JPH01115870A

JPH01115870A - 滑り−またはシール部材対、およびその製造方法

Info

Publication number: JPH01115870A
Application number: JP63249174A
Authority: JP
Inventors: Kilian Friederich; キリアン・フリーデリヒ; Dirk Rogowski; デイルク・ロゴフスキー
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Feldmuehle AG
Priority date: 1987-10-06
Filing date: 1988-10-04
Publication date: 1989-05-09
Also published as: ES2021416B3; DE3733730C1; EP0310985A1; DE3861758D1; ATE60754T1; US5024977A; EP0310985B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、請求項１の前提部による滑り−またはシール
部材対、評言すれば対応面と滑りまたはシール接触して
いる、炭化ケイ素、炭化ホウ素、金属ホウ化物および場
合によって遊離炭素を含有る、無加圧焼結された少なく
とも１個のセラミック２相成形体を有る、、表面支持率
の調節が改善された滑り−またはシール部材対に関る、
。

〔従来の技術〕

セラミック滑り−またはシール部材は公知である。この
種の構成部材は、使用に応じて広範囲な一連の要求を満
たさなければならず、その際腐食性媒体に対る、耐食性
、媒体が温度変化る、場合の耐熱衝撃性および研摩成分
を有る、媒体の場合の耐摩耗性が思い出されるにすぎな
い。これまで提案された滑り部材用材料、たとえば硬質
金属、酸化アルミニウム、浸透または反応結合炭化ケイ
素および単相炭化ケイ素は、たんに一連の要求の１部分
を充足る、ことができたにすぎない。すなわち、硬質金
属には腐食および重量の欠点が付随している。酸化アル
ミニウムは、熱衝撃に対して極めて不安定である。

ケイ素で融液浸透された炭化ケイ素は、化学工業で重要
である力性アルカリ溶液中で使用る、場合に役に立たな
い。

単相炭化ケイ素は、機能表面の表面支持率の再現性を困
難にる、。

摩擦減少を得るために、より低い伏度勿有る、もう１つ
の円板と組み合わせることが記載されている。

西ｒイツ国特許第３５０９５７２号明細書には、酸化物
または非酸化物セラミックスからなる基体が機能表面に
、酸化物、炭化物、窒化物またはホウ化物からなる層を
備え、その際これらの層は化学的または物理的蒸着法（
ＯＶＤまたはＰＶＤ　）を用ｈ″″Ｃ設けられている滑
り部材が記載されている。

しかしながら、これらの滑り−またはシール部材対も、
上記イタリア国特許明細書の提案の場合に異なる機能表
面を一対にる、ことにより、硬度の低い表面の望ましく
ない表面変化が生じるためであれ、上記西Ｖイツ国特許第３５０９５７２号明細書の提案により製造された滑り
部材が、費用のかかる０ＶＤ−またはＰＶＤ被覆法のた
め、経済的大量生産を許容しないためであれ、これらの
滑り−またはシール部材対は、実地では重視されなかっ
た。

〔発明が解決しようとる、課題〕

本発明の課題は、極めて良好な耐熱衝撃性の他に、機能
表面の表面支持率の改善された調節性に基づき、すぐれ
た付着−および滑り摩擦特性を有る、滑り−またはシー
ル部材対ならびにその展進方法を提供る、ことであり、
その際上記の事柄は次のことを意味る、：本発明による対象物を製造る、場合には、シール−ない
しは滑り対の摩擦力を、シール作用が損われることなし
に、できるだけ低いレベルに保持る、ことが決定的に重
要である。小さな摩擦力は、互いに係合している部材の
少なくとも１表面が高−微細凹凸性（Ｍｉｋｒｏ−ｗｅ
ｌｌｉｇｋｅｉｔ）を有る、場合に得られる。高い微細
凹凸性は、僅かな表面支持率を示、唆し、この表面支持
率は、実際に支持る、部分面積対全面積の比により記載
される。微細凹凸性とは、第一に粒子境界面での個々の
粒子の丸みを意味し、第二に加工の際に異なる程度に除
去される異なる硬質相聞のレベル差を意味る、。

