JP3153518B2 - 炭化ケイ素炭素複合セラミックス - Google Patents
炭化ケイ素炭素複合セラミックスInfo
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- JP3153518B2 JP3153518B2 JP25997698A JP25997698A JP3153518B2 JP 3153518 B2 JP3153518 B2 JP 3153518B2 JP 25997698 A JP25997698 A JP 25997698A JP 25997698 A JP25997698 A JP 25997698A JP 3153518 B2 JP3153518 B2 JP 3153518B2
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- Japan
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- carbon
- carbon composite
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強度、硬度、破壊
靭性、摩擦係数、耐摩耗性等に優れた炭化ケイ素炭素複
合セラミックスに関する。
靭性、摩擦係数、耐摩耗性等に優れた炭化ケイ素炭素複
合セラミックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは金属に比べ、耐熱性、強
度、硬度、耐摩耗性、耐食性に優れ、しかも軽量である
ため、近年、高温構造材料として、多くの開発がなされ
実用化されている。例えば、その一つである炭化ケイ素
は高温における強度の劣化も少なく、耐食性、耐摩耗性
にも優れ、熱伝導率も大きいなど多くの長所を持つた
め、自動車のエンジン部材やメカニカルシール、軸受
け、制御バルブなどの耐食性、耐摩耗性、高温強度が要
求される部分や、磁気ヘッドスライダーなどの精密摺動
部材などへの適用が検討されている。
度、硬度、耐摩耗性、耐食性に優れ、しかも軽量である
ため、近年、高温構造材料として、多くの開発がなされ
実用化されている。例えば、その一つである炭化ケイ素
は高温における強度の劣化も少なく、耐食性、耐摩耗性
にも優れ、熱伝導率も大きいなど多くの長所を持つた
め、自動車のエンジン部材やメカニカルシール、軸受
け、制御バルブなどの耐食性、耐摩耗性、高温強度が要
求される部分や、磁気ヘッドスライダーなどの精密摺動
部材などへの適用が検討されている。
【０００３】しかしながら、炭化ケイ素は破壊靭性値が
窒化ケイ素、ジルコニア等に比べ小さいため、構造材料
として使用する場合は信頼性の面で問題を有する。ま
た、炭化ケイ素セラミックスそれ自体は摩擦係数が大き
く、これを摺動部材に使用した際は相手材を傷つけたり
摩擦熱による膨張で寸法精度がでなくなるといった問題
がある。
窒化ケイ素、ジルコニア等に比べ小さいため、構造材料
として使用する場合は信頼性の面で問題を有する。ま
た、炭化ケイ素セラミックスそれ自体は摩擦係数が大き
く、これを摺動部材に使用した際は相手材を傷つけたり
摩擦熱による膨張で寸法精度がでなくなるといった問題
がある。
【０００４】これらの問題を解決する手段として、特開
昭６３−１４７８８０号公報の「炭化ケイ素−炭素複合
材」及び特開昭６１−５８８６１号公報の「炭化ケイ素質
材料及びその製造法」が提案されている。しかしこれら
は多孔質の炭化ケイ素に有機高分子化合物または熱硬化
性樹脂を含浸焼成させて得られるものであるが、機械的
強度が十分でなく、実用上問題を有する。
昭６３−１４７８８０号公報の「炭化ケイ素−炭素複合
材」及び特開昭６１−５８８６１号公報の「炭化ケイ素質
材料及びその製造法」が提案されている。しかしこれら
は多孔質の炭化ケイ素に有機高分子化合物または熱硬化
性樹脂を含浸焼成させて得られるものであるが、機械的
強度が十分でなく、実用上問題を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、強度、硬
度、破壊靭性、及び耐摩耗性に優れ、且つ摩擦係数の小
さいセラミックスを提供することを目的とする。
度、破壊靭性、及び耐摩耗性に優れ、且つ摩擦係数の小
さいセラミックスを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、結晶相と非晶相を特定の割合で含む炭素と、炭化ケ
イ素とを複合すれば優れた功を奏することを見い出し、
本発明を成すに至った。
に、結晶相と非晶相を特定の割合で含む炭素と、炭化ケ
イ素とを複合すれば優れた功を奏することを見い出し、
本発明を成すに至った。
【０００７】即ち本発明は、炭化ケイ素(a)１００重量
部に対し、１６〜４０重量部の炭素(b)を含有し、該炭
素(b)の結晶相と非晶相とのレーザーラマン分光強度の
ピーク面積比が０.１〜１０.０であることを特徴とする
炭化ケイ素炭素複合セラミックスを提供する。更に本発
明は、それを用いた摺動機械部品を提供する。
部に対し、１６〜４０重量部の炭素(b)を含有し、該炭
素(b)の結晶相と非晶相とのレーザーラマン分光強度の
