000)μmの範囲を観察して求めた。   The arithmetic average height Ra was measured using a stylus type surface roughness meter in accordance with JIS B 0601-2001, and the measurement length, cutoff value, and stylus scanning speed were 5 mm, 0.8 mm, and It was measured as 0.5 mm / second. Further, the ratio (A / B) of the minor axis (B) to the major axis (A) of the non-spherical open pores 2a on the sliding surface obtained by mirror finishing is 2,000 magnifications using a scanning electron microscope (SEM). It was obtained by observing a range of (300 to 3000) μm × (300 to 3000) μm at ˜20,000 times.

その後、固定リング6aと、外径24mm、内径21mmの凸状部を有する外径26mm、内径19mmの環状体であって、炭素からなる回転リング6bとの互いの摺動面16a,16bを当接し、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数を測定した。   After that, the ring 6a is an annular body having an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 19 mm having a convex portion with an outer diameter of 24 mm and an inner diameter of 21 mm, and the sliding surfaces 16 a and 16 b of the rotating ring 6 b made of carbon are brought into contact with each other. In contact with each other and slid under the following conditions, the coefficient of friction during sliding was measured.

<摺動条件>
相対速度:8m/s、面圧 :500kPa、潤滑液 :水、摺動時間:100時間
なお、相対速度は回転軸の中心を基準として外周側に向かい、11.25mm離れた位置(以下、位置Pという。)における固定リング6aに対する回転リング6bの回転速度である。面圧は固定リング6aに対する回転リング6bの単位面積当たりの圧力であり、固定リング6aと回転リング6bとを当接させるのに予め設定された加圧力Fを回転リング5bの摺動面16bの面積で除すことで求められ、面積は、寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡を用い、倍率50倍で回転リング6bの凸状部の外径および内径をゲージで測定し、算出した。
<Sliding conditions>
Relative speed: 8 m / s, surface pressure: 500 kPa, lubricating liquid: water, sliding time: 100 hours Note that the relative speed is 11.25 mm away from the center of the rotating shaft toward the outer periphery (hereinafter referred to as position). The rotation speed of the rotating ring 6b with respect to the fixed ring 6a. The surface pressure is a pressure per unit area of the rotating ring 6b with respect to the fixing ring 6a, and a preset pressure F is applied to the sliding surface 16b of the rotating ring 5b to bring the fixing ring 6a and the rotating ring 6b into contact with each other. The area was calculated by measuring the outer diameter and inner diameter of the convex portion of the rotating ring 6b with a gauge at a magnification of 50 using a metal microscope equipped with a gauge for measuring dimensions.

また、摩擦係数μについては、トルクメーターを用いて摺動中の回転リング6bの位置Pにおける回転トルクTを測定し、この回転トルクTを、摺動面16bの面積に面圧を掛けることで得られる加圧力Fおよび回転軸の中心から位置Pまでの距離11.25mmで除した値とした。すなわち、摩擦係数μはμ=T/11.25Fとし、その値を表1に示した。

Figure 2007223890
As for the friction coefficient μ, the torque T is used to measure the rotational torque T at the position P of the rotating ring 6b during sliding, and this rotational torque T is applied to the area of the sliding surface 16b by surface pressure. The obtained pressure F and the value obtained by dividing the distance from the center of the rotating shaft to the position P by 11.25 mm. That is, the friction coefficient μ is μ = T / 11.25F, and the value is shown in Table 1.
Figure 2007223890

表1に示すように、非球形開気孔2aの長径(A)に対する短径(B)の比(B/A)が0.2以上0.8以下である試料No.1,2,4,5,7〜9,11〜14は、非球形開気孔2a内に保持されていた潤滑液が摺動面に瞬時に流出せず、徐々に供給された結果、摩擦係数は0.3以下と低く、長期間高い摺動特性を維持すると言える。   As shown in Table 1, the ratio of the short diameter (B) to the long diameter (A) of the non-spherical open pores 2a (B / A) is 0.2 or more and 0.8 or less. 1, 2, 4, 5, 7 to 9, and 11 to 14, the lubricating liquid retained in the non-spherical open pores 2a does not instantaneously flow out to the sliding surface, but is gradually supplied. Is as low as 0.3 or less and can be said to maintain high sliding characteristics for a long time.

特に、非球形開気孔の長径が1〜20μm、短径が1〜10μmである試料No.5,7〜9,11,12は、摩擦係数が0.25以下と低く、さらに長期間高い摺動特性を維持すると言える。   In particular, sample No. 1 in which the major axis of the non-spherical open pores is 1 to 20 μm and the minor axis is 1 to 10 μm. 5, 7-9, 11, and 12 have a low friction coefficient of 0.25 or less, and can be said to maintain high sliding characteristics for a long period of time.