〔課題を解決る、ための手段〕

上記の課題は、請求項１の特徴部に記載された特徴、す
なわち焼結成形体が α−炭化ケイ素４４〜８９．５重量％炭化ホウ素０．５〜６重量％金属ホウ化物１０〜５０重量％を含有し、その際金属ホウ化物は、周期律表の第４ｂ〜
６ｂ族から選択されておりかつ焼結成形体中に第２分散
相を形成し、かつ該成形体の滑りまたはシール係合して
いる機能表面は、高本発明による滑り−またはシール部
材対は、その機能表面により自体公知の組成の第２部材
と滑り−またはシール係合している少なくとも１個の無
加圧焼結されたセラミック２相成形体からなる。第２部
材は、無加圧焼結されたセラミック２相成形体と同じ組
成を有る、こともできる。

セラミック成形体は、 α−炭化ケイ素４４〜８９．５重量％、炭化ホウ素　０
．５〜６重量％、金属ホウ化物　１０〜５０重量％、（その際金属は、周期律表の第４ｂ〜６ｂ族から選択さ
れる）および場合により少量の遊離炭素を含有し、かつ
アルミニウムまたはアルミニウム化合物を有しない。金
属ホウ化物は成形体中に離散第２相を形成し、かつ機能
表面で高い濃度を有る、。

有利には、セラミック成形体は、 α−炭化ケイ素　４４〜８６重量％炭化ホウ素　　　４〜６重量％金属ホウ化物　　１０〜５０重量％を含有る、。

成形体の金属ホウ化物含量は、１０〜３５重量％、有利
に１０〜２０重量％に調節る、ことができる。このこと
は、機能表面の表面支持率の所望の調節性に依存してい
る。

金属ホウ化物としては、ニホウ化ジルコニウム、ホウ化
タングステンＷ２Ｂ５、ニホウ化ニオブおよび／または
ホウ化モリブデンならびにこれらの金属ホウ化物の２ａ
または数種からなる混合物が有利であることが判明した
。この選択は、好ましくは個々の化合物の入手性および
廉価性により行なわれる。しかしながら、ニホウ化ジル
コニウムが有利である。

下記の方法によって生じうる、場合によりなお存在る、
遊離炭素含量は、好ましくは２重量％を越えないように
選択される。それとＡうのも、それよりも高い含量は、
セラミック２相成形体の強度特性に不利な影響を及ぼす
からである。したがって、０．５重量％よりも小さな炭
素含量が特に有利である。

滑り−またはシール部材効用の七ラミック２相成形体を
製造る、本発明による方法の場合、さしあたりα−炭化
ケイ素粉末４４〜８９．５重量部、周期律表の第４ｂ〜
６ｂ族の金属ホウ化物粉末１０〜５０重量部、金属のホ
ウ素０．３９〜４．６８重量部に相当る、もう１つのホ
ウ素源および炭素または元素状炭素０．５〜５重量部に
相当る、、元素状炭素供給化合物からなる出発粉末混合
物が、互いに激しく混合される。この場合にα−炭化ケ
イ素粉末の粒度は、９〜２５　ｍ２／７、有利に９〜１
６１ｒＬ２／ｇの比表面積に相当る、ように選択される
。金属ホウ化物粉末の粒度は、０．５〜１５ｍ２／、！
ｉｉ’、有利に０．５〜２ｍ２／ｇの間に選択る、こと
ができる。

有利には、α−炭化ケイ素粉末４４〜８６重量部、周期
律表の第４ｂ〜６ｂ族の金属ホウ化物粉末１０〜５０重
量部、金属のホウ素６．１２〜４．６８重量部に相当る
、もう１つのホウ素源および炭素または元素状炭素０．
５〜５重量部に相当る、、元素状炭素を供給る、化合物
からなる出発粉末混合物が、互いに激しく混合される。

