JP3417005B2 - セラミックス摺動部材及びその製造方法 - Google Patents
セラミックス摺動部材及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，非酸化物セラミ
ックスの母相に化合物粒子を分散させたセラミックス摺
動部材及びその製造方法に関する。
ックスの母相に化合物粒子を分散させたセラミックス摺
動部材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 中に窒化硼
素ＢＮ等の固体潤滑材を分散させて摩擦係数を低減する
ものは，例えば，特開昭５９−３０７６９号公報に開示
されている。また，焼結助剤として，Ｆｅ3 Ｏ4 等の鉄
Ｆｅの酸化物を添加した窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 は，例え
ば，特開昭５８−６４２６８号公報，特開昭５９−８８
３７４号公報，特開昭６１−７２６８５号公報等に開示
されている。また，ＳｉにＡｌ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 等の酸
化物を添加して，主として，高強度化を図る反応焼結す
る方法は，例えば，特開昭５９−１５２２７１号公報，
特開昭５９−２０７８７５号公報，特開昭５９−２０７
８７６号公報に開示されている。
素ＢＮ等の固体潤滑材を分散させて摩擦係数を低減する
ものは，例えば，特開昭５９−３０７６９号公報に開示
されている。また，焼結助剤として，Ｆｅ3 Ｏ4 等の鉄
Ｆｅの酸化物を添加した窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 は，例え
ば，特開昭５８−６４２６８号公報，特開昭５９−８８
３７４号公報，特開昭６１−７２６８５号公報等に開示
されている。また，ＳｉにＡｌ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 等の酸
化物を添加して，主として，高強度化を図る反応焼結す
る方法は，例えば，特開昭５９−１５２２７１号公報，
特開昭５９−２０７８７５号公報，特開昭５９−２０７
８７６号公報に開示されている。
【０００３】また，複合摺動部材として，Ａｌ等の合金
にセラミックスを種々の方法で複合化し，例えば，セラ
ミックプリフォームを作製した後，含浸等により金属と
セラミックスを複合化させたものが知られており，この
ような複合摺動部材はピストンリングとして一部実用化
されている。金属基体にセラミックスを被覆する場合
に，溶射等が一般的に実用化されている。
にセラミックスを種々の方法で複合化し，例えば，セラ
ミックプリフォームを作製した後，含浸等により金属と
セラミックスを複合化させたものが知られており，この
ような複合摺動部材はピストンリングとして一部実用化
されている。金属基体にセラミックスを被覆する場合
に，溶射等が一般的に実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記複
合摺動部材は，セラミックスを主に耐摩耗性材料として
機能させており，摩擦係数（μ）の低下を意図するもの
ではなく，あるいは摩擦係数（μ）を大幅に低下させる
ことを意図したものではない。また，ＳｉにＡｌ
2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 等の添加剤を加えるものでは，十分に
摩擦係数（μ）を低減することができない。また，ＢＮ
等の固体潤滑材をＳｉ3 Ｎ4 中に含有させるものでは，
強度低下が著しく，ある程度の強度を要求されるエンジ
ン部品には使用することができない。
合摺動部材は，セラミックスを主に耐摩耗性材料として
機能させており，摩擦係数（μ）の低下を意図するもの
ではなく，あるいは摩擦係数（μ）を大幅に低下させる
ことを意図したものではない。また，ＳｉにＡｌ
2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 等の添加剤を加えるものでは，十分に
摩擦係数（μ）を低減することができない。また，ＢＮ
等の固体潤滑材をＳｉ3 Ｎ4 中に含有させるものでは，
強度低下が著しく，ある程度の強度を要求されるエンジ
ン部品には使用することができない。
【０００５】ところで，窒化ケイ素のセラミックスにつ
いては，低い摩擦係数を持つものが望まれている。一般
に，Ｓｉ3 Ｎ4 中に，炭化ケイ素，窒化ホウ素或いは酸
化物の粒子を分散させた場合には，結合界面での反応性
に乏しく，材料自体の強度が低下する。また，窒化ホウ
素を複合した材料では高温中その部分が酸化され結晶構
造が変化し，摩擦係数が上昇することがある。上記公報
に開示されているように，焼結助剤として，Ｆｅ3 Ｏ4
