JP2598960B2 - Glassy carbon composite material, method for producing the same, and sliding contact part - Google Patents

Glassy carbon composite material, method for producing the same, and sliding contact part

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JP2598960B2 JP63114427A JP11442788A JP2598960B2 JP 2598960 B2 JP2598960 B2 JP 2598960B2 JP 63114427 A JP63114427 A JP 63114427A JP 11442788 A JP11442788 A JP 11442788A JP 2598960 B2 JP2598960 B2 JP 2598960B2
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carbon composite
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/524Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite obtained from polymer precursors, e.g. glass-like carbon material

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐摩耗性が高く摩擦係数の小さい複合材料に
関する。特に、ガラス状カーボン複合材料およびその製
造方法、このガラス状カーボン複合材料を用いた摺接部
品、機械装置および磁気記録装置に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a composite material having high wear resistance and low coefficient of friction. In particular, the present invention relates to a glassy carbon composite material and a method for producing the same, a sliding part, a mechanical device, and a magnetic recording device using the glassy carbon composite material.

〔概 要〕〔Overview〕

本発明は、ガラス状カーボンを主成分とする複合材料
およびその製造方法において、 特定の超微粒子を補強成分として混合することによ
り、 耐摩耗性が高く磨耗係数が小さいガラス状カーボン複
合材料を提供するものである。
The present invention provides a glassy carbon composite material having high wear resistance and a small wear coefficient by mixing specific ultrafine particles as a reinforcing component in a composite material mainly containing glassy carbon and a method for producing the same. Things.

さらに本発明は、このガラス状カーボン複合材料を用
いた摺接部品、機械装置および磁気記録装置を提供する
ものである。
Further, the present invention provides a sliding contact part, a mechanical device, and a magnetic recording device using the glassy carbon composite material.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在、磁性層を有するシートやフィルムの類、あるい
は紙を記録媒体に用いて記録再生を行うための種々の装
置が市販されている。これらの記録再生装置には、常時
または一時的に記録媒体に相対して摺接する部品が多数
含まれている。この種の部品としては、フレキシブルデ
ィスクのヘッドスライダ、ハードディスクの浮上スライ
ダ、感熱紙印刷ヘッド、磁気ヘッド等がある。これらの
部品は、耐久性に優れ、しかもその部品と相対的に摺接
する記録媒体を損傷させない特性が要求される。また、
これらの部品、特に磁気ヘッドでは、数ミクロンないし
数十ミクロンの超精密加工が必要であり、素材の精密加
工特性が要求される。
At present, various devices for performing recording and reproduction using a sheet or film having a magnetic layer or paper as a recording medium are commercially available. These recording / reproducing devices include a large number of components that constantly or temporarily slide in contact with a recording medium. Such components include a head slider of a flexible disk, a flying slider of a hard disk, a thermal paper print head, a magnetic head, and the like. These components are required to have excellent durability and not to damage a recording medium which is in sliding contact with the components. Also,
These parts, especially magnetic heads, require ultra-precision machining of several microns to several tens of microns, and require precise machining characteristics of the material.

このような部品の材質として、二酸化ケイ素、アルミ
ナ、炭化ケイ素、硬質ガラス、アルミナ系セラミック
ス、フェライト、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウ
ム等が一般に使用されている。しかし、これらの材料は
精密部品に適しているが、硬度が高く記録媒体との摺動
性が悪いため、記録媒体を損傷させる可能性がある。
As materials for such components, silicon dioxide, alumina, silicon carbide, hard glass, alumina-based ceramics, ferrite, calcium titanate, barium titanate, and the like are generally used. However, these materials are suitable for precision parts, but have high hardness and poor slidability with the recording medium, and thus may damage the recording medium.

また、極めて摺動性のよい材料として黒鉛材料が知ら
れているが、摩耗性が大きく、長期間にわたり安定した
同一形状に保持することが困難である。また、構成粒の
ために十分な緻密さを得ることができず、精密部品とし
ての使用には適していない。
A graphite material is known as a material having extremely good slidability, but has a high abrasion property, and it is difficult to maintain a stable shape over a long period of time. In addition, sufficient densities cannot be obtained due to the constituent particles, and thus they are not suitable for use as precision parts.

そこで本出願人は、上記欠点を解決するため種々検討
を行い、ガラス状カーボンが上記欠点を解決することを
見出して先に出願した。これらの出願は、特開昭59−84
325号公報、特開昭59−144019号公報として公開されて
いる。
Therefore, the present applicant has conducted various studies in order to solve the above-mentioned drawbacks, and has found that glassy carbon can solve the above-mentioned drawbacks, and has previously filed an application. These applications are disclosed in JP-A-59-84.
No. 325, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-144019.

ガラス状カーボンは適度の減摩性をもつ材料であり、
相手材と摺動するときに、この相手材が損傷するまえに
ガラス状カーボン自身が先に摩耗する性質をもつ。
Glassy carbon is a material with moderate lubricity,
When sliding with a mating material, the glassy carbon itself has a property of being worn first before the mating material is damaged.

さらに本出願人は、特に摩耗性に優れたガラス状カー
ボンおよびガラス状カーボンをマトリックスとする複合
材料の製造方法について先に出願した。ガラス状カーボ
ンの製造方法については、特開昭59−169915号公報、特
開昭60−131816号公報、特開昭60−171208号公報、特開
昭60−171209号公報、特開昭60−171210号公報、特開昭
60−171211号公報として公開されている。
Further, the present applicant has previously filed an application for a glassy carbon having particularly excellent wear properties and a method for producing a composite material using the glassy carbon as a matrix. Regarding the production method of glassy carbon, JP-A-59-169915, JP-A-60-131816, JP-A-60-171208, JP-A-60-171209, JP-A-60-171209 No. 171210, JP
It is published as Japanese Patent Application No. 60-171211.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、さらに試験を行った結果、公知のガラス状カ
ーボン材料では、相手材の表面の粗さや硬度により、耐
摩耗性が不十分となる場合があることがわかった。
However, as a result of further tests, it was found that the known glassy carbon material sometimes had insufficient wear resistance due to the roughness and hardness of the surface of the mating material.

本発明は、摺接する相手材の表面に潤滑剤を塗布する
ことなく、また相手材の表面に保護膜を設けることなし
に、 相手材との摩擦抵抗が少なく、 相手材を損傷させず、 自身の耐摩耗性および耐久性が優れた 摺接部品と、それを製造できる材料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 provides a low frictional resistance with a mating material without applying a lubricant to the surface of the mating material to be in sliding contact and without providing a protective film on the surface of the mating material. It is an object of the present invention to provide a sliding contact part having excellent wear resistance and durability, a material capable of producing the same, and a method for producing the same.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の第一の観点はガラス状カーボン複合材料であ
り、ガラス状カーボンを主成分とし、補強成分として、
α−アルミナ超微粒子と、炭化チタンTiCおよび酸化チ
タンTiOxにより構成されるチタン化合物超微粒子との少
なくとも一方を含むことを特徴とする。ただし、x=1
〜2である。
A first aspect of the present invention is a glassy carbon composite material, having glassy carbon as a main component and a reinforcing component,
It is characterized by containing at least one of α-alumina ultrafine particles and titanium compound ultrafine particles composed of titanium carbide TiC and titanium oxide TiO x . Where x = 1
~ 2.

α−アルミナ超微粒子およびまたはチタン化合物超微
粒子は、その表面が炭化ケイ素SiCおよびまたは酸化ケ
イ素SiO2により被覆されていることが望ましい。
It is desirable that the surface of the α-alumina ultrafine particles and / or the titanium compound ultrafine particles is coated with silicon carbide SiC and / or silicon oxide SiO 2 .

超微粒子の表面を炭化ケイ素SiCおよびまたは酸化ケ
イ素SiO2により被覆することにより、カーボンマトリッ
クスと超微粒子フィラーとの界面にこのケイ素化合物が
介在する。これにより、フィラーとマトリックスとの結
合強度を向上させることができ、摺動時にフィラーの欠
落を防止し、耐摩耗性を向上させることができる。
By coating the surface of the ultrafine particles by silicon carbide SiC and or silicon oxide SiO 2, the silicon compound at the interface between the carbon matrix and ultrafine filler is interposed. Thereby, the bonding strength between the filler and the matrix can be improved, the filler can be prevented from being lost during sliding, and the wear resistance can be improved.