ホウ素源としては、５〜１５ｍ２／ｇの比表面積に相当
る、粒度を有る、金属のホウ素または３〜１５ｍ”７ｇ
の比表面積に相当る、粒度を有る、炭化ホウ素粉末が有
利であることが判明した。炭素源としては、たとえば西
ドイツ国特許出願公開第２４４９６６２号明絽書に記載
されているような、炭化ケイ素・焼結技術から公知の常
用の化合物を使用る、ことができる。この場合に例とし
ては、次のものが挙げられる二種々のタイプの７エノー
ル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコー
ル、元素状カーボンブラック。有利にはフェノール樹脂
が選択されるが、しかし約２００　ｍ２／ｉの比表面積
を有る、カーボンブラックの形の元素状炭素が特に有利
であることが判明した。この種のカーボンブラックは、
たとえば印刷インキ工業用の黒色顔料として入手しうる
。しかし、熱分解可能な炭素源とカーボンブラックとか
らなる混合物を炭素供与体として選択る、ことも可能で
ある。

こうして選択された粒末成分に、激しい混合を行なう。

このことは、たとえば公知の振動ミル中で行なうことが
でき、その際、場合によりなお不活性液体中で、個々の
粉末成分の粉砕を実施る、ことができる。混合ないしは
粉砕の後に、未処理の成形体の特定の製造要件に合わせ
て、粉末混合物を噴霧乾燥法で顆粒状にる、ことが有利
でありうる。したがって、単一組成の流動性粉末が得ら
れ、これらの粉末は、引き続き自動プレスで容易に未処
理成形体に加工される。

しかし粉末混合物は、セラミック工業で公知の他の方法
、たとえば射出成形、トランスファー成形または鋳込成
形により、引き続き未処理の成形体に加工る、こともで
きる。

未処理の成形体が、たとえばその複雑な形状のため、ま
たは機械的加工のため、−時結合剤を必要とる、場合は
、西げイッ国特許出願公開第２４４９６６２号明細書か
ら公知の結合剤を使用る、ことができ、この場合にこれ
らの結合剤は、もちろん本来の焼結法の前にさしあたり
駆出る、か、または十分に加熱しなげればならない。

未処理の成形体の無加圧焼結は、温度２１００〜２２５
０℃で真空または保護ガス雰囲気中で、０．５〜３時間
の保持時間で行なわれる。真空下に焼結させる場合、１
時間の保持時間で２２００℃の温度が選択される。この
場合に、焼結温度までの加熱速度は、５〜２０℃／分に
調節される。

保護ガス雰囲気中での焼結に関しては、有利には肌１〜
１．０パールの圧力を有る、アルゴン雰囲気が選択され
る。この場合に焼結温度は、０．５〜３時間の保持時間
で２１００〜２２５０℃である。焼結温度までの加熱速
度は、５〜２０℃／分である。

セラミック２相成形体の焼結過程および冷却後に、設け
られた機能表面での金属ホウ化物含量は、炭化ケイ素含
量を自体公知の表面加工法を用いて０．０５〜０．６μ
ｍの深さにまで減少させることにより高められる。この
処理を用いて、機能表面の表面支持率のそれぞれの使用
目的に一致した意図された調節を実施る、ことができる
。

機能表面で炭化ケイ素含量を減少させるのは、個々の炭
化ケイ素粒子の意図的な加工により行なうことができる
。このことは、機械的加工、たとえば研削、ラップ仕上
げまたは研摩またはこれらの手段の組み合わせを用いて
可能である。

セラミック２相成形体は導電性を有る、ので、表面加工
は自体公知の放電加工を用いて実施る、こともできる。

もう１つの有利な表面加工手段は、化学的エツチングで
ある。このためには、機能表面が研削およびラップ仕上
げを周込て準備された成形体をプラズマ室中で、酸素お
よび四フッ化炭素（ＯＦ、　）の雰囲気に暴露る、。プ
ラズマ室中の全圧力は、１０−２〜１０−１ミＩ）パー
ルに調節され、その際、酸素の分圧は、５Ｘ１０〜４〜
９　Ｘ　１０−２ミリバールである。プラズマ状態で、
この雰囲気中に酸素−１四フツ化炭素−およびフッ素ラ
ジカルが形成る、。これらのラジカルは、ケイ素と反応
して四フッ化ケイ素となるか、ないしは炭素と反応して
二酸化炭素となる。これらのガス状化合物は、真空系に
より吸引される。したがって、炭化ケイ素は選択的に、
もとの平らな表面から除去され、また第２相を形成る、
分散された金属ホウ化物粒子は、滓出成分として維持さ
れている。炭化ケイ素の除去量は、プラズマ室中での化
学的エツチングの作用時間にわたり、同様ＫＯ，［］５
〜０．６μｍの間を変動る、ことができる。

