JP2007290926A - Carbon member and its production method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon member which is used as e.g., a sliding member such as a seal for a gas generator and can exhibit high corrosion resistance and good slidability both in high-temperature air and in a high-temperature steam atmosphere. <P>SOLUTION: The carbon member is composed of a carbon base material having pores and a coating film formed on the surfaces of the pores and containing aluminum orthophosphate (Al(PO<SB>4</SB>)). Desirably, the coating film formed on the surfaces of the pores contains a lithium compound in addition to the aluminum orthophosphate (Al(PO<SB>4</SB>)). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、カーボン部材およびその製造方法に係り、さらに詳しくは、高温大気中および高温水蒸気雰囲気中のいずれにおいても、高い耐食性および良好な摺動性を実現できるカーボン部材およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a carbon member and a method for producing the same, and more particularly to a carbon member capable of realizing high corrosion resistance and good slidability in both a high temperature atmosphere and a high temperature steam atmosphere and a method for producing the same.

一般に、流体を密封するためのシール装置用の摺動部品として、カーボン部材からなる摺動部品が広く用いられている。この種のカーボン部材からなる摺動部品は、固体潤滑性に加えて摺動面に適度な凹凸を有することから、相手側摺動部材のシール摺動面との間に密封流体による液膜を保持することができ、優れた潤滑特性を発揮する。   Generally, a sliding component made of a carbon member is widely used as a sliding component for a sealing device for sealing a fluid. A sliding component made of this type of carbon member has moderate unevenness on the sliding surface in addition to solid lubricity, so a liquid film is formed by a sealing fluid between the sealing sliding surface of the mating sliding member. It can be retained and exhibits excellent lubricating properties.

カーボン部材からなる摺動部品は、通常、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズ、カーボンブラック等の骨材と、合成樹脂などの結合材と、を混合、混練りし、成形して、その後、1000℃〜3000℃で焼成することにより製造される。このようにして製造されるカーボン部材からなる摺動部品は、その製造過程において、多くの気孔がその内部に形成されることとなる。   Sliding parts made of carbon members are usually mixed, kneaded and molded with an aggregate such as natural graphite, artificial graphite, mesophase, and carbon black, and a binder such as synthetic resin, and then 1000 ° C. Manufactured by firing at ~ 3000 ° C. In the sliding part made of the carbon member manufactured in this way, many pores are formed inside the manufacturing process.

また、このようなカーボン部材からなる摺動部品は、たとえば、ガスジェネレータ用シール等、用途によっては、500℃以上の高温酸化雰囲気で使用される場合がある。しかしながら、カーボン材料は500℃以上の高温酸化雰囲気で酸化してしまうという性質を有しており、特に、製造過程において、カーボン部材内部に形成された気孔は、酸化反応における酸化剤・反応生成物の移動経路となるため、これらの気孔表面に酸化消耗が生じてしまうという問題がある。そのため、500℃以上の高温酸化雰囲気において、安定して使用するためには、カーボン部材に、各種の耐酸化性の処理を施す必要がある。   In addition, a sliding component made of such a carbon member may be used in a high-temperature oxidizing atmosphere of 500 ° C. or higher depending on applications such as a gas generator seal. However, the carbon material has the property of being oxidized in a high-temperature oxidizing atmosphere of 500 ° C. or higher. In particular, the pores formed in the carbon member during the manufacturing process are oxidants and reaction products in the oxidation reaction. Therefore, there is a problem that oxidation exhaustion occurs on the surface of these pores. Therefore, in order to use it stably in a high-temperature oxidizing atmosphere of 500 ° C. or higher, it is necessary to perform various oxidation resistance treatments on the carbon member.

たとえば、500℃以上の高温大気中(高温酸化雰囲気中)においても酸化することなく安定して使用できるカーボン部材として、その気孔部の表面に、リチウム化合物とリチウム以外のリン酸化合物との混合化合物被膜が形成されたカーボン部材が開示されている(たとえば、特許文献1)。しかしながら、この特許文献1に記載のカーボン部材は、高温大気中における耐酸化性および摺動性に優れるものの、高温水蒸気雰囲気中で使用した場合における、耐酸化性が不十分であるという課題があった。   For example, as a carbon member that can be stably used without being oxidized even in a high-temperature atmosphere of 500 ° C. or higher (in a high-temperature oxidizing atmosphere), a mixed compound of a lithium compound and a phosphoric acid compound other than lithium on the surface of the pores A carbon member having a coating formed thereon is disclosed (for example, Patent Document 1). However, although the carbon member described in Patent Document 1 is excellent in oxidation resistance and slidability in high-temperature air, there is a problem that oxidation resistance is insufficient when used in a high-temperature steam atmosphere. It was.

また、高温水蒸気雰囲気中においても酸化することなく安定して使用できるカーボン部材として、たとえば、特許文献2には、Mg、Ca、ZnおよびAlのうち少なくとも一種のリン酸金属塩と、コロイド状のシリカと、からなる含浸液により、その気孔部に封口処理が施されたカーボン部材が開示されている。また、特許文献3には、その気孔部に、リン酸塩とアルミナ超微粒子とからなる含浸液を充填し、加熱処理して得られるカーボン部材が開示されている。しかしながら、特許文献2,3に記載のカーボン部材は、高温大気中で使用した場合における、耐酸化性や摺動特性に劣るという問題があった。   Further, as a carbon member that can be stably used without being oxidized even in a high-temperature steam atmosphere, for example, Patent Document 2 discloses at least one metal phosphate of Mg, Ca, Zn, and Al and a colloidal shape. There is disclosed a carbon member whose pores are sealed with an impregnating liquid composed of silica. Patent Document 3 discloses a carbon member obtained by filling the pores with an impregnating liquid composed of phosphate and ultrafine alumina particles and heat-treating them. However, the carbon members described in Patent Documents 2 and 3 have a problem that they are inferior in oxidation resistance and sliding characteristics when used in a high temperature atmosphere.

すなわち、これら特許文献1〜3に記載のカーボン部材では、高温大気中における耐酸化性と、高温水蒸気雰囲気中における耐酸化性と、を両立することができなかった。そのため、これら高温大気中、高温水蒸気雰囲気中のいずれにおいても、高い耐酸化性および優れた摺動特性を有するカーボン部材が望まれていた。   That is, the carbon members described in Patent Documents 1 to 3 cannot achieve both oxidation resistance in a high-temperature atmosphere and oxidation resistance in a high-temperature steam atmosphere. Therefore, a carbon member having high oxidation resistance and excellent sliding characteristics has been desired both in these high-temperature air and high-temperature steam atmosphere.

