JPH02120216A - 金属含浸炭素材の製造方法 - 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、高負荷摺動を目的とする部材として有用な金
属含浸炭素材の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

パンタグラフ用すり板のような高負荷摺動部材としては
古くから炭素材が適用されているが、その組織強度を高
めるとともに集電性を一層向上させるために良電導性の
金属を含浸充填する方法が知られており、例えば特公昭
５２−８２２号公報には炭素焼結体に良導電性の金属を
含浸する金属含浸炭素すり板の製造法が開示されている
。

ところが、炭素材は溶融金属に対する濡れ性が良くない
ため、高い加圧力を適用して含浸しても微小な組織気孔
まで金属を充填することが難かしい、この欠点を解消す
る目的で、予め炭素材の開気孔の壁に金属溶湯と濡れ性
のよい金属塩の薄膜を形成することにより含浸時の圧力
低減を図った金属含浸炭素すり板材の製造法（特開昭６
１−１３６６４４号公報）が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記特開昭６１−１３６６４４号の方法
は濡れ性の改善効果は認められるものの、含浸素材、と
して組織内部に閉塞気孔が多く存在する見掛比重１．２
〜１．９　ｇ　／ｃｊ、気孔率１０〜３０％の一般炭素
材を用いている関係で全気孔に対する金属の充填率に制
約を受ける問題点がある。

本発明は、含浸素材に閉塞気孔の僅小な高多孔質組織の
ガラス状カーボン材を用いることによって全気孔に対す
る金属充填率の向上を図るとともに、従来技術に比べて
著しく金属充填率が高い金属含浸炭素材の製造方法を提
供するものである。

（！Ｉｆｆを解決するための手段〕 すなわち、本発明による金属含浸炭素材の製造方法は、
見掛比重０．２〜１．０　ｇ　／ｃｍ３、気孔率４０〜
７０％の多孔質ガラス状カーボン材に金属溶湯を含浸す
ることを構成的特徴とする。

ガラス状カーボンは熱硬化性樹脂を炭化して得られる巨
視的に無孔構造を有する硬質炭素材であるが、本発明の
含浸素材には見掛比重０．２〜１．０ｇ／ｃｊ、気孔率
４０〜７０％の多孔質組織を有するガラス状カーボン材
が選択使用される。多孔質組織特性を限定した理由は、
見掛比重が０．２ｇ／ｃｄ未満で気孔率が７０％を越え
る場合には骨格組織が極めて脆弱となって金属含浸時に
材料破壊を伴い、他方、見掛比重が１．０ｇ／ｃＪを上
廻り気孔率が４０％未満では多孔質ガラス状カーボン材
を製造する過程で気孔の閉塞化を誘発するからである。

上記の特性を備える多孔質ガラス状カーボン材は、気孔
率５０％以上のバルブ成形体に残炭率４０％以上の熱硬
化性樹脂液を含浸して加熱硬化したのち非酸化性雰囲気
中で焼成炭化する方法によって製造することができる。

この場合のバルブ成形体としては、製紙バルブから作成
される通常の紙が好適に使用され、残炭率（樹脂を非酸
化性雰囲気中１０００℃で焼成したときに残留する炭素
分の重量％）４０％以上の熱硬化性樹脂にはフェノール
ホルムアルデヒド、フルフリルアルコール、ジビニルベ
ンゼン等が該当する。含浸処理は、前記のような熱硬化
性樹脂をアルコール、アセトンなど常用の有機溶媒に溶
解して溶液とし、浸漬、塗布またはスプレーなどの手段
を用いてバルブ成形体に浸透させることによっておこな
われる。含浸＃！１脂を加熱硬化した基材は焼成炉に移
し、窒素、アルゴン、二酸化炭素などの非酸化性雰囲気
中で１０００°Ｃ以上の温度により焼成炭化する。

このようにして得られる多孔質ガラス状カーボン材の特
性は、見掛比重０．２〜１．０　ｇ　／ｃｄ、気孔率４
０〜７０％、平均気孔径２０〜５０１！ｍ、曲げ強さ１
０〜１５０　ｋｇ／ｃｄの範囲にあり、閉塞気孔が著し
く僅小な高多孔質の組織構造を呈する。

ついで、多孔質ガラス状カーボン材を金属含浸容器に入
れて減圧脱気したのち、銅、アンチモン、クロム、アル
ミニウム、亜鉛あるいは鉛などの金属溶湯を加圧下に含
浸して金属含浸炭素材を製造する。この場合の加圧力は
、５〜２０ｋｇ／ｃｊの低圧で足りる。

上記のプロセスにおいて、含浸素材となる多孔質ガラス
状カーボン材を予め金属塩溶液で処理したのち金属溶湯
を含浸する方法を採ると、含浸を一層円滑に進行させる
ことができる。