アルミナは、γ型の結晶よりα型の方が硬度が高く、
耐摩耗性をさらに向上させることができる。
Alumina has higher hardness in α-type than in γ-type crystals,
The wear resistance can be further improved.

また、チタン化合物超微粒子の二つの成分の組成比お
よびチタン酸化物TiOxのxの値は、焼成前に混合する酸
化チタンの粒径、添加するシランカップンリング剤の
量、焼成温度および焼成中の雰囲気により変化する。本
発明では、炭化チタンTiCと酸化チタンTiOxとのモル比
が、 TiO/TiOx=0.01〜100 であり、x=1〜2である。
The value of x in the compositional ratio and titanium oxide TiO x of the two components of the titanium compound fine particles, the particle size of the titanium oxide to be mixed before firing, the amount of the added silane coupling down coupling agent, the firing temperature and firing It changes depending on the atmosphere inside. In the present invention, the molar ratio between titanium carbide TiC and titanium oxide TiO x is TiO / TiO x = 0.01 to 100, and x = 1 to 2.

ここでいう超微粒子とは粒径が1μm以下の粒子であ
り、望ましくは粒径が0.1μm以下の粒子である。この
超微粒子の製造方法としては、気相反応を利用した方法
としてガス中蒸発法、プラズマ蒸発法、気相化学反応法
などがあり、液相反応を利用した方法として沈澱法、溶
融噴霧熱分解法などが知られている。本発明はその製造
方法を問題としない。
Here, the ultrafine particles are particles having a particle diameter of 1 μm or less, preferably particles having a particle diameter of 0.1 μm or less. Methods for producing these ultrafine particles include gas-evaporation methods, plasma evaporation methods, and gas-phase chemical reaction methods using a gas-phase reaction, and precipitation methods, melt-spray pyrolysis methods using a liquid-phase reaction. The law is known. The present invention does not make the manufacturing method a problem.

超微粒子の粒径はガラス状カーボン複合材料の用途に
より異なるが、ガラス状カーボンの均質性を損なわない
ように、また硬化前前駆体と混合分散と均質性および安
定性のために、粒径が0.1μm以下の超微粒子が望まし
い。
Although the particle size of the ultrafine particles varies depending on the use of the glassy carbon composite material, the particle size is determined so as not to impair the homogeneity of the glassy carbon, and to mix and disperse with the precursor before curing, homogeneity and stability. Ultra fine particles of 0.1 μm or less are desirable.

このような超微粒子としては、例えば日本アエロジル
社製の酸化アルミニウム超微粒子(アルミニウムオキサ
イドC、粒径約0.02μm、δ−アルミナ)をフラッシュ
ファイアリング法によってα−アルミナに変換した超微
粒子(粒径約0.09μm)、住友セメント(株)製酸化チ
タン超微粒子(粒径0.01〜0.03μm、アナターゼ)その
他を用いることができる。
Examples of such ultrafine particles include ultrafine aluminum oxide particles (alumina oxide C, particle size of about 0.02 μm, δ-alumina) manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd. converted into α-alumina by flash firing method (particle size). About 0.09 μm), ultrafine particles of titanium oxide (particle size: 0.01 to 0.03 μm, anatase) manufactured by Sumitomo Cement Co., Ltd. and others can be used.

超微粒子の含有率は、ガラス状カーボンに対して体積
比で0.005〜0.2の範囲が望ましく、さらには0.005〜0.1
の範囲が望ましい。この範囲の場合には、精密加工性、
耐摩耗性および耐摩係数の点で優れている。超微粒子の
含有率が少ない場合には、混入による効果が得られな
い。また、多すぎる場合には、精密加工性が低下し、摩
擦係数が大きくなってしまう。
The content of the ultrafine particles is desirably in the range of 0.005 to 0.2 in volume ratio to glassy carbon, and more preferably 0.005 to 0.1.
Is desirable. In this range, precision workability,
Excellent in wear resistance and coefficient of friction. When the content of the ultrafine particles is small, the effect of mixing cannot be obtained. On the other hand, if the amount is too large, the precision workability decreases, and the friction coefficient increases.

本発明のガラス状カーボン複合材料の主成分であるガ
ラス状カーボンとしては、フラン樹脂、フェノール樹脂
等の熱硬化性樹脂を炭素化して得られるガラス状カーボ
ン、フェノール樹脂等の熱硬化するように共重合や共縮
合により変性された樹脂を炭素化して得られるガラス状
カーボン等を用いる。
The glassy carbon which is a main component of the glassy carbon composite material of the present invention is a glassy carbon obtained by carbonizing a thermosetting resin such as a furan resin or a phenolic resin, or a glassy carbon obtained by carbonizing a phenolic resin. Glassy carbon or the like obtained by carbonizing a resin modified by polymerization or co-condensation is used.

特に、初期縮合物の状態で20%以上の水を含みうる熱
硬化性樹脂を原料として得られる無孔性のガラス状カー
ボン、すなわち特開昭60−171208号公報、特開昭60−17
1209号公報、特開昭60−171210号公報または特開昭60−
171211号公報に開示されたガラス状カーボンを用いるこ
とが望ましい。
In particular, nonporous glassy carbon obtained from a thermosetting resin which can contain 20% or more of water in the state of an initial condensate, that is, JP-A-60-171208, JP-A-60-17
No. 1209, JP-A-60-171210 or JP-A-60-171
It is desirable to use the glassy carbon disclosed in Japanese Patent No. 171211.

これらのガラス状カーボンは非結晶状態の材料であ
り、適度の減摩性をもち、記録媒体が摺動するときに、
この記録媒体の表面膜が損傷する前に自分自身が先に摩
耗する材料である。
These glassy carbons are materials in an amorphous state, have moderate lubricity, and when the recording medium slides,
It is a material that wears itself before the surface film of the recording medium is damaged.

本発明の第二の観点は、上述のガラス状カーボン複合
材料を製造する方法である。すなわち、熱硬化性樹脂の
硬化前駆体に平均粒径が1μm以下の超微粒子を混合し
て硬化させる硬化工程と、この硬化工程により得られた
樹脂を加熱して炭化させる炭化工程とを含むガラス状カ
ーボン複合材料の製造方法において、超微粒子としてα
−アルミナ超微粒子およびまたは酸化チタン超微粒子を
用い、炭化工程として、800〜1200℃で熱処理する前処
理工程と、この工程の後に不活性雰囲気中で1000気圧以
上の圧力を加えながら1200〜1700℃で熱処理する加圧熱
処理工程とを含むことを特徴とする。
A second aspect of the present invention is a method for producing the above-mentioned glassy carbon composite material. That is, a glass comprising a curing step of mixing and curing ultrafine particles having an average particle diameter of 1 μm or less with a curing precursor of a thermosetting resin, and a carbonizing step of heating and carbonizing the resin obtained in the curing step. In the method for producing a fibrous carbon composite material, α
Using alumina ultra-fine particles and / or titanium oxide ultra-fine particles, as a carbonization step, a pre-treatment step of heat treatment at 800 to 1200 ° C., and after this step, applying a pressure of 1000 atm or more in an inert atmosphere at 1200 to 1700 ° C. And a pressure heat treatment step of heat treatment.

この場合に、α−アルミナ超微粒子およびまたは酸化
チタン超微粒子をシランカップリング剤で表面処理する
工程を含むことが望ましい。
In this case, it is desirable to include a step of subjecting the α-alumina ultrafine particles and / or titanium oxide ultrafine particles to a surface treatment with a silane coupling agent.

また、シランカップリング剤を表面処理する工程は、
超微粒子として炭化ケイ素SiCを用いる場合にも利用で
きる。
In addition, the step of surface treating the silane coupling agent,
It can also be used when using silicon carbide SiC as ultrafine particles.

