JP2009286678A - Ceramic-based composite material, method for producing the same, rolling member and rolling device - Google Patents

Ceramic-based composite material, method for producing the same, rolling member and rolling device Download PDF

Info

Publication number
JP2009286678A
JP2009286678A JP2008143654A JP2008143654A JP2009286678A JP 2009286678 A JP2009286678 A JP 2009286678A JP 2008143654 A JP2008143654 A JP 2008143654A JP 2008143654 A JP2008143654 A JP 2008143654A JP 2009286678 A JP2009286678 A JP 2009286678A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite material
ceramic
rolling
matrix composite
ceramic matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008143654A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Takio
和弘 瀧尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2008143654A priority Critical patent/JP2009286678A/en
Publication of JP2009286678A publication Critical patent/JP2009286678A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic-based composite material which is light in weight and is excellent in mechanical physical properties and wear resistance, to provide a method for producing the ceramic-based composite material, to provide a rolling member which is light in weight and is excellent in mechanical physical properties and wear resistance, and to provide a rolling device which has long service life. <P>SOLUTION: At least one selected from the inner ring 1, outer ring 2 and rolling element 3 of a deep groove ball bearing is composed of a ceramic-based composite material. This ceramic-based composite material is composed of: at least one of ceramic selected from silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide and zirconium oxide by 60 to 80 mass%; and a metal by ≤40 to ≥20 mass%. Then, the ceramic-based composite material is produced by sintering a molding obtained by mixing porous ceramic powder having pores in a nanometer order and metal powder and molding the mixed powder by injection molding or die casting. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、軽量で機械的物性,耐摩耗性に優れたセラミックス基複合材料及びその製造方法に関する。また、本発明は、セラミックス基複合材料で構成された転動部材及び転動装置に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic matrix composite material that is lightweight and excellent in mechanical properties and wear resistance, and a method for producing the same. The present invention also relates to a rolling member and a rolling device made of a ceramic matrix composite material.

従来、セラミックスと金属とからなる複合材料が種々知られている。例えば、特許文献1〜3には、アルミニウム合金にセラミックス粒子を分散させた複合材料が開示されている。
特許文献1〜3に記載の複合材料においては、アルミニウム合金が主成分となっており、強化等の目的で添加されたセラミックス粒子がアルミニウム合金中に分散している。また、これらの複合材料は、セラミックス粒子を含有するアルミニウム合金の溶湯をアトマイズ法により粉末化し、得られた粉末を成形固化することによって製造される。
特開平5−78708号公報 特開平5−51663号公報 特開平5−43964号公報
Conventionally, various composite materials made of ceramics and metals are known. For example, Patent Documents 1 to 3 disclose composite materials in which ceramic particles are dispersed in an aluminum alloy.
In the composite materials described in Patent Documents 1 to 3, an aluminum alloy is a main component, and ceramic particles added for the purpose of strengthening or the like are dispersed in the aluminum alloy. Moreover, these composite materials are manufactured by pulverizing a molten aluminum alloy containing ceramic particles by an atomizing method, and molding and solidifying the obtained powder.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-78708 JP-A-5-51663 JP-A-5-43964

しかしながら、特許文献1〜3に記載の複合材料は、アルミニウム合金が主成分であるため、転動部材や転動装置の素材として用いるには、ヤング率等の機械的物性が不十分であった。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、軽量で機械的物性,耐摩耗性に優れたセラミックス基複合材料及びその製造方法を提供することを課題とする。また、軽量で機械的物性,耐摩耗性に優れた転動部材を提供することを併せて課題とする。さらに、長寿命な転動装置を提供することを併せて課題とする。
However, since the composite materials described in Patent Documents 1 to 3 are mainly composed of an aluminum alloy, mechanical properties such as Young's modulus are insufficient for use as a material for rolling members and rolling devices. .
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and to provide a ceramic matrix composite material that is lightweight and excellent in mechanical properties and wear resistance, and a method for producing the same. Another object of the present invention is to provide a rolling member that is lightweight and has excellent mechanical properties and wear resistance. Another object is to provide a rolling device having a long life.

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係るセラミックス基複合材料は、窒化ケイ素,炭化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化ケイ素,及び酸化ジルコニウムの少なくとも1種からなるセラミックス60質量%以上80質量%以下と、金属40質量%以下20質量%以上と、で構成されることを特徴とする。
このような構成により、本発明のセラミックス基複合材料は、軽量で且つ機械的物性,耐摩耗性に優れている。セラミックスが80質量%超過であると(すなわち、金属が20質量%未満であると)、金属が不純物として作用して破壊の起点となりセラミックス基複合材料が脆くなるおそれがある。一方、セラミックスが60質量%未満であると(すなわち、金属が40質量%超過であると)、硬さ,強度,耐摩耗性が不十分となるおそれがある。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the ceramic matrix composite material according to the present invention has a ceramic content of 60% by mass to 80% by mass and a metal content of 40% by mass or less 20% of at least one of silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, and zirconium oxide. It is characterized by being comprised by the mass% or more.
With such a configuration, the ceramic matrix composite material of the present invention is lightweight and excellent in mechanical properties and wear resistance. If the ceramic content exceeds 80% by mass (that is, if the metal content is less than 20% by mass), the metal acts as an impurity and becomes a starting point of destruction, and the ceramic matrix composite material may become brittle. On the other hand, if the ceramic content is less than 60% by mass (that is, if the metal content exceeds 40% by mass), the hardness, strength, and wear resistance may be insufficient.