等の金属酸化物を添加したものでは，該添加量が少な
く，また低摩擦の特性を得ることができない。
いては，低い摩擦係数を持つものが望まれている。一般
に，Ｓｉ3 Ｎ4 中に，炭化ケイ素，窒化ホウ素或いは酸
化物の粒子を分散させた場合には，結合界面での反応性
に乏しく，材料自体の強度が低下する。また，窒化ホウ
素を複合した材料では高温中その部分が酸化され結晶構
造が変化し，摩擦係数が上昇することがある。上記公報
に開示されているように，焼結助剤として，Ｆｅ3 Ｏ4
等の金属酸化物を添加したものでは，該添加量が少な
く，また低摩擦の特性を得ることができない。
【０００６】更に，セラミックスについて，境界潤滑域
においては，必ずしも低摩擦特性とはならず，また，窒
化ホウ素を複合した材料では，６００℃以上で酸化ホウ
素となり，結晶構造が変化するため，特に摩擦係数が上
昇してしまうという問題がある。
においては，必ずしも低摩擦特性とはならず，また，窒
化ホウ素を複合した材料では，６００℃以上で酸化ホウ
素となり，結晶構造が変化するため，特に摩擦係数が上
昇してしまうという問題がある。
【０００７】また，Ｓｉ3 Ｎ4 と鉄Ｆｅの酸化物との複
合では，焼成時に還元反応が起こり，ＦｅＯ，Ｆｅ2 Ｏ
3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 の形で混合段階で添加しても，焼成後に
は，Ｆｅ−Ｓｉ系の化合物に変化する。このような化合
物も潤滑油との吸着性に優れるが，更に一層吸着性を高
め，低摩擦化するためには，酸化物の状態で残すことが
望ましいものである。
合では，焼成時に還元反応が起こり，ＦｅＯ，Ｆｅ2 Ｏ
3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 の形で混合段階で添加しても，焼成後に
は，Ｆｅ−Ｓｉ系の化合物に変化する。このような化合
物も潤滑油との吸着性に優れるが，更に一層吸着性を高
め，低摩擦化するためには，酸化物の状態で残すことが
望ましいものである。
【０００８】そこで，本出願人は，上記の課題を解決す
るため，低摩擦セラミックスを開発して先に出願した
〔特願平５−９５０４８号（特開平６−２３４５６号公
報参照）〕。該低摩擦セラミックスは，Ｓｉ3 Ｎ4 又は
ＳｉＣのＳｉを主成分とする母相中にＦｅＯ，Ｆｅ2 Ｏ
3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 等のＦｅの酸化物を分散させ，大気中に
おいて表面からやや内部にかけて酸化させ，化合物とし
て存在していたＦｅ−Ｓｉ系の化合物をオイルとの吸着
性に優れたＦｅ−Ｏ系の酸化物に変化させることによっ
て低摩擦化したものである。
るため，低摩擦セラミックスを開発して先に出願した
〔特願平５−９５０４８号（特開平６−２３４５６号公
報参照）〕。該低摩擦セラミックスは，Ｓｉ3 Ｎ4 又は
ＳｉＣのＳｉを主成分とする母相中にＦｅＯ，Ｆｅ2 Ｏ
3 ，Ｆｅ3 Ｏ4 等のＦｅの酸化物を分散させ，大気中に
おいて表面からやや内部にかけて酸化させ，化合物とし
て存在していたＦｅ−Ｓｉ系の化合物をオイルとの吸着
性に優れたＦｅ−Ｏ系の酸化物に変化させることによっ
て低摩擦化したものである。
【０００９】この発明の目的は，上記の課題を解決する
ことであり，気孔を有し，オイル吸着性に優れた分散剤
の配合によって油膜の途切れ難く，低摩擦係数を有する
と共に，ネットシェイプ性に優れたセラミックス摺動部
材及びその製造方法を提供することである。
ことであり，気孔を有し，オイル吸着性に優れた分散剤
の配合によって油膜の途切れ難く，低摩擦係数を有する
と共に，ネットシェイプ性に優れたセラミックス摺動部
材及びその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は，気孔を有
し，母相が非酸化物セラミックスであり，前記母相の中
にＦｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物が分散して
いることを特徴とするセラミックス摺動部材に関する。
し，母相が非酸化物セラミックスであり，前記母相の中
にＦｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物が分散して
いることを特徴とするセラミックス摺動部材に関する。
【００１１】また，この発明は，Ｓｉ，Ｔｉ及びＦｅ−
Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物から混合
粉末を作製し，前記混合粉末を成形して成形体を作製し
た後，前記成形体を窒化焼成して焼成体を作製し，次い
で前記焼成体を酸化処理したことを特徴とするセラミッ
クス摺動部材の製造方法に関する。
Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物から混合
粉末を作製し，前記混合粉末を成形して成形体を作製し
た後，前記成形体を窒化焼成して焼成体を作製し，次い
で前記焼成体を酸化処理したことを特徴とするセラミッ
クス摺動部材の製造方法に関する。
【００１２】また，この発明は，Ｓｉ，及びＡｌ，Ｙ，
Ｍｇ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｌａの群からなる化合物及びＦｅ−
Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物から混合
粉末を作製し，前記混合粉末を成形して成形体を作製
し，前記成形体をＳｉの融点以下の温度で窒化させた
後，それ以上の温度で液相焼結させたことを特徴とする
セラミックス摺動部材の製造方法に関する。
Ｍｇ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｌａの群からなる化合物及びＦｅ−
Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物から混合
粉末を作製し，前記混合粉末を成形して成形体を作製
し，前記成形体をＳｉの融点以下の温度で窒化させた
後，それ以上の温度で液相焼結させたことを特徴とする
セラミックス摺動部材の製造方法に関する。
【００１３】このセラミックス摺動部材は，上記のよう
に構成されているので，多孔材を構成することになり，
気孔にはオイルの油溜りの作用をして保油性を発揮し，
連絡部には吸着性に優れた分散相が存在し，極めて低い
摩擦係数を有する特性となる。
に構成されているので，多孔材を構成することになり，
気孔にはオイルの油溜りの作用をして保油性を発揮し，
連絡部には吸着性に優れた分散相が存在し，極めて低い
摩擦係数を有する特性となる。
【００１４】また，このセラミックス摺動部材は，上記
のように，Ｓｉ及びＦｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，
Ｗ，Ｍｏの炭化物から混合粉末を作製し，前記混合粉末
を成形して成形体を作製した後，前記成形体を窒化焼成
することによって製造できる。また，Ｓｉの他にＴｉを
含んでいる原料を利用する場合には，前記成形体を窒化
焼成した後に，前記焼成体を酸化処理することによっ
て，ＴｉＮをＴｉＯ2 に変化させて安定させる。更に，
原料にＴｉを含んでいる場合には，焼成時にＴｉがＴｉ
Ｎに変化する際に，わずかな体積膨張をするので，ネッ
トシェイプ材として利用することができる。
のように，Ｓｉ及びＦｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，
Ｗ，Ｍｏの炭化物から混合粉末を作製し，前記混合粉末
を成形して成形体を作製した後，前記成形体を窒化焼成
することによって製造できる。また，Ｓｉの他にＴｉを
含んでいる原料を利用する場合には，前記成形体を窒化
焼成した後に，前記焼成体を酸化処理することによっ
て，ＴｉＮをＴｉＯ2 に変化させて安定させる。更に，
原料にＴｉを含んでいる場合には，焼成時にＴｉがＴｉ
Ｎに変化する際に，わずかな体積膨張をするので，ネッ
トシェイプ材として利用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
によるセラミックス摺動部材及びその製造方法の実施例
を説明する。このセラミックス摺動部材は，図１に示す
ように，気孔４を有しており，母相１が非酸化物セラミ
ックスであり，母相１の中に母相の中にＦｅ−Ｓｉ，又
はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物が分散しているものである。
また，非酸化物セラミックスがＳｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ及び
それらの複合物のいずれかであることが好ましい。ま
た，母相１は，ＳｉとＴｉとの窒化物及び酸化物を含ん
でいるものである。ここで，４ａ族の元素はＣ，Ｓｉ，
Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂであり， ４ｂ族の元素はＴｉ，Ｚｒ，
Ｈｆであり，５ａ族の元素はＮ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ
であり，５ｂ族の元素はＶ，Ｎｂ，Ｔａであり，６ａ族
の元素はＯ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｐｏであり，６ｂ族の元
素はＣｒ，Ｍｏ，Ｗであり，７ａ族の元素はＦ，Ｃｌ，
Ｂｒ，Ｉ，Ａｔであり，７ｂ族の元素はＭｎ，Ｔｃ，Ｒ