すなわち本発明の第三の観点は、熱硬化性樹脂の硬化
前駆体に平均粒径が1μm以下の炭化ケイ素超微粒子を
混合して硬化させる硬化工程と、この硬化工程により得
られた樹脂を加熱して炭化させる炭化工程とを含むガラ
ス状カーボン複合材料の製造方法において、炭化ケイ素
超微粒子をシランカップリング剤で表面処理する工程を
含み、炭化工程は、800〜1200℃で熱処理する前処理工
程と、この工程の後に不活性雰囲気中で1000気圧以上の
圧力を加えながら1200〜1700℃で熱処理する加圧熱処理
工程とを含むことを特徴とする。
That is, the third aspect of the present invention is a curing step of mixing and curing silicon carbide ultrafine particles having an average particle diameter of 1 μm or less with a curing precursor of a thermosetting resin, and heating the resin obtained by the curing step. And a carbonizing step of carbonizing, comprising the step of surface treating silicon carbide ultrafine particles with a silane coupling agent, the carbonizing step is a pretreatment step of heat treatment at 800 to 1200 ° C. And a pressure heat treatment step of performing a heat treatment at 1200 to 1700 ° C. while applying a pressure of 1000 atm or more in an inert atmosphere after this step.

炭化ケイ素超微粒子の結晶型はα型でもβ型でもよ
い。このような超微粒子としては、例えば白水化学
(株)製炭化ケイ素超微粒子(粒径約0.06μm、α−Si
C)を用いることができる。
The crystal form of the silicon carbide ultrafine particles may be α-type or β-type. Examples of such ultrafine particles include silicon carbide ultrafine particles (having a particle size of about 0.06 μm, α-Si
C) can be used.

超微粒子をシランカップリング剤で表面処理すること
により、この超微粒子を液体状の硬化前駆体に混合分散
させるときに、超微粒子の凝縮を防止でき、分散の均質
性および安定性を高めることができる。さらに、焼成工
程においてシランカップリング剤が熱分解し、マトリッ
クスとフィラーとの界面で、炭化ケイ素SiCと酸化ケイ
素SiO2との一方または双方を形成できる。
By treating the ultrafine particles with a silane coupling agent, the ultrafine particles can be prevented from condensing when mixed and dispersed in a liquid curing precursor, and the homogeneity and stability of the dispersion can be improved. it can. Further, the silane coupling agent is thermally decomposed in the firing step, and one or both of silicon carbide SiC and silicon oxide SiO 2 can be formed at the interface between the matrix and the filler.

ここで、シランカップリング剤は、 n=2または3、 R:メチル基またはエチル基、 X:有機レジンと結合しうる有機反応基であり、ビニル、
アミノ、エポキシ、メタクリル、メルカプトその他を含
む で表される化合物である。このような化合物で特に望ま
しいのは、アミノまたはエポキシを有機反応基としても
つシランカップリング剤である。
Here, the silane coupling agent is n = 2 or 3, R: methyl group or ethyl group, X: organic reactive group capable of binding to organic resin, vinyl,
It is a compound represented by, including amino, epoxy, methacryl, mercapto and others. Particularly desirable among such compounds are silane coupling agents having an amino or epoxy as an organic reactive group.

シランカップリング剤による処理としては、超微粒子
を直接に処理してもよく、熱硬化性樹脂と超微粒子フィ
ラーとの混合体に添加してもよい。
As the treatment with the silane coupling agent, the ultrafine particles may be directly processed, or may be added to a mixture of a thermosetting resin and an ultrafine particle filler.

シランカップリング剤の添加量は、熱硬化性樹脂に対
して0.2ないし3重量%である。
The addition amount of the silane coupling agent is 0.2 to 3% by weight based on the thermosetting resin.

加熱処理工程において圧力を加えるには、密閉された
容器内に外部から油圧その他の機械的な力を加えて、処
理中の材料に直接または間接に圧力を加える方法を用い
る。この方法により、密閉された容器内の気体の圧力を
1000気圧以上に高めることができ、この気体の圧力を利
用して内部の試料に等方的な圧力を加えることができ
る。この方法として、特にHIP(熱間静水圧加圧法)処
理が好ましい。HIP処理は、被処理体に高温下で不活性
気体の圧力を作用させる処理方法である。
In order to apply pressure in the heat treatment step, a method of applying pressure directly or indirectly to the material being processed by applying a hydraulic pressure or other mechanical force from the outside to the sealed container is used. By this method, the pressure of the gas in the closed container is reduced.
The pressure can be increased to 1000 atmospheres or more, and the pressure of this gas can be used to apply an isotropic pressure to the sample inside. As this method, HIP (hot isostatic pressing) treatment is particularly preferred. HIP processing is a processing method in which the pressure of an inert gas is applied to an object to be processed at a high temperature.

加圧熱処理工程を実行することにより、 焼成時にボイドが発生することを防止し、 ガラス状カーボン中に存在する微小な気孔を小さく
し、緻密なガラス状カーボン複合材料の製造を可能と
し、 炭化ケイ素およびまたは酸化ケイ素を介在させ、フ
ィラーとマトリックスとの結合強度を高める ことができる。これにより、耐摩耗性を向上させること
ができる。
By performing the pressure heat treatment step, it is possible to prevent the generation of voids during firing, to reduce the fine pores present in the glassy carbon, and to manufacture a dense glassy carbon composite material, And / or silicon oxide can be interposed to increase the bonding strength between the filler and the matrix. Thereby, wear resistance can be improved.

前処理工程における温度は800℃ないし1200℃が必要
であるが、1000℃ないし1200℃であることが望ましい。
1200℃を越えると、その後の加圧熱処理工程の効果が得
られない。また、800℃以下の場合にも、加圧熱処理工
程において所期の効果が得られない。
The temperature in the pretreatment step needs to be 800 ° C. to 1200 ° C., but is preferably 1000 ° C. to 1200 ° C.
If it exceeds 1200 ° C., the effect of the subsequent pressure heat treatment step cannot be obtained. Also, when the temperature is 800 ° C. or lower, the desired effect cannot be obtained in the pressure heat treatment step.

加圧熱処理工程における温度は、1200℃ないし1700℃
が必要であり、1400℃以上であることが望ましい。1700
℃を越えると、マトリクスがフィラー表面で応力集中を
受け、フィラー周辺のカーボンが黒鉛化する。この場合
に、得られたガラス状カーボン複合材料は、層間剥離に
よる摩耗が大きくなる。実験により、例えば1000気圧以
上に加圧して1700℃以上の温度で加圧焼成すると、摩耗
が著しく大きくなることが判明した。このときの試料の
Cu−Kα線による広角X線回折プロファイルを調べたと
ころ、2θ=26.4゜近傍における黒鉛のd002ピークの出
現が確認された。この黒鉛ピークの出現および成長とと
もに、耐摩耗性が大きく劣化した。このことから、最終
温度が1700℃を越える処理を行ってはならないことが判
明した。
The temperature in the pressure heat treatment process is 1200 ℃ ~ 1700 ℃
Is required, and it is desirable that the temperature be 1400 ° C. or higher. 1700
If the temperature exceeds ℃, the matrix receives stress concentration on the filler surface, and the carbon around the filler is graphitized. In this case, the obtained glass-like carbon composite material has large abrasion due to delamination. Experiments have shown that when pressurized to a pressure of at least 1000 atm and baked at a temperature of at least 1700 ° C., wear is significantly increased. At this time,
When a wide-angle X-ray diffraction profile by Cu-Kα ray was examined, the appearance of a d002 peak of graphite near 2θ = 26.4 ° was confirmed. With the appearance and growth of the graphite peak, the wear resistance was greatly degraded. From this, it was found that a treatment at a final temperature exceeding 1700 ° C. should not be performed.

加圧熱処理工程における圧力は、樹脂材料の種類に関
わらず、1000気圧以上、特に1500気圧以上であることき
に良好な効果が得られる。
A good effect can be obtained when the pressure in the pressure heat treatment step is 1000 atm or more, particularly 1500 atm or more, regardless of the type of the resin material.