ピーク面積比が０.１〜１０.０であることを特徴とする
炭化ケイ素炭素複合セラミックスを提供する。更に本発
明は、それを用いた摺動機械部品を提供する。
【０００８】本発明で使用する炭化ケイ素(a)は、セラ
ミックスのマトリクッスとなるもので、α、βのいずれ
の結晶型であってもよい。また純度は、密度の低下や強
度及び破壊靭性値の劣化等を防ぐために、またヤング率
等の機械的特性の面から、９０wt％以上が好ましく、よ
り好ましくは９５wt％以上である。炭化ケイ素の形態は
焼結性の面から、粒径５μm以下の粉末が望ましい。
ミックスのマトリクッスとなるもので、α、βのいずれ
の結晶型であってもよい。また純度は、密度の低下や強
度及び破壊靭性値の劣化等を防ぐために、またヤング率
等の機械的特性の面から、９０wt％以上が好ましく、よ
り好ましくは９５wt％以上である。炭化ケイ素の形態は
焼結性の面から、粒径５μm以下の粉末が望ましい。
【０００９】本発明の複合セラミックス中の炭素(b)
は、炭素の単体であって、結晶相と非晶相から成る。具
体的には炭素の単体として、無定形炭素、黒鉛等が挙げ
られる。これら単体の結晶相は、レーザーラマン分光で
１５８０cm-1付近を中心とする１４５０〜１７００cm-1
にかけてのピークを有する。また非晶相は、１３６０cm
-1付近を中心とする１３００〜１４５０cm-1にかけての
ピークを有する。上記結晶相に於ける結晶構造として
は、例えばグラファイト型平面六角形構造、菱面体形構
造等が挙げられる。単体中の結晶相と非晶相の存在比
は、上記ピーク面積比で０.１〜１０.０である。存在比
がこの範囲外だと機械的特性(即ち、強度、硬度等)に劣
るので好ましくない。
は、炭素の単体であって、結晶相と非晶相から成る。具
体的には炭素の単体として、無定形炭素、黒鉛等が挙げ
られる。これら単体の結晶相は、レーザーラマン分光で
１５８０cm-1付近を中心とする１４５０〜１７００cm-1
にかけてのピークを有する。また非晶相は、１３６０cm
-1付近を中心とする１３００〜１４５０cm-1にかけての
ピークを有する。上記結晶相に於ける結晶構造として
は、例えばグラファイト型平面六角形構造、菱面体形構
造等が挙げられる。単体中の結晶相と非晶相の存在比
は、上記ピーク面積比で０.１〜１０.０である。存在比
がこの範囲外だと機械的特性(即ち、強度、硬度等)に劣
るので好ましくない。
【００１０】本発明の複合セラミックスの組成に於い
て、上記炭素(b)は、上記炭化ケイ素(a)１００重量部に
対し１６〜４０重量部、好ましくは１６〜３６重量部で
ある。１６重量部未満では、摩擦係数低減効果が無く、
また、４０重量部より多いと、強度、硬度、耐摩耗性が
劣るため好ましくない。
て、上記炭素(b)は、上記炭化ケイ素(a)１００重量部に
対し１６〜４０重量部、好ましくは１６〜３６重量部で
ある。１６重量部未満では、摩擦係数低減効果が無く、
また、４０重量部より多いと、強度、硬度、耐摩耗性が
劣るため好ましくない。
【００１１】本発明の複合セラミックスの製造方法に於
いては上記炭素(b)を、製造工程中に適当な炭素源から
生成させても良い。即ち、上記炭化ケイ素、後述の炭素
源、及び必要により、通常用いられる添加剤等(例え
ば、公知のホウ素化合物等の焼結助剤等)を湿式混合
し、仮焼する。この仮焼工程により炭素源は上記炭素
(b)に変換される。次いで造粒成形後、焼成することに
より複合セラミックスが製造される。
いては上記炭素(b)を、製造工程中に適当な炭素源から
生成させても良い。即ち、上記炭化ケイ素、後述の炭素
源、及び必要により、通常用いられる添加剤等(例え
ば、公知のホウ素化合物等の焼結助剤等)を湿式混合
し、仮焼する。この仮焼工程により炭素源は上記炭素
(b)に変換される。次いで造粒成形後、焼成することに
より複合セラミックスが製造される。
【００１２】上記湿式混合は、ボールミル、振動ミル、
遊星ミル等で行なって良い。又使用する溶剤としては有
機溶剤、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香
族系や、メタノール、エタノール等のアルコール系また
メチルエチルケトン等のケトン系などが好ましい。
遊星ミル等で行なって良い。又使用する溶剤としては有
機溶剤、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香
族系や、メタノール、エタノール等のアルコール系また
メチルエチルケトン等のケトン系などが好ましい。
【００１３】上記仮焼工程は、湿式混合した混合物を好
ましくは不活性雰囲気下(例えば窒素ガス、アルゴンガ
ス等の雰囲気下)、４００〜８００℃で熱処理して行な
われる。４００℃より低いと十分に炭素(b)に変換され
ず、又、８００℃より高いと配合粒子の自由焼結が起こ
り、スプレードライ時の再分散がし難く、好ましくな
い。
ましくは不活性雰囲気下(例えば窒素ガス、アルゴンガ
ス等の雰囲気下)、４００〜８００℃で熱処理して行な
われる。４００℃より低いと十分に炭素(b)に変換され
ず、又、８００℃より高いと配合粒子の自由焼結が起こ
り、スプレードライ時の再分散がし難く、好ましくな
い。