このような本発明のセラミックス基複合材料においては、前記金属はアルミニウム,アルミニウム合金,及び鉄鋼の少なくとも1種であることが好ましい。また、本発明のセラミックス基複合材料においては、前記セラミックスが多孔質体であることが好ましい。さらに、本発明のセラミックス基複合材料は、ビッカース硬さがHv900以上で且つヤング率が200GPa以上であることが好ましい。   In such a ceramic matrix composite material of the present invention, the metal is preferably at least one of aluminum, an aluminum alloy, and steel. In the ceramic matrix composite material of the present invention, the ceramic is preferably a porous body. Furthermore, the ceramic matrix composite material of the present invention preferably has a Vickers hardness of Hv 900 or more and a Young's modulus of 200 GPa or more.

さらに、本発明に係るセラミックス基複合材料の製造方法は、窒化ケイ素,炭化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化ケイ素,及び酸化ジルコニウムの少なくとも1種からなりナノメートルオーダーの細孔を有する多孔質のセラミックス粉末と、金属の粉末とを混合し、該混合粉末を射出成形又は金型成形により成形した成形物を焼結することを特徴とする。 また、本発明に係るセラミックス基複合材料の製造方法は、窒化ケイ素,炭化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化ケイ素,及び酸化ジルコニウムの少なくとも1種からなる多孔質のセラミックス粉末に、金属の溶湯を含浸させることを特徴とする。
このような構成であれば、軽量で且つ機械的物性,耐摩耗性に優れるセラミックス基複合材料を、容易に製造することができる。
Furthermore, the method for producing a ceramic matrix composite material according to the present invention comprises a porous ceramic powder having at least one kind of silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, and zirconium oxide and having pores in the nanometer order. The metal powder is mixed, and a molded product obtained by molding the mixed powder by injection molding or die molding is sintered. In the method for producing a ceramic matrix composite material according to the present invention, a porous ceramic powder made of at least one of silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, and zirconium oxide is impregnated with a molten metal. It is characterized by.
With such a configuration, a ceramic matrix composite material that is lightweight and has excellent mechanical properties and wear resistance can be easily produced.

これらの本発明のセラミックス基複合材料の製造方法においては、前記金属はアルミニウム,アルミニウム合金,及び鉄鋼の少なくとも1種であることが好ましい。
さらに、本発明に係る転動部材は、相手部材との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる転動部材において、前述した本発明のセラミックス基複合材料、又は、前述した本発明のセラミックス基複合材料の製造方法で製造されたセラミックス基複合材料で構成されることを特徴とする。
このような構成により、本発明の転動部材は、軽量で且つ機械的物性,耐摩耗性に優れている。
In these methods for producing a ceramic matrix composite material of the present invention, the metal is preferably at least one of aluminum, an aluminum alloy, and steel.
Furthermore, the rolling member according to the present invention is a rolling member in which relative rolling contact or sliding contact occurs with a counterpart member, and the ceramic matrix composite material of the present invention described above or the ceramic of the present invention described above. It is characterized by being comprised with the ceramic matrix composite material manufactured with the manufacturing method of the matrix composite material.
With such a configuration, the rolling member of the present invention is lightweight and has excellent mechanical properties and wear resistance.

さらに、本発明に係る転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材,前記外方部材,及び前記転動体のうち少なくとも1つを、前述した本発明の転動部材としたことを特徴とする。
このような構成であれば、転動装置を構成する転動部材が軽量で機械的物性,耐摩耗性に優れているので、本発明の転動装置は長寿命である。
なお、転動装置としては、転がり軸受,直動案内軸受(リニアガイド装置),ボールねじ,直動ベアリング等があげられる。
Furthermore, the rolling device according to the present invention has an inner member having a raceway surface on the outer surface, and a raceway surface facing the raceway surface of the inner member on the inner surface, and is disposed outside the inner member. In a rolling device comprising an outer member and a rolling element disposed so as to be freely rollable between both raceway surfaces, at least one of the inner member, the outer member, and the rolling element, The rolling member of the present invention described above is used.
With such a configuration, the rolling device constituting the rolling device is light in weight, and has excellent mechanical properties and wear resistance. Therefore, the rolling device of the present invention has a long life.
Examples of the rolling device include a rolling bearing, a linear motion guide bearing (linear guide device), a ball screw, and a linear motion bearing.