特開平9−87067号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-87067 特開昭57−179084号公報Japanese Patent Laid-Open No. 57-179084 特開昭58−69708号公報JP 58-69708 A

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、ガスジェネレータ用シール等の摺動部品等として用いられ、高温大気中および高温水蒸気雰囲気中のいずれにおいても、高い耐食性および良好な摺動性を実現できるカーボン部材およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and is used as a sliding part such as a seal for a gas generator, and realizes high corrosion resistance and good slidability in both a high temperature atmosphere and a high temperature steam atmosphere. An object of the present invention is to provide a carbon member that can be produced and a method for producing the same.

本発明者等は、上記目的を達成するために、鋭意検討を行った結果、カーボン基材に形成される気孔部の表面に、オルトリン酸アルミニウムを主として含有する被膜を形成することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors have formed a film mainly containing aluminum orthophosphate on the surface of the pores formed in the carbon base material. It was found that the above can be achieved, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明に係るカーボン部材は、気孔部を有するカーボン基材と、前記気孔部の表面に形成され、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))を含有する被膜と、を有する。 That is, the carbon member according to the present invention includes a carbon base material having pores, and a coating film formed on the surface of the pores and containing aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )).

前記気孔部の表面に形成されている被膜には、前記オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))に加えて、リチウムの化合物がさらに含有されていることが好ましい。 The film formed on the surface of the pores preferably further contains a lithium compound in addition to the aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )).

また、本発明に係るカーボン部材の製造方法は、
気孔部を有するカーボン基材に、リン酸アルミニウムを含有する被膜形成用水溶液を含浸させる工程と、
前記被膜形成用水溶液を含浸させたカーボン基材を、熱処理する工程と、
熱処理した前記カーボン基材を、温度180℃以上の高温高圧水で処理して、前記カーボン基材の有する気孔部の表面に、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))を含有する被膜を形成する工程と、を有する。
Moreover, the method for producing a carbon member according to the present invention includes:
Impregnating a carbon base material having pores with an aqueous solution for film formation containing aluminum phosphate;
Heat treating the carbon base material impregnated with the aqueous solution for film formation;
The heat-treated carbon substrate is treated with high-temperature and high-pressure water at a temperature of 180 ° C. or higher to form a film containing aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )) on the surface of the pores of the carbon substrate. And a process.

本発明の製造方法において、好ましくは、
気孔部を有するカーボン基材に含浸させる前記被膜形成用水溶液として、前記リン酸アルミニウムに加えて、リチウムの化合物をさらに含有する水溶液を用い、
前記カーボン基材の有する気孔部の表面に、前記オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))に加えて、前記リチウムの化合物をさらに含有する被膜を形成する。
In the production method of the present invention, preferably,
In addition to the aluminum phosphate, an aqueous solution further containing a lithium compound is used as the aqueous solution for film formation to be impregnated into the carbon substrate having pores,
In addition to the aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )), a film further containing the lithium compound is formed on the surface of the pores of the carbon substrate.

本発明のカーボン部材は、気孔部を有するカーボン基材の気孔部表面に、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))を含有する被膜を形成してなるものである。このような本発明のカーボン部材によれば、このオルトリン酸アルミニウムを含有する被膜により、高温大気中だけでなく、高温水蒸気雰囲気中においても、カーボン基材に形成された気孔部に起因する酸化消耗を有効に防止することができる。そのため、本発明のカーボン部材は、これらの雰囲気中において、高い耐食性および良好な摺動性を実現することができ、たとえば、ガスジェネレータ用シール等の摺動部品等として好適に用いることができる。 The carbon member of the present invention is formed by forming a film containing aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )) on the pore portion surface of a carbon base material having a pore portion. According to such a carbon member of the present invention, the coating containing the aluminum orthophosphate causes oxidation depletion caused by pores formed in the carbon base material not only in a high temperature atmosphere but also in a high temperature steam atmosphere. Can be effectively prevented. Therefore, the carbon member of the present invention can realize high corrosion resistance and good sliding property in these atmospheres, and can be suitably used as a sliding component such as a gas generator seal.

以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の実施例で使用した摺動試験装置を示す要部断面図、
図2は本発明の実施例および比較例に係るカーボン部材の大気中酸化試験の結果を示すグラフである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a sectional view of an essential part showing a sliding test apparatus used in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the results of atmospheric oxidation tests of carbon members according to examples and comparative examples of the present invention.

カーボン部材
本発明のカーボン部材は、複数の気孔部を有するカーボン基材と、この気孔部の表面に形成された被膜と、を有し、特に、この被膜は、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))を含有してなるものである。
Carbon member The carbon member of the present invention has a carbon base material having a plurality of pores, and a coating formed on the surface of the pores. In particular, the coating is made of aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )).

本発明のカーボン部材を構成するカーボン基材は、後述するように、各種カーボン材料からなる骨材と、合成樹脂などの結合材とを混合し、その後、所望の形状に成形し、1000℃〜3000℃で焼成することにより製造される。一方、このようにして製造されるカーボン基材には、製造過程で複数の気孔部が生じてしまい、この気孔部が原因となり、たとえば、高温酸化雰囲気中等で使用した場合に、酸化消耗が生じてしまう場合がある。   As will be described later, the carbon base material constituting the carbon member of the present invention is mixed with an aggregate made of various carbon materials and a binder such as a synthetic resin, and then molded into a desired shape. Manufactured by firing at 3000 ° C. On the other hand, the carbon base material produced in this way has a plurality of pores produced during the production process, which causes the pores to be consumed, for example, when used in a high-temperature oxidizing atmosphere. May end up.

そのため、本発明のカーボン部材は、製造過程においてカーボン基材内部に生じた複数の気孔部の表面に、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))を含有する被膜を形成してなるものである。そして、このような構成を採用することにより、上記問題の解決を図るものである。 Therefore, the carbon member of the present invention is formed by forming a film containing aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )) on the surface of a plurality of pores generated inside the carbon base material during the manufacturing process. And the solution of the said problem is aimed at by employ | adopting such a structure.

