JP2625505B2 - セラミックス―炭素系複合材料の製造方法 - Google Patents
セラミックス―炭素系複合材料の製造方法Info
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- JP2625505B2 JP2625505B2 JP63154063A JP15406388A JP2625505B2 JP 2625505 B2 JP2625505 B2 JP 2625505B2 JP 63154063 A JP63154063 A JP 63154063A JP 15406388 A JP15406388 A JP 15406388A JP 2625505 B2 JP2625505 B2 JP 2625505B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、摺動特性及び耐摩耗性に優れ、しかも材料
本来の強度と硬度とを保持したセラミックス−炭素系複
合材料に関する。
本来の強度と硬度とを保持したセラミックス−炭素系複
合材料に関する。
［従来の技術及びその課題］ セラミックスは、優れた耐熱性、耐食性をもち、高硬
度、高強度であるため、スラリー輸送パイプ内張り、鋳
物砂撹拌羽根等、耐摩耗材料として広く利用されてい
る。しかしながら、メカニカルシール、ころがり軸受の
ボール、リテーナー、磁気ヘッドスライダー等の精密摺
動材料として利用する場合、例えば摩擦係数が大きい
等、その摺動特性が低いため広く実用化には至っていな
い。
度、高強度であるため、スラリー輸送パイプ内張り、鋳
物砂撹拌羽根等、耐摩耗材料として広く利用されてい
る。しかしながら、メカニカルシール、ころがり軸受の
ボール、リテーナー、磁気ヘッドスライダー等の精密摺
動材料として利用する場合、例えば摩擦係数が大きい
等、その摺動特性が低いため広く実用化には至っていな
い。
これを解決する手段として、特開昭61−281086号公報
に「セラミックス多孔体にフッ素オイルを含浸する方
法」、特開昭61−251586号公報に「セラミックス多孔体
に樹脂を含浸する方法」が開示されているが、いずれも
セラミックス−有機物複合系で、セラミックスの優れた
耐熱性を発現出来ない。また、セラミックス多孔体に有
機物を含浸しただけなので、強度、硬度、破壊靭性が不
十分である。
に「セラミックス多孔体にフッ素オイルを含浸する方
法」、特開昭61−251586号公報に「セラミックス多孔体
に樹脂を含浸する方法」が開示されているが、いずれも
セラミックス−有機物複合系で、セラミックスの優れた
耐熱性を発現出来ない。また、セラミックス多孔体に有
機物を含浸しただけなので、強度、硬度、破壊靭性が不
十分である。
また、特開昭61−51614号公報に「ZrO2とカーボンと
の混合物を焼結する方法」が開示されているが、フェノ
ールレジンを炭素源とし、その混合炭素量が少ないため
摺動特性改善効果は低い。
の混合物を焼結する方法」が開示されているが、フェノ
ールレジンを炭素源とし、その混合炭素量が少ないため
摺動特性改善効果は低い。
一方、現在、表面に磁層を塗布したり、薄膜形成した
り磁性層を有するフレキシブルディスクやハードデスク
また磁気テープを用いて記録再生を行なうため、種々の
磁気媒体装置が市販され、さらに高密度化に向けて開発
が進められている。これら記録再生装置は、磁気媒体と
常時または一時的に相対に接触する摺動部品が数多く使
用されている。この種の摺動部品は耐久性に優れ、かつ
相対的に接触する記録媒体を損傷させないことが必要で
ある。特に高速、高密度化の傾向のため、媒体との摺動
部品にはより厳しい制約が課せられ従来のセラミックス
に替わる材料が強く要望されている。
り磁性層を有するフレキシブルディスクやハードデスク
また磁気テープを用いて記録再生を行なうため、種々の
磁気媒体装置が市販され、さらに高密度化に向けて開発
が進められている。これら記録再生装置は、磁気媒体と
常時または一時的に相対に接触する摺動部品が数多く使
用されている。この種の摺動部品は耐久性に優れ、かつ
相対的に接触する記録媒体を損傷させないことが必要で
ある。特に高速、高密度化の傾向のため、媒体との摺動
部品にはより厳しい制約が課せられ従来のセラミックス