これに対し、非球形開気孔2aの長径(A)に対する短径(B)の比(B/A)が0.2未満である試料No.3,10は、潤滑液を摺動面に十分供給することができず、摩擦係数が0.45以上と高かった。また、非球形開気孔2aの長径(A)に対する短径(B)の比(B/A)が0.8を超える試料No.6は、潤滑液を摺動面に適正なタイミングで供給することができなかったため、摩擦係数は0.45と高かった。   On the other hand, the sample No. 2 in which the ratio (B / A) of the minor axis (B) to the major axis (A) of the non-spherical open pores 2a is less than 0.2. Nos. 3 and 10 could not sufficiently supply the lubricating liquid to the sliding surface, and the coefficient of friction was as high as 0.45 or more. In addition, the ratio of the minor axis (B) to the major axis (A) of the non-spherical open pores 2a (B / A) exceeds 0.8. In No. 6, since the lubricating liquid could not be supplied to the sliding surface at an appropriate timing, the friction coefficient was as high as 0.45.

(実施例2)
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、48時間混合してスラリー化した。このスラリーに成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより表2に示す通り平均粒径10〜250μmの炭化けい素の顆粒を準備した。
(Example 2)
First, a predetermined amount of carbon powder, boron powder, a dispersant and water was added to silicon carbide powder, and the mixture was put into a ball mill and then mixed for 48 hours to form a slurry. After adding and mixing a binder as a molding aid to this slurry, spray drying was performed to prepare silicon carbide granules having an average particle size of 10 to 250 μm as shown in Table 2.

次に、気孔形成剤として予め粉砕され、懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを顆粒に対して7.5質量%添加、混合して混合原料とした後、この混合原料を成形型に充填し、厚み方向に98MPaの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。   Next, 7.5% by mass of a non-crosslinkable polystyrene that has been pulverized and suspension-polymerized in advance as a pore-forming agent is added to and mixed with a granulated raw material, and then the mixed raw material is filled in a mold. A molded body having a ring shape was formed by pressurizing and molding in the thickness direction at a pressure of 98 MPa.

そして、実施例1と同様にして、リング形状をなす成形体を作製後、脱脂、焼成を行って焼結体とし、表面を平面研削盤で研削して平面とした後、アルミナ製のラップ盤で粗加工し、錫製のラップ盤で算術平均高さRaが0.98μm以下となるように鏡面加工して、外径26mm、内径19mmの環状体である固定リング6aである試料No.15〜19を得た。   Then, after producing a ring-shaped molded body in the same manner as in Example 1, degreasing and firing were performed to obtain a sintered body, and the surface was ground with a surface grinder to obtain a flat surface, followed by an alumina lapping machine. The sample No. 1 is a fixed ring 6a which is an annular body having an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 19 mm, which is rough-finished with a tin lapping machine and mirror-finished so that the arithmetic average height Ra is 0.98 μm or less. 15-19 were obtained.

ここで、非球形開気孔2aの長径(A)に対する短径(B)の比(B/A)は、実施例1に示した方法と同様の方法で求めた。   Here, the ratio (B / A) of the minor axis (B) to the major axis (A) of the non-spherical open pores 2a was determined by the same method as the method shown in Example 1.

また、非球形開気孔がなす各3次元網目の直径については、寸法測定用のゲージを備えた金属顕微鏡を用い、倍率を1000倍にして、1000μm×1000μmの範囲より、インターセプト法を用いて、各試料の写真に5本の直線を引き、結晶粒子の集合体3を区分する粒界4の個数から粒径を測定し、その平均を算出して3次元網目の平均直径とした。   In addition, for the diameter of each three-dimensional mesh formed by non-spherical open pores, using a metal microscope equipped with a gauge for measuring dimensions, multiplying the magnification by 1000 times, from the range of 1000 μm × 1000 μm, using the intercept method, Five straight lines were drawn on the photograph of each sample, the particle diameter was measured from the number of grain boundaries 4 that divide the aggregate 3 of crystal grains, and the average was calculated to obtain the average diameter of the three-dimensional network.

その後、固定リング6aと、外径24mm、内径21mmの凸状部を有する外径26mm、内径19mmの環状体であって、炭素からなる回転リング6bとを回転軸を通して互いの摺動面16a,16bを当接し、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数μを測定し、その値を表2に示した。なお、算術平均高さRaおよび摩擦係数μは、実施例1に示した方法と同じ方法で測定した。   Thereafter, the fixed ring 6a and an annular body having an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 19 mm, each having a convex portion with an outer diameter of 24 mm and an inner diameter of 21 mm, and a rotating ring 6b made of carbon are connected to the sliding surfaces 16a, 16a, 16b was brought into contact and slid under the following conditions, and the coefficient of friction μ during sliding was measured. The arithmetic average height Ra and the friction coefficient μ were measured by the same method as that shown in Example 1.

<摺動条件>
相対速度:12m/s、面圧:300kPa、潤滑液:水、摺動時間:200時間

Figure 2007223890
<Sliding conditions>
Relative speed: 12 m / s, surface pressure: 300 kPa, lubricant: water, sliding time: 200 hours
Figure 2007223890

表2に示すように、3次元網目の平均直径が10μm以上150μm以下である試料No.16〜18は、非球形開気孔2aが規則的に配置されているため、摺動面に均一に潤滑液が供給され、摩擦係数が0.2以下と低く、摺動特性は良好であった。   As shown in Table 2, a sample No. 1 having an average diameter of 3 μm or more and 10 μm or more and 150 μm or less. In Nos. 16 to 18, since the non-spherical open pores 2a are regularly arranged, the lubricating liquid is uniformly supplied to the sliding surface, the friction coefficient is as low as 0.2 or less, and the sliding characteristics are good. .