複数の気孔部の表面に形成される被膜は、オルトリン酸アルミニウムを主として含有するものであれば良いが、オルトリン酸アルミニウムに加えて、リチウムの化合物をさらに含有していることが好ましい。オルトリン酸アルミニウムに加えて、リチウムの化合物を含有させることにより、後述するように、これらの被膜を形成するための被膜形成用水溶液(たとえば、リン酸アルミニウムおよびリチウムの化合物を含有する水溶液)の、カーボン基材への含浸率を高めることができる。そのため、気孔部表面への被膜形成を、より効率的に行うことができる。
リチウム化合物としては、特に限定されないが、リン酸リチウム(LiPO)などが好ましく用いられる。
The film formed on the surfaces of the plurality of pores may be any film that mainly contains aluminum orthophosphate, but preferably further contains a lithium compound in addition to aluminum orthophosphate. By containing a lithium compound in addition to aluminum orthophosphate, an aqueous solution for forming a film for forming these films (for example, an aqueous solution containing an aluminum phosphate and a lithium compound), as described later, The impregnation rate into the carbon substrate can be increased. Therefore, the film formation on the pore surface can be performed more efficiently.
The lithium compound is not particularly limited, and lithium phosphate (Li 3 PO 4) is preferably used.

また、上記被膜は、オルトリン酸アルミニウム、および好ましく添加されるリン酸リチウム以外の他の成分については、実質的に含有されていないことが好ましく、特に、メタリン酸アルミニウム(Al(PO)については、全く含有されていないことが望ましい。具体的には、メタリン酸アルミニウム(Al(PO)に関しては、X線回折測定による検出限界以下となっていることが望ましい。メタリン酸アルミニウムが含有されていると、高温水蒸気雰囲気中における耐食性が劣化してしまうからである。 The coating film is preferably substantially free of other components other than aluminum orthophosphate and preferably added lithium phosphate, and in particular, aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ). It is desirable that no be contained at all. Specifically, regarding aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ), it is desirable that it is below the detection limit by X-ray diffraction measurement. This is because if aluminum metaphosphate is contained, the corrosion resistance in a high-temperature steam atmosphere deteriorates.

なお、本発明のカーボン部材においては、少なくともカーボン基材の有する気孔部の表面に上記した被膜が形成されていれば良く、たとえば、カーボン基材の有する気孔部に加えて、カーボン基材自体の表面にも被膜が形成されていても良い。   In the carbon member of the present invention, it is sufficient that the above-described coating is formed on at least the surface of the pores of the carbon substrate. For example, in addition to the pores of the carbon substrate, the carbon substrate itself A film may also be formed on the surface.

カーボン部材の製造方法
次に、本発明のカーボン部材の製造方法について、説明する。
本発明のカーボン部材は、まず、複数の気孔部を有するカーボン基材を製造し、カーボン基材中に、リン酸アルミニウムを含有する被膜形成用水溶液を含浸させ、次いで、熱処理を施し、その後、高温高圧水による処理を施すことにより製造される。
Method for producing a carbon member Next, the method of manufacturing the carbon member of the present invention will be described.
The carbon member of the present invention is produced by first producing a carbon base material having a plurality of pores, impregnating the carbon base material with an aqueous solution for forming a film containing aluminum phosphate, then subjecting it to a heat treatment, Manufactured by treatment with high-temperature and high-pressure water.

まず、複数の気孔部を有するカーボン基材を製造する。
カーボン基材は、カーボン材料と結合材とを混合、混練りし、得られた混練り物を、所望の形状に成形し、次いで、得られた成形体を、好ましくは1000℃〜3000℃で焼成することにより製造することができる。
First, a carbon substrate having a plurality of pores is manufactured.
The carbon base material is obtained by mixing and kneading a carbon material and a binder, molding the obtained kneaded product into a desired shape, and then firing the obtained molded body, preferably at 1000 ° C. to 3000 ° C. Can be manufactured.

カーボン材料としては、たとえば、グラファイト(人造黒鉛、天然黒鉛)などの黒鉛質カーボン、メソフェーズ、カーボンブラック、フェノール樹脂やエポキシ樹脂などを炭素化した合成樹脂炭、木炭類などの炭素質カーボンなどが挙げられる。また、結合材としては、コールタールピッチやフェノール樹脂などの合成樹脂などが挙げられる。   Examples of the carbon material include graphite carbon such as graphite (artificial graphite, natural graphite), synthetic resin charcoal obtained by carbonizing phenol resin or epoxy resin, carbonaceous carbon such as charcoal, etc. It is done. Examples of the binder include synthetic resins such as coal tar pitch and phenol resin.

なお、このようにして得られるカーボン基材は、その製造過程において、複数の気孔部が形成されることとなる。このような気孔部は、酸化反応における酸化剤・反応生成物の移動経路となるため、これらの気孔表面に酸化消耗が生じてしまい、腐食の原因となる。そのため、本発明においては、このような不都合を防止するために、次の方法により、得られたカーボン基材の気孔部表面に、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))を含有する被膜を形成する。 In addition, the carbon base material obtained in this way will have a plurality of pores formed in the manufacturing process. Such a pore part becomes a transfer path of the oxidant and reaction product in the oxidation reaction, so that the surface of these pores is oxidized and causes corrosion. Therefore, in the present invention, in order to prevent such inconvenience, a film containing aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )) is formed on the pore surface of the obtained carbon substrate by the following method. To do.

まず、カーボン基材の気孔部表面に被膜を形成するための被膜形成用水溶液を準備する。
本発明では、被膜形成用水溶液として、リン酸アルミニウムを主として含有する水溶液を用いる。リン酸アルミニウムとしては、たとえば、第一リン酸アルミニウム(Al・3P・6HO)などが挙げられる。水溶液中における、リン酸アルミニウムの含有量は、用途に応じて任意に変えることができる。
First, an aqueous solution for forming a coating for forming a coating on the pore surface of the carbon substrate is prepared.
In the present invention, an aqueous solution mainly containing aluminum phosphate is used as the aqueous solution for film formation. The aluminum phosphate, for example, aluminum primary phosphate (Al 2 O 3 · 3P 2 O 5 · 6H 2 O) and the like. The content of aluminum phosphate in the aqueous solution can be arbitrarily changed depending on the application.