その出発粉末混合物がα−炭化ケイ素８１．４重量％、
金属のホウ素４．０重量％、カーボンブラック４．６重
量％およびニホウ化ジルコニウム１０．０重量％からな
り、かつ真空中で２１９０’Ｇ！で１時間で焼結された
、上記方法により製造された滑り−またはシール部材対
用セラミック２相成形体は、次の材料特性を有る、：密度ρ３．２３　ｇ／ａｒｔ３（理論的密度の９７％に
相当）破壊強さσＢ　２７０〜３５　Ｑ　ＭＰａワイプル係数
ｍ１０．６ヤング率　４１Ｑ　ＧＰａ破砕靭性　４　ＭＰａ　ｍ１／２熱的特性は：膨張係数α−３，５Ｘ　１０−’　Ｋ−１熱伝導率−１
００ｗ／ｍｋで測定した。

耐熱衝撃性は、水中で急冷る、場合に △Ｔ２Ｏ０℃であった。試料は亀裂を有しないままであ
った。

記載されたセラミック２相成形体は、たとえ吸引箱ライ
ニングまたは管状吸引器として、また場合によっては腐
食性または摩耗性媒体の影響下に滑り摩擦を行なう高い
耐摩耗性の部分が必要とされるような一般的装置構造中
のこの種の装置部材としても使用る、ことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