これに対し、非球形開気孔2aがなす各3次元網目の平均直径が10μm未満である試料No.15は、3次元網目を区分する粒界が多く、摺動中、脱粒が発生して摩擦係数が0.3と高かった。また、各3次元網目の平均直径が150μmを超える試料No.19は、局部的に潤滑液が供給されない領域が多くなり、摩擦係数が0.35と高かった。   On the other hand, the sample No. 1 in which the average diameter of each three-dimensional mesh formed by the non-spherical open pores 2a is less than 10 μm. No. 15 has many grain boundaries that divide the three-dimensional network. During sliding, degranulation occurred and the coefficient of friction was as high as 0.3. In addition, Sample No. with an average diameter of each three-dimensional network exceeding 150 μm. In No. 19, the region where the lubricating liquid was not locally supplied increased, and the friction coefficient was as high as 0.35.

(実施例3)
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、48時間混合してスラリー化した。このスラリーに成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径80μmの炭化けい素の顆粒を準備した。
(Example 3)
First, a predetermined amount of carbon powder, boron powder, a dispersant and water was added to silicon carbide powder, and the mixture was put into a ball mill and then mixed for 48 hours to form a slurry. A binder was added to the slurry as a molding aid, mixed, and then spray-dried to prepare silicon carbide granules having an average particle size of 80 μm.

次に、気孔形成剤として、粉砕時間15時間で表3に示す径のボールを用いて粉砕され、懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを顆粒に対して7.5質量%添加、混合して混合原料とした後、これら混合原料をそれぞれ成形型に充填し、厚み方向に98MPaの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。   Next, 7.5% by mass of non-crosslinkable polystyrene that was pulverized and suspension-polymerized using a ball having a diameter shown in Table 3 with a pulverization time of 15 hours as a pore-forming agent was added to and mixed with the granules. After forming the mixed raw material, each of the mixed raw materials was filled in a mold, and pressed and molded at a pressure of 98 MPa in the thickness direction to obtain a molded body having a ring shape.

そして、実施例1と同様にして、リング形状をなす成形体を作製後、脱脂、焼成を行って焼結体とし、表面を平面研削盤で研削して平面とし、アルミナ製のラップ盤で粗加工した後、錫製のラップ盤で算術平均高さRaが0.98μm以下となるように鏡面加工して、外径26mm、内径19mmの環状体である固定リング6aである試料No.20〜24を得た。   Then, in the same manner as in Example 1, after forming a ring-shaped molded body, degreasing and firing were performed to obtain a sintered body, and the surface was ground with a surface grinder to be a flat surface, and then roughened with an alumina lapping machine. After the processing, mirror surface processing was carried out with a lapping machine made of tin so that the arithmetic average height Ra was 0.98 μm or less, and the sample no. 20-24 were obtained.

ここで、非球形開気孔2aの長径(A)に対する短径(B)の比(B/A)は、実施例1に示した方法と同様の方法で求めた。   Here, the ratio (B / A) of the minor axis (B) to the major axis (A) of the non-spherical open pores 2a was determined by the same method as the method shown in Example 1.

また、全開気孔に対して、非球形開気孔2aの外接円の直径が1μm以上20μm以下、且つ、該非球形開気孔2aの内壁の対向する面同士の最短距離が0.2〜10μmである非球形開気孔を、任意の直径20μmの円内の領域に一つ以上有する開気孔が占める個数の比率は走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、倍率2000倍として1200μmの範囲で得た画像より求めた。 Further, the diameter of the circumscribed circle of the non-spherical open hole 2a is 1 μm or more and 20 μm or less with respect to all the open holes, and the shortest distance between the opposing surfaces of the inner walls of the non-spherical open hole 2a is 0.2 to 10 μm. The ratio of the number of open pores having one or more spherical open pores in a region within an arbitrary circle having a diameter of 20 μm is based on an image obtained in a range of 1200 μm 2 at a magnification of 2000 using a scanning electron microscope (SEM). Asked.

その後、固定リング6aと、外径24mm、内径21mmの凸状部を有する外径26mm、内径19mmの環状体であって、炭素からなる回転リング6bとを回転軸を通して互いの摺動面16a,16bを当接し、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数μを測定し、その値を表3に示した。なお、算術平均高さRaおよび摩擦係数μは、実施例1に示した方法と同じ方法で測定した。   Thereafter, the fixed ring 6a and an annular body having an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 19 mm, each having a convex portion with an outer diameter of 24 mm and an inner diameter of 21 mm, and a rotating ring 6b made of carbon are connected to the sliding surfaces 16a, 16a, 16b was contacted and slid under the following conditions, and the coefficient of friction μ during sliding was measured. The value is shown in Table 3. The arithmetic average height Ra and the friction coefficient μ were measured by the same method as that shown in Example 1.

