JP3007705B2 - SiC系摺動材およびその製造方法 - Google Patents

SiC系摺動材およびその製造方法

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JP3007705B2 JP6899691A JP6899691A JP3007705B2 JP 3007705 B2 JP3007705 B2 JP 3007705B2 JP 6899691 A JP6899691 A JP 6899691A JP 6899691 A JP6899691 A JP 6899691A JP 3007705 B2 JP3007705 B2 JP 3007705B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は回転機械に使用される耐
腐食性、耐摩耗性、耐熱性等に優れたSiC系摺動材に
関するものである。
【0002】
【従来技術および解決しようとする課題】一般にSiC
系摺動材は耐腐食性、耐摩耗性、耐熱性等に優れている
ため、寿命が長く、過酷な条件下で使用されるメカニカ
ルシールや軸受等には不可欠なものとなっている。
【0003】そして、メカニカルシールにおいては摺動
面に微細なスパイラル状の溝が形成されていると、摺動
時にポンプ作用を生じて、回転部分からの漏れを防止す
ることができる。
【0004】また、スラスト軸受に微細なスパイラル状
の溝が形成されていると、装置内部の流体を軸受の作動
流体として使用することができ、摺動面の潤滑および冷
却を効率的に行うことができるため、装置の構造をコン
パクト化および省エネルギー化することができる。
【0005】しかしながら、摺動面に形成されるスパイ
ラル状の溝は摺動材が長時間使用されると、摺動面の摩
耗が進んで、前記スパイラル状の溝が浅くなり、上記効
果を十分に発揮することができなくなるという問題点を
有していた。
【0006】また、SiCに精密な溝加工を施すことは
きわめて困難であり、かつ、きわめてコストのかかる方
法であった。本発明の目的は回転部分からの漏れを防止
し、摺動面の潤滑および冷却を効率的に行なうととも
に、長期間前記効果を発揮することができるSiC系摺
動材と、簡単な工程で安価に製造できるSiC系摺動材
の製造方法とを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、軸方向の端面に外方を向いた状態で凹所
が設けられるα型SiCからなる摺動材本体と、前記凹
所内に設けられるとともに、直線的に結晶が成長した異
常成長粒を有するβ型SiCからなる方向性結晶部とを
具えた手段を採用したものである。また、前記凹所はス
パイラル状をなしている手段を採用したものである。さ
らに、α型SiCの粉末を加圧して成型部材本体を形成
し、該成型部材本体の軸方向の端面に外方を向いた状態
で凹所を設けるとともに、該凹所内にβ型SiCの粉末
を充填して再び加圧して成型部材を形成し、この後、前
記成型部材を所定の温度で焼結して前記成型部材本体に
対応する部分にα型SiCからなる摺動材本体を形成
し、前記凹所内に直線的に結晶が成長した異常成長粒を
有するβ型SiCからなる方向性結晶部を形成する手段
を採用したものである。そして、前記凹所はスパイラル
状をなしている手段を採用したものである。
【0008】
【作用】本発明は上記の手段を採用したことにより、回
転機械の摺動材として使用する過程で方向性結晶部の結
晶粒界が除去されて、SiC系摺動材の摺動面にスパイ
ラル状に微細な溝が形成され、メカニカルシールにおい
ては回転部分からの漏れを防止し、軸受においては摺動
面の潤滑および冷却を効果的に行なうことができるよう
になる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1には本発明のSiC系摺動材の実施例が示さ
れていて、このSiC系摺動材1はSiC質で構成され
る環状の摺動材本体2と、この摺動材本体2の軸方向端
面に形成される摺動面3と、この摺動面3の表層にスパ
イラル状に形成される方向性結晶部4とから構成されて
いる。
【0010】前記摺動材本体2はα型(六方晶系)Si
Cが所定の温度で焼結されたものである。また、方向性
結晶部4はβ型(立方晶系)SiCが所定の温度で焼結
されたものであり、図2に示すように、直線的に結晶が
成長した異常成長粒5を有している。なお、前記方向性
結晶部4の形状は図1に示すような帯状に限定されず、
長方形、または、アスペクト比の大きい楕円形等種々の
形状が考えられる。但し、長方形、楕円形状等の場合は
摺動面に外方を向いた状態で設けられる。
【0011】次に、本発明によるSiC系摺動材の製造
方法の一の実施例を以下に説明する。まず、図3に示す
ように、α型(六方晶系)SiCの粉末を加圧して環状
の成型部材本体7を形成し、この成型部材本体7の軸方
向端面に長方形の凹所8を外方を向いた状態に設ける。
【0012】次に、この凹所8にβ型(立方晶系)Si
Cの粉末を充填して再び加圧し、環状の成型部材9を形
成する。
【0013】そして、この成型部材9を所定の温度で焼
結すると、図4に示すように、前記成型部材本体7は摺
動材本体12を形成し、前記凹所8に充填されたβ型