また、前記内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合は内輪、同じく直動案内軸受の場合は案内レール、同じくボールねじの場合はねじ軸、同じく直動ベアリングの場合は軸を、それぞれ意味する。また、前記外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合は外輪、同じく直動案内軸受の場合はスライダ、同じくボールねじの場合はナット、同じく直動ベアリングの場合は外筒を、それぞれ意味する。   The inner member is an inner ring when the rolling device is a rolling bearing, a guide rail when the rolling guide bearing is the same, a screw shaft when the ball screw is the same, a shaft when the rolling bearing is also the same, Each means. In addition, the outer member is an outer ring when the rolling device is a rolling bearing, a slider when the same is a linear guide bearing, a nut when it is a ball screw, and an outer cylinder when it is also a linear bearing. means.

本発明のセラミックス基複合材料は、軽量で且つ機械的物性,耐摩耗性に優れている。また、本発明のセラミックス基複合材料の製造方法は、軽量で且つ機械的物性,耐摩耗性に優れるセラミックス基複合材料を、容易に製造することができる。
さらに、本発明の転動部材は、軽量で且つ機械的物性,耐摩耗性に優れている。さらに、本発明の転動装置は長寿命である。
The ceramic matrix composite material of the present invention is lightweight and has excellent mechanical properties and wear resistance. In addition, the method for producing a ceramic matrix composite material of the present invention can easily produce a ceramic matrix composite material that is lightweight and excellent in mechanical properties and wear resistance.
Furthermore, the rolling member of the present invention is lightweight and has excellent mechanical properties and wear resistance. Furthermore, the rolling device of the present invention has a long life.

本発明に係るセラミックス基複合材料及びその製造方法、並びに転動部材、転動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明に係る転動装置の一実施形態である深溝玉軸受の部分縦断面図である。図1の深溝玉軸受は、軌道面1aを外周面に有する内輪1と、軌道面1aに対向する軌道面2aを内周面に有する外輪2と、両軌道面1a,2a間に転動自在に配された複数の転動体(玉)3と、両軌道面1a,2a間に複数の転動体3を軸受の円周方向にわたって等配に保持する保持器4と、を備えている。なお、保持器4は備えていなくてもよい。また、シール,シールド等の密封装置を備えていてもよい。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a ceramic matrix composite material and a manufacturing method thereof, a rolling member, and a rolling device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view of a deep groove ball bearing which is an embodiment of a rolling device according to the present invention. The deep groove ball bearing shown in FIG. 1 is rotatable between an inner ring 1 having a raceway surface 1a on the outer peripheral surface, an outer ring 2 having a raceway surface 2a facing the raceway surface 1a on the inner peripheral surface, and both raceway surfaces 1a and 2a. A plurality of rolling elements (balls) 3 arranged on the bearings 4 and a cage 4 that holds the plurality of rolling elements 3 equally between the raceway surfaces 1a and 2a in the circumferential direction of the bearing. In addition, the holder | retainer 4 does not need to be provided. Moreover, you may provide sealing devices, such as a seal and a shield.

内輪1,外輪2と転動体3とは相互に転がり接触又はすべり接触するので、内輪1,外輪2,及び転動体3は転動部材に相当する。そして、本実施形態の深溝玉軸受においては、これらの転動部材のうち少なくとも1つがセラミックス基複合材料で構成されている。内輪1,外輪2,及び転動体3の全てをセラミックス基複合材料で構成してもよいが、内輪1,外輪2,及び転動体3のうち1つ又は2つの部材をセラミックス基複合材料で構成して、セラミックス基複合材料で構成されていない転動部材については、SUJ2等の鋼で構成してもよい。   Since the inner ring 1, the outer ring 2 and the rolling element 3 are in rolling contact or sliding contact with each other, the inner ring 1, the outer ring 2, and the rolling element 3 correspond to rolling members. In the deep groove ball bearing of this embodiment, at least one of these rolling members is made of a ceramic matrix composite material. Although all of the inner ring 1, outer ring 2, and rolling element 3 may be made of a ceramic matrix composite material, one or two members of the inner ring 1, outer ring 2, and rolling element 3 are made of a ceramic matrix composite material. And about the rolling member which is not comprised with the ceramic matrix composite material, you may comprise with steel, such as SUJ2.

このセラミックス基複合材料は、窒化ケイ素,炭化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化ケイ素,及び酸化ジルコニウムの少なくとも1種からなるセラミックス60質量%以上80質量%以下と、金属40質量%以下20質量%以上と、で構成されている。このようなセラミックス基複合材料は、軽量で且つ機械的物性,耐摩耗性に優れているので、本実施形態の深溝玉軸受は摩耗や破損が生じにくく長寿命である。   The ceramic matrix composite material includes 60% by mass or more and 80% by mass or less of ceramics composed of at least one of silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, and zirconium oxide, and 40% by mass or less and 20% by mass or more of metal. It consists of Since such a ceramic matrix composite material is lightweight and has excellent mechanical properties and wear resistance, the deep groove ball bearing of this embodiment has a long life with little wear and damage.