<摺動条件>
相対速度:5m/s、面圧:1MPa、潤滑液:水、摺動時間:100時間
なお、実施例1と同様の方法により、相対速度、面圧を算出した。

Figure 2007223890
<Sliding conditions>
Relative speed: 5 m / s, surface pressure: 1 MPa, lubricating liquid: water, sliding time: 100 hours The relative speed and surface pressure were calculated by the same method as in Example 1.
Figure 2007223890

表3に示すように、全開気孔の個数100%に対する非球形開気孔2aの個数割合が80%以上である試料No.21〜24は、摺動面全体に亘って、潤滑液は徐々に供給されるため、摩擦係数が0.2以下と低く、長期間高い摺動特性を維持すると言える。   As shown in Table 3, the number ratio of the non-spherical open pores 2a to the total open pore number 100% is 80% or more. In Nos. 21 to 24, since the lubricating liquid is gradually supplied over the entire sliding surface, it can be said that the friction coefficient is as low as 0.2 or less and high sliding characteristics are maintained for a long time.

これに対し、摺動面に開口する全開気孔の個数100%に対する非球形開気孔2aの個数割合が80%未満である試料No.20は、摺動面全体に対し、潤滑液が供給されない部分が発生し、摩擦係数が0.3と高いことがわかった。   On the other hand, in the case of sample no. No. 20 was found to have a portion where the lubricating liquid was not supplied to the entire sliding surface, and the friction coefficient was as high as 0.3.

(実施例4)
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、48時間混合してスラリー化した。このスラリーに成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径80μmの炭化けい素の顆粒を準備した。
Example 4
First, a predetermined amount of carbon powder, boron powder, a dispersant and water was added to silicon carbide powder, and the mixture was put into a ball mill and then mixed for 48 hours to form a slurry. A binder was added to the slurry as a molding aid, mixed, and then spray-dried to prepare silicon carbide granules having an average particle size of 80 μm.

次に、気孔形成剤として予め粉砕され、懸濁重合された非架橋性ポリスチレンを各顆粒に対して表4に示すように0.5〜10質量%添加、混合して混合原料とした後、この混合原料を成形型に充填し、厚み方向に98MPaの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。   Next, after adding 0.5 to 10% by mass of non-crosslinkable polystyrene preliminarily pulverized and pore-polymerized as a pore-forming agent as shown in Table 4, the mixture is used as a mixed raw material. This mixed raw material was filled in a mold, and pressed and molded at a pressure of 98 MPa in the thickness direction to obtain a molded body having a ring shape.

そして、実施例1と同様にして、リング形状をなす成形体を作製後、脱脂、焼成を行って焼結体とし、表面を平面研削盤で研削して平面とし、アルミナ製のラップ盤で粗加工した後、錫製のラップ盤で鏡面加工して、外径26mm、内径19mmの環状体である固定リング6aである試料No.25〜29を得た。   In the same manner as in Example 1, after forming a ring-shaped molded body, it was degreased and fired to obtain a sintered body, and the surface was ground with a surface grinder to obtain a flat surface, which was then roughened with an alumina lapping machine. After processing, the sample was mirror-finished with a lapping machine made of tin, and the sample No. 2 was a fixing ring 6a which was an annular body having an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 19 mm. 25-29 were obtained.

ここで、非球形開気孔2aの長径(A)に対する短径(B)の比(B/A)は、実施例1に示した方法と同様の方法で求めた。   Here, the ratio (B / A) of the minor axis (B) to the major axis (A) of the non-spherical open pores 2a was determined by the same method as the method shown in Example 1.

また、摺動面における全開気孔の面積占有率は、金属顕微鏡を用いて、倍率100倍にして、CCDカメラで前記試料の摺動面の画像を取り込み、画像解析装置((株)ニレコ製(LUZEX−FS))により画像内の1視野の測定面積を9.0×10−2mm、測定視野数を10、測定総面積を9.0×10−1mmとして測定した。 Further, the area occupation ratio of the open pores on the sliding surface was increased by 100 times using a metal microscope, and the image of the sliding surface of the sample was captured with a CCD camera, and an image analyzer (manufactured by Nireco Corporation ( LUZEX-FS)), the measurement area of one visual field in the image was measured as 9.0 × 10 −2 mm 2 , the number of measurement visual fields was 10, and the total measurement area was 9.0 × 10 −1 mm 2 .

その後、固定リング6aと、外径24mm、内径21mmの凸状部を有する外径26mm、内径19mmの環状体であって、炭素からなる回転リング6bとを回転軸を通して互いの摺動面16a,16bを当接し、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数μを測定し、その値を表4に示した。なお、算術平均高さRaおよび摩擦係数μは、実施例1に示した方法と同じ方法で測定した。   Thereafter, the fixed ring 6a and an annular body having an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 19 mm, each having a convex portion with an outer diameter of 24 mm and an inner diameter of 21 mm, and a rotating ring 6b made of carbon are connected to the sliding surfaces 16a, 16a, 16b was contacted and slid under the following conditions, and the coefficient of friction μ during sliding was measured. The value is shown in Table 4. The arithmetic average height Ra and the friction coefficient μ were measured by the same method as that shown in Example 1.