(立方晶系)SiCの粉末は方向性結晶部14を形成
し、前記成型部材9はSiC系摺動材11を形成する。
【0014】この所定の温度においては、β型(立方晶
系)SiCは直線的に異常成長する異常成長粒を発生し
易いという性質を有している。一方α型(六方晶系)S
iCは、前記の異常成長粒が発生しにくいという性質を
有している。
【0015】上記のようにして製造された本発明による
SiC系摺動材11においては、前記成型部材本体7は
α型(六方晶系)SiCで形成されているため、前記摺
動材本体12には異常成長粒がほとんど発生しない。
【0016】一方、前記方向性結晶部14はβ型(立方
晶系)SiCで形成されているため、図5に示すよう
に、異常成長粒15が発生する。
【0017】また、異常成長粒15の成長する方向はラ
ンダムであるが、前記方向性結晶部14の形状が長方形
であるため、前記異常成長粒15の結晶の長さは、前記
方向性結晶部14の短辺方向に成長するよりも長辺方向
に成長するほうが長くなる。従って、結晶粒界16も長
辺方向に方向性を有するようになる。
【0018】そして、一般にこの方向性結晶部14を摺
動面13に摺動方向に対して一定の角度で、外方を向い
た状態で配設してSiC系摺動材11を製造する。そし
て、このSiC系摺動材11をメカニカルシール、軸受
等の摺動材として使用すると、前記方向性結晶部14の
結晶粒界16がきわめて微細な溝となるため、前記方向
性結晶部14の長辺方向に前記溝が形成されるととも
に、前記方向性結晶部14が摺動方向に対して一定の角
度で、外方を向いた状態で設けられているため、前記摺
動面13に微細な溝が摺動方向に対して一定の角度で、
外方を向いた状態で形成される。
【0019】従って、前記SiC系摺動材11がメカニ
カルシールに使用されると摺動時にポンプ作用を生じて
回転部分からの漏れを防止することができるようにな
り、軸受に使用すると、摺動面の潤滑および冷却を効果
的に行うことができる。
【0020】次に、本発明によるSiC系摺動材の製造
方法の他の実施例を以下に説明する。まず、図6に示す
ように、α型(六方晶系)SiCの粉末を加圧して環状
の成型部材本体17を形成し、この成型部材本体17の
軸方向端面に帯状に凹所18を設ける。
【0021】次に、この凹所18にβ型(立方晶系)S
iCの粉末を充填して再び加圧し、環状の成型部材19
を形成する。そして、この成型部材19を所定の温度で
焼結させると、図7に示すように、前記成型部材本体1
7は摺動材本体22を形成し、前記凹所18に充填され
たβ型(立方晶系)SiCの粉末は方向性結晶部24を
形成し、前記成型部材19はSiC系摺動材21を形成
する。
【0022】この所定の温度においては、β型(立方晶
系)SiCは直線的に異常成長する異常成長粒を発生し
易いという性質を有している。一方、α型(六方晶系)
SiCは、前記の異常成長粒が発生しにくいという性質
を有している。
【0023】上記のようにして製造された本発明による
SiC系摺動材21においては、一の実施例と同様に、
前記成型部材本体17はα型(六方晶系)SiCで形成
されているため、前記摺動材本体22には異常成長粒が
ほとんど発生しない。
【0024】一方、前記方向性結晶部24はβ型(立方
晶系)SiCで形成されているため、図8に示すよう
に、異常成長粒25が発生しやすい。
【0025】また、異常成長粒25の成長する方向はラ
ンダムであるが、前記方向性結晶部24の形状が帯状で
あるため、前記異常成長粒25の結晶の長さは、前記方
向性結晶部24の短辺方向に成長するよりも、長辺方向
に成長するほうが長くなる。従って、結晶粒界26も長
辺方向に方向性を有するようになる。
【0026】そして、一般にこの方向性結晶部24を摺
動面23に摺動方向に対して一定の角度で、外方を向い
た状態で配設してSiC系摺動材21を製造する。そし
て、このSiC系摺動材21をメカニカルシール、軸受
等の摺動材として使用すると、一の実施例で製造したS
iC系摺動材11と同様に作用して、メカニカルシール
においては回転部分からの漏れを防止し、軸受において
は、摺動面の潤滑および冷却を効果的に行うことができ
る。特に、前記方向性結晶部24を摺動面23にスパイ
ラル状に設けると前記効果がより一層発揮される。
【0027】〔実施例−1〕図9に示すように、α型
(六方晶系)SiC粉末を加圧して環状の成型部材本体
27を形成し、軸方向端面に凹所28をスパイラル状に
設ける。また、この凹所28の長辺方向の長さLと短辺
方向の長さDとの寸法比は15:1とした。そして、こ
の凹所28にβ型(立方晶系)SiC粉末を充填し、再
び加圧して環状の成型部材29を形成する。
【0028】次に、この成型部材29を焼結温度210
0℃、Arガス雰囲気中で2時間焼結させる。その結
果、α型(六方晶系)SiCおよびβ型(立方晶系)S
iCの両方とも十分に焼結され、しかも、凹所28に充
填されたβ型(立方晶系)SiCには異常成長粒が発生
して、しかも、長辺方向に著しく発達していた。
【0029】なお、前記成型部材9、19、29は環状
としたが、これに限定されず、円板状等種々の形状が考
えられる。また、実施例においては、粉末のSiCを使
用したがこれに限定されることなく、種々の形状のSi
Cを使用することができる。