なお、金属はアルミニウム,アルミニウム合金,及び鉄鋼の少なくとも1種であることが好ましい。また、セラミックスは多孔質体であることが好ましい。セラミックスが多孔質体であると、セラミックスと金属とが強固に結合して複合化される。さらに、セラミックス基複合材料のビッカース硬さはHv900以上で、且つヤング率は200GPa以上であることが好ましい。   The metal is preferably at least one of aluminum, aluminum alloy, and steel. The ceramic is preferably a porous body. If the ceramic is a porous body, the ceramic and the metal are firmly bonded and combined. Furthermore, the ceramic-based composite material preferably has a Vickers hardness of Hv 900 or more and a Young's modulus of 200 GPa or more.

このようなセラミックス基複合材料製の転動部材は、以下のような2つの製造方法のいずれかにより製造することができる。第一の製造方法は、窒化ケイ素,炭化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化ケイ素,及び酸化ジルコニウムの少なくとも1種からなりナノメートルオーダーの細孔を有する多孔質のセラミックス粉末と、金属の粉末とを混合し、該混合粉末を射出成形又は金型成形により成形した成形物を焼結するという方法である。また、第二の製造方法は、窒化ケイ素,炭化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化ケイ素,及び酸化ジルコニウムの少なくとも1種からなる多孔質のセラミックス粉末に、金属の溶湯を含浸させるという方法である。   Such a rolling member made of a ceramic matrix composite material can be manufactured by one of the following two manufacturing methods. In the first production method, a porous ceramic powder made of at least one of silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, and zirconium oxide and having pores in the nanometer order is mixed with a metal powder. , And sintering a molded product obtained by molding the mixed powder by injection molding or die molding. The second manufacturing method is a method in which a porous ceramic powder made of at least one of silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, and zirconium oxide is impregnated with a molten metal.

第一及び第二いずれの製造方法においても、セラミックスと金属とを均一且つ強固に複合化させるためには、セラミックス粉末の平均粒径は5μm以下とすることが好ましい。また、第一の製造方法においては、金属の粉末についても平均粒径を5μm以下とすることが好ましい。さらに、第一の製造方法においては、ナノメートルオーダーの細孔を有する多孔質のセラミックス粉末の代わりに、微細な凹凸が表面に形成されたセラミックス粉末を用いることができる。   In both the first and second production methods, the average particle size of the ceramic powder is preferably 5 μm or less in order to uniformly and strongly combine the ceramic and the metal. In the first production method, the average particle size of the metal powder is preferably 5 μm or less. Furthermore, in the first production method, ceramic powder having fine irregularities formed on the surface can be used instead of porous ceramic powder having nanometer-order pores.

さらに、第一の製造方法においては、上記好ましい値よりも粒径の大きいセラミックス粉末及び金属の粉末を、それぞれ上記好ましい値にまで粉砕した後に混合してもよいし、上記好ましい値よりも粒径の大きいセラミックス粉末及び金属の粉末を混合した後に、上記好ましい値にまで粉砕してもよいし、予め上記好ましい値の粒径となっている市販のセラミックス粉末及び金属の粉末を混合してもよい。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
Furthermore, in the first production method, the ceramic powder and the metal powder having a particle size larger than the above preferable value may be mixed after being pulverized to the above preferable value, respectively, or the particle size may be larger than the above preferable value. After mixing ceramic powder and metal powder having a large particle size, the powder may be pulverized to the above preferable value, or commercially available ceramic powder and metal powder having a particle diameter of the above preferable value may be mixed in advance. .
In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment.

例えば、本実施形態においては、転動装置の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受,自動調心玉軸受,円筒ころ軸受,円すいころ軸受,針状ころ軸受,自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受,スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
さらに、本実施形態においては、転動装置の例として転がり軸受をあげて説明したが、本発明は他の種類の様々な転動装置に対して適用することができる。例えば、直動案内軸受(リニアガイド装置),ボールねじ,直動ベアリング等の他の転動装置にも、好適に適用可能である。
For example, in the present embodiment, a deep groove ball bearing has been described as an example of the rolling device, but the present invention can be applied to various types of rolling bearings. For example, radial type rolling bearings such as angular contact ball bearings, self-aligning ball bearings, cylindrical roller bearings, tapered roller bearings, needle roller bearings, and self-aligning roller bearings, and thrust types such as thrust ball bearings and thrust roller bearings This is a rolling bearing.
Furthermore, in the present embodiment, a rolling bearing has been described as an example of the rolling device, but the present invention can be applied to various types of other rolling devices. For example, the present invention can be suitably applied to other rolling devices such as a linear motion guide bearing (linear guide device), a ball screw, and a linear motion bearing.