そして、真空加圧が可能な容器を備えた含浸装置を用い、含浸処理前のカーボン基材を含浸容器中に入れ、十分に真空引きを行い、上記にて準備した被膜形成用水溶液を注入する(真空含浸)。その後、窒素ガス等を導入することにより、含浸容器を加圧し、加圧した状態で一定時間保持する(加圧含浸)。次いで、大気圧に開放し、カーボン基材を取り出し、カーボン基材の表面を洗浄・乾燥した後、結晶水の脱離などにより、リン酸アルミニウム化合物が十分に緻密化する温度(たとえば、600℃以上の温度)で、熱処理を行う。なお、熱処理時の雰囲気としては、大気中または窒素雰囲気中などが挙げられる。   Then, using an impregnation apparatus equipped with a container capable of vacuum pressurization, the carbon base material before the impregnation treatment is placed in the impregnation container, sufficiently evacuated, and the aqueous solution for film formation prepared above is injected. (Vacuum impregnation). Thereafter, nitrogen gas or the like is introduced to pressurize the impregnation container, and the pressure is maintained for a certain period of time (pressure impregnation). Next, the pressure is released to atmospheric pressure, the carbon base material is taken out, the surface of the carbon base material is washed and dried, and then the temperature at which the aluminum phosphate compound becomes sufficiently dense due to desorption of crystal water (for example, 600 ° C. Heat treatment is performed at the above temperature). In addition, as an atmosphere at the time of heat processing, the air | atmosphere or nitrogen atmosphere etc. are mentioned.

次いで、熱処理を行ったカーボン基材について、高温高圧水による処理を施す。高温高圧水により処理を施すことにより、カーボン基材表面にオルトリン酸アルミニウム(Al(PO))を含有する被膜を形成することができる。 Next, the carbon base material that has been subjected to the heat treatment is treated with high-temperature and high-pressure water. By performing the treatment with high-temperature high-pressure water, a film containing aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )) can be formed on the surface of the carbon substrate.

本発明者等は、従来の方法、すなわち、カーボン基材に、リン酸アルミニウムを含有する被膜形成用水溶液を含浸させ、単に熱処理しただけの場合(たとえば、上述した特許文献1(特開平9−87067号公報))には、カーボン基材の気孔部表面に形成される被膜は、次のような構成となることを見出した。すなわち、この場合には、カーボン基材の気孔部表面に形成される被膜は、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))ではなく、メタリン酸アルミニウム(Al(PO)を主成分として含有するものとなることを、X線回折等の結果により見出した。
このように、カーボン基材の気孔部表面に形成される被膜を、メタリン酸アルミニウム(Al(PO)を主成分とするものとした場合には、高温大気中においては、耐酸化性に優れるものの、高温水蒸気雰囲気中で使用した場合においては、耐酸化性に劣るという問題があった。
The inventors have used a conventional method, that is, a case where a carbon base material is impregnated with an aqueous solution for forming a film containing aluminum phosphate and is simply heat-treated (for example, the above-mentioned Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open Publication No. 9-2000). No. 87067))) has found that the film formed on the pore surface of the carbon substrate has the following structure. That is, in this case, the coating film formed on the pore surface of the carbon base material contains aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) as a main component instead of aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )). It was found from the results of X-ray diffraction and the like.
As described above, when the coating formed on the pore portion surface of the carbon base material is mainly composed of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ), the oxidation resistance in a high-temperature atmosphere. However, when used in a high-temperature steam atmosphere, there was a problem of poor oxidation resistance.

さらに、本発明者等は、他の従来の方法、すなわち、被膜形成用水溶液として、リン酸アルミニウムと、シリカとの混合物を使用した場合(たとえば、上述した特許文献2(特開昭57−179084号公報))においても、形成される被膜は、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))に加えて、メタリン酸アルミニウム(Al(PO)およびシリカ(SiO)を主成分として含有するものとなることを、X線回折等の結果により見出した。
そして、この場合においては、形成される被膜中には、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))に加えて、メタリン酸アルミニウム(Al(PO)およびシリカ(SiO)が含有されてしまっているため、高温大気中における、耐酸化性に劣るという問題があった。なお、シリカの代わりに、たとえば、アルミナを使用した場合(たとえば、特許文献3(特開昭58−69708号公報))においても、同様の理由により、高温大気中における、耐酸化性に劣るという問題があった。
Furthermore, the present inventors have used another conventional method, that is, a case where a mixture of aluminum phosphate and silica is used as an aqueous solution for forming a film (for example, the above-mentioned Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 57-179084)). In addition, in addition to aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )), the formed film contains aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) and silica (SiO 2 ) as main components. It was found from the results of X-ray diffraction and the like.
In this case, the formed coating contains aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) and silica (SiO 2 ) in addition to aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )). Therefore, there is a problem that the oxidation resistance is poor in a high-temperature atmosphere. It should be noted that, for example, when alumina is used instead of silica (for example, Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 58-69708)), the oxidation resistance in a high-temperature atmosphere is inferior for the same reason. There was a problem.

これに対して、本発明においては、熱処理を行ったカーボン基材について、高温高圧水による処理を施すことにより、カーボン基材の気孔部表面に形成された被膜中における、メタリン酸アルミニウム(Al(PO)を反応させて、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))とする。すなわち、本発明においては、カーボン基材の気孔部表面に形成された被膜を、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))を主として含有するものとする。そして、このようにすることにより、高温大気中で使用する場合に加えて、高温水蒸気雰囲気中で使用する場合においても、優れた耐酸化性を実現することができる。 On the other hand, in the present invention, by subjecting the heat-treated carbon base material to a treatment with high-temperature and high-pressure water, aluminum metaphosphate (Al ( PO 3 ) 3 ) is reacted to form aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )). That is, in the present invention, the coating formed on the pore portion surface of the carbon base material mainly contains aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )). And in this way, in addition to the case where it is used in a high-temperature air, it is possible to realize excellent oxidation resistance when used in a high-temperature steam atmosphere.

高温高圧水による処理を行う際の条件としては、温度を180℃以上、好ましくは180〜220℃、より好ましくは180〜200℃とする。この温度が低すぎると、被膜中に、メタリン酸アルミニウム(Al(PO)が残存してしまい、上記効果が得られなくなる。また、この場合における圧力は、上記した温度との関係で決定することが好ましく、特に、本発明においては、処理温度における飽和水蒸気圧以上とすることが好ましい。圧力を飽和水蒸気圧以上とすることにより、水の気化を抑制することができ、180℃以上の液相の水により処理を行うことができる。 As conditions for performing the treatment with high-temperature and high-pressure water, the temperature is 180 ° C. or higher, preferably 180 to 220 ° C., more preferably 180 to 200 ° C. If this temperature is too low, aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) remains in the coating, and the above effect cannot be obtained. Further, the pressure in this case is preferably determined in relation to the above-described temperature. In particular, in the present invention, it is preferable that the pressure be equal to or higher than the saturated water vapor pressure at the processing temperature. By setting the pressure to be equal to or higher than the saturated water vapor pressure, water vaporization can be suppressed, and the treatment can be performed with liquid phase water at 180 ° C. or higher.