<摺動条件>
相対速度:20m/s、面圧:300kPa、潤滑液:エチレングリコール、摺動時間:500時間
なお、実施例1と同様の方法により、相対速度、面圧を算出し、シール性は摺動面16a,16b間より回転軸7側に漏れた潤滑液の量を測定し、その量を漏れ量として評価した。

Figure 2007223890
<Sliding conditions>
Relative speed: 20 m / s, surface pressure: 300 kPa, lubricating liquid: ethylene glycol, sliding time: 500 hours In addition, the relative speed and the surface pressure are calculated by the same method as in Example 1, and the sealing property is the sliding surface. The amount of the lubricating liquid leaked to the rotating shaft 7 side from between 16a and 16b was measured, and the amount was evaluated as the leakage amount.
Figure 2007223890

表4に示すように、表面(摺動面)100%に対する全開気孔の面積占有率が5%以上12%以下である試料No.26〜28は、摩擦係数が0.25以下、漏れ量は0mlとともに低く、摺動特性、シール性能ともに良好であった。   As shown in Table 4, the sample occupancy rate of all open pores with respect to 100% of the surface (sliding surface) is 5% or more and 12% or less. Nos. 26 to 28 had a friction coefficient of 0.25 or less, a leakage amount as low as 0 ml, and good sliding characteristics and sealing performance.

これに対し、全開気孔の面積占有率が5%未満である試料No.25は、シール性能が良好であるものの、摩擦係数が0.35と高く、良好な摺動特性を得ることができなかった。また、面積占有率が12%を超える試料No.29は、エチレングリコールのように高い粘度の潤滑液を用いると、摩擦係数は0.07と低く、良好な摺動特性が得られているものの、シール性能は低下した。   On the other hand, Sample No. whose area occupancy of all open pores is less than 5%. Although No. 25 had good sealing performance, the friction coefficient was as high as 0.35, and good sliding characteristics could not be obtained. Sample No. with an area occupancy exceeding 12%. For No. 29, when a lubricating liquid having a high viscosity such as ethylene glycol was used, the friction coefficient was as low as 0.07 and good sliding characteristics were obtained, but the sealing performance was lowered.

(実施例5)
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、48時間混合してスラリー化した。このスラリーに成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより平均粒径80μmの炭化けい素の顆粒を準備した。
(Example 5)
First, a predetermined amount of carbon powder, boron powder, a dispersant and water was added to silicon carbide powder, and the mixture was put into a ball mill and then mixed for 48 hours to form a slurry. A binder was added to the slurry as a molding aid, mixed, and then spray-dried to prepare silicon carbide granules having an average particle size of 80 μm.

次に、気孔形成剤として予め粉砕され、懸濁重合された非架橋性のアクリル−スチレン共重合体を顆粒に対して表5に示す比率で添加、混合して混合原料とした後、この混合原料を成形型に充填し、厚み方向に98MPaの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。   Next, a non-crosslinkable acrylic-styrene copolymer that has been previously pulverized and subjected to suspension polymerization as a pore-forming agent is added to and mixed with the ratio shown in Table 5 with respect to the granules to obtain a mixed raw material. The raw material was filled in a mold, and a molded body having a ring shape was formed by pressurizing and molding at a pressure of 98 MPa in the thickness direction.

そして、実施例1と同様にして、リング形状をなす成形体を作製後、脱脂、焼成を行って焼結体とし、表面を平面研削盤で研削して平面とし、アルミナ製のラップ盤で粗加工した後、錫製のラップ盤で鏡面加工して、外径26mm、内径19mmの環状体である固定リング6aである試料No.30〜34を得た。   In the same manner as in Example 1, after forming a ring-shaped molded body, it was degreased and fired to obtain a sintered body, and the surface was ground with a surface grinder to obtain a flat surface, which was then roughened with an alumina lapping machine. After processing, the sample was mirror-finished with a lapping machine made of tin, and the sample No. 2 was a fixing ring 6a which was an annular body having an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 19 mm. 30-34 were obtained.

ここで、非球形開気孔2aの長径(A)に対する短径(B)の比(B/A)は、実施例1に示した方法と同様の方法で求めた。   Here, the ratio (B / A) of the minor axis (B) to the major axis (A) of the non-spherical open pores 2a was determined by the same method as the method shown in Example 1.

また、摺動面における全開気孔の分布密度は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、倍率1000倍として1200μmの範囲で得た画像より求めた。 Further, the distribution density of all open pores on the sliding surface was determined from an image obtained in a range of 1200 μm 2 at a magnification of 1000 using a scanning electron microscope (SEM).

その後、固定リング6aと、外径24mm、内径21mmの凸状部を有する外径26mm、内径19mmの環状体であって、炭素からなる回転リング6bとを回転軸を通して互いの摺動面16a,16bを当接し、以下の条件で摺動させ、摺動中の摩擦係数μを測定し、その値を表5に示した。なお、算術平均高さRaおよび摩擦係数μは、実施例1に示した方法と同じ方法で測定した。   Thereafter, the fixed ring 6a and an annular body having an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 19 mm, each having a convex portion with an outer diameter of 24 mm and an inner diameter of 21 mm, and a rotating ring 6b made of carbon are connected to the sliding surfaces 16a, 16a, 16b was contacted and slid under the following conditions, and the coefficient of friction μ during sliding was measured. The value is shown in Table 5. The arithmetic average height Ra and the friction coefficient μ were measured by the same method as that shown in Example 1.