〔実施例〕
以下に、さらに具体的な実施例を示して、本発明をさらに説明する。呼び番号6206の深溝玉軸受を用意して回転試験を行い、転動体の寿命を評価した。
実施例1の深溝玉軸受は、内輪及び外輪がSUJ2で構成され、転動体がセラミックス基複合材料で構成された軸受である。このセラミックス基複合材料は、酸化ケイ素(比重2.2)80質量%とアルミニウム(比重2.7)20質量%とで構成され、粉末冶金法で製造されたものである。
〔Example〕
Hereinafter, the present invention will be further described with reference to specific examples. A deep groove ball bearing having a nominal number 6206 was prepared and subjected to a rotation test to evaluate the life of the rolling element.
The deep groove ball bearing of Example 1 is a bearing in which an inner ring and an outer ring are made of SUJ2, and a rolling element is made of a ceramic matrix composite material. This ceramic matrix composite material is composed of 80% by mass of silicon oxide (specific gravity 2.2) and 20% by mass of aluminum (specific gravity 2.7), and is manufactured by powder metallurgy.

まず、直径50〜100nmの細孔を有する多孔質の酸化ケイ素粉末(平均粒径1μm)と純アルミニウム粉末(平均粒径10μm)とをアトライター(ボールミル)で均一に混合し、混合粉末を得た。そして、この混合粉末を金型に充填し、冷間静水圧プレス(CIP)により成形し、直径15mmの球形の成形物を得た。その後、この成形物を、3〜10気圧の窒素雰囲気下500〜700℃で加圧し、焼結を行った。得られたセラミックス基複合材料製の球の比重は2.3であり、理論値とほぼ等しかった。このセラミックス基複合材料製の球を研磨加工して、実施例1の深溝玉軸受の転動体として用いた。   First, porous silicon oxide powder (average particle size 1 μm) having pores having a diameter of 50 to 100 nm and pure aluminum powder (average particle size 10 μm) are uniformly mixed by an attritor (ball mill) to obtain a mixed powder. It was. The mixed powder was filled in a mold and molded by cold isostatic pressing (CIP) to obtain a spherical molded product having a diameter of 15 mm. Then, this molded product was pressurized at 500 to 700 ° C. in a nitrogen atmosphere of 3 to 10 atm to perform sintering. The specific gravity of the obtained ceramic matrix composite sphere was 2.3, which was almost equal to the theoretical value. The balls made of this ceramic matrix composite material were polished and used as rolling elements for the deep groove ball bearing of Example 1.

実施例2の深溝玉軸受は、セラミックス基複合材料を構成する酸化ケイ素とアルミニウムの組成比が、酸化ケイ素70質量%、アルミニウム30質量%であることを除いては、実施例1の深溝玉軸受と同様である。
実施例3の深溝玉軸受は、セラミックス基複合材料を構成する酸化ケイ素とアルミニウムの組成比が、酸化ケイ素60質量%、アルミニウム40質量%であることを除いては、実施例1の深溝玉軸受と同様である。
The deep groove ball bearing of Example 2 is the same as that of Example 1, except that the composition ratio of silicon oxide and aluminum constituting the ceramic matrix composite material is 70% by mass of silicon oxide and 30% by mass of aluminum. It is the same.
The deep groove ball bearing of Example 3 is the same as that of Example 1 except that the composition ratio of silicon oxide and aluminum constituting the ceramic matrix composite material is 60% by mass of silicon oxide and 40% by mass of aluminum. It is the same.

比較例1の深溝玉軸受は、セラミックス基複合材料を構成する酸化ケイ素とアルミニウムの組成比が、酸化ケイ素95質量%、アルミニウム5質量%であることを除いては、実施例1の深溝玉軸受と同様である。
比較例2の深溝玉軸受は、セラミックス基複合材料を構成する酸化ケイ素とアルミニウムの組成比が、酸化ケイ素40質量%、アルミニウム60質量%であることを除いては、実施例1の深溝玉軸受と同様である。
The deep groove ball bearing of Comparative Example 1 is the deep groove ball bearing of Example 1 except that the composition ratio of silicon oxide and aluminum constituting the ceramic matrix composite material is 95% by mass of silicon oxide and 5% by mass of aluminum. It is the same.
The deep groove ball bearing of Comparative Example 2 is the deep groove ball bearing of Example 1 except that the composition ratio of silicon oxide and aluminum constituting the ceramic matrix composite material is 40% by mass of silicon oxide and 60% by mass of aluminum. It is the same.