ｅであり，８族の元素はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒ
ｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔである。また，１ｂ族の元
素はＣｕ，Ａｇ，Ａｕである。
によるセラミックス摺動部材及びその製造方法の実施例
を説明する。このセラミックス摺動部材は，図１に示す
ように，気孔４を有しており，母相１が非酸化物セラミ
ックスであり，母相１の中に母相の中にＦｅ−Ｓｉ，又
はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物が分散しているものである。
また，非酸化物セラミックスがＳｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ及び
それらの複合物のいずれかであることが好ましい。ま
た，母相１は，ＳｉとＴｉとの窒化物及び酸化物を含ん
でいるものである。ここで，４ａ族の元素はＣ，Ｓｉ，
Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂであり， ４ｂ族の元素はＴｉ，Ｚｒ，
Ｈｆであり，５ａ族の元素はＮ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ
であり，５ｂ族の元素はＶ，Ｎｂ，Ｔａであり，６ａ族
の元素はＯ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｐｏであり，６ｂ族の元
素はＣｒ，Ｍｏ，Ｗであり，７ａ族の元素はＦ，Ｃｌ，
Ｂｒ，Ｉ，Ａｔであり，７ｂ族の元素はＭｎ，Ｔｃ，Ｒ
ｅであり，８族の元素はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒ
ｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔである。また，１ｂ族の元
素はＣｕ，Ａｇ，Ａｕである。
【００１６】また，このセラミックス摺動部材は，Ｓ
ｉ，Ｔｉ及びＦｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍ
ｏの炭化物から混合粉末を作製し，前記混合粉末を成形
して成形体を作製した後，前記成形体を窒化焼成して焼
成体を作製し，次いで前記焼成体を酸化処理することに
よって作製できる。原料として，Ｓｉに加えてＴｉを含
んでいるので，ＴｉＮが生成されるが，ＴｉＮは不安定
であるので，これを酸化処理してＴｉＯ2 に変化させて
安定させる。この工程において，ＴｉがＴｉＮに変化す
るときに，膨張するので，この製造方法で作製したセラ
ミックス摺動部材は，隙間の発生しないネットシェイプ
材とすることができる。
ｉ，Ｔｉ及びＦｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍ
ｏの炭化物から混合粉末を作製し，前記混合粉末を成形
して成形体を作製した後，前記成形体を窒化焼成して焼
成体を作製し，次いで前記焼成体を酸化処理することに
よって作製できる。原料として，Ｓｉに加えてＴｉを含
んでいるので，ＴｉＮが生成されるが，ＴｉＮは不安定
であるので，これを酸化処理してＴｉＯ2 に変化させて
安定させる。この工程において，ＴｉがＴｉＮに変化す
るときに，膨張するので，この製造方法で作製したセラ
ミックス摺動部材は，隙間の発生しないネットシェイプ
材とすることができる。
【００１７】この発明によるセラミックス摺動部材及び
その製造方法の実施例を説明する。 〔実施例１〕ま ず，複合摺動部材を作製する工程では，平均粒径１．
５μｍのＳｉ８５％に，Ｆｅ3 Ｏ4 粉末を加えてボール
ミルにて約２４時間混合した後，スプレードライヤによ
って造粒処理を行って作製した粒状物を原料にした。こ
の粒状物を金型内で予備成形を行った後，これを約２ｔ
ｏｎ／ｃｍ2 でＣＩＰによって成形して成形体を作製し
た。この成形体をＮ2 ガス雰囲気内で脱脂した。次い
で，脱脂した成形体を０．９３ＭＰａのＮ2 ガス雰囲気
中で，最高１４００℃まで加熱し，反応焼結体を作製し
た。この焼結体の気孔率は約１５％であった。この焼結
体を，ダイヤモンドカッタを使用して切断し，更に焼結
体の表面を研削し研磨した後，焼結体に対して超音波洗
浄処理を行って試験片を作製した。
その製造方法の実施例を説明する。 〔実施例１〕ま ず，複合摺動部材を作製する工程では，平均粒径１．
５μｍのＳｉ８５％に，Ｆｅ3 Ｏ4 粉末を加えてボール
ミルにて約２４時間混合した後，スプレードライヤによ
って造粒処理を行って作製した粒状物を原料にした。こ
の粒状物を金型内で予備成形を行った後，これを約２ｔ
ｏｎ／ｃｍ2 でＣＩＰによって成形して成形体を作製し