<摺動条件>
相対速度:16m/s、面圧:300kPa、潤滑液:水、摺動時間:300時間

Figure 2007223890
<Sliding conditions>
Relative speed: 16 m / s, surface pressure: 300 kPa, lubricant: water, sliding time: 300 hours
Figure 2007223890

表5に示すように、表面(摺動面)における全開気孔の分布密度が5%以上12%以下である試料No.31〜33は、大きさのばらつきが小さい開気孔が均一に分散されるので、摩擦係数が0.13以下と低く、高い摺動特性を得ることができた。   As shown in Table 5, the sample No. 5 has a distribution density of all open pores on the surface (sliding surface) of 5% or more and 12% or less. In Nos. 31 to 33, open pores with small variations in size were uniformly dispersed, so the friction coefficient was as low as 0.13 or less, and high sliding characteristics could be obtained.

これに対し、摺動面における全開気孔の分布密度が2.5×10個/mm未満である試料No.30は、単位面積当たりの気孔が少ないために、適正な量の潤滑液を摺動面に供給することができなかったために、摩擦係数が0.3と高く、良好な摺動特性を得ることができなかった。また、分布密度が12.5×10個/mmを超える試料No.34は、単位面積当たりの気孔が多いために、気孔間の間隔が短くなって、摺動中、脱粒が発生し、この試料についても摩擦係数が0.3と高く、良好な摺動特性を得ることができなかった。 On the other hand, Sample No. whose distribution density of all open pores on the sliding surface is less than 2.5 × 10 4 / mm 2 is used. No. 30 has a small coefficient of pore per unit area, so that an appropriate amount of lubricating liquid could not be supplied to the sliding surface. I could not. In addition, Sample No. with distribution density exceeding 12.5 × 10 4 pieces / mm 2 was obtained. No. 34 has a large number of pores per unit area, so that the interval between the pores is shortened, and graining occurs during sliding. This sample also has a high coefficient of friction of 0.3 and has good sliding characteristics. Couldn't get.

(実施例6)
まず、炭化けい素粉末に炭素粉末、硼素粉末、分散剤および水を所定量加えボールミルに投入した後、48時間混合してスラリー化した。このスラリーに成形助剤としてバインダーを添加、混合した後、噴霧乾燥することにより粒径80μmの炭化けい素の顆粒を準備した。
(Example 6)
First, a predetermined amount of carbon powder, boron powder, a dispersant and water was added to silicon carbide powder, and the mixture was put into a ball mill and then mixed for 48 hours to form a slurry. After adding and mixing a binder as a molding aid to the slurry, spray drying was performed to prepare silicon carbide granules having a particle size of 80 μm.

次に、気孔形成剤として予め粉砕され、懸濁重合された非架橋性のアクリル−スチレン共重合体を顆粒に対して表6に示す比率で添加、混合して混合原料とした後、この混合原料を成形型に充填し、厚み方向に98MPaの圧力で加圧、成形してリング形状をなす成形体とした。   Next, a non-crosslinkable acrylic-styrene copolymer that has been pulverized and suspension-polymerized in advance as a pore-forming agent is added to the granule at a ratio shown in Table 6 and mixed to obtain a mixed raw material. The raw material was filled in a mold, and a molded body having a ring shape was formed by pressurizing and molding at a pressure of 98 MPa in the thickness direction.

そして、実施例1と同様にして、リング形状をなす成形体を作製後、脱脂、焼成を行って焼結体とし、表面を平面研削盤で研削して平面とした後、アルミナ製のラップ盤で粗加工し、錫製のラップ盤で鏡面加工して、外径26mm、内径19mmの環状体である固定リング5aである試料No.35〜40を得た。   Then, after producing a ring-shaped molded body in the same manner as in Example 1, degreasing and firing were performed to obtain a sintered body, and the surface was ground with a surface grinder to obtain a flat surface, followed by an alumina lapping machine. The sample No. 1 is a fixing ring 5a which is an annular body having an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 19 mm. 35-40 were obtained.

試料No.35〜40の3点曲げ強度は、JIS R 1601−1995に、また、ヤング率およびポアソン比は、いずれもJIS R 1602−1995に基づく超音波パルス法に準拠し、これらJIS規格で定められる形状の試料を別途作製して測定した。   Sample No. The three-point bending strength of 35 to 40 conforms to JIS R 1601-1995, and the Young's modulus and Poisson ratio both conform to the ultrasonic pulse method based on JIS R 1602-1995, and the shapes defined by these JIS standards. These samples were separately prepared and measured.

また、試料No.35〜39の40〜400℃における熱膨張係数およびこの温度範囲における熱伝導率は、それぞれJIS R 1611−1995,JIS R 1618−2002に準拠し、これらJIS規格で定められる形状の試料を別途作製して測定した。   Sample No. The coefficient of thermal expansion of 35 to 39 at 40 to 400 ° C. and the thermal conductivity in this temperature range are based on JIS R 1611-1995 and JIS R 1618-2002, respectively, and samples having shapes defined by these JIS standards are separately prepared. And measured.