本発明のガラス状カーボン複合材料は、ガラス状カー
ボンに無機超微粒子が均一に分散し、また、炭化ケイ素
およびまたは酸化ケイ素の介在によりフィラーとマトリ
ックスとが強く結合し、しかも緻密な材料である。この
ため、ガラス状カーボンのもつ低摩擦係数を維持しなが
ら、さらに耐摩耗性が向上している。したがって、この
材料を用いて、相手材との摩擦抵抗が小さく、相手材を
損傷させず、自身の耐摩耗性および耐久性が優れた摺接
部品を製造できる。
The glassy carbon composite material of the present invention is a dense material in which inorganic ultrafine particles are uniformly dispersed in glassy carbon, and a filler and a matrix are strongly bonded to each other through silicon carbide and / or silicon oxide. For this reason, the wear resistance is further improved while maintaining the low friction coefficient of glassy carbon. Therefore, using this material, it is possible to manufacture a sliding contact part having a small friction resistance with the counterpart material, not damaging the counterpart material, and having excellent wear resistance and durability.

すなわち本発明の第四の観点は、上述したガラス状カ
ーボン複合材料を用いた摺接部品である。すなわち、機
械要素の可動部分に設けられ、一時的または常時接触し
ながら相対的に摺動する摺接部品において、少なくとも
その摺接面が上述したガラス状カーボン複合材料により
形成されたことを特徴とする。このような摺接部品は、
一般的な機械および装置に利用できる。
That is, a fourth aspect of the present invention is a sliding part using the above-mentioned glassy carbon composite material. That is, in a sliding contact part provided on a movable part of a mechanical element and sliding relatively temporarily or constantly in contact, at least the sliding contact surface is formed of the above-mentioned glassy carbon composite material. I do. Such sliding parts are
Available for general machinery and equipment.

摺接部品の相手材はその用途により異なる。例えば摺
接部品を磁気ヘッド、フロッピィディスクのヘッドスラ
イダまたはハードディスクの浮上スライダで使用する場
合には、相手材はフロッピィディスク、ハードディスク
または磁気テープ等であり、感熱式印刷ヘッドで使用す
る場合には相手材は紙またはポリマシートであり、ベア
リングのボールリテーナとして使用する場合にはSUJ2等
の鋼である。このように、相手材は平面、曲面または糸
状のどの形状でもよく、形状が変形しないものでも、可
撓性のものでもよい。
The mating material of the sliding contact part differs depending on its use. For example, when the sliding parts are used for a magnetic head, a floppy disk head slider, or a hard disk flying slider, the mating material is a floppy disk, a hard disk, a magnetic tape, or the like. The material is paper or a polymer sheet, and is steel such as SUJ2 when used as a ball retainer for a bearing. As described above, the mating member may have any shape such as a flat surface, a curved surface, or a thread shape, and may have a shape that is not deformed or may be flexible.

さらに、高速撚糸用のリング、ベーンポンプのブレー
ド、各種のボビンおよびガイドに利用できる。
Furthermore, it can be used for rings for high-speed twisting, blades for vane pumps, various bobbins and guides.

この材料を特に記録媒体との摺接部品に使用する場合
には、記録媒体との間に潤滑剤を用いることがなく、潤
滑性を長時間持続させることができ、記録媒体の表面を
損傷させず、しかも材料自身の摩耗が少ない利点があ
る。
In particular, when this material is used for a sliding contact part with a recording medium, no lubricant is used between the recording medium and the lubricating property can be maintained for a long time, and the surface of the recording medium is damaged. In addition, there is an advantage that the wear of the material itself is small.

また、ガラス状カーボンの導電性により静電気が発生
せず、ディスク記録媒体と接触する部分および記録媒体
そのものに塵埃が付着しにくい効果がある。
In addition, static electricity is not generated due to the conductivity of the glassy carbon, and there is an effect that dust hardly adheres to a portion in contact with the disk recording medium and the recording medium itself.

すなわち、この摺接部品を記録媒体と一時的または常
時接触しながらその記録媒体と相対的に摺動する部品と
して用いることができ、磁気記録装置に使用することが
できる。
In other words, this sliding contact component can be used as a component that slides relatively or temporarily on a recording medium while temporarily or constantly in contact with the recording medium, and can be used for a magnetic recording apparatus.

本発明でいう磁気記録装置は、ディスクドライブ、テ
ープドライブ等の磁気記録媒体を用いて情報を再生およ
びまたは記録する装置、および磁気記録媒体を収納する
ケースその他の周辺装置を含む。
The magnetic recording device according to the present invention includes a device for reproducing and / or recording information by using a magnetic recording medium such as a disk drive and a tape drive, and a case for accommodating the magnetic recording medium and other peripheral devices.

また、摺接部品は、磁気ディスク装置のヘッドおよび
ヘッドスライダ、すなわちバルクヘッド、薄膜ヘッドそ
の他の記録再生素子およびその支持体を含み、その球面
等の形状は問わない。また、スタビライザ、パッド、規
制板その他の名前で呼称される安定化板、すなわち主に
媒体とヘッドとに相対的に安定な間隔を与えるためのも
のを含む。さらに、ジャケット内のライナーを含む。磁
気テープ装置の場合には、ヘッドおよびヘッドスライダ
だけでなく、ヘッドを支持するシリンダ、テープの走行
を規制するガイドピン、ガイドローラ、テープカセット
内のテープの巻特性や走行物性を支配するフリクション
シート、ガイドピンその他を含む。また、ハードディス
クの浮上型ヘッドおよびヘッドスライダを含む。さら
に、マルチトラックのヘッド基板が直接に媒体と接触す
る部分など、磁気記録媒体と一時的または常時直接摺接
する可能性のある部品およびその接触する部品を含む。
The sliding parts include a head and a head slider of a magnetic disk device, that is, a bulk head, a thin film head, other recording / reproducing elements, and a support thereof, and the shape of the spherical surface or the like does not matter. It also includes stabilizers, pads, regulating plates, and other stabilizing plates called by names, that is, those that mainly provide a relatively stable space between the medium and the head. Also includes a liner in the jacket. In the case of a magnetic tape device, not only the head and head slider, but also a cylinder that supports the head, guide pins and guide rollers that regulate the running of the tape, and a friction sheet that controls the winding characteristics and running properties of the tape in the tape cassette. , Guide pins and others. It also includes a floating head of a hard disk and a head slider. Further, it includes a part that may temporarily or always be in direct sliding contact with the magnetic recording medium and a part that comes into contact with the magnetic recording medium, such as a part where the multi-track head substrate directly contacts the medium.

このような摺接部品に本発明のガラス状カーボン複合
材料を用いることにより、媒体との摺接特性が向上し、
摩擦抵抗が小さく、媒体を傷つけることがなく、長時間
にわたり安定した記録再生特性をもたせることができ
る。
By using the glassy carbon composite material of the present invention for such a sliding contact part, the sliding contact property with the medium is improved,
The frictional resistance is small, and the recording / reproducing characteristics can be provided for a long time without damaging the medium.

〔作 用〕(Operation)

本発明のガラス状カーボン複合材料は、ガラス状カー
ボンに無機超微粒子を分散させることにより、ガラス状
カーボンのもつ低摩擦性を維持しながら、耐摩耗性を向
上させた材料である。したがって、この複合材料を用い
て、相手材との摩擦抵抗が少なく、相手材を損傷させ
ず、自身の耐摩耗性および耐久性が優れた摺接部品を製
造できる。
The vitreous carbon composite material of the present invention is a material in which inorganic ultrafine particles are dispersed in vitreous carbon to improve the abrasion resistance while maintaining the low friction property of vitreous carbon. Therefore, by using this composite material, it is possible to manufacture a sliding contact part having low friction resistance with a mating material, not damaging the mating material, and having excellent wear resistance and durability.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明により本発明をさらに詳細に説明する
が、以下の例はあくまで一例であり、これにより本発明
の技術範囲を限定するものではない。また、実施例中で
「部」とあるのは、すべて「重量部」を示す。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the present invention. However, the following examples are merely examples, and do not limit the technical scope of the present invention. Further, “parts” in the examples all indicate “parts by weight”.

超微粒子の粒径については、顕微鏡法、コールターカ
ウンタ、遠心沈澱法、電磁波散乱法、比表面積測定から
求める等の方法があるが、以下に示す値は、走査型電子
顕微鏡(SEM)により測定したものである。
The particle size of ultrafine particles can be determined by microscopy, Coulter counter, centrifugal sedimentation, electromagnetic wave scattering, specific surface area measurement, etc., but the values shown below were measured by a scanning electron microscope (SEM). Things.

