JPH0244064A - セラミック製摺動部材の製造方法 - Google Patents

セラミック製摺動部材の製造方法

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JPH0244064A
JPH0244064A JP63191332A JP19133288A JPH0244064A JP H0244064 A JPH0244064 A JP H0244064A JP 63191332 A JP63191332 A JP 63191332A JP 19133288 A JP19133288 A JP 19133288A JP H0244064 A JPH0244064 A JP H0244064A
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明秀 高見
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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) 本発明は優れた摺動特性が要求されるセラミック製摺動
部材、例えばロータリーピストンエンジンのアペックス
シールやポンプのスライディングベーンのようなセラミ
ック製摺動部材の製造方法に関する。
(従来の技術) ロータリーピストンエンジン等のガスシール機構におい
ては、エンジン性能を維持し且つ充分に発揮させるため
にシール材やトロコイド面は苛酷な摺動条件に耐えるも
のでなければならない。特に近年のエンジンの高出力化
に伴い、アペックスシール等の摺動部材はますます厳し
い条件下に置かれている。このため従来の金属製シール
材によるとシール材の異常摩耗や焼付き等の問題が生じ
るので、金属製シール材よりも優れた摺動特性を有する
ものとしてセラミック製シール材が注目されるようにな
った。このようなセラミック製摺動部材を製造する方法
としては、特開昭59−54680号公報に示されるよ
うに、窒化ケイ素粉末に炭化ケイ素ウィスカを添加して
混合原料を作製し、この混合原料を成形した後焼結する
方法が提案されている。
(発明が解決しようとする課題) ところが、この従来のセラミック製摺動部材の製造方法
によると、炭化ケイ素ウィスカが毛玉状になって機械加
工時に角部が欠ける、いわゆるチッピング現象が発生し
たり、または、摺動特性、曲げ強度及び破壊靭性の点で
満足できない摺動部材が製造されることがある。
上記に鑑みて本発明は、チッピングが発生しないと共に
摺動特性、曲げ強度及び破壊靭性に優れた摺動部材を得
ることができるセラミック製摺動部材の製造方法を提供
することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するため本発明は、窒化ケイ素粉末に
添加する炭化ケイ素ウィスカの長さ及びこの混合原料を
成形する条件を特定するものである。
具体的に本発明の講じた解決手段は、窒化ケイ素粉末と
炭化ケイ素ウィスカとの混合原料を焼結してなるセラミ
ック製摺動部材の製造方法を、窒化ケイ素粉末に焼結後
の窒化ケイ素粉末の平均粒径の1〜15倍の平均長を有
する炭化ケイ素ウィスカを添加して混合原料を作製し、
このようにして得た混合原料を炭化ケイ素ウィスカがラ
ンダム配向するように成形した後、この成形体を常圧焼
結する構成としたものである。
(作用) 上記の構成により、本発明の製造方法により得られるセ
ラミック製摺動部材は、炭化ケイ素ウィスカの平均長が
焼結後の窒化ケイ素粉末の平均粒径の15倍以下である
ので、機械加工時にチッピングの発生が避けられると共
に曲げ強度の低下が避けられ、また、炭化ケイ素ウィス
カの平均長が焼結後の窒化ケイ素粉末の平均粒径よりも
長いので、摺動特性、曲げ強度及び破壊靭性の向上が図
られる。
さらに、このセラック製摺動部材は炭化ケイ素ウィスカ
がランダム配向するように成形されるので機械加工時に
チッピングの発生が避けられる。
(実施例) 