JPH01320254A - セラミックス―炭素系複合材料の製造方法 - Google Patents

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、摺動特性及び耐摩耗性に優れ、しから材料本
来の強度と硬度とを保持したセラミックス−炭素系複合
材料に関ずろ。

［従来の技術及びその課題］ セラミックスは、浸れた耐熱性、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ｆり用されている
。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−１磁気ヘットスライｉ−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、
その摺動特性か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６ｌ−２８Ｉ０８６
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。

また、特開昭６１−５１６１４号公報にｒＺｒＯ２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。

一方、現在、表面に磁性層を塗布したり、薄膜形成した
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。

即ち、本発明は、セラミックス−炭素系複合材料におい
て、炭素部分のＸ線回折による（Ｑ　Ｑ　２）面間隔（
ｄ値）が３．３５〜３．４５人であり、かつセラミック
ス５０〜９６ｖｏｌ％、炭素４〜５０ｖｏｌ％の組成か
らなることを特徴とするセラミックス−炭素系複合材料
とその製法に関するものであり、更にこれを用いた摺動
部品に関するものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明で使用するセラミックス粉末は、例えば、Ａ　Ｑ
　ｔ　Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔ　ｉ　Ｏｔ、ＭｇＯ，ＳｒＯ
，Ｎｉ０１Ｍ　ｎ　Ｏ等の酸化物；　Ｓ＋Ｃ，ＴｒＣ，
ＷＣ，Ｂ４Ｃ。

ＺｒＣ等の炭化物；　５ＬＮａ、ｌ！Ｎ５ＢＮ、ＴｉＮ
。

ＺｒＮ等の窒化物；　Ｚ　ｒＢ　ｔ　ＣｒＢ　％　Ｔ　
ｒ　Ｂ　を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度９０ｗｔ％以上、粒径は０１
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５
０〜９６ｖｏｌ％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
ろ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
焼成条件下で黒鉛化するものが望ましく、加圧焼成下で
容易に黒鉛化する（該セラミックス焼成温度下でｄ＝３
．４５Å以下となる）炭素粉末あるいは有機物が望まし
い。具体的にはカーボンブラック、ビッヂ、タール、３
−５−ジメチフェノール等が例示される。炭素源の灰分
は１．０ｗｔ％以下が望ましい。１．０ｗｔ５以上では
黒鉛化が阻害される。黒鉛化度が小さい（ｄ＝３．４５
Å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らっ摺動特性が発現せ
ず、また、破壊靭性値ら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。４
ｖ０１％以下では、炭素の複合効果が不十分で、５０ｖ
ｏｌ％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」―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、金型ブレス、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ｌＯ〜１２０Ｍ
Ｐａ、好ましくは２０〜ｌｏＯＭＰａ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°Ｃが
好ましい。−船釣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１４　Ｉ　Ｐ　（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、Ｈｅ５Ｎｔ、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−
炭素系複合材料はセラミックスと炭素か均一に分散して
おり、緻密さも十分で、複合炭素が十分黒鉛化しており
、従来のセラミックス系複合材料に較べ、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か、
本発明はこれら実施例に限定されるものでない。

（実施例Ｉ） 平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素８５’ｖｏｌ％と、
灰分０．１ｗｔ％の石炭ピッチを炭素換算で１５ｖｏｌ
％複合し、焼結助剤として１３．Ｃを炭化珪素に対して
２ｗｔ％添加し、２１００°Ｃ１時間Ａｒ雰囲気丁てホ
ットプレスする。二と（こより製造した乙のである。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しので、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ＪＩＳ１６０
４Ｋ、３点曲げ試験により、硬度はビッカース硬度計に
よりｌＯＫｇｒの荷重下で、破壊靭性値はＩＰ法により
、摩擦係数、摩耗ｍは相手材に理論密度９９％の炭化珪
素材を選び、１ｋｇの荷重下、ピンオンディスク法によ
り２０　Ｏｒｐｍの回転数で摩擦係数、摩耗量を測定し
た乙のである。

第　　１　　表 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。

（実施例２〜１７） 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、腹合材料を得た。

曲げ強度、硬度、破壊靭性値、摩擦係数、摩耗ｒｎの測
定は第１表で記述した方法と同様である。

第２表の実施例Ｉ、７．１３、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。

実施例１を転がり軸受けりテーナーに精密加工し、使用
したところ、無量ｍで長時間の耐久性を示した。実施例
３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、耐久性ら良好であ
った。実施例４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。実施例Ｉ
２を鋼線の線引きダイスに適用したところ、鋼線の焼き
付きらなく、長時間の耐久性を示した。

実施例１３をメカニカルシールに適用したところ、従来
材料に較へ、シール性ら良好で長時間の耐久性を示した
。実施例１５を撚糸リングとして使用したところ、従来
セラミックスに較べ、低Ｉｆ耗性、高耐久性を示した。

さらに、本材料を磁気媒体と摺接する面述の各種接触部
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であるため、複合成分の分散ら良好
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。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、第２表の実施例１．７、Ｉ３、
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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．セラミックス−炭素系複合材料において、炭素部分
   のＸ線回折による（００２）面間隔が３．３５〜３．４
   ５Åであり、かつセラミックス５０〜９６ｖｏｌ％、炭
   素５０〜４ｖｏｌ％の組成からなることを特徴とするセ
   ラミックス−炭素系複合材料。 ２．該セラミックス部分が酸化物、炭化物、窒化物、ホ
   ウ化物の１種あるいは２種以上と該セラミックスの焼結
   助剤とから構成されることを特徴とする請求項１記載の
   セラミックス−炭素系複合材料。 ３．セラミックス５０〜９６ｖｏｌ％と炭素源５０〜４
   ｖｏｌ％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請求項１記載のセラミックス−
   炭素系複合材料の製造方４．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
   する摺動部品に於て少なくとも、その摺動面が請求項１
   記載のセラミックス−炭素系複合材料により構成されて
   いることを特徴とする摺動部品。 ５．請求項４記載の摺動部品を用いた精密機械。 ６．記録媒体と一時的または常時接触し、かつ相対的に
   摺動する部品を具備する磁気記録装置において、少なく
   ともその摺動面が請求項１記載のセラミックス−炭素系
   複合材料により構成されていろことを特徴とする磁気記
   録媒体用摺動部品。 ７．請求項６記載の摺動部品を用いた磁気記録装置。