た。この成形体をＮ2 ガス雰囲気内で脱脂した。次い
で，脱脂した成形体を０．９３ＭＰａのＮ2 ガス雰囲気
中で，最高１４００℃まで加熱し，反応焼結体を作製し
た。この焼結体の気孔率は約１５％であった。この焼結
体を，ダイヤモンドカッタを使用して切断し，更に焼結
体の表面を研削し研磨した後，焼結体に対して超音波洗
浄処理を行って試験片を作製した。
【００１８】一方，摺動試験を行う相手材として，Ｓｉ
3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 から成し，相対密度９９
％以上の高強度のＳｉ3 Ｎ4 材を用いた。反応焼結材即
ち試験片のサイズは，１５×１０×８０ｍｍであり，相
手材としてのピン材は，φ８×２５（ＳＲ１８）であ
る。摺動試験機は，往復動摺動試験機を使用した。ま
た，試験温度は１５０℃であり，オイルは化学合成油を
用いた。また，荷重を種々に変化させて試験を行った。
セラミックス摺動部材の試験の結果を，図２に示す。図
２では，縦軸に摩擦係数（μ）をとり，横軸にＰ＝ｌｏ
ｇ（η×Ｖ／Ｆ）をとった。パラメータＰについて，Ｆ
は荷重，Ｖは速度及びηと潤滑油の粘度を示しており，
Ｐの単位は〔×１０- 6 ・（ｍ2 ／Ｓ）・（ｍ／Ｓ）／
ｋｇｆ〕である。
3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 から成し，相対密度９９
％以上の高強度のＳｉ3 Ｎ4 材を用いた。反応焼結材即
ち試験片のサイズは，１５×１０×８０ｍｍであり，相
手材としてのピン材は，φ８×２５（ＳＲ１８）であ
る。摺動試験機は，往復動摺動試験機を使用した。ま
た，試験温度は１５０℃であり，オイルは化学合成油を
用いた。また，荷重を種々に変化させて試験を行った。
セラミックス摺動部材の試験の結果を，図２に示す。図
２では，縦軸に摩擦係数（μ）をとり，横軸にＰ＝ｌｏ
ｇ（η×Ｖ／Ｆ）をとった。パラメータＰについて，Ｆ
は荷重，Ｖは速度及びηと潤滑油の粘度を示しており，
Ｐの単位は〔×１０- 6 ・（ｍ2 ／Ｓ）・（ｍ／Ｓ）／
ｋｇｆ〕である。
【００１９】また，セラミックス摺動部材の摺動特性を
知るため，比較例１として，Ｓｉ3Ｎ4 （８０），Ａｌ
2 Ｏ3 を（５）及びＹ2 Ｏ3 （５）から成る原料にＦｅ
3 Ｏ4 を１０ｗｔ％加え，１８００℃で焼成した材料を
比較例１として用いた（配合比は括弧内の数値で示
す）。実施例１のセラミックス摺動部材と同様の試験条
件で評価を行った。その結果を，図２のグラフに示す。
図２では，縦軸に摩擦係数（μ）をとり，横軸にＰ＝ｌ
ｏｇ（η×Ｖ／Ｆ）をとった。パラメータＰについて，
Ｆは荷重，Ｖは速度及びηと潤滑油の粘度を示してお
り，Ｐの単位は〔×１０- 6 ・（ｍ2 ／Ｓ）・（ｍ／
Ｓ）／ｋｇｆ〕である。図２から分かるように，実施例
１のセラミックス摺動部材は，比較例１の同質の緻密材
のセラミックスに比較して低い摩擦係数（μ）を有して
いることが分かる。また，実施例１のセラミックス摺動
部材は，その４点曲げ強度は３５６ＭＰａであり，例え
ば，エンジン部品に十分に使用できる強度を有してい
た。
知るため，比較例１として，Ｓｉ3Ｎ4 （８０），Ａｌ
2 Ｏ3 を（５）及びＹ2 Ｏ3 （５）から成る原料にＦｅ
3 Ｏ4 を１０ｗｔ％加え，１８００℃で焼成した材料を
比較例１として用いた（配合比は括弧内の数値で示
す）。実施例１のセラミックス摺動部材と同様の試験条
件で評価を行った。その結果を，図２のグラフに示す。
図２では，縦軸に摩擦係数（μ）をとり，横軸にＰ＝ｌ
ｏｇ（η×Ｖ／Ｆ）をとった。パラメータＰについて，
Ｆは荷重，Ｖは速度及びηと潤滑油の粘度を示してお
り，Ｐの単位は〔×１０- 6 ・（ｍ2 ／Ｓ）・（ｍ／
Ｓ）／ｋｇｆ〕である。図２から分かるように，実施例
１のセラミックス摺動部材は，比較例１の同質の緻密材
のセラミックスに比較して低い摩擦係数（μ）を有して
いることが分かる。また，実施例１のセラミックス摺動
部材は，その４点曲げ強度は３５６ＭＰａであり，例え
ば，エンジン部品に十分に使用できる強度を有してい
た。
【００２０】次に，この発明によるセラミックス摺動部
材及びその製造方法の別の実施例を実施例２として説明
する。 〔実施例２〕 このセラミックス摺動部材は，平均粒径１．５μｍのＳ
ｉ（８０），Ｔｉ（１０）及びＦｅ3 Ｏ4 （１０）の配
合割合（括弧内の数値で示す）で，混合粉末を作製す
る。実施例２の処理工程は，実施例１の処理工程と同様
な条件で焼成した後，９００℃の大気中で酸化処理を行
った。このセラミックス摺動部材は，焼成時にＴｉがＴ
ｉＮに変化する際に膨脹するので，実施例２のセラミッ
クス摺動部材は体積変化が発生しない。実施例２では，
実施例１と同様に，セラミックス摺動部材の試験片を作
製した。この試験片に対して実施例１と同様のテスト条