なお、本発明においては、カーボン基材の気孔部表面に被膜を形成するための被膜形成用水溶液には、リン酸アルミニウムに加えて、リチウムの化合物をさらに含有させても良い。リチウムの化合物をさらに含有させることにより、被膜形成用水溶液を、カーボン基材に含浸させる際における、含浸物の吹き出しを防止することができる。そのため、リチウムの化合物をさらに含有させることにより、繰り返し含浸することなく含浸深さを大きくすることができ、さらには、吹き出してしまった含浸物の除去作業を軽減することもできる。すなわち、より効率的に、カーボン基材中への、被膜形成用水溶液の含浸率を高めることができる。   In the present invention, the aqueous solution for forming a film for forming a film on the pore surface of the carbon substrate may further contain a lithium compound in addition to aluminum phosphate. By further containing a lithium compound, blowout of the impregnated product can be prevented when the carbon base material is impregnated with the aqueous solution for film formation. Therefore, by further including a lithium compound, the impregnation depth can be increased without being repeatedly impregnated, and further, the work of removing the impregnated material blown out can be reduced. That is, the impregnation rate of the aqueous solution for film formation into the carbon substrate can be increased more efficiently.

このようなリチウムの化合物としては、上記したリン酸アルミニウムに可溶なものであればよく、特に限定されないが、リン酸リチウム(LiPO)などが好ましく用いられる。また、被膜形成用水溶液中における、リチウムの化合物の含有量は、被膜形成用水溶液全体100重量%に対して、リチウム元素換算で、好ましくは0.1〜5重量%とする。 Such a lithium compound is not particularly limited as long as it is soluble in the above-described aluminum phosphate, and lithium phosphate (Li 3 PO 4 ) or the like is preferably used. Further, the content of the lithium compound in the aqueous solution for forming a film is preferably 0.1 to 5% by weight in terms of lithium with respect to 100% by weight of the entire aqueous solution for forming a film.

このようにして得られる本発明のカーボン部材は、カーボンの有する潤滑性等の特性を犠牲とすることなく、高温大気中で使用する場合に加えて、高温水蒸気雰囲気中で使用する場合においても、優れた耐酸化性を実現することができる。そのため、本発明のカーボン部材は、耐酸化性を必要とする各種用途に使用することができ、特に、高温大気中および高温水蒸気雰囲気中のいずれにおいても、優れた耐酸化性を有することが要求される摺動材(たとえば、ガスジェネレータ用シール等の摺動材)として、好適に用いることができる。特に、このような高温大気中および高温水蒸気雰囲気中でも、物性が変化することなく安定して使用できるものである。   The carbon member of the present invention thus obtained can be used in a high-temperature steam atmosphere in addition to the use in a high-temperature atmosphere without sacrificing characteristics such as lubricity of carbon. Excellent oxidation resistance can be achieved. Therefore, the carbon member of the present invention can be used for various applications that require oxidation resistance, and in particular, it is required to have excellent oxidation resistance in both high-temperature air and high-temperature steam atmosphere. As a sliding material (for example, a sliding material such as a seal for a gas generator), it can be suitably used. In particular, it can be used stably in such a high-temperature atmosphere and a high-temperature steam atmosphere without any change in physical properties.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the present invention.

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。   Hereinafter, although this invention is demonstrated based on a more detailed Example, this invention is not limited to these Examples.

実施例1
まず、人造黒鉛(平均粒度10μm):50重量%、コールタールピッチ:45重量%、およびフェノール樹脂:5重量%を均一に混合した後、加圧ニーダーを用いて、温度160℃で、60分間の混練りを行い、混練り物を得た。そして、混練り物を冷却した後、自由ミルを用いて100メッシュ以下に微粉砕を行い、成形粉を得た。
Example 1
First, artificial graphite (average particle size: 10 μm): 50% by weight, coal tar pitch: 45% by weight, and phenol resin: 5% by weight were uniformly mixed, and then using a pressure kneader at a temperature of 160 ° C. for 60 minutes. Kneading was performed to obtain a kneaded product. And after cooling a kneaded material, it grind | pulverized to 100 mesh or less using the free mill, and the molding powder was obtained.

次いで、得られた成形粉を用いて、成形圧力1.3ton/cm、5分の条件で金型プレス成形を行い、φ100×φ40×L50mmの成形体を得た。そして、得られた成形体を、2500℃、1時間の条件で熱処理して、ショア硬度80、比重1.80、気孔率13%の黒鉛化カーボン焼結体を得た。 Next, using the obtained molding powder, mold press molding was performed under a molding pressure of 1.3 ton / cm 2 for 5 minutes to obtain a molded body of φ100 × φ40 × L50 mm. And the obtained molded object was heat-processed on condition of 2500 degreeC and 1 hour, and the graphitized carbon sintered compact of Shore hardness 80, specific gravity 1.80, and porosity 13% was obtained.

そして、このカーボン焼結体から、10×5×40mmの大きさのブロックを作製し、含浸評価用の基材とした。
また、このカーボン焼結体から、φ23×φ29×10mmのリングを作製し、摺動特性評価用の基材とした。
And the block of a magnitude | size of 10x5x40mm was produced from this carbon sintered compact, and it was set as the base material for impregnation evaluation.
Further, a φ23 × φ29 × 10 mm ring was produced from this carbon sintered body, and used as a base material for evaluating sliding properties.

次いで、真空・加圧状態に耐えられる容器を具えた含浸装置を用い、上記にて作製した含浸評価用の基材および摺動特性評価用の基材に、被膜形成用水溶液を含浸させた。具体的には、各基材を、それぞれ含浸容器に入れ、その後、0.01kPaまで真空引きした後、被膜形成用水溶液を含浸させた。なお、本実施例では、被膜形成用水溶液として、第一リン酸アルミニウム(Al・3P・6HO:多木化学(株)製)38重量%水溶液を使用した。 Next, using an impregnation apparatus equipped with a container that can withstand vacuum and pressure, the substrate for impregnation evaluation and the base for sliding property evaluation prepared above were impregnated with an aqueous solution for film formation. Specifically, each base material was put in an impregnation container, and then evacuated to 0.01 kPa, and then impregnated with an aqueous solution for film formation. In this embodiment, as an aqueous solution for film forming, aluminum primary phosphate (Al 2 O 3 · 3P 2 O 5 · 6H 2 O: Taki Chemical Ltd. Co.) 38 was used wt% aqueous solution.