【００１４】上記炭素源としては、湿式混合に使用する
上記有機溶剤に可溶性若しくは分散性のもので、且つ上
記仮焼条件下に炭素(b)に変換されるものであれば特に
限定されない。そのような炭素源としては具体的には、
フラン樹脂、フェノール樹脂、コールタールピッチ等が
挙げられる。
上記有機溶剤に可溶性若しくは分散性のもので、且つ上
記仮焼条件下に炭素(b)に変換されるものであれば特に
限定されない。そのような炭素源としては具体的には、
フラン樹脂、フェノール樹脂、コールタールピッチ等が
挙げられる。
【００１５】上記造粒成形に於いて、造粒はスプレード
ライ等で行なって良い。又成形は金型成形法、ＣＩＰ
法、又はスリップキャスティング法等で行なっても良
い。
ライ等で行なって良い。又成形は金型成形法、ＣＩＰ
法、又はスリップキャスティング法等で行なっても良
い。
【００１６】上記焼成工程は、不活性雰囲気下若しくは
真空下、１８００〜２３００℃で行なうのが望ましい。
焼成温度がこの範囲外だと焼結体の密度の低下や炭化ケ
イ素(a)の粒子成長等による強度、硬度等の機械的特性
の劣化を招くこととなり好ましくない。焼成法として
は、高密度化させるためにホットプレス、ＨＩＰ法等を
用いても良い。
真空下、１８００〜２３００℃で行なうのが望ましい。
焼成温度がこの範囲外だと焼結体の密度の低下や炭化ケ
イ素(a)の粒子成長等による強度、硬度等の機械的特性
の劣化を招くこととなり好ましくない。焼成法として
は、高密度化させるためにホットプレス、ＨＩＰ法等を
用いても良い。
【００１７】上記のようにして得られる複合セラミック
スは摺動特性が優れ、かつ耐摩耗性にも優れ、摺動部品
として極めて好適である。摺動部品は機械要素がその可
動する部分を有し、一時的または常時接触し、かつ相対
的に摺動する部分に於いて少なくとも、その摺動面が本
発明の炭化ケイ素炭素複合セラミックスより構成されて
いることを要する。摺動部品の具体例としては軸受けリ
テーナー、メカニカルシール、石炭スラリーの流量バル
ブ、線引きダイス等が挙げられる。
スは摺動特性が優れ、かつ耐摩耗性にも優れ、摺動部品
として極めて好適である。摺動部品は機械要素がその可
動する部分を有し、一時的または常時接触し、かつ相対
的に摺動する部分に於いて少なくとも、その摺動面が本
発明の炭化ケイ素炭素複合セラミックスより構成されて
いることを要する。摺動部品の具体例としては軸受けリ
テーナー、メカニカルシール、石炭スラリーの流量バル
ブ、線引きダイス等が挙げられる。
【００１８】
【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は
ない。
明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
ない。
【００１９】(実施例１〜１６及び比較例１、４〜７) 表１に示す炭素源、粒径０.５μmのβ−炭化ケイ素(純
度９８wt％)、及び焼成助剤としてＢ4Ｃ２wt％を、振動
ミルでエタノール湿式混合し、アルゴン雰囲気下６００
℃で仮焼した。スプレードライで造粒後、金型成形法で
成形し、次いで表１に示す焼成雰囲気下及び焼成温度
で、１時間焼成した。必要によりこれを表１に示す加圧
下、ホットプレスして各セラミックスを製造した。
度９８wt％)、及び焼成助剤としてＢ4Ｃ２wt％を、振動
ミルでエタノール湿式混合し、アルゴン雰囲気下６００
℃で仮焼した。スプレードライで造粒後、金型成形法で
成形し、次いで表１に示す焼成雰囲気下及び焼成温度
で、１時間焼成した。必要によりこれを表１に示す加圧
下、ホットプレスして各セラミックスを製造した。
【００２０】(比較例２及び３)それぞれエタノールを溶
解したフェノール樹脂を多孔質炭化ケイ素に含浸し、ア
ルゴン雰囲気下６００℃で仮焼し、次いで表−１に示す
焼成雰囲気下および焼成温度で１時間焼成してセラミッ
クス(それぞれ比較例２及び３)を製造した。
解したフェノール樹脂を多孔質炭化ケイ素に含浸し、ア
ルゴン雰囲気下６００℃で仮焼し、次いで表−１に示す
焼成雰囲気下および焼成温度で１時間焼成してセラミッ
クス(それぞれ比較例２及び３)を製造した。
【００２１】上記各実施例及び各比較例のセラミックス
中の、炭化ケイ素(a)１００重量部に対する炭素(b)の組
成比を表１に示す。又、ラマン分光により測定した炭素
(b)の結晶相と非晶相との比を表１に示す。更に、各セ
ラミックスの強度、硬度、ヤング率、破壊靭性、摩擦係
数、及び耐摩耗性を試験し、これらの結果を表１に示
す。
中の、炭化ケイ素(a)１００重量部に対する炭素(b)の組
成比を表１に示す。又、ラマン分光により測定した炭素
(b)の結晶相と非晶相との比を表１に示す。更に、各セ
ラミックスの強度、硬度、ヤング率、破壊靭性、摩擦係
数、及び耐摩耗性を試験し、これらの結果を表１に示
す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【００２５】
【００２６】実施例２を石炭スラリーの流量バルブとし
て使用したところ、スラリーのカットオフがスムーズに
行え、摺動特性が良好で、耐摩耗性も良好であった。
て使用したところ、スラリーのカットオフがスムーズに