その後、固定リング6aと、外径24mm、内径21mmの凸状部を有する外径26mm、内径19mmの環状体であって、炭素からなる回転リング6bとを回転軸を通して互いの摺動面16a,16bを当接し、以下の条件で摺動させた。 Thereafter, the fixed ring 6a and an annular body having an outer diameter of 26 mm and an inner diameter of 19 mm having a convex portion with an outer diameter of 24 mm and an inner diameter of 21 mm, and a rotating ring 6b made of carbon are connected to the sliding surfaces 16a, 16a, 16b was contacted and slid under the following conditions.

<摺動条件>
相対速度:12m/s、面圧:1MPa、潤滑液:エチレングリコール、摺動時間:100時間および1000時間
摺動開始から100時間後および1000時間後に、金属顕微鏡を用い倍率50倍により、クラックの有無を観察し、クラックが確認されなかったものを○、確認されたものを△で表6に示した。

Figure 2007223890
<Sliding conditions>
Relative speed: 12 m / s, surface pressure: 1 MPa, lubricating liquid: ethylene glycol, sliding time: 100 hours and 1000 hours After 100 hours and 1000 hours from the start of sliding, using a metal microscope, magnification of 50 times The presence or absence was observed, and those in which no crack was confirmed were shown in Table 6 and those in which cracks were confirmed were shown in Table 6.
Figure 2007223890

表6に示すように、熱衝撃抵抗係数R’が29000W/m以上の試料No.36〜40は、強度が高く、しかも摩擦熱を瞬時に逃がすことができるため、摺動時間1000時間後にもクラックは観察されなかった。   As shown in Table 6, a sample No. with a thermal shock resistance coefficient R ′ of 29000 W / m or more was used. Since Nos. 36 to 40 have high strength and can release frictional heat instantaneously, no cracks were observed even after 1000 hours of sliding time.

これに対し、熱衝撃抵抗係数R’が29000W/m未満の試料No.35は、強度が低く、摩擦熱も瞬時に逃がすことができなかったため、摺動時間1000時間後にクラックが発生した。   On the other hand, Sample No. with a thermal shock resistance coefficient R 'of less than 29000 W / m. No. 35 had low strength, and the frictional heat could not be released instantly, so that cracks occurred after a sliding time of 1000 hours.

本発明の炭化けい素質焼結体をメカニカルシールリングに用いた場合の気孔を模式的に表した図であって、(a)は摺動面の平面図、(b)は摺動面と垂直な方向の断面図(図1(a)のAA断面図)、(c)は3次元網目に沿って気孔が配置することを示す模式図の一例である。It is the figure which represented the pore at the time of using the silicon carbide sintered compact of this invention for a mechanical seal ring, Comprising: (a) is a top view of a sliding surface, (b) is perpendicular | vertical to a sliding surface. FIG. 1C is an example of a schematic view showing that pores are arranged along a three-dimensional mesh. (a)、(b)、(c)、(d)は非球形の各気孔を模式的に表した図である。(A), (b), (c), (d) is the figure which represented typically each nonspherical pore. 本発明の炭化けい素質焼結体をメカニカルシールリングに適用した軸封装置であるメカニカルシールの一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing an example of a mechanical seal which is a shaft seal device which applied a silicon carbide sintered compact of the present invention to a mechanical seal ring. 従来のメカニカルシールリングを用いた軸封装置であるメカニカルシールの一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows an example of the mechanical seal which is a shaft seal apparatus using the conventional mechanical seal ring.

符号の説明Explanation of symbols

1:炭化けい素質焼結体
2:気孔、2a:非球形開気孔
3:結晶粒子の集合体
4:粒界
6:メカニカルシールリング
6a:固定リング
6b:回転リング
7:回転軸
8:ケーシング
9:緩衝ゴム
10:パッキング
11:セットスクリュー
12:カラー
13:コイルスプリング
14:Oリング
15:密封流体
16a,16b:摺動面
1: Sintered silicon carbide 2: Pore, 2a: Non-spherical open pore 3: Aggregate of crystal particles 4: Grain boundary 6: Mechanical seal ring 6a: Fixed ring 6b: Rotating ring 7: Rotating shaft 8: Casing 9 : Buffer rubber 10: Packing 11: Set screw 12: Collar 13: Coil spring 14: O-ring 15: Sealing fluid 16a, 16b: Sliding surface

Claims (11)