件で摺動特性を評価し，その結果を図２のグラフに示
す。実施例２のセラミックス摺動部材は，比較例１のも
のに比較して摩擦係数（μ）が低減され，実施例１のセ
ラミックス摺動部材よりわずかに良好な結果を得た。
材及びその製造方法の別の実施例を実施例２として説明
する。 〔実施例２〕 このセラミックス摺動部材は，平均粒径１．５μｍのＳ
ｉ（８０），Ｔｉ（１０）及びＦｅ3 Ｏ4 （１０）の配
合割合（括弧内の数値で示す）で，混合粉末を作製す
る。実施例２の処理工程は，実施例１の処理工程と同様
な条件で焼成した後，９００℃の大気中で酸化処理を行
った。このセラミックス摺動部材は，焼成時にＴｉがＴ
ｉＮに変化する際に膨脹するので，実施例２のセラミッ
クス摺動部材は体積変化が発生しない。実施例２では，
実施例１と同様に，セラミックス摺動部材の試験片を作
製した。この試験片に対して実施例１と同様のテスト条
件で摺動特性を評価し，その結果を図２のグラフに示
す。実施例２のセラミックス摺動部材は，比較例１のも
のに比較して摩擦係数（μ）が低減され，実施例１のセ
ラミックス摺動部材よりわずかに良好な結果を得た。
【００２１】次に，この発明による複合摺動部材及びそ
の製造方法の特徴とする実施例を実施例３として説明す
る。 〔実施例３〕 この複合摺動部材では，実施例１におけるＦｅ3 Ｏ4 に
代えて，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物，Ｆｅ−Ｓｉの珪化物
を添加した材料を用いてセラミックス摺動部材を作製し
た。このセラミックス摺動部材の摺動試験を行ったとこ
ろ，結果は，実施例３のセラミックス摺動部材も実施例
１のものと同様に，低い摩擦係数（μ）のセラミックス
摺動部材を得ることができた。
の製造方法の特徴とする実施例を実施例３として説明す
る。 〔実施例３〕 この複合摺動部材では，実施例１におけるＦｅ3 Ｏ4 に
代えて，Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物，Ｆｅ−Ｓｉの珪化物
を添加した材料を用いてセラミックス摺動部材を作製し
た。このセラミックス摺動部材の摺動試験を行ったとこ
ろ，結果は，実施例３のセラミックス摺動部材も実施例
１のものと同様に，低い摩擦係数（μ）のセラミックス
摺動部材を得ることができた。
【００２２】更に，実施例４として，実施例１における
Ｆｅ3 Ｏ4 に代えて，Ｆｅ3 Ｏ4 のウィスカーを用いて
実施例１と同様な工程によってセラミックス摺動部材を
作製した。このセラミックス摺動部材の摺動試験を行っ
たところ，結果は，実施例４のセラミックス摺動部材も
実施例１のものと同様に，低い摩擦係数（μ）のセラミ
ックス摺動部材を得ることができた。
Ｆｅ3 Ｏ4 に代えて，Ｆｅ3 Ｏ4 のウィスカーを用いて
実施例１と同様な工程によってセラミックス摺動部材を
作製した。このセラミックス摺動部材の摺動試験を行っ
たところ，結果は，実施例４のセラミックス摺動部材も
実施例１のものと同様に，低い摩擦係数（μ）のセラミ
ックス摺動部材を得ることができた。
【００２３】また，実施例５として，Ｓｉ（８０），Ａ
ｌ2 Ｏ3 （５），Ｙ2 Ｏ3 （５）及びＦｅ3 Ｏ4 （１
０）の配合割合（括弧内の数値で示す）で，原料の混合
粉末を作製する。実施例１と同様の条件で，１４００℃
で窒化焼成した後，更にＮ2 中で１８００℃まで加熱
し，気孔率約５％の緻密な組織にしたセラミックス摺動
部材を作製した。このセラミックス摺動部材の摺動特性
の評価をしたところ，Ｓｉ3 Ｎ4 粉末を原料として作製
したセラミックス摺動部材に比較して摩擦係数（μ）が
やや低くなっていることが分かった。また，実施例５の
セラミックス摺動部材の４点曲げ強度は７８０ＭＰａで
あり，エンジン部品に適用して十分な強度を有している
ものであった。
ｌ2 Ｏ3 （５），Ｙ2 Ｏ3 （５）及びＦｅ3 Ｏ4 （１
０）の配合割合（括弧内の数値で示す）で，原料の混合
粉末を作製する。実施例１と同様の条件で，１４００℃
で窒化焼成した後，更にＮ2 中で１８００℃まで加熱
し，気孔率約５％の緻密な組織にしたセラミックス摺動
部材を作製した。このセラミックス摺動部材の摺動特性
の評価をしたところ，Ｓｉ3 Ｎ4 粉末を原料として作製
したセラミックス摺動部材に比較して摩擦係数（μ）が
やや低くなっていることが分かった。また，実施例５の
セラミックス摺動部材の４点曲げ強度は７８０ＭＰａで
あり，エンジン部品に適用して十分な強度を有している
ものであった。
【００２４】次に，この発明による複合摺動部材及びそ
の製造方法の特徴とする実施例を実施例６として説明す
る。実施例６として，このセラミックス摺動部材は，母
相が非酸化物セラミックスからなり，その母相中に，Ａ