に替わる材料が強く要望されている。
［課題解決のための手段］ 本発明者らは上述のような課題を解決するため、鋭意
研究を重ねた結果、高密度に焼結し、強度、硬度、破壊
靭性、摺動特性に優れるセラミックス−炭素系複合材料
を完成するに至った。
研究を重ねた結果、高密度に焼結し、強度、硬度、破壊
靭性、摺動特性に優れるセラミックス−炭素系複合材料
を完成するに至った。
即ち、本発明は、炭化物、窒化物及びホウ化物から選
択されるセラミックス50〜96vol％とピッチ、タール及
び３−５−ジメチルフェノールから選択される炭素源50
〜4vol％との混合物を予備成形後、非酸化性雰囲気中、
10〜120MPaの圧力下、800〜2500℃で焼成することを特
徴とするセラミックス−炭素系複合材料の製造方法に関
するものである。以下、本発明を詳細に説明する。
択されるセラミックス50〜96vol％とピッチ、タール及
び３−５−ジメチルフェノールから選択される炭素源50
〜4vol％との混合物を予備成形後、非酸化性雰囲気中、
10〜120MPaの圧力下、800〜2500℃で焼成することを特
徴とするセラミックス−炭素系複合材料の製造方法に関
するものである。以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用するセラミックス粉末は、例えば、Si
C、TiC、WC、B4C、ZrC等の炭化物;Si3N4、AlN、BN、Ti
N、ZrN等の窒化物;ZrB2CrB、TiB2等のホウ化物から選ば
れる１種あるいは２種以上のセラミックスが望ましい。
これらの化合物の固溶体であっても構わない。これらの
セラミックス原料粉末は、セラミックス成分純90wt％以
上、粒径は0.05〜5.00μｍのものが好ましい。純度90wt
％未満では該セラミックスの耐熱性、高硬度という特性
が発現しない。粒径が上記範囲以下では、粉末が凝集体
を形成し、粉末が凝集し、均一な複合組織を形成しな
い。粒径が上記範囲以上では、焼結性が悪くなり、高密
度の焼結体を得ることは難しい。セラミックスの使用量
は50〜96vol％が望ましい。50vol％以下では、セラミッ
クスのもつ耐熱性、高強度、高硬度特性を発現させるの
が困難で、96vol％以上では炭素複合による摺動特性改
善効果が十分でない。
C、TiC、WC、B4C、ZrC等の炭化物;Si3N4、AlN、BN、Ti
N、ZrN等の窒化物;ZrB2CrB、TiB2等のホウ化物から選ば
れる１種あるいは２種以上のセラミックスが望ましい。
これらの化合物の固溶体であっても構わない。これらの
セラミックス原料粉末は、セラミックス成分純90wt％以
上、粒径は0.05〜5.00μｍのものが好ましい。純度90wt
％未満では該セラミックスの耐熱性、高硬度という特性
が発現しない。粒径が上記範囲以下では、粉末が凝集体
を形成し、粉末が凝集し、均一な複合組織を形成しな
い。粒径が上記範囲以上では、焼結性が悪くなり、高密
度の焼結体を得ることは難しい。セラミックスの使用量
は50〜96vol％が望ましい。50vol％以下では、セラミッ
クスのもつ耐熱性、高強度、高硬度特性を発現させるの
が困難で、96vol％以上では炭素複合による摺動特性改
善効果が十分でない。
本発明で使用する炭素源は、複合する該セラミックス
の焼成条件下で黒煙化するものが望ましく、加圧焼成下
で容易に黒煙化する（該セラミックス焼成温度下でｄ＝
3.45Å以下となる）ピッチ、タール及び３−５−ジメチ
ルフェノールである。炭素源の灰分は1.0wt％以下が望
ましい。1.0wt％以上では黒煙化が阻害される。黒煙化
度が小さい（ｄ＝3.45Å以上）炭素を複合すると、第１
図および第２図に示すように、摩擦係数が大きく炭素の
もつ摺動特性が発現せず、また、破壊靭性値も小さくな
り本発明の目的を達成しない。
の焼成条件下で黒煙化するものが望ましく、加圧焼成下
で容易に黒煙化する（該セラミックス焼成温度下でｄ＝
3.45Å以下となる）ピッチ、タール及び３−５−ジメチ
ルフェノールである。炭素源の灰分は1.0wt％以下が望
ましい。1.0wt％以上では黒煙化が阻害される。黒煙化
度が小さい（ｄ＝3.45Å以上）炭素を複合すると、第１
図および第２図に示すように、摩擦係数が大きく炭素の
もつ摺動特性が発現せず、また、破壊靭性値も小さくな