比較例3の深溝玉軸受は、セラミックス基複合材料を構成する酸化ケイ素とアルミニウムの組成比が、酸化ケイ素10質量%、アルミニウム90質量%であることを除いては、実施例1の深溝玉軸受と同様である。
比較例4の深溝玉軸受は、転動体がSUJ2で構成されていることを除いては、実施例1の深溝玉軸受と同様である。この転動体は、SUJ2製の球を800〜850℃に加熱し40〜100℃の焼入れ油に投入して焼入れした後に、150〜200℃で焼戻しを行い、さらに研磨を行ってJIS B1501に規定された等級28としたものである。
The deep groove ball bearing of Comparative Example 3 is the deep groove ball bearing of Example 1 except that the composition ratio of silicon oxide and aluminum constituting the ceramic matrix composite material is 10% by mass of silicon oxide and 90% by mass of aluminum. It is the same.
The deep groove ball bearing of Comparative Example 4 is the same as the deep groove ball bearing of Example 1 except that the rolling element is composed of SUJ2. In this rolling element, a SUJ2 ball is heated to 800 to 850 ° C., put into a quenching oil of 40 to 100 ° C. and quenched, tempered at 150 to 200 ° C., further polished, and stipulated in JIS B1501. Grade 28.

比較例5の深溝玉軸受は、転動体が窒化ケイ素で構成されていることを除いては、実施例1の深溝玉軸受と同様である。この転動体は、イミド分解法で製造したα−Si3 4 とY2 3 3〜10質量%とAl2 3 3〜10質量%とをアトライター(ボールミル)で均一に混合し、この混合粉末を1トンでプレス成形した後に冷間静水圧プレスで加圧し、さらに400〜600℃での脱脂、1600〜1900℃での焼結、1200〜1700℃・1000〜2000気圧での熱間静水圧プレス(HIP)を順次行って製造したものである。 The deep groove ball bearing of Comparative Example 5 is the same as the deep groove ball bearing of Example 1 except that the rolling elements are made of silicon nitride. In this rolling element, α-Si 3 N 4 produced by an imide decomposition method, 3 to 10% by mass of Y 2 O 3 and 3 to 10% by mass of Al 2 O 3 are uniformly mixed by an attritor (ball mill), This mixed powder is press-molded with 1 ton and then pressed with a cold isostatic press, further degreased at 400 to 600 ° C, sintered at 1600 to 1900 ° C, and heated at 1200 to 1700 ° C and 1000 to 2000 atmospheres. It is manufactured by sequentially performing isostatic pressing (HIP).

比較例6の深溝玉軸受は、転動体がアルミニウム合金基複合材料で構成されていることを除いては、実施例1の深溝玉軸受と同様である。このアルミニウム合金基複合材料は、炭化ケイ素粒子が分散しているアルミニウム合金の溶湯を、分散粒子の平均粒径が20μm以下となるようにアトマイズ法により粉末化し、得られた粉末を粉末鍛造法で温間成形して固化することにより製造されたものである(特許文献1を参照)。   The deep groove ball bearing of Comparative Example 6 is the same as the deep groove ball bearing of Example 1 except that the rolling elements are made of an aluminum alloy matrix composite material. This aluminum alloy-based composite material is obtained by pulverizing a molten aluminum alloy in which silicon carbide particles are dispersed by an atomizing method so that the average particle size of the dispersed particles is 20 μm or less. It is manufactured by warm forming and solidifying (see Patent Document 1).

これらの深溝玉軸受について、下記の条件で回転試験を行い、転動体に破損が生じるまでの時間(L10寿命)を測定した。なお、軌道面の剥離等の破損が軌道輪に生じた場合は、破損した軌道輪を新品に交換した上で回転試験を続行した。
荷重:9702N(最大面圧:3.4GPa)
基本動定格荷重:19404N
基本静定格荷重:11270N
回転速度:3900rpm
計算寿命:20時間
潤滑剤:ISO粘度グレードがISO VG68である潤滑油(強制循環給油)
回転試験の結果、実施例1〜3の深溝玉軸受のL10寿命は、それぞれ481時間,522時間,475時間であった。これに対して、比較例1〜6の深溝玉軸受のL10寿命は、それぞれ15時間,93時間,38時間,407時間,113時間,及び154時間であった。
These deep groove ball bearings were subjected to a rotation test under the following conditions, and the time until the rolling elements were damaged (L 10 life) was measured. In addition, when damage, such as peeling of the raceway surface, occurred in the raceway, the rotation test was continued after replacing the raceway with a new one.
Load: 9702N (maximum surface pressure: 3.4 GPa)
Basic dynamic load rating: 19404N
Basic static load rating: 11270N
Rotation speed: 3900rpm
Calculated life: 20 hours Lubricant: Lubricating oil whose ISO viscosity grade is ISO VG68 (forced circulation lubrication)
As a result of the rotation test, the L 10 lifetimes of the deep groove ball bearings of Examples 1 to 3 were 481 hours, 522 hours, and 475 hours, respectively. On the other hand, the L 10 lifetimes of the deep groove ball bearings of Comparative Examples 1 to 6 were 15 hours, 93 hours, 38 hours, 407 hours, 113 hours, and 154 hours, respectively.