１．対応面と滑り−またはシール接触している、炭化ケ
イ素、炭化ホウ素、金属ホウ化物および場合によつて遊
離炭素を含有する、無加圧焼結された少なくとも１個の
セラミック２相成形体を有する、表面支持率の調節性が
改善された滑り−またはシール部材対において、焼結成
形体が α−炭化ケイ素　４４〜８９．５重量％炭化ホウ素　０．５　〜６重量％金属ホウ化物　１０〜５０重量％を含有し、その際金属ホウ化物は、周期律表の第４ｂ〜
６ｂ族から選択されておりかつ該焼結成形体中に第２分
散相を形成し、かつ該成形体の滑りまたはシール係合し
ている機能表面は、高められた金属ホウ化物含量を有す
ることを特徴とする、滑り−またはシール部材対。
２．焼結成形体が、 α−炭化ケイ素　４４〜８６重量％炭化ホウ素　４〜６重量％金属ホウ化物　１０〜５０重量％を含有する、請求項１記載の滑り−またはシール部材対
。
３．焼結成形体が、金属ホウ化物１０〜３５重量％を含
有する、請求項１記載の滑り−またはシール部材対。
４．焼結成形体が、金属ホウ化物１０〜２０重量％を含
有する、請求項１記載の滑り−またはシール部材対。
５．焼結成形体が、金属ホウ化物として二ホウ化ジルコ
ニウムを含有する、請求項１から４までのいずれか１項
記載の滑り−またはシール部材対。
６．焼結成形体が、金属ホウ化物としてホウ化タングス
テンＷ＿２Ｂ＿５を含有する、請求項１から４までのい
ずれか１項記載の滑り−またはシール部材対。
７．焼結成形体が、金属ホウ化物として二ホウ化ニオブ
を含有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の
滑り−またはシール部材対。
８．焼結成形体が、金属ホウ化物としてホウ化モリブデ
ンを含有する、請求項１から４までのいずれか１項記載
の滑り−またはシール部材対。
９．焼結成形体が、金属ホウ化物として、ホウ化物二ホ
ウ化ジルコニウム、ホウ化タングステンＷ＿２Ｂ＿５、
二ホウ化ニオブおよび／またはホウ化モリブデンの２種
または数種からなる混合物を含有する、請求項１から４
までのいずれか１項記載の滑り−またはシール部材対。
１０．焼結成形体が、遊離炭素２重量％までを含有する
、請求項１から９までのいずれか１項記載の滑り−また
はシール部材対。
１１．請求項１から１０までのいずれか１項記載の滑り
−またはシール部材対を製造する方法において、ａ）９〜２５ｍ＾２／ｇの比表面積を有するα−Ｓｉｃ
−粉末４４〜８９．５重量部ｂ）０．５〜１５ｍ＾２／ｇの比表面積を有する、周期
律表の第４ｂ〜６ｂ族の金属ホウ化物１０〜５０重量部、ｃ）金属のホウ素０．３９〜４．６８重量部に相当する
もう１つのホウ素源ｄ）元素状炭素０．５　〜５重量部に相当する炭素源からなる出発混合物に、自体公知の方法で激しい混合を
行ない、該混合物から場合により一時結合剤の使用下に
、未処理の成形体を製造し、該成形体を温度２１００〜
２２５０℃で、真空または保護ガス雰囲気中で０．５〜
３時間の保持時間で焼結させ、引き続き、対応部材と共
に滑りまたはシールを行なうための、焼結成形体の機能
表面の炭化ケイ素含量を、自体公知の表面加工法を用い
て０．０５〜０．６μｍの深さにまで減少させることを
特徴とする、滑り−またはシール部材対の製造方法。
１２．ａ）９〜２５ｍ＾２／ｇの比表面積を有するα−
Ｓｉｃ−粉末４４〜８６重量部ｂ）０．５〜１５ｍ＾２／ｇの比表面積を有する、周期
律表第４ｂ〜６ｂ族の金属ホウ化物１０〜５０重量部ｃ）金属のホウ素３．１２〜４．６８重量部に相当する
もう１つのホウ素源ｄ）元素状炭素０．５〜５重量部に相当する炭素源からなる出発混合物に、自体公知の方法で激しい混合を
行なう、請求項１１記載の方法。
１３．出発混合物に関して、９〜１６ｍ＾２／ｇの比表
面積を有するα−炭化ケイ素粉末を選択する、請求項１
１記載の方法。
１４．出発混合物に関して、０．５〜２ｍ＾２／ｇの比
表面積を有する、周期律表第４ｂ〜６ｂ族の金属ホウ化
物粉末を選択する、請求項１１記載の方法。
１５．金属ホウ化物粉末を、二ホウ化ジルコニウム、ホ
ウ化タングステンＷ＿２Ｂ＿５、二ホウ化ニオブ、ホウ
化モリブデンまたはこれらのホウ化物の混合物から選択
する、請求項１１記載の方法。
１６．他のホウ素源として、５〜１５ｍ＾２／ｇの比表
面積に相当する粒度を有する金属のホウ素を選択する、
請求項１１記載の方法。
１７．他のホウ素源として、３〜１５ｍ＾２／ｇの比表
面積に相当する粒度を有する炭化ホウ素を選択する、請
求項１１記載の方法。
１８．炭素源として、フェノール樹脂、ポリビニルアル
コール、ポリエチレングリコール、２００ｍ＾２／ｇの比表面積を有するカーボンブラック
の形の元素状炭素を、単独またはこれらの混合物で選択
する、請求項１１記載の方法。
１９．未処理の成形体の焼結を、真空中で２２００℃で、１時間の保持時間で実施し、その際、加
熱速度は、５〜２０℃／分である、請求項１１記載の方
法。
２０．未処理の成形体の焼結を、アルゴン雰囲気中で、
圧力０．１〜１バールおよび２１００℃〜２２５０℃で
、０．５〜３時間の保持時間で実施し、その際加熱速度
は、５〜２０℃／分である、請求項１１記載の方法。
２１．焼結成形体の機能表面での炭化ケイ素含量を、表
面加工を用いて減少させる、請求項１１記載の方法。
２２．機能表面での炭化ケイ素含量を、機械的表面加工
を用いて減少させる、請求項２１記載の方法。
２３．表面加工を、研削により行なう、請求項２２記載
の方法。
２４．表面加工を、ラップ仕上げにより行なう、請求項
２２記載の方法。
２５．表面加工を、研摩により行なう、請求項２２記載
の方法。
２６．表面加工を、研削および／またはラップ仕上げお
よび／または研摩からなる組み合わせを用いて行なう、
請求項２２記載の方法。
２７．表面加工を放電加工により行なう、請求項２１記
載の方法。
２８．表面加工を化学的エッチングにより行ない、その
際Ｓｉｃの選択的エッチングを、気相によりプラズマ支
持して行なう、請求項２１記載の方法。