り本発明の目的を達成しない。
一方、炭素の複合量は４〜50vol％が望ましい。4vol
％以下では、炭素の複合効果が不十分で、50vol％以上
では、炭素の酸化特性が発現し耐熱性に劣る。
％以下では、炭素の複合効果が不十分で、50vol％以上
では、炭素の酸化特性が発現し耐熱性に劣る。
本発明に係わる上記セラミックスと炭素源は乾式及び
／または湿式で混合された後、噴霧乾燥機等で乾燥・造
粒し、金型プレス、鋳込み成形、射出成形等で予備成形
する。必要に応じて、脱脂した後、熱間ダイス、ガラス
カプセル、金属カプセル中に前記予備成形体を挿入し、
機械的圧力またはガス圧等の静水圧の下10〜120MPa、好
ましくは20〜100MPaの圧力で、非酸化性雰囲気中で焼成
する。焼成温度は対象とするセラミックスの焼成温度で
行うが、通常800〜2500℃が好ましい。一般的には熱間
ダイスの場合はホットプレス、カプセルの場合はHIP
（熱間静水圧プレス）が用いられる。雰囲気ガスは複合
セラミックスの材質により、Ar、He、N2、CO等が１種ま
たは２種以上混合して用いられる。このような本発明の
方法により得られたセラミックス−炭素糸複合材料はセ
ラミックスと炭素が均一に分散しており、緻密さも十分
で、複合炭素が十分黒煙化しており、従来のセラミック
ス径複合材料に比べ、耐熱性、機械的特性、摺動特性に
格段にすぐれる。
／または湿式で混合された後、噴霧乾燥機等で乾燥・造
粒し、金型プレス、鋳込み成形、射出成形等で予備成形
する。必要に応じて、脱脂した後、熱間ダイス、ガラス
カプセル、金属カプセル中に前記予備成形体を挿入し、
機械的圧力またはガス圧等の静水圧の下10〜120MPa、好
ましくは20〜100MPaの圧力で、非酸化性雰囲気中で焼成
する。焼成温度は対象とするセラミックスの焼成温度で
行うが、通常800〜2500℃が好ましい。一般的には熱間
ダイスの場合はホットプレス、カプセルの場合はHIP
（熱間静水圧プレス）が用いられる。雰囲気ガスは複合
セラミックスの材質により、Ar、He、N2、CO等が１種ま
たは２種以上混合して用いられる。このような本発明の
方法により得られたセラミックス−炭素糸複合材料はセ
ラミックスと炭素が均一に分散しており、緻密さも十分
で、複合炭素が十分黒煙化しており、従来のセラミック
ス径複合材料に比べ、耐熱性、機械的特性、摺動特性に
格段にすぐれる。
［実施例］ 以下に本発明を実施例によって更に詳しく説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものでない。
が、本発明はこれら実施例に限定されるものでない。
（実施例１） 平均粒径0.5μｍのβ型炭化珪素85vol％と、灰分0.1w
t％の石炭ピッチ炭素換算で15vol％複合し、焼結助剤と
してB4Cを炭化珪素に対して2wt％添加し、2100℃１時間
Ar雰囲気下でホットプレスすることにより製造したもの
である。一方、比較例１〜２はSiC多孔セラミックス
に、それぞれフッ素オイル、フェノール樹脂を含浸した
もので、比較例３は従来のSiCセラミックスである。そ
の強度、硬度、破壊靭性値を第１表に示す。強度はJIS1
604K、３点曲げ試験により、硬度はビッカース硬度計に
より10Kgfの荷重下で、破壊靭性値はIF法により、摩擦
係数、摩耗量は相手材に理論密度99％の炭化珪素罪を選
び、1kgの荷重下、ピンオンディスク法により200rpmの
回転数で摩擦係数、摩耗量を測定したものである。
t％の石炭ピッチ炭素換算で15vol％複合し、焼結助剤と
してB4Cを炭化珪素に対して2wt％添加し、2100℃１時間
Ar雰囲気下でホットプレスすることにより製造したもの
である。一方、比較例１〜２はSiC多孔セラミックス
に、それぞれフッ素オイル、フェノール樹脂を含浸した
もので、比較例３は従来のSiCセラミックスである。そ
の強度、硬度、破壊靭性値を第１表に示す。強度はJIS1
604K、３点曲げ試験により、硬度はビッカース硬度計に
より10Kgfの荷重下で、破壊靭性値はIF法により、摩擦
係数、摩耗量は相手材に理論密度99％の炭化珪素罪を選
び、1kgの荷重下、ピンオンディスク法により200rpmの
回転数で摩擦係数、摩耗量を測定したものである。