上記条件で、約20分間保持した後、Nガスを用いて、0.7MPa、60分間の条件で加圧含浸を行い、その後、大気圧に戻し、各基材を取り出した。次いで、各基材を洗浄・乾燥した後、大気雰囲気炉で600℃、1時間の条件で熱処理を行った。最後に、熱処理後の基材について、180℃の高温高圧水にて、24時間処理することにより、含浸評価用および摺動特性評価用の試料をそれぞれ作製した。なお、高温高圧水の圧力は、温度180℃における、飽和水蒸気圧である1.05MPa以上とした。 After holding for about 20 minutes under the above conditions, pressure impregnation was performed using N 2 gas under conditions of 0.7 MPa for 60 minutes, and then returned to atmospheric pressure, and each substrate was taken out. Next, each substrate was washed and dried, and then heat-treated in an air atmosphere furnace at 600 ° C. for 1 hour. Finally, the substrate after the heat treatment was treated with high-temperature and high-pressure water at 180 ° C. for 24 hours to prepare samples for impregnation evaluation and sliding property evaluation. The pressure of the high-temperature high-pressure water was set to 1.05 MPa or more, which is a saturated water vapor pressure at a temperature of 180 ° C.

実施例2
被膜形成用水溶液として、第一リン酸アルミニウムに加えて、リン酸リチウム(一級試薬、純正化学(株)製)3重量%を添加した水溶液を使用した以外は、実施例1と同様にして、含浸評価用および摺動特性評価用の試料をそれぞれ作製した。
Example 2
In the same manner as in Example 1, except that an aqueous solution to which 3% by weight of lithium phosphate (primary reagent, manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.) was added in addition to primary aluminum phosphate was used as the aqueous solution for film formation. Samples for impregnation evaluation and sliding characteristic evaluation were prepared.

比較例1
高温高圧水による処理を行わなかった以外は、実施例2と同様にして、含浸評価用および摺動特性評価用の試料をそれぞれ作製した。なお、比較例1の試料は、本発明の従来技術である特許文献1(特開平9−87067号公報)に相当する。
Comparative Example 1
Samples for impregnation evaluation and sliding property evaluation were prepared in the same manner as in Example 2 except that the treatment with high-temperature and high-pressure water was not performed. The sample of Comparative Example 1 corresponds to Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-87067), which is a conventional technique of the present invention.

比較例2
被膜形成用水溶液の代わりに、第一リン酸アルミニウムと、コロイド状シリカ(スノーテックス O、日産化学工業(株)製)と、を容積比率1:1で混合した溶液を用い、熱処理の条件を、大気中、600℃、1時間の条件から、窒素雰囲気中、900℃、5時間の条件に変更し、さらには、高温高圧水による処理を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、含浸評価用および摺動特性評価用の試料をそれぞれ作製した。なお、比較例2の試料は、本発明の従来技術である特許文献2(特開昭57−179084号公報)に相当する。
Comparative Example 2
Instead of the aqueous solution for film formation, a solution in which primary aluminum phosphate and colloidal silica (Snowtex O, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) are mixed at a volume ratio of 1: 1 is used. In the same manner as in Example 1 except that the condition was changed from the condition of 600 ° C. for 1 hour in the atmosphere to the condition of 900 ° C. for 5 hours in the nitrogen atmosphere, and further, the treatment with high-temperature high-pressure water was not performed. Samples for impregnation evaluation and sliding property evaluation were prepared. The sample of Comparative Example 2 corresponds to Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 57-179084), which is the prior art of the present invention.

評価試験
そして、実施例1,2および比較例1,2において作製した各試料について、各評価を行った。具体的には、含浸評価用の試料を用いて酸化減量試験を、摺動特性評価用の試料を用いて摺動試験を、それぞれ、以下の方法により行った。
Evaluation Tests Each of the samples prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 was evaluated. Specifically, an oxidation weight loss test was performed using a sample for impregnation evaluation, and a sliding test was performed using a sample for evaluation of sliding characteristics by the following methods.

酸化減量試験
酸化減量試験は、それぞれ、上記にて作製した実施例1,2、比較例1,2に係る含浸評価用の試料を用いて、高温大気中(大気中、500℃、100時間)、高温水蒸気中(水蒸気中、500℃、50時間)、および沸騰水浸漬雰囲気中(沸騰水、100℃、100時間)に保持し、試験前後における試料の重量減少率を評価することにより行った。なお、重量減少率は、下記式(1)により求めた。
重量減少率(%)={(試験前重量−試験後重量)/試験前重量}×100 …(1)
高温大気中における試験結果を図2に、高温水蒸気中および沸騰水浸漬雰囲気中における試験結果を表1に、それぞれ示す。
Oxidation weight loss test The oxidation weight loss test was performed in the high temperature atmosphere (in the atmosphere, 500 ° C., 100 hours) using the samples for impregnation evaluation according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 prepared above, respectively. It was carried out by maintaining the sample in high-temperature steam (in steam, 500 ° C., 50 hours) and in a boiling water immersion atmosphere (boiling water, 100 ° C., 100 hours), and evaluating the weight reduction rate of the sample before and after the test. . In addition, the weight reduction rate was calculated | required by following formula (1).
Weight reduction rate (%) = {(weight before test−weight after test) / weight before test} × 100 (1)
FIG. 2 shows the test results in high-temperature air, and Table 1 shows the test results in high-temperature steam and boiling water immersion atmosphere.

摺動試験
摺動試験は、上記にて作製した実施例1,2、比較例1,2に係る摺動特性評価用の試料について、図1に示すような試験装置を用いて行った。
図1は、本実施例の摺動試験に用いた試験装置の断面図である。図1に示すように、本実施例の摺動試験は、上記にて作製した実施例1,2、比較例1,2に係る摺動特性評価用の試料から構成されるシールリング1と、相手材から構成されるメイティングリング2と、をそのシール面を介して、突き合わせてなるものである。シールリング1は、ボール7および固定側の治具3を介して、固定軸5により、荷重Wで固定されている。一方、メイティングリング2は、回転側の治具4を介して、回転軸6により回転自在となっている。この回転軸6は図示省略のモータにより回転可能となっている。
Sliding test The sliding test was performed using the test apparatus as shown in FIG. 1 for the samples for evaluation of sliding characteristics according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 prepared above.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a test apparatus used in the sliding test of this example. As shown in FIG. 1, the sliding test of this example includes a seal ring 1 composed of samples for evaluating sliding characteristics according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 prepared above, A mating ring 2 made of a counterpart material is abutted against each other through its sealing surface. The seal ring 1 is fixed with a load W by a fixed shaft 5 via a ball 7 and a jig 3 on the fixed side. On the other hand, the mating ring 2 is freely rotatable by a rotating shaft 6 via a rotation-side jig 4. The rotating shaft 6 can be rotated by a motor (not shown).