【0030】
【発明の効果】本発明は前記のように、軸方向の端面に
外方を向いた状態で凹所が設けられるα型SiCからな
る摺動材本体と、前記凹所内に設けられるとともに、直
線的に結晶が成長した異常成長粒を有するβ型SiCか
らなる方向性結晶部とを具えた構成としたことにより、
メカニカルシール、軸受等の摺動材として使用した場合
に、方向性結晶部の結晶粒界が除去されて摺動面に微細
な溝が外方を向いた状態で形成されることになる。した
がって、メカニカルシールにおいては、ポンプ作用が生
じて回転部分からの漏れを防止することができ、軸受に
おいては、摺動面の潤滑及び冷却を効果的に行うことが
できることになる。また、方向性結晶部の異常成長粒
は、摺動材本体の結晶粒と同様に摺動摩耗し、溝が浅く
ならないので、長期的に回転部分からの漏れを防止し、
摺動面の潤滑及び冷却を効果的に行うことができること
になる。さらに、前記凹所はスパイラル状をなしている
という構成としたことにより、メカニカルシールにおい
ては、ポンプ作用が更に効果的に生じて回転部分からの
漏れを更に効果的に防止することができ、軸受において
は、摺動面の潤滑及び冷却を更に効果的に行うことがで
きることになる。
【0031】さらに、α型SiCの粉末を加圧して成型
部材本体を形成し、該成型部材本体の軸方向の端面に外
方を向いた状態で凹所を設けるとともに、該凹所内にβ
型SiCの粉末を充填して再び加圧して成型部材を形成
し、この後、前記成型部材を所定の温度で焼結して前記
成型部材本体に対応する部分にα型SiCからなる摺動
材本体を形成し、前記凹所内に直線的に結晶が成長した
異常成長粒を有するβ型SiCからなる方向性結晶部を
形成するという構成としたことにより、または、前記凹
所はスパイラル状をなしているという構成としたことに
より、製造工程が簡単となるので製造コストを低減する
ことができ、安価なものを提供することができることに
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるSiC系摺動材の実施例を示す概
略図である。
【図2】本発明によるSiC系摺動材の実施例における
方向性結晶部を示す概略図である。
【図3】本発明によるSiC系摺動材の製造方法の一の
実施例における焼結前の状態を説明する図である。
【図4】本発明によるSiC系摺動材の製造方法の一の
実施例における焼結後の状態を説明する図である。
【図5】本発明によるSiC系摺動材の製造方法の一の
実施例における焼結後の方向性結晶部の状態を説明する
図である。
【図6】本発明によるSiC系摺動材の製造方法の他の
実施例における焼結前の状態を説明する図である。
【図7】本発明によるSiC系摺動材の製造方法の他の
実施例における焼結後の状態を説明する図である。
【図8】本発明による SiC系摺動材の製造方法の他
の実施例における焼結後の方向性結晶部の状態を説明す
る図である。
【図9】本発明によるSiC系摺動材の〔実施例−1〕
を説明するための図である。
【符号の説明】
1、11、21……SiC系摺動材 2、12、22……摺動材本体 3、13、23……摺動面 4、14、24……方向性結晶部 5、15、25……異常成長粒 6、16、26……結晶粒界 7、17、27……成型部材本体 8、18、28……凹所 9、19、29……成型部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F16J 15/34 C04B 35/56 101Y C10N 20:00 40:02 50:08 70:00 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C10M 103/00 C10N 20:00 C10N 40:02 C10N 50:08 C10N 70:00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸方向の端面に外方を向いた状態で凹所
    が設けられるα型SiCからなる摺動材本体と、前記凹
    所内に設けられるとともに、直線的に結晶が成長した異
    常成長粒を有するβ型SiCからなる方向性結晶部とを
    具えたことを特徴とするSiC系摺動材。
  2. 【請求項2】 前記凹所はスパイラル状をなしている
    求項1記載のSiC系摺動材。
  3. 【請求項3】 α型SiCの粉末を加圧して成型部材本
    体を形成し、該成型部材本体の軸方向の端面に外方を向
    いた状態で凹所を設けるとともに、該凹所内にβ型Si
    Cの粉末を充填して再び加圧して成型部材を形成し、こ
    の後、前記成型部材を所定の温度で焼結して前記成型部
    材本体に対応する部分にα型SiCからなる摺動材本体
    を形成し、前記凹所内に直線的に結晶が成長した異常成
    長粒を有するβ型SiCからなる方向性結晶部を形成す
    ことを特徴とするSiC系摺動材の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記凹所はスパイラル状をなしている
    求項3記載のSiC系摺動材の製造方法。
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