これらの結果から、本発明のセラミックス基複合材料で転動体が構成された実施例1〜3の深溝玉軸受は、転動体がSUJ2で構成された比較例4の深溝玉軸受と同等以上の長寿命が達成できることが分かる。また、一般的なセラミックスや従来のアルミニウム合金基複合材料で転動体が構成された比較例5,6の深溝玉軸受よりも、長寿命であることが分かる。本発明のセラミックス基複合材料は、軽量且つ高強度で、しかもセラミックスの問題点である脆性も改善されているため、このような優れた性能が得られる。
また、実施例1のセラミックス基複合材料,比較例4のSUJ2,及び比較例5の窒化ケイ素の比重を示す図2のグラフから、実施例1の深溝玉軸受は、転動体がSUJ2製である比較例4の深溝玉軸受に対して十分な軽量化が図られており、転動体が窒化ケイ素製である比較例5の深溝玉軸受と同等の重さであることが分かる。
From these results, the deep groove ball bearings of Examples 1 to 3 in which the rolling elements are configured by the ceramic matrix composite material of the present invention are equal to or longer than the deep groove ball bearing of Comparative Example 4 in which the rolling elements are configured by SUJ2. It can be seen that the lifetime can be achieved. Moreover, it turns out that it is long life rather than the deep groove ball bearing of the comparative examples 5 and 6 with which the rolling element was comprised with the general ceramics and the conventional aluminum alloy matrix composite material. Since the ceramic matrix composite material of the present invention is light and high in strength and has improved brittleness which is a problem of ceramics, such excellent performance can be obtained.
Moreover, from the graph of FIG. 2 which shows the specific gravity of the ceramic matrix composite material of Example 1, SUJ2 of Comparative Example 4, and silicon nitride of Comparative Example 5, the rolling element of the deep groove ball bearing of Example 1 is made of SUJ2. It can be seen that the deep groove ball bearing of Comparative Example 4 is sufficiently lightened and has a weight equivalent to that of the deep groove ball bearing of Comparative Example 5 in which the rolling elements are made of silicon nitride.

本発明に係る転動装置の一実施形態である深溝玉軸受の構成を示す部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-section which shows the structure of the deep groove ball bearing which is one Embodiment of the rolling device which concerns on this invention. 素材の比重を示すグラフである。It is a graph which shows the specific gravity of a raw material.

符号の説明Explanation of symbols

1 内輪
1a 軌道面
2 外輪
2a 軌道面
3 転動体
1 inner ring 1a raceway surface 2 outer ring 2a raceway surface 3 rolling element

Claims (9)

窒化ケイ素,炭化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化ケイ素,及び酸化ジルコニウムの少なくとも1種からなるセラミックス60質量%以上80質量%以下と、金属40質量%以下20質量%以上と、で構成されることを特徴とするセラミックス基複合材料。   It is composed of 60% by mass or more and 80% by mass or less of ceramics composed of at least one of silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, and zirconium oxide, and 40% by mass or less and 20% by mass or more of metals. A ceramic matrix composite material. 前記金属がアルミニウム,アルミニウム合金,及び鉄鋼の少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載のセラミックス基複合材料。   2. The ceramic matrix composite material according to claim 1, wherein the metal is at least one of aluminum, an aluminum alloy, and steel. 前記セラミックスが多孔質体であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のセラミックス基複合材料。   The ceramic-based composite material according to claim 1 or 2, wherein the ceramic is a porous body. ビッカース硬さがHv900以上で且つヤング率が200GPa以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のセラミックス基複合材料。   The ceramic matrix composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the Vickers hardness is Hv 900 or more and the Young's modulus is 200 GPa or more. 窒化ケイ素,炭化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化ケイ素,及び酸化ジルコニウムの少なくとも1種からなりナノメートルオーダーの細孔を有する多孔質のセラミックス粉末と、金属の粉末とを混合し、該混合粉末を射出成形又は金型成形により成形した成形物を焼結することを特徴とするセラミックス基複合材料の製造方法。   A porous ceramic powder composed of at least one of silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, and zirconium oxide and having nanometer-order pores is mixed with a metal powder, and the mixed powder is injection molded. Or the manufacturing method of the ceramic matrix composite material characterized by sintering the molded object shape | molded by metal mold | die shaping | molding. 窒化ケイ素,炭化ケイ素,酸化アルミニウム,酸化ケイ素,及び酸化ジルコニウムの少なくとも1種からなる多孔質のセラミックス粉末に、金属の溶湯を含浸させることを特徴とするセラミックス基複合材料の製造方法。   A method for producing a ceramic matrix composite material, comprising impregnating a porous ceramic powder composed of at least one of silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, and zirconium oxide with a molten metal. 前記金属がアルミニウム,アルミニウム合金,及び鉄鋼の少なくとも1種であることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のセラミックス基複合材料の製造方法。   The method for producing a ceramic matrix composite material according to claim 5 or 6, wherein the metal is at least one of aluminum, an aluminum alloy, and steel. 相手部材との間で相対的な転がり接触又はすべり接触が生じる転動部材において、請求項1〜4のいずれか一項に記載のセラミックス基複合材料、又は、請求項5〜7のいずれか一項に記載のセラミックス基複合材料の製造方法で製造されたセラミックス基複合材料で構成されることを特徴とする転動部材。   In the rolling member in which a relative rolling contact or a sliding contact occurs with a counterpart member, the ceramic matrix composite material according to any one of claims 1 to 4 or any one of claims 5 to 7. A rolling member comprising the ceramic matrix composite material produced by the method for producing a ceramic matrix composite material according to Item. 外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を内面に有して前記内方部材の外側に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配置された転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材,前記外方部材,及び前記転動体のうち少なくとも1つを、請求項8に記載の転動部材としたことを特徴とする転動装置。   An inner member having a raceway surface on the outer surface, an outer member having a raceway surface facing the raceway surface of the inner member on the inner surface and disposed outside the inner member, and the two raceway surfaces A rolling device comprising a rolling element that is freely rollable, wherein at least one of the inner member, the outer member, and the rolling element is the rolling member according to claim 8. A rolling device characterized by that.
JP2008143654A 2008-05-30 2008-05-30 Ceramic-based composite material, method for producing the same, rolling member and rolling device Pending JP2009286678A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008143654A JP2009286678A (en) 2008-05-30 2008-05-30 Ceramic-based composite material, method for producing the same, rolling member and rolling device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008143654A JP2009286678A (en) 2008-05-30 2008-05-30 Ceramic-based composite material, method for producing the same, rolling member and rolling device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009286678A true JP2009286678A (en) 2009-12-10