表面に開口する開気孔を有する炭化けい素質焼結体であって、その表面における任意の直径20μmの円内の領域に、前記開気孔の外接円の直径を長径とし、該長径に直交するとともに、前記長径の中点を通過する直線と前記開気孔とが交わる直線を短径としたとき、前記長径に対する前記短径の比が0.2以上0.8以下である非球形開気孔を一つ以上有することを特徴とする炭化けい素質焼結体。   A silicon carbide sintered body having open pores opened on the surface, wherein the diameter of the circumscribed circle of the open pores is a major axis in a region within a circle having a diameter of 20 μm on the surface, and is orthogonal to the major axis. When the straight line passing through the midpoint of the major axis and the straight line where the open pores intersect is defined as the minor axis, the ratio of the minor axis to the major axis is one nonspherical open pore having a ratio of 0.2 to 0.8. A silicon carbide sintered body characterized by having two or more. 前記非球形開気孔の長径は、1μm以上20μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の炭化けい素質焼結体。   2. The silicon carbide sintered body according to claim 1, wherein a major axis of the non-spherical open pores is 1 μm or more and 20 μm or less. 前記非球形開気孔の短径は、1μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の炭化けい素質焼結体。   3. The silicon carbide sintered body according to claim 1, wherein a minor axis of the non-spherical open pores is 1 μm or more and 10 μm or less. 前記非球形開気孔は、平均直径10μm以上150μm以下の3次元網目状に分散していることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の炭化けい素質焼結体。   4. The silicon carbide sintered body according to claim 1, wherein the non-spherical open pores are dispersed in a three-dimensional network having an average diameter of 10 μm to 150 μm. 前記表面に開口する全開気孔の個数100%に対する前記非球形開気孔の個数割合は、80%以上であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の炭化けい素質焼結体。   5. The silicon carbide sintered body according to claim 1, wherein the ratio of the number of the non-spherical open pores to the number of all open pores 100% opened on the surface is 80% or more. 前記表面の面積100%に対する前記表面に開口する全開気孔の面積占有率は、5%以上12%以下であることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の炭化けい素質焼結体。   6. The silicon carbide sintered body according to claim 1, wherein an area occupation ratio of all open pores opened on the surface with respect to 100% of the surface area is 5% or more and 12% or less. . 前記表面における前記全開気孔の分布密度は、2.5×10個/mm以上12.5×10個/mm以下であることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の炭化けい素質焼結体。 The distribution density of all the open pores on the surface is 2.5 × 10 4 pieces / mm 2 or more and 12.5 × 10 4 pieces / mm 2 or less. A sintered body of silicon carbide. 以下の式(2)で規定される熱衝撃抵抗係数R’が29000W/m以上であることを特徴とする炭化けい素質焼結体。
R=S・(1−ν)/(E・α) ・・・(1)
但し S:3点曲げ強度(Pa)
ν:ポアソン比
E:ヤング率(Pa)
α:40〜400℃における熱膨張係数(×10−6/K)
R’=R・k ・・・(2)
但し k:熱伝導率(W/(m・K))
A silicon carbide sintered body having a thermal shock resistance coefficient R ′ defined by the following formula (2) of 29000 W / m or more.
R = S · (1−ν) / (E · α) (1)
S: Three-point bending strength (Pa)
ν: Poisson's ratio E: Young's modulus (Pa)
α: Thermal expansion coefficient at 40 to 400 ° C. (× 10 −6 / K)
R ′ = R · k (2)
Where k: thermal conductivity (W / (m · K))
請求項1〜8の何れかに記載の炭化けい素質焼結体を少なくとも摺動面に用いたことを特徴とする摺動部材。   A sliding member using the silicon carbide sintered body according to any one of claims 1 to 8 on at least a sliding surface. 潤滑液を介して互いの摺動面を当接し摺動させる固定リングと回転リングとを備え、前記固定リングおよび回転リングの少なくとも一方を請求項9に記載の摺動部材からなることを特徴とするメカニカルシールリング。   A fixed ring and a rotating ring that contact and slide each other's sliding surfaces through a lubricating liquid, and at least one of the fixing ring and the rotating ring is made of the sliding member according to claim 9. Mechanical seal ring. 請求項10に記載のメカニカルシールリングを備えたことを特徴とするメカニカルシール。   A mechanical seal comprising the mechanical seal ring according to claim 10.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2090558A1 (en) * 2006-10-30 2009-08-19 Kyocera Corporation Slide member, process for producing the same, and mechanical seal and mechanical seal ring utilizing the member
JP2018016530A (en) * 2016-07-29 2018-02-01 京セラ株式会社 Porous ceramic, member for adsorption and member for polishing
JP2018071702A (en) * 2016-10-31 2018-05-10 イーグル工業株式会社 Shaft seal device of refrigerating machine compressor
CN113851233A (en) * 2021-09-01 2021-12-28 中国科学院上海应用物理研究所 Radial shielding structure of molten salt reactor and molten salt reactor comprising same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2090558A1 (en) * 2006-10-30 2009-08-19 Kyocera Corporation Slide member, process for producing the same, and mechanical seal and mechanical seal ring utilizing the member
US8916488B2 (en) 2006-10-30 2014-12-23 Kyocera Corporation Sliding member, manufacturing method thereof, mechanical seal ring using sliding member and mechanical seal using mechanical seal ring
EP2090558B1 (en) * 2006-10-30 2017-01-11 Kyocera Corporation Slide member
JP2018016530A (en) * 2016-07-29 2018-02-01 京セラ株式会社 Porous ceramic, member for adsorption and member for polishing
JP2018071702A (en) * 2016-10-31 2018-05-10 イーグル工業株式会社 Shaft seal device of refrigerating machine compressor
CN113851233A (en) * 2021-09-01 2021-12-28 中国科学院上海应用物理研究所 Radial shielding structure of molten salt reactor and molten salt reactor comprising same

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