また、ガラス状カーボン複合材料中の超微粒子の粒径
および分散状態については、走査型電子顕微鏡像および
X線マイクロアナライザ(EPMA)像により解析した。各
超微粒子の結晶型については、X線回折装置で解析し
た。
In addition, the particle size and dispersion state of the ultrafine particles in the glassy carbon composite material were analyzed using a scanning electron microscope image and an X-ray microanalyzer (EPMA) image. The crystal form of each ultrafine particle was analyzed with an X-ray diffractometer.

フィラーとガラス状カーボンのマトリックスとの界面
の酸化ケイ素SiCまたは酸化ケイ素SiO2については、透
過型電子顕微鏡(TEM)像により観察し、制限視野電子
回折(SAD)により解析した。
The silicon oxide SiC or silicon oxide SiO 2 at the interface between the filler and the glassy carbon matrix was observed by a transmission electron microscope (TEM) image and analyzed by selected area electron diffraction (SAD).

(実施例1) フルフリルアルコール500部と92%パラホルムアルデ
ヒド480部とを80℃で攪拌して溶解させ、撹拌下でフェ
ノール520部、水酸化ナトリウム8.8部および水45部の混
合液を滴下し、滴下終了後に80℃で3時間反応させた。
この後に、フェノール80部、水酸化ナトリウム8.8部お
よび水45部の混合液をさらに添加し、80℃で4.5時間反
応させた。30℃まで冷却した後に、70%パラトルエンス
ルホン酸で中和した。この中和物を減圧下で脱水して15
0部の水を除去し、500部のフルフリルアルコールを添加
した。得られた樹脂の粘度は25℃で680cpsであった。こ
の樹脂が含むことのできる水量を測定したところ38%で
あった。
Example 1 500 parts of furfuryl alcohol and 480 parts of 92% paraformaldehyde were stirred and dissolved at 80 ° C., and a mixture of 520 parts of phenol, 8.8 parts of sodium hydroxide and 45 parts of water was added dropwise with stirring. After completion of the dropwise addition, the reaction was carried out at 80 ° C. for 3 hours.
Thereafter, a mixture of 80 parts of phenol, 8.8 parts of sodium hydroxide and 45 parts of water was further added, and the mixture was reacted at 80 ° C. for 4.5 hours. After cooling to 30 ° C., it was neutralized with 70% paratoluenesulfonic acid. The neutralized product is dehydrated under reduced pressure to 15
0 parts of water were removed and 500 parts of furfuryl alcohol were added. The viscosity of the obtained resin was 680 cps at 25 ° C. The amount of water that this resin could contain was 38%.

この熱硬化性樹脂初期縮合物に、一次粒子の平均粒径
が約0.02μmのデルタアルミナ超微粒子(日本アエロジ
ル株式会社製アルミニウムオキサイドC)をフラッシュ
ファイアリング法によりα−アルミナに変換した超微粒
子(粒径約0.09μm)を2重量%の割合で加え、サンド
ミルで分散混合した。
Ultrafine particles obtained by converting delta-alumina ultrafine particles (aluminum oxide C manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) having an average primary particle diameter of about 0.02 μm into α-alumina by a flash firing method are added to the thermosetting resin precondensate. (A particle size of about 0.09 μm) was added at a ratio of 2% by weight and dispersed and mixed with a sand mill.

これを厚さ5mmの短冊状の型に注入して減圧脱泡し
た。次に、50〜60℃で3時間、さらに90℃で5日間加熱
した。これにより得られた短冊状の材料を管状炉に入
れ、窒素雰囲気中において、2〜5℃/時の昇温速度で
1200℃まで加熱し、この温度で2時間保持した後に冷却
した。
This was poured into a 5 mm-thick strip-shaped mold and degassed under reduced pressure. Next, it heated at 50-60 degreeC for 3 hours, and also 90 degreeC for 5 days. The strip-shaped material thus obtained is placed in a tube furnace, and heated in a nitrogen atmosphere at a rate of 2 to 5 ° C./hour.
It was heated to 1200 ° C., kept at this temperature for 2 hours and cooled.

次に、この材料をHIP装置(熱間静水圧加圧装置)の
試料室に挿入し、加圧して1400℃、2000気圧で2時間処
理した。
Next, this material was inserted into a sample chamber of a HIP device (hot isostatic pressing device), pressurized and treated at 1400 ° C. and 2000 atm for 2 hours.

得られた試料をX線回折により測定したところ、α−
アルミナとガラス状カーボンとの複合体であった。この
試料の密度および曲げ強度は、それぞれ1.65g/c3、1240
kg/cm2であった。
When the obtained sample was measured by X-ray diffraction, α-
It was a composite of alumina and glassy carbon. The density and bending strength of this sample were 1.65 g / c 3 and 1240 g, respectively.
kg / cm 2 .

(実施例2) 実施例1で得た熱硬化性樹脂初期縮合物に、平均粒径
0.06μmの炭化ケイ素超微粒子(白水化学株式会社製、
α−SiC)を2重量%加えた。さらに、シランカップリ
ング剤(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラ
ン)を熱硬化製樹脂初期縮合物に対して1.0重量%加
え、サンドミルで分散混合した。この後に実施例1と同
様に1200℃で焼成し、HIP装置で、1400℃、2000気圧の
処理を行った。
(Example 2) The thermosetting resin precondensate obtained in Example 1 was added with an average particle size.
0.06 μm silicon carbide ultrafine particles (manufactured by Hakusui Chemical Co., Ltd.
α-SiC) was added at 2% by weight. Further, 1.0% by weight of a silane coupling agent (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane) was added to the thermosetting resin initial condensate, and the mixture was dispersed and mixed with a sand mill. Thereafter, it was baked at 1200 ° C. in the same manner as in Example 1, and treated at 1400 ° C. and 2000 atm with a HIP apparatus.

得られた試料をX線回折により測定したところ、α型
炭化ケイ素とガラス状カーボンとの複合体であった。こ
れらの試料の密度および曲げ強度は、それぞれ1.70g/cm
3、1300kg/cm2であった。
When the obtained sample was measured by X-ray diffraction, it was a composite of α-type silicon carbide and glassy carbon. The density and flexural strength of these samples were 1.70 g / cm respectively.
3 , 1300 kg / cm 2 .

(実施例3) 実施例1で得た熱硬化性樹脂初期縮合物に、一次粒子
の平均粒径が約0.02μmのデルタアルミナ超微粒子(日
本アエロジル株式会社製アルミニウムオキサイドC)を
フラッシュファイアリング法によりα−アルミナに変換
した超微粒子(粒径約0.09μm)を2重量%の割合で加
え、さらに、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシ
ランを熱硬化性樹脂に対し0.2重量%添加し、サンドミ
ルで分散混合した。
(Example 3) Ultra-fine particles of delta alumina having an average primary particle size of about 0.02 µm (aluminum oxide C manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) were flash-fired with the thermosetting resin precondensate obtained in Example 1 Ultra-fine particles (particle size: about 0.09 μm) converted to α-alumina by 2% by weight, and further, 0.2% by weight of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane is added to the thermosetting resin. And dispersed and mixed.

この試料を実施例1と同様に1200℃で焼成し、得られ
た焼成物をHIP装置の試料室に挿入して1400℃、2000気
圧で2時間処理した。
This sample was fired at 1200 ° C. in the same manner as in Example 1, and the obtained fired product was inserted into the sample chamber of the HIP device and treated at 1400 ° C. and 2000 atm for 2 hours.

得られた試料をX線回折により測定したところ、α−
アルミナとガラス状カーボンとの複合体であった。この
試料の密度および曲げ強度は、それぞれ1.65g/cm3、126
0kg/cm2であった。
When the obtained sample was measured by X-ray diffraction, α-
It was a composite of alumina and glassy carbon. The density and bending strength of this sample were 1.65 g / cm 3 and 126, respectively.
It was 0 kg / cm 2 .