行え、摺動特性が良好で、耐摩耗性も良好であった。
【００２７】実施例６を精密加工し、磁気ヘッド基材と
して使用したところ、相手メディアを傷つけることな
く、耐久性も良好であった。
して使用したところ、相手メディアを傷つけることな
く、耐久性も良好であった。
【００２８】実施例１１を撚糸リングとして使用したと
ころ、従来セラミックスに比べ、低摩耗性、高耐久性を
示した。
ころ、従来セラミックスに比べ、低摩耗性、高耐久性を
示した。
【００２９】
【発明の効果】実施例より明らかなように、本発明で得
られた炭化ケイ素炭素複合セラミックスは、従来の炭化
ケイ素セラミックスに比べ、強度、硬度は保持したま
ま、破壊靭性、摺動特性の向上がみとめられ、各種摺動
機械部品として産業上有用である。
られた炭化ケイ素炭素複合セラミックスは、従来の炭化
ケイ素セラミックスに比べ、強度、硬度は保持したま
ま、破壊靭性、摺動特性の向上がみとめられ、各種摺動
機械部品として産業上有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−265850（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−30765（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−58862（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−278475（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−251576（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−112670（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/565 - 35/577
Claims (2)
- 【請求項１】 炭化ケイ素(a)１００重量部に対し、１
６〜４０重量部の炭素(b)を含有し、該炭素(b)の結晶相
と非晶相とのレーザーラマン分光強度のピーク面積比が
０.１〜１０.０であることを特徴とする炭化ケイ素炭素
複合セラミックス。 - 【請求項２】 請求項１記載の炭化ケイ素炭素複合セラ
ミックスからなる摺動機械部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25997698A JP3153518B2 (ja) | 1989-12-28 | 1998-09-14 | 炭化ケイ素炭素複合セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25997698A JP3153518B2 (ja) | 1989-12-28 | 1998-09-14 | 炭化ケイ素炭素複合セラミックス |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1339954A Division JP2968293B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 炭化ケイ素炭素複合セラミックス成形体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11171648A JPH11171648A (ja) | 1999-06-29 |
| JP3153518B2 true JP3153518B2 (ja) | 2001-04-09 |
Family
ID=17341556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25997698A Expired - Lifetime JP3153518B2 (ja) | 1989-12-28 | 1998-09-14 | 炭化ケイ素炭素複合セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3153518B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5115898B2 (ja) * | 2000-03-31 | 2013-01-09 | Ｔｏｔｏ株式会社 | 高剛性の材料により構成された移動体装置 |
| KR100417161B1 (ko) * | 2001-02-12 | 2004-02-05 | 국방과학연구소 | 탄소직물로 이루어진 Ｃ/ＳｉＣ 복합재료의 제조방법 |
| JP4842212B2 (ja) * | 2006-05-31 | 2011-12-21 | 花王株式会社 | ガラス製ハードディスク基板用成形型 |
-
1998
- 1998-09-14 JP JP25997698A patent/JP3153518B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11171648A (ja) | 1999-06-29 |
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