なお、図1に示すシールリング1およびメイティングリング2は、図示省略の加熱用電気炉の雰囲気内に配置されており、加熱用電気炉の温度は、気炉内に連結された第1熱電対温度計9により制御されている。また、シールリング1には、熱電対用の穴が形成されており、第2熱電対温度計10によりその温度を計測できるようになっている。   Note that the seal ring 1 and the mating ring 2 shown in FIG. 1 are disposed in an atmosphere of a heating electric furnace (not shown), and the temperature of the heating electric furnace is the first thermoelectric connected to the air furnace. It is controlled by a thermometer 9. The seal ring 1 is formed with a hole for a thermocouple so that the temperature can be measured by a second thermocouple thermometer 10.

さらに、図1に示すように、固定軸5には、トルク測定器8が連結されており、このトルク測定器8により、回転軸6の摺動トルクMを測定できるようになっている。そして、摺動トルクMと、回転時の荷重Wと、摺動面の平均半径とから摩擦係数を測定できるような構成となっている。   Further, as shown in FIG. 1, a torque measuring device 8 is connected to the fixed shaft 5, and the torque measuring device 8 can measure the sliding torque M of the rotating shaft 6. The friction coefficient can be measured from the sliding torque M, the rotating load W, and the average radius of the sliding surface.

そして、本実施例においては、実施例1,2および比較例1,2において作製した摺動特性評価用の試料をシールリング1として、高温大気中および温水蒸気中において、それぞれ摺動試験を行った。
高温大気中の摺動試験は、雰囲気:大気中、温度:500℃、摺動速度:2m/s、面圧:0.15MPa、摺動距離:21600m、相手材(メイティングリング2):炭化クロムコーティング材の条件で行った。
また、高温水蒸気中の摺動試験は、雰囲気:水蒸気中、温度:500℃、摺動速度:2m/s、面圧:0.15MPa、摺動距離:21600m、相手材(メイティングリング2):炭化ケイ素材の条件で行った。
In this example, the sliding characteristics evaluation samples prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were used as seal rings 1, and sliding tests were performed in high-temperature air and warm water vapor, respectively. It was.
The sliding test in high-temperature air was conducted in the following conditions: atmosphere: air, temperature: 500 ° C., sliding speed: 2 m / s, surface pressure: 0.15 MPa, sliding distance: 21600 m, mating material (mate ring 2): carbonization The test was performed under the condition of chromium coating material.
In addition, the sliding test in high-temperature steam was conducted in the following conditions: atmosphere: steam, temperature: 500 ° C., sliding speed: 2 m / s, surface pressure: 0.15 MPa, sliding distance: 21600 m, mating material (Mating Ring 2) : Performed under the condition of silicon carbide material.

高温大気中および高温水蒸気中における摺動試験の結果を表2に示す。なお、表2には、摺動試験終了後における、各試料の摩擦係数および摩耗量をそれぞれ示した。   Table 2 shows the results of the sliding test in high-temperature air and high-temperature steam. Table 2 shows the coefficient of friction and the amount of wear of each sample after the end of the sliding test.

評価
図2に、実施例1および比較例2の高温大気中における酸化試験の結果を示す。図2においては、保持時間と、各試料の重量減少率と、の関係をグラフ化して示した。図2から明らかなように、カーボン部材の気孔部表面に、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))からなる被膜を形成した実施例1は、第一リン酸アルミニウムと、コロイド状シリカと、を用いて被膜を形成した比較例2と比較して、重量減少率が抑えられており、高温大気中における耐酸化性に優れる結果となった。なお、実施例2、比較例1についても、実施例1とほぼ同等の結果となった。
Evaluation FIG. 2 shows the results of an oxidation test in Example 1 and Comparative Example 2 in a high-temperature atmosphere. In FIG. 2, the relationship between the retention time and the weight reduction rate of each sample is shown in a graph. As apparent from FIG. 2, Example 1 in which a film made of aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )) was formed on the surface of the pores of the carbon member was obtained by adding primary aluminum phosphate and colloidal silica. The weight reduction rate was suppressed as compared with Comparative Example 2 in which a film was formed by using it, and the result was excellent in oxidation resistance in high-temperature air. The results of Example 2 and Comparative Example 1 were almost the same as those of Example 1.

Figure 2007290926
Figure 2007290926

表1に、実施例1,2、比較例1,2の高温水蒸気中および沸騰水浸漬雰囲気中における酸化試験の主な試験条件と、各試料における重量減少率の結果と、を示す。   Table 1 shows the main test conditions of the oxidation test in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 in high-temperature steam and a boiling water immersion atmosphere, and the results of the weight loss rate in each sample.

表1より、高温高圧水による処理を行わなかった比較例1においては、高温水蒸気中および沸騰水浸漬雰囲気中のいずれにおいても、重量減少率が高くなり、これらの雰囲気中における耐酸化性に劣る結果となった。なお、この理由としては、比較例1においては、高温高圧水による処理を行っていないため、カーボン部材の気孔部表面に形成された被膜が、メタリン酸アルミニウム(Al(PO)を主成分とするものとなったことによると考えられる。 From Table 1, in Comparative Example 1 in which the treatment with high-temperature and high-pressure water was not performed, the weight reduction rate was high both in high-temperature steam and in a boiling water immersion atmosphere, and the oxidation resistance in these atmospheres was poor. As a result. This is because, in Comparative Example 1, since the treatment with high-temperature and high-pressure water was not performed, the coating formed on the pore portion surface of the carbon member was mainly composed of aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ). This is thought to be due to the fact that it became an ingredient.

これに対し、高温高圧水による処理を行い、カーボン部材の気孔部表面に、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))からなる被膜を形成した実施例1,2においては、高温水蒸気中および沸騰水浸漬雰囲気中のいずれにおいても、重量減少率が低く、耐酸化性に優れる結果となった。 On the other hand, in Examples 1 and 2 in which a coating made of aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )) was formed on the surface of the pores of the carbon member by treatment with high-temperature and high-pressure water, in high-temperature steam and boiling water In any of the immersion atmospheres, the weight reduction rate was low, and the oxidation resistance was excellent.