(実施例4) 実施例1で得た熱硬化性樹脂初期縮合物に、一次粒子
の平均粒径が0.02μmの酸化チタン超微粒子(住友セメ
ント(株)製、アナターゼ型チタニア)を5重量%の割
合で加えた。さらに、3−グリシドキシプロピルトリメ
トキシシランを熱硬化性樹脂に対し0.3%添加し、サン
ドミルで分散混合した。この後に、実施例1と同様に、
1200℃で焼成し、HIP装置で1400℃、2000気圧の処理を
行った。
(Example 4) 5% by weight of ultrafine titanium oxide particles (anatase type titania, manufactured by Sumitomo Cement Co., Ltd.) having an average primary particle size of 0.02 μm was added to the thermosetting resin precondensate obtained in Example 1. At the rate of Furthermore, 0.3% of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane was added to the thermosetting resin and dispersed and mixed by a sand mill. Thereafter, similarly to the first embodiment,
It was baked at 1200 ° C., and treated at 1400 ° C. and 2000 atm with a HIP device.

得られた試料をX線回折により測定したところ、炭化
チタンTiC、酸化チタンTiOおよびガラス状カーボンの複
合体であった。この試料の密度および曲げ強度は、それ
ぞれ1.70g/cm3、1230kg/cm2であった。
When the obtained sample was measured by X-ray diffraction, it was a composite of titanium carbide TiC, titanium oxide TiO, and glassy carbon. The density and flexural strength of this sample were 1.70 g / cm 3 and 1230 kg / cm 2 , respectively.

(比較例1) 実施例1〜4に対する試験結果を評価するために、ア
ルミナ系セラミック(日本電気硝子株式会社製、商品名
「ネオセラム」)を比較例1として用いた。
(Comparative Example 1) In order to evaluate the test results for Examples 1 to 4, an alumina-based ceramic (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., trade name "Neoceram") was used as Comparative Example 1.

(比較例2) 同様に、チタン酸カルシムウ(住友特殊金属株式会社
製、商品名「TC−105」)を比較例2として用いた。
Comparative Example 2 Similarly, calcium titanate (trade name “TC-105” manufactured by Sumitomo Special Metals Co., Ltd.) was used as Comparative Example 2.

(比較例3) 実施例1と同様の方法で、実施例1で得た熱硬化性樹
脂初期縮合物に炭化ケイ素超微粒子2重量%の割合で加
え、サンドミルで分散混合した。シランカップリング剤
は添加しなかった。これを実施例1と同様に1200℃で熱
処理し、HIP装置で1400℃、2000気圧の処理を行った。
(Comparative Example 3) In the same manner as in Example 1, 2 parts by weight of silicon carbide ultrafine particles were added to the thermosetting resin precondensate obtained in Example 1 and dispersed and mixed with a sand mill. No silane coupling agent was added. This was heat-treated at 1200 ° C. in the same manner as in Example 1, and was treated at 1400 ° C. and 2000 atm with a HIP apparatus.

得られた試料をX回折により測定したところ、α型炭
化ケイ素とガラス状カーボンとの複合体であった。この
試料の密度および曲げ強度は、それぞれ1.68g/cm3、125
0kg/cm2であった。
When the obtained sample was measured by X diffraction, it was a composite of α-type silicon carbide and glassy carbon. The density and flexural strength of this sample were 1.68 g / cm 3 and 125, respectively.
It was 0 kg / cm 2 .

(比較例3) 実施例2と同様の方法で、実施例1で得た熱硬化性樹
脂初期縮合物に、一次粒子の平均粒径が約0.02μmのデ
ルタアルミナ超微粒子(日本アエロジル(株)製アルミ
ニウムオキサイドC)を2重量%の割合で加え、さら
に、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを熱
硬化性樹脂に対し0.2%添加し、サンドミルで分散混合
した。この後に、実施例1と同様に、1200℃で焼成し、
HIP装置で1400℃、2000気圧の処理を行った。
(Comparative Example 3) In the same manner as in Example 2, delta-alumina ultrafine particles having an average primary particle size of about 0.02 μm (Nippon Aerosil Co., Ltd.) were added to the thermosetting resin precondensate obtained in Example 1. Aluminum oxide C) was added at a ratio of 2% by weight, and further, 0.2% of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane was added to the thermosetting resin and dispersed and mixed by a sand mill. Thereafter, similarly to Example 1, firing at 1200 ° C.
The treatment was performed at 1400 ° C. and 2000 atm with a HIP device.

得られた試料をX回折により測定したところ、デルタ
アルミナとガラス状カーボンとの複合体であった。この
試料の密度および曲げ強度は、それぞれ1.65g/cm3、126
0kg/cm2であった。
When the obtained sample was measured by X diffraction, it was a composite of delta alumina and glassy carbon. The density and bending strength of this sample were 1.65 g / cm 3 and 126, respectively.
It was 0 kg / cm 2 .

(試験例1) 以上の実施例1〜4および比較例1〜4で得られた試
料を加工し、摩擦係数および摩耗量を測定した。
(Test Example 1) The samples obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 were processed, and the friction coefficient and the wear amount were measured.

(i)摩擦係数の測定 第1図は摩擦係数の測定に用いた試験片の形状を示
す。これらの試験片は、上記の実施例1〜4および比較
例1〜4で得られた試料を縦aが4.0mm、横bが6.0mm、
高さhが3.0mの直方体に切り出し、摺動面Aを粗研磨か
ら徐々に微細研磨して、最終的にエメリ紙#15000で鏡
面仕上げを行った。さらに、この直方体の摺接面Aを囲
む陵部分を、低番号のエメリ紙で面取りし、さらに、徐
々に高番号のエメリ紙を用いて最終的に半径0.2〜0.3mm
のまるみを付けて摩擦係数測定用の試験片とした。
(I) Measurement of friction coefficient FIG. 1 shows the shape of a test piece used for measurement of the friction coefficient. For these test pieces, the samples obtained in the above Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 were 4.0 mm long a, 6.0 mm wide b,
A rectangular parallelepiped having a height h of 3.0 m was cut out, and the sliding surface A was gradually polished from rough polishing to fine polishing, and finally mirror-finished with emery paper # 15000. Further, the ridge surrounding the sliding contact surface A of the rectangular parallelepiped is chamfered with low-numbered emery paper, and then gradually radiused to 0.2 to 0.3 mm using high-numbered emery paper.
The test piece for measuring the coefficient of friction was rounded.

これらの試験片を用いて、いわゆる「ピンディスク
法」により摩擦係数の測定を行った。すなわち、摩擦係
数測定用の試験片をフロッピィディスク用駆動装置に用
いるジンバルスプリングに装着し、その上から約20gの
荷重を加え、任意の速度で回転するスピンドルおよび回
転板に取り付けたフロッピィディスクと摩擦摺動させ
た。このとき、この装置のアームに取り付けた歪ゲージ
により摩擦力を求め、摩擦係数μを算出した。
Using these test pieces, the coefficient of friction was measured by the so-called “pin disk method”. That is, a test piece for measuring the coefficient of friction was mounted on a gimbal spring used for a floppy disk drive, a load of about 20 g was applied from above, and a friction was applied to the spindle rotating at an arbitrary speed and the floppy disk mounted on a rotating plate. Slided. At this time, the frictional force was obtained by a strain gauge attached to the arm of the apparatus, and the friction coefficient μ was calculated.

ディスクとしては、日立マクセル株式会社製のγ−Fe
2O3塗布型フロッピィディスク(MD2−DD)と、磁性層と
してCo−Crをスパッタして得られたフレキシブルディス
クとを使用した。
As the disk, γ-Fe manufactured by Hitachi Maxell, Ltd.
A 2 O 3 coated floppy disk (MD2-DD) and a flexible disk obtained by sputtering Co—Cr as a magnetic layer were used.