ｌ，Ｙ，Ｍｇ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｌａの群から選択された元
素の化合物及びＦｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，
Ｍｏの炭化物が分散しており，気孔を有しているもので
ある。
の製造方法の特徴とする実施例を実施例６として説明す
る。実施例６として，このセラミックス摺動部材は，母
相が非酸化物セラミックスからなり，その母相中に，Ａ
ｌ，Ｙ，Ｍｇ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｌａの群から選択された元
素の化合物及びＦｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，
Ｍｏの炭化物が分散しており，気孔を有しているもので
ある。
【００２５】実施例６のセラミックス摺動部材を作製す
るには，非酸化物セラミックスとしてＳｉを選定したも
のを説明する。Ｓｉ，並びにＡｌ，Ｙ，Ｍｇ，Ｃｅ，Ｈ
ｆ，Ｌａの群からなる化合物及びＦｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ｓ
ｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物から混合粉末を作製す
る。この混合粉末を成形して成形体を作製し，前記成形
体をＳｉの融点以下の温度で窒化させた後，それ以上の
温度で液相焼結させることによってセラミックス摺動部
材を作製した。
るには，非酸化物セラミックスとしてＳｉを選定したも
のを説明する。Ｓｉ，並びにＡｌ，Ｙ，Ｍｇ，Ｃｅ，Ｈ
ｆ，Ｌａの群からなる化合物及びＦｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ｓ
ｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物から混合粉末を作製す
る。この混合粉末を成形して成形体を作製し，前記成形
体をＳｉの融点以下の温度で窒化させた後，それ以上の
温度で液相焼結させることによってセラミックス摺動部
材を作製した。
【００２６】この発明によるセラミックス摺動部材は，
上記のようにして作製できるものであり，低摩擦係数
（μ）でありながら，強度も十分に有しているので，各
種のエンジン部品，シリンダライナ，ロッカアーム，軸
受等に適用できる。ロッカアームとし適用する場合に
は，そのチップとして利用できる。また，軸受に適用す
る場合には，摺動面にこのセラミックス摺動部材を配置
し，その周囲を緻密質の高強度Ｓｉ3 Ｎ4 を配置するこ
とで，好ましい軸受を提供できる。
上記のようにして作製できるものであり，低摩擦係数
（μ）でありながら，強度も十分に有しているので，各
種のエンジン部品，シリンダライナ，ロッカアーム，軸
受等に適用できる。ロッカアームとし適用する場合に
は，そのチップとして利用できる。また，軸受に適用す
る場合には，摺動面にこのセラミックス摺動部材を配置
し，その周囲を緻密質の高強度Ｓｉ3 Ｎ4 を配置するこ
とで，好ましい軸受を提供できる。
【００２７】
【発明の効果】この発明は，気孔を有しており，母相が
非酸化物セラミックスであり，該母相の中にＦｅ−Ｓ
ｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物が分散しているので，
低摩擦化を達成することができ，摺動部材として適用し
て極めて好ましいものである。しかも，気孔がオイル溜
りとなり，しかも吸着性に優れた分散剤の配合によって
油膜の途切れ難い低摩擦化を確保でき，安定したものと
なる。
非酸化物セラミックスであり，該母相の中にＦｅ−Ｓ
ｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物が分散しているので，
低摩擦化を達成することができ，摺動部材として適用し
て極めて好ましいものである。しかも，気孔がオイル溜
りとなり，しかも吸着性に優れた分散剤の配合によって
油膜の途切れ難い低摩擦化を確保でき，安定したものと
なる。
【００２８】また，このセラミックス摺動部材は，非酸
化物セラミックスとしてＳｉ及びＴｉを選定すれば，Ｔ
ｉがＴｉＮに変化する際に，膨脹してネットシェイプ性
に優れた特性を有するようになる。
化物セラミックスとしてＳｉ及びＴｉを選定すれば，Ｔ
ｉがＴｉＮに変化する際に，膨脹してネットシェイプ性
に優れた特性を有するようになる。
【図１】この発明によるセラミックス摺動部材の一実施
例を示す構造図である。
例を示す構造図である。
【図２】この発明によるセラミックス摺動部材のパラメ
ータＰに対する摩擦係数を示すグラフである。
ータＰに対する摩擦係数を示すグラフである。
１ 母相
２ 表面
３ Ｆｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭
化物 ４ 気孔
化物 ４ 気孔
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｃ１０Ｍ 103:00 Ｃ１０Ｍ 103:04
103:06 Ｚ
103:04 Ｃ１０Ｎ 10:00
103:06） 40:02
Ｃ１０Ｎ 10:00 50:08
40:02 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２Ｇ
50:08
(56)参考文献 特開 平１−230478（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−206359（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−115872（ＪＰ，Ａ)
特公 平４−4994（ＪＰ，Ｂ２)
特表 平６−507142（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 35/56 - 35/599
Claims (3)
- 【請求項１】 気孔を有し，母相が非酸化物セラミック
スであり，前記母相の中にＦｅ−Ｓｉ，又はＣｒ，Ｗ，
Ｍｏの炭化物が分散していることを特徴とするセラミッ
クス摺動部材。 - 【請求項２】 Ｓｉ，Ｔｉ及びＦｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ｓｉ，
又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物から混合粉末を作製し，前
記混合粉末を成形して成形体を作製した後，前記成形体
を窒化焼成して焼成体を作製し，次いで前記焼成体を酸
化処理したことを特徴とするセラミックス摺動部材の製
造方法。 - 【請求項３】 Ｓｉ，及びＡｌ，Ｙ，Ｍｇ，Ｃｅ，Ｈ
ｆ，Ｌａの群からなる化合物及びＦｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ｓ
ｉ，又はＣｒ，Ｗ，Ｍｏの炭化物から混合粉末を作製
し，前記混合粉末を成形して成形体を作製し，前記成形
体をＳｉの融点以下の温度で窒化させた後，それ以上の
温度で液相焼結させたことを特徴とするセラミックス摺
動部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26545893A JP3417005B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | セラミックス摺動部材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26545893A JP3417005B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | セラミックス摺動部材及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07103272A JPH07103272A (ja) | 1995-04-18 |
| JP3417005B2 true JP3417005B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=17417452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26545893A Expired - Fee Related JP3417005B2 (ja) | 1993-09-30 | 1993-09-30 | セラミックス摺動部材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3417005B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4997542B2 (ja) * | 2008-05-20 | 2012-08-08 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | ＴｉＮ基結晶体ナノ粒子及びその製造方法、並びにＴｉＮ基結晶体ナノ粒子の集合体及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP26545893A patent/JP3417005B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07103272A (ja) | 1995-04-18 |
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