本発明の炭化珪素−炭素系複合材料は、従来のセラミ
ックス−炭素系複合材料に比較して強度、硬度、破壊靭
性値、摺動特性共に優れている事がわかる。
ックス−炭素系複合材料に比較して強度、硬度、破壊靭
性値、摺動特性共に優れている事がわかる。
（実施例２〜６） 本発明の実施例を更に、第２表に示す。
第２表に示す処方および条件で、実施例１と同様に処
理し、複合材料を得た。
理し、複合材料を得た。
曲げ強度、硬度、破壊靭性値、摩擦係数、摩耗の測定
は第１表で記述した方法と同様である。
は第１表で記述した方法と同様である。
第２表の実施例１、２、５、比較例３、６、７のセラ
ミックス−炭素系複合材料中の複合炭素の焼成後のｄ値
と該複合材料の摩擦係数（第１図）、破壊靭性値（第２
図）の値をプロットし第１図および第２図に示す。
ミックス−炭素系複合材料中の複合炭素の焼成後のｄ値
と該複合材料の摩擦係数（第１図）、破壊靭性値（第２
図）の値をプロットし第１図および第２図に示す。
実施例１を転がり軸受けリテーナーに精密加工し、使
用したところ、無潤滑で長時間の耐久性を示した。実施
例４を鋼線の線引きダイスに適用したところ、鋼線の焼
き付きもなく、長時間の耐久性を示した。
用したところ、無潤滑で長時間の耐久性を示した。実施
例４を鋼線の線引きダイスに適用したところ、鋼線の焼
き付きもなく、長時間の耐久性を示した。
実施例５をメカニカルシールに適用したところ、従来
材料に較べ、シール性も良好で長時間の耐久性を示し
た。さらに、本材料を磁気媒体の摺接する前述の各種接
触部分に用いることにより、媒体との摺動特性を向上さ
せ、摩擦抵抗が少なく媒体を傷つけること無く、長時間
にわたり安定した再生特性をもたせることができた。
材料に較べ、シール性も良好で長時間の耐久性を示し
た。さらに、本材料を磁気媒体の摺接する前述の各種接
触部分に用いることにより、媒体との摺動特性を向上さ
せ、摩擦抵抗が少なく媒体を傷つけること無く、長時間
にわたり安定した再生特性をもたせることができた。
［発明の効果］ 本発明により調製されたセラミックス−炭素系複合材
料は、セラミックスと炭素の種類、複合割合を限定し、
更に焼成条件を選択してあるため、複合成分の分散も良
好で、セラミックス本来の高強度、高硬度特性を保った
まま、摺動特性に優れる材料である。それ故、転がり軸
受けのボール、リテーナ、メカニカルシール、磁気ヘッ
ド基材、スライダー等すべての次世代の無潤滑摺動部材
として、極めて好適な材料である。そのため、装置の耐
久性、信頼性を著しく向上させることができ、本発明の
セラミックス−炭素系複合材料は産業上有用である。
料は、セラミックスと炭素の種類、複合割合を限定し、
更に焼成条件を選択してあるため、複合成分の分散も良
好で、セラミックス本来の高強度、高硬度特性を保った
まま、摺動特性に優れる材料である。それ故、転がり軸
受けのボール、リテーナ、メカニカルシール、磁気ヘッ
ド基材、スライダー等すべての次世代の無潤滑摺動部材
として、極めて好適な材料である。そのため、装置の耐
久性、信頼性を著しく向上させることができ、本発明の
セラミックス−炭素系複合材料は産業上有用である。
第１図および第２図は、第２表の実施例１、２、５、比
較例３、６、７のセラミックス−炭素系複合材料中の複
合炭素の焼成後のｄ値と該複合材料の摩擦係数（第１
図）、破壊靭性値（第２図）の値をグラフ化したもので
ある。
較例３、６、７のセラミックス−炭素系複合材料中の複
合炭素の焼成後のｄ値と該複合材料の摩擦係数（第１
図）、破壊靭性値（第２図）の値をグラフ化したもので
ある。
Claims (1)
- 【請求項１】炭化物、窒化物及びホウ化物から選択され
るセラミックス50〜96vol％とピッチ、タール及び３−
５−ジメチルフェノールから選択される炭素源50〜4vol
％との混合物を予備成形後、非酸化性雰囲気中、10〜12
0MPaの圧力下、800〜2500℃で焼成することを特徴とす