(ii)摩耗量の測定 第2図は摩耗量の測定に用いた試験片の形状を示す。
これらの試験片は、摩擦係数の測定に用いた試料片の摺
動面Aに、スライシングマシンにより、横方向に幅wが
0.5mmで深さdが数μmの溝入れを行ったものである。
この溝の端からの距離rは2.0mmである。精密粗さ測定
器((株)小坂研究所製HIPOSS ET−10)を使用して溝
の断面曲線を求め、溝深さを測定した。この試験片をジ
ンバルスプリングに装着し、フロッピィディスク駆動装
置のヘッド部分に取り付けた。この試験片に20gの荷重
をかけてフロッピィディスクと摩擦摺動させ、ヘッドを
フロッピィディスク1回転につき1トラックずつ移動さ
せて試験片を摩耗させた。
(Ii) Measurement of wear amount FIG. 2 shows the shape of a test piece used for measurement of the wear amount.
These test specimens have a width w in the lateral direction on a sliding surface A of the specimen used for the measurement of the friction coefficient by a slicing machine.
The groove is formed with a depth d of 0.5 μm and a depth d of several μm.
The distance r from the end of this groove is 2.0 mm. The cross-sectional curve of the groove was determined using a precision roughness measuring instrument (HIPOSS ET-10 manufactured by Kosaka Laboratory Co., Ltd.), and the groove depth was measured. The test piece was mounted on a gimbal spring and mounted on the head of a floppy disk drive. A load of 20 g was applied to the test piece to cause friction sliding with the floppy disk, and the head was moved by one track per rotation of the floppy disk to wear the test piece.

試験片の溝深さを経時的に測定して摩耗深さを測定し
た。
The groove depth of the test piece was measured over time to determine the wear depth.

(iii)試験結果 以上の試験結果を第1表ないし第2表に示す。第1表
は実施例1〜4の試験結果を示し、第2表は比較例1〜
4の試験結果を示す。これらの表において、「添加量」
はガラス状カーボン100体積部に対する添加物の体積部
を示し、「ディスクの種類」の欄における「A」はγ−
Fe2O3塗布型フロッピィディスクを示し、同じく「B」
はCo−Crスパッタディスクを示す。
(Iii) Test results The above test results are shown in Tables 1 and 2. Table 1 shows the test results of Examples 1 to 4, and Table 2 shows Comparative Examples 1 to 4.
4 shows the test results. In these tables, "addition amount"
Indicates the volume part of the additive with respect to 100 parts by volume of glassy carbon, and "A" in the column of "disc type" indicates
Indicates a Fe 2 O 3 coated floppy disk, also denoted by “B”
Indicates a Co-Cr sputter disk.

摩耗量については、γ−Fe2O3塗布型フロッピィディ
スクの場合には200時間後の摩耗の深さを測定し、Co−C
rスパッタディスクの場合には100時間後の摩耗の深さを
測定した。
Regarding the amount of wear, in the case of a γ-Fe 2 O 3 coating type floppy disk, the depth of wear after 200 hours was measured, and Co-C
r In the case of a sputter disk, the depth of wear after 100 hours was measured.

(試験例2) 実施例3、4で作成した材料を2mm×2mm×20mmと角棒
に切り出し、精密旋盤および球面研磨機を用いて2mm×2
mmの面を曲率半径20mmの球面に加工し、長さ3mmに切断
した。
(Test Example 2) The material prepared in Examples 3 and 4 was cut into square bars of 2 mm x 2 mm x 20 mm, and 2 mm x 2 mm using a precision lathe and a spherical polishing machine.
The surface of mm was processed into a spherical surface with a radius of curvature of 20 mm, and cut into a length of 3 mm.

この材料を評価するため、2インチ・フレキシブル磁
気ディスク装置のヘッド部分を上述の材料で置き換えて
試験を行った。すなわち、2インチ・メタル塗布型媒体
(ソニー(株)製)を用い、ヘッド突出量を60μmと
し、周速7.5m/secでこの媒体を回転させた。この状態
で、媒体が1回転するごとにヘッド部分を1トラックず
つ移動させ、これを1000万回繰り返した。この後に目視
により観察したところ、フレキシブル磁気ディスクの損
傷は見られなかった。
In order to evaluate this material, a test was performed by replacing the head portion of the 2-inch flexible magnetic disk drive with the above-mentioned material. That is, a 2-inch metal-coated medium (manufactured by Sony Corporation) was used, the head protrusion amount was 60 μm, and the medium was rotated at a peripheral speed of 7.5 m / sec. In this state, the head portion was moved by one track each time the medium rotated once, and this was repeated 10 million times. After this, visual observation revealed no damage to the flexible magnetic disk.

(試験例3) 実施例1〜4の材料を第3図に示す形状に加工し、第
4図に示すように装着して試験を行った。すなわち、縦
a=18mm、横b=12mm、高さh=2.5mmに切り出し、上
面横方向に深さd=0.5mmの溝を設けた。この摺接部品
をパッド1とし、このパッド1の溝に磁気ヘッド2を突
出させ、パッド1と磁気ヘッド2との間にフレキシブル
磁気ディスク3を通過させて耐久試験を行った。フレキ
シブル磁気ディスク3を3600rpmで回転させ、磁気ヘッ
ド2の位置は回転の中心から20mmの位置とした。このと
きの周速は7.54mmである。磁気ヘッド2の突出量pは60
μmとした。磁気ヘッド2としては2インチ・ビデオフ
ロッピィ用を使用し、フレキシブル磁気ディスク3とし
ては、2インチ・メタル塗布ビデオフロッピィ(ソニー
(株)製)を用いた。
(Test Example 3) The materials of Examples 1 to 4 were processed into the shape shown in Fig. 3 and mounted as shown in Fig. 4 to perform a test. That is, a groove was cut out at a length of a = 18 mm, a width of b = 12 mm, and a height of h = 2.5 mm, and a groove having a depth of d = 0.5 mm was provided in a horizontal direction on the upper surface. This sliding contact part was used as a pad 1, and a magnetic head 2 was projected into a groove of the pad 1, and a flexible magnetic disk 3 was passed between the pad 1 and the magnetic head 2 to perform a durability test. The flexible magnetic disk 3 was rotated at 3600 rpm, and the position of the magnetic head 2 was 20 mm from the center of rotation. The peripheral speed at this time is 7.54 mm. The protrusion amount p of the magnetic head 2 is 60
μm. As the magnetic head 2, a 2-inch video floppy disk was used, and as the flexible magnetic disk 3, a 2-inch metal-coated video floppy (manufactured by Sony Corporation) was used.

フレキシブル磁気ディスク3が1回転するごとに磁気
ヘッド2を1トラックずつ移動させ、これを1000万回繰
り返した。目視により観察したところフレキシブル磁気
ディスク3に損傷は見られず、安定した出力特性が得ら
れた。パッド1についても顕微鏡観察により実質上摩耗
のないことが確認された。また、走行安定性も非常に良
好であった。
The magnetic head 2 was moved by one track each time the flexible magnetic disk 3 made one rotation, and this was repeated 10 million times. Upon visual observation, no damage was found on the flexible magnetic disk 3, and stable output characteristics were obtained. Microscopic observation also confirmed that pad 1 had substantially no wear. The running stability was also very good.

(試験例4) 実施例3の材料を0.5mmの厚さの薄い板状に加工し、
その表面を最終的に#10000のアルミナ製研磨砥石で鏡
面に仕上げた。
(Test Example 4) The material of Example 3 was processed into a thin plate having a thickness of 0.5 mm,
The surface was finally mirror-finished with a # 10000 alumina grinding wheel.

この材料の磁気テープ原反に対する摩擦係数を測定す
るために、磁気テープを平坦な定盤の上に接着テープで
固定し、被測定材料を治具で固定して磁気テープ面と面
接触させ、テンシロンで引っ張った。磁気テープに対す
る相対速度を200mm/分とし、この材料の重量と張力との
比から摩擦係数を求めた。
To measure the coefficient of friction of this material against the raw magnetic tape, fix the magnetic tape on a flat surface plate with adhesive tape, fix the material to be measured with a jig and make surface contact with the magnetic tape surface, Pulled by Tensilon. The relative speed with respect to the magnetic tape was set to 200 mm / min, and the friction coefficient was determined from the ratio of the weight of the material to the tension.