Family

ID=41456259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008143654A Pending JP2009286678A (en) 2008-05-30 2008-05-30 Ceramic-based composite material, method for producing the same, rolling member and rolling device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009286678A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102020487A (en) * 2009-09-11 2011-04-20 日本碍子株式会社 Carrying utensil
CN111604246A (en) * 2020-05-11 2020-09-01 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 Preparation method of insulating operating rod with replaceable nano modified aluminum alloy hardware fitting head
CN111960846A (en) * 2020-07-17 2020-11-20 浙江吉成新材股份有限公司 Nano porous material and preparation method thereof
CN113277846A (en) * 2021-05-27 2021-08-20 深圳市精而美精密陶瓷科技有限公司 Alumina in-situ composite zirconia ceramic powder, ceramic preparation method and application

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102020487A (en) * 2009-09-11 2011-04-20 日本碍子株式会社 Carrying utensil
CN102020487B (en) * 2009-09-11 2013-11-20 日本碍子株式会社 Carrying utensil
CN111604246A (en) * 2020-05-11 2020-09-01 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 Preparation method of insulating operating rod with replaceable nano modified aluminum alloy hardware fitting head
CN111960846A (en) * 2020-07-17 2020-11-20 浙江吉成新材股份有限公司 Nano porous material and preparation method thereof
CN113277846A (en) * 2021-05-27 2021-08-20 深圳市精而美精密陶瓷科技有限公司 Alumina in-situ composite zirconia ceramic powder, ceramic preparation method and application
CN113277846B (en) * 2021-05-27 2022-05-27 深圳市精而美精密陶瓷科技有限公司 Alumina in-situ composite zirconia ceramic powder, ceramic preparation method and application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3549239B2 (en) Rolling bearing
EP2163775A1 (en) Rolling member, rolling bearing and process for manufacturing rolling member
WO2015141807A1 (en) Bearing ring and roller bearing having said bearing ring
JP2009286678A (en) Ceramic-based composite material, method for producing the same, rolling member and rolling device
JP5830439B2 (en) Rolling element and manufacturing method thereof
JP5002155B2 (en) Wear-resistant member made of silicon nitride and method of manufacturing the same
JP4642956B2 (en) Bearing ball, bearing, and method of manufacturing bearing ball
JP2010241616A (en) Impact resistant member and method for manufacturing the same
JP2003004040A (en) Rolling guide apparatus
JP2000337386A (en) Ceramic rolling element raw material, its manufacture and rolling element using it
US20160311026A1 (en) Machine component using powder compact and method for producing same
KR100613956B1 (en) Silicon nitride anti-wear member and process for producing the same
JP2009190959A (en) Ceramic sintered compact and rolling object
JP2001107162A (en) Bronze series sintered alloy, bearing using the same and their producing method
JP2011017415A (en) Rolling bearing for turbocharger and method for manufacturing the same
JP4002406B2 (en) Slider and mechanical seal
JP6755276B2 (en) Solid lubricated rolling bearings and their manufacturing methods
JP2019219018A (en) Holder for rolling bearing and manufacturing method thereof
JP5550029B2 (en) Manufacturing method of rolling member
JP2007298160A (en) High strength crowned cage and rolling bearing using it
JP2010209966A (en) Rolling support device
DE102004019236B4 (en) Dental hand instrument with a bearing having ceramic components
JP2023127845A (en) Silicon nitride ball, rolling element, and rolling bearing
JP2014092259A (en) Rolling support device and method of manufacturing the same
JP2010265148A (en) Sliding member composed of silicon nitride sintered compact and roller bearing