るセラミックス−炭素系複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63154063A JP2625505B2 (ja) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | セラミックス―炭素系複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63154063A JP2625505B2 (ja) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | セラミックス―炭素系複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01320254A JPH01320254A (ja) | 1989-12-26 |
| JP2625505B2 true JP2625505B2 (ja) | 1997-07-02 |
Family
ID=15576089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63154063A Expired - Fee Related JP2625505B2 (ja) | 1988-06-22 | 1988-06-22 | セラミックス―炭素系複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2625505B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7345849B2 (en) | 2004-06-30 | 2008-03-18 | Tdk Corporation | Magnetic head slider material, magnetic head slider, and method of manufacturing magnetic head slider material |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4221318B4 (de) * | 1991-06-27 | 2005-12-08 | Kao Corp. | Kohlenstoffgefülltes, keramisches Verbundmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung |
| JP2652938B2 (ja) * | 1991-10-31 | 1997-09-10 | 新日本製鐵株式会社 | 炭化チタン―炭素複合セラミックス焼成体及び製造方法 |
| JP3962727B2 (ja) | 2004-05-21 | 2007-08-22 | Ｔｄｋ株式会社 | 磁気ヘッドスライダ用材料、磁気ヘッドスライダ、及び磁気ヘッドスライダ用材料の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6151614A (ja) * | 1984-08-22 | 1986-03-14 | Hitachi Ltd | 薄膜磁気ヘツド・スライダ |
| JPS61117156A (ja) * | 1984-11-13 | 1986-06-04 | 住友電気工業株式会社 | ジルコニア質黒色焼結体の製造方法 |
| JPS63208208A (ja) * | 1987-02-25 | 1988-08-29 | Hitachi Ltd | 磁気デイスク用スライダ−材 |
-
1988
- 1988-06-22 JP JP63154063A patent/JP2625505B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7345849B2 (en) | 2004-06-30 | 2008-03-18 | Tdk Corporation | Magnetic head slider material, magnetic head slider, and method of manufacturing magnetic head slider material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01320254A (ja) | 1989-12-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
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