また、カセットテープとカセットの内壁との間に磁気
テープのエッジと摺接するように、被測定材料の成形体
を挿入してオーディオカセットを組み立て、これの巻取
トルクを測定した。
An audio cassette was assembled by inserting a molded body of the material to be measured so as to be in sliding contact with the edge of the magnetic tape between the cassette tape and the inner wall of the cassette, and the winding torque of the audio cassette was measured.

摩擦係数は0.10〜0.13であり、市販の黒鉛質フィラー
を樹脂で固めたものに比較して8割以下であった。ま
た、巻取トルクは1.5〜8.5gcmであり、市販の黒鉛質フ
ィラーを樹脂で固めたものに比較して約7割の値であっ
た。
The friction coefficient was 0.10 to 0.13, which was 80% or less as compared with a commercially available graphite filler solidified with a resin. The winding torque was 1.5 to 8.5 gcm, which was about 70% of the value obtained by solidifying a commercially available graphite filler with a resin.

この材料の特性は、カセット内のすべりシートだけで
なく、磁気テープ装置のガイドピンやシリンダにも応用
可能なことを示している。
This property of the material indicates that it can be applied not only to the slide sheet in the cassette but also to the guide pins and cylinders of the magnetic tape device.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明のガラス状カーボン複合
材料は、耐摩耗性に優れ、摩擦係数が小さく、精密加工
が可能な材料である。また、強度的にも優れている。
As described above, the glassy carbon composite material of the present invention is a material that is excellent in wear resistance, has a small coefficient of friction, and can be processed precisely. It is also excellent in strength.

本発明のガラス状カーボン複合材料を用いて摺接部品
を製造した場合には、相手材との間に潤滑剤を用いるこ
となしで潤滑性を長時間持続させることができ、相手材
の表面を損傷させず、しかも材料自身の摩耗が少ない優
れた効果が得られる。また、主成分のガラス状カーボン
に導電性があるため静電気が発生せず、相手材およびそ
の接触する部分に塵埃が付着しにくい効果がある。
When sliding contact parts are manufactured using the glassy carbon composite material of the present invention, lubricating properties can be maintained for a long time without using a lubricant between the mating material and the surface of the mating material. An excellent effect can be obtained without damaging the material and with less wear of the material itself. In addition, since the glassy carbon as the main component has conductivity, static electricity is not generated, and there is an effect that dust hardly adheres to a partner material and a contact portion thereof.

また、本発明のガラス状カーボン複合材料は、その強
度を利用して、燃料電池セパレータ、機械部品、各種治
具等にも使用できる。
Further, the glassy carbon composite material of the present invention can be used for fuel cell separators, mechanical parts, various jigs, and the like by utilizing its strength.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は摩擦係数の測定に用いた試験片の形状を示す
図。 第2図は摩耗量の測定に用いた試験片の形状を示す図。 第3図は試験例3で用いた試験片の形状を示す図。 第4図は試験例3の試験方法を示す図。
FIG. 1 is a view showing the shape of a test piece used for measuring a friction coefficient. FIG. 2 is a view showing a shape of a test piece used for measuring a wear amount. FIG. 3 is a view showing the shape of a test piece used in Test Example 3. FIG. 4 is a diagram showing a test method of Test Example 3.

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ガラス状カーボンを主成分とし、補強成分
として平均粒径が1μm以下の超微粒子を含むガラス状
カーボン複合材料において、 上記超微粒子は、α−アルミナ超微粒子と、炭化チタン
TiCおよび酸化チタンTiOxにより構成されるチタン化合
物超微粒子との少なくとも一方を含む ことを特徴とするガラス状カーボン複合材料。 ただし、x=1〜2である。
1. A glassy carbon composite material containing glassy carbon as a main component and ultrafine particles having an average particle diameter of 1 μm or less as a reinforcing component, wherein the ultrafine particles are α-alumina ultrafine particles, and titanium carbide.
A glassy carbon composite material comprising at least one of a titanium compound ultrafine particle composed of TiC and titanium oxide TiO x . However, x = 1 to 2.
【請求項2】チタン化合物超微粒子の炭化チタンTiCと
酸化チタンTiOxとのモル比は、 TiC/TiOx=0.01〜100 である請求項1記載のガラス状カーボン複合材料。
2. The glassy carbon composite material according to claim 1, wherein the molar ratio between titanium carbide TiC and titanium oxide TiO x in the titanium compound ultrafine particles is TiC / TiO x = 0.01 to 100.
【請求項3】超微粒子は炭化ケイ素SiCと酸化ケイ素SiO
2との少なくとも一方により被覆された材料である請求
項1記載のガラス状カーボン複合材料。
3. The ultrafine particles are silicon carbide SiC and silicon oxide SiO.
2. The glassy carbon composite material according to claim 1, which is a material coated with at least one of ( 2) and (3).
【請求項4】超微粒子の含有率がガラス状カーボンに対
して体積比で0.005〜0.2である請求項1ないし3のいず
れかに記載のガラス状カーボン複合材料。
4. The glassy carbon composite material according to claim 1, wherein the content of the ultrafine particles is 0.005 to 0.2 in volume ratio to the glassy carbon.
【請求項5】熱硬化性樹脂の硬化前駆体に平均粒径が1
μm以下の超微粒子を混合して硬化させる硬化工程と、 この硬化工程により得られた樹脂を加熱して炭化させる
炭化工程と を含むガラス状カーボン複合材料の製造方法において、 上記超微粒子はα−アルミナ超微粒子と酸化チタン超微
粒子との少なくとも一方を含み、 上記炭化工程は、 800〜1200℃で熱処理する前処理工程と、 この工程の後に不活性雰囲気中で1000気圧以上の圧力を
加えながら1200〜1700℃で熱処理する加圧熱処理工程と を含む ことを特徴とするガラス状カーボン複合材料の製造方
法。
5. A curing precursor of a thermosetting resin having an average particle size of 1
a hardening step of mixing and hardening ultrafine particles of not more than μm, and a carbonizing step of heating and carbonizing the resin obtained in the hardening step, wherein the ultrafine particles are α- The carbonization step includes at least one of alumina ultrafine particles and titanium oxide ultrafine particles, and the carbonization step includes a pretreatment step of performing a heat treatment at 800 to 1200 ° C. A pressure heat treatment step of heat-treating at a temperature of 1700 ° C. to 1700 ° C.
【請求項6】超微粒子をシランカップリング剤で表面処
理する工程を含む請求項5記載のガラス状カーボン複合
材料の製造方法。
6. The method for producing a glassy carbon composite material according to claim 5, further comprising a step of subjecting the ultrafine particles to a surface treatment with a silane coupling agent.
【請求項7】熱硬化性樹脂の硬化前駆体に平均粒径が1
μm以下の炭化ケイ素超微粒子を混合して硬化させる硬
化工程と、 この硬化工程により得られた樹脂を加熱して炭化させる
炭化工程と を含むガラス状カーボン複合材料の製造方法において、 上記炭化ケイ素超微粒子をシランカップリング剤で表面
処理する工程を含み、 上記炭化工程は、 800〜1200℃で熱処理する前処理工程と、 この工程の後に不活性雰囲気中で1000気圧以上の圧力を
加えながら1200〜1700℃で熱処理する加圧熱処理工程と を含む ことを特徴とするガラス状カーボン複合材料の製造方
法。
7. A curing precursor of a thermosetting resin having an average particle size of 1
a hardening step of mixing and hardening ultrafine silicon carbide particles having a particle size of not more than μm, and a carbonizing step of heating and carbonizing the resin obtained in the hardening step. The carbonization step includes a pre-treatment step of heat treatment at 800 to 1200 ° C., and after this step, a step of applying a pressure of 1,000 atm or more in an inert atmosphere to the carbonization step. A pressure heat treatment step of heat-treating at 1700 ° C., comprising:
【請求項8】機械要素の可動部分に設けられ、一時的ま
たは常時接触しながら相対的に摺動する摺接部品におい
て、 少なくともその摺接面が請求項1ないし4のいずれかに
記載のガラス状カーボン複合材料により形成された ことを特徴とする摺接部品。
8. The glass according to claim 1, wherein at least a sliding contact surface is provided on a movable portion of the mechanical element and slides relatively or temporarily while always in contact. A sliding contact part characterized by being formed of a carbon-like composite material.
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