多孔質ガラス状カーボン材を金属塩溶液で処理するには
、金属塩の溶液中に多孔質ガラス状カーボン材を浸漬し
、状況に応じ溶液を煮沸する程度の処理で足り、殊更、
減圧または加圧を施す必要はない、この除用いる金属塩
は最終的に充填する金属と同一金属の可溶性塩類とする
ことが望ましく、例えば銅、アンチモン、クロム、アル
ミニウム、亜鉛、鉛等の塩化物、硝酸塩、硫酸塩などの
無機塩が好ましく適用される。溶液処理された多孔質ガ
ラス状カーボン材は加熱乾燥して液媒を揮散させる。こ
の状態で全気孔の壁面に金属の薄膜が形成され、含浸金
属との界面濡れ性が改善される。

〔作　用〕 上記の構成においては、含浸素材に閉塞気孔の僅小な特
定性状組織の多孔質ガラス状カーボン材を用いているた
め、低い含浸圧力においても常に金属充填率が高く、内
在欠陥の少ない金属含浸炭素材を製造することができる
。

また、多孔質ガラス状カーボン材を予め金属塩溶液で処
理すると、上記特定性状組織と界面の濡れ性改善の働き
とが相乗的に作用して金属溶湯の含浸を一層円滑に進行
させることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。

実施例１〜４、比較例１〜３ 気孔率の異なる雑種紙で形成した成形体を電気乾燥器に
入れて乾燥したのち、残炭率４５％のフェノールホルム
アルデヒド樹脂〔住友デュレズ■製、“スミライトレジ
ンＰＲ９４０”　）の２０重量％濃度エタノール溶液に
浸漬して樹脂溶液を十分含浸した。

含浸物は、８０℃の温度に約１０時間保持して予備硬化
し、引続き温度を１８０℃に上昇させて１時間加熱処理
して含浸樹脂を完全に硬化した。ついで、硬化後の材料
を焼成炉に移し、窒素雰囲気中で１０００°Ｃの温度に
より焼成炭化処理して７種類の多孔質ガラス状カーボン
材を作成した。

次に、各多孔質ガラス状カーボン材を小型オートクレー
ブに入れ、銅合金（ＢＣ−６）の溶湯を１５ｋｇ／ｃｄ
の低圧下で含浸した。

比較のために、見掛比重１．７ｇ／ｃｄ、気孔率２５％
の特性を備える通常の炭素材を含浸素材として上記と同
一の水溶液処理および銅合金含浸処理をおこなった（比
較例３）。

このよ・）にして製造した多孔質ガラス状カーボン材に
ついて銅合金の充填率、かさ密度および摩擦係数を測定
し、各含浸素材の特性と対比して表１に示した。

なお、摩擦係数は鉛末式摺動試験機を用い、試験雰囲気
：２００°Ｃ大気中、相手部材：　５ＩＩＳ　４２　（
クロムメツキ）、周速４３．６１ｍ／ｓ、荷重：　１０
ｋｇ／ｃｍ３、摺動時間：　１００時間の条件で測定し
た。

表１の結果から、含浸素材の見掛比重が０．２ｇ／　ｃ
ｄ未満で気孔率が７０％を越える比較例１では金属含浸
時に素材破壊を生じ、一方、見掛比重がｌ。

Ｏｇ／ｃｄを上廻り気孔率が４０％未満の含浸素材を用
いた比較例２では閉塞気孔が多い関係で充填率が上らず
、内在欠陥があることが認められた。また、従来の一般
炭素材を含浸素材とした比較例３も充填率が極めて低位
におさえられた。これら比較例に比べ本発明の実施例で
は、いずれも７０％を越す充填率であり、かさ密度およ
び摩擦係数も高い金属充填量に沿う良好な特性値を示し
た。

実施例５ 実施例３と同一の含浸素材を硝酸銅の水溶液（濃度１５
％）に浸漬し、２時間煮沸したのち２４時間静置した。

処理後の多孔質ガラス状カーボン材を１５０℃の温度で
完全に乾燥したのち、小型オートクレーブに入れ、銅合
金（ＢＣ−６）の溶湯を１０ｋｇ／ｃｊの低圧により含
浸した。

この場合の充填率は８３％で、かさ密度４．６３　ｇ　
／ｃｃ、摩擦係数０．１７の改善された特性を示した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、含浸素材として閉塞気孔が借手で高い
気孔率を備える硬質強固な多孔質ガラス状カーボン材を
用いるから、−殻皮素材を含浸素材とする従来技術に比
べ金属溶湯を高い充填率で容易に複合化することができ
る。

したがって、良導電性と潤滑性を要求される高負荷摺動
用の部材として高性能を付与することができる。

特許出願人　　東海カーボン株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．見掛比重０．２〜１．０ｇ／ｃｍ＾３、気孔率４０
   〜７０％の多孔質ガラス状カーボン材に金属溶湯を含浸
   することを特徴とする金属含浸炭素材の製造方法。
2. ２．多孔質ガラス状カーボン材を金属塩溶液で処理した
   のち、金属溶湯を含浸する請求項１記載の金属含浸炭素
   材の製造方法。
3. ３．気孔率５０％以上のバルブ成形体に残炭率４０％以
   上の熱硬化性樹脂液を含浸して加熱硬化したのち非酸化
   性雰囲気中で焼成炭化する方法により多孔質カーボン材
   を製造する請求項１又は２記載の金属含浸炭素材の製造
   方法。