Figure 2007290926
Figure 2007290926

表2に、実施例1,2、比較例1,2の高温大気中および高温水蒸気中における摺動試験の主な試験条件と、各試料の摺動試験終了後(すなわち、摺動距離:21600mにおける試験の終了後)における、摩擦係数および摩耗量と、をそれぞれ示す。   Table 2 shows main test conditions for the sliding test in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 in high-temperature air and high-temperature steam, and after completion of the sliding test for each sample (that is, sliding distance: 21600 m). The coefficient of friction and the amount of wear after the completion of the test are shown.

表2より、第一リン酸アルミニウムと、コロイド状シリカと、を用いて被膜を形成した比較例2においては、高温大気中における摺動試験において、摩擦係数が高くなる結果となり、また、摺動試験終了後におけるカーボン部材の摩耗量が多くなる結果となった。すなわち、高温大気中における摺動特性に劣る結果となった。   From Table 2, in Comparative Example 2 in which the coating was formed using primary aluminum phosphate and colloidal silica, the friction coefficient was increased in the sliding test in the high-temperature atmosphere, and the sliding As a result, the wear amount of the carbon member increased after the test. That is, the result was inferior in sliding properties in a high temperature atmosphere.

また、高温高圧水による処理を行わなかった比較例1においては、高温水蒸気中における摺動試験において、摩擦係数が高くなる結果となり、また、摺動試験終了後におけるカーボン部材の摩耗量が多くなる結果となった。すなわち、高温水蒸気中における摺動特性に劣る結果となった。   Further, in Comparative Example 1 in which the treatment with the high-temperature and high-pressure water was not performed, the friction coefficient increased in the sliding test in high-temperature steam, and the wear amount of the carbon member after the sliding test ended. As a result. That is, the result was inferior in sliding characteristics in high-temperature steam.

これに対して、高温高圧水による処理を行い、カーボン部材の気孔部表面に、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))からなる被膜を形成した実施例1,2においては、高温大気中および高温水蒸気中のいずれにおいても、摩擦係数が低く抑えられており、また、各摺動部材の摩耗量も少なく、摺動特性に優れる結果となった。 On the other hand, in Examples 1 and 2 in which treatment with high-temperature and high-pressure water was performed and a film made of aluminum orthophosphate (Al (PO 4 )) was formed on the surface of the pores of the carbon member, In any of the water vapors, the friction coefficient was kept low, the amount of wear of each sliding member was small, and the sliding characteristics were excellent.

参考例
実施例1で作製した含浸評価用の基材を使用して、実施例1と同様の方法により、温度100〜200℃の各条件で、24時間、高温高圧水による処理を行い、基材の気孔部表面に被膜を形成することにより、処理条件の異なる含浸評価用の試料を製造した。そして、得られた各試料について、X線回折により、形成された被膜の組成を調べた。結果を表3に示す。
Reference Example Using the base material for impregnation evaluation prepared in Example 1, treatment with high-temperature and high-pressure water was performed for 24 hours under the conditions of 100 to 200 ° C. in the same manner as in Example 1. Samples for evaluation of impregnation with different processing conditions were produced by forming a film on the surface of the pores of the material. And about each obtained sample, the composition of the formed film was investigated by X-ray diffraction. The results are shown in Table 3.

Figure 2007290926
Figure 2007290926

表3より、処理温度を160℃以上とすることにより、メタリン酸アルミニウム(Al(PO)から、オルトリン酸アルミニウム(Al(PO))に変化することが確認できる。さらには、処理温度を180℃以上とすることにより、メタリン酸アルミニウム(Al(PO)が実質的に検出できなくなる結果となった。 From Table 3, by the processing temperature and 160 ° C. or higher, aluminum metaphosphate (Al (PO 3) 3) , it can be confirmed that the change in the aluminum orthophosphate (Al (PO 4)). Furthermore, by setting the treatment temperature to 180 ° C. or higher, aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) could not be substantially detected.

図1は本発明の実施例で使用した摺動試験装置を示す要部断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part showing a sliding test apparatus used in an embodiment of the present invention. 図2は本発明の実施例および比較例に係るカーボン部材の大気中酸化試験の結果を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the results of atmospheric oxidation tests of carbon members according to examples and comparative examples of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1… シールリング
2… メイティングリング
3… 固定側の治具
4… 回転側の治具
5… 固定軸
6… 回転軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Seal ring 2 ... Mating ring 3 ... Fixed side jig | tool 4 ... Rotation side jig | tool 5 ... Fixed axis 6 ... Rotation axis

Claims (4)

気孔部を有するカーボン基材と、
前記気孔部の表面に形成され、オルトリン酸アルミニウムを含有する被膜と、
を有するカーボン部材。
A carbon substrate having pores;
A film formed on the surface of the pores and containing aluminum orthophosphate;
Carbon member having
前記気孔部の表面に形成されている被膜には、前記オルトリン酸アルミニウムに加えて、リチウムの化合物がさらに含有されている請求項1に記載のカーボン部材。   The carbon member according to claim 1, wherein the film formed on the surface of the pore portion further contains a lithium compound in addition to the aluminum orthophosphate. 気孔部を有するカーボン基材に、リン酸アルミニウムを含有する被膜形成用水溶液を含浸させる工程と、
前記被膜形成用水溶液を含浸させたカーボン基材を、熱処理する工程と、
熱処理した前記カーボン基材を、温度180℃以上の高温高圧水で処理して、前記カーボン基材の有する気孔部の表面に、オルトリン酸アルミニウムを含有する被膜を形成する工程と、を有するカーボン部材の製造方法。
Impregnating a carbon base material having pores with an aqueous solution for film formation containing aluminum phosphate;
Heat treating the carbon base material impregnated with the aqueous solution for film formation;
Treating the heat-treated carbon base material with high-temperature high-pressure water at a temperature of 180 ° C. or higher to form a film containing aluminum orthophosphate on the surface of the pores of the carbon base material. Manufacturing method.
気孔部を有するカーボン基材に含浸させる前記被膜形成用水溶液として、前記リン酸アルミニウムに加えて、リチウムの化合物をさらに含有する水溶液を用い、
前記カーボン基材の有する気孔部の表面に、前記オルトリン酸アルミニウムに加えて、前記リチウムの化合物をさらに含有する被膜を形成する請求項3に記載のカーボン部材の製造方法。
In addition to the aluminum phosphate, an aqueous solution further containing a lithium compound is used as the aqueous solution for film formation to be impregnated into the carbon substrate having pores,
The method for producing a carbon member according to claim 3, wherein a film further containing the lithium compound in addition to the aluminum orthophosphate is formed on the surface of the pore portion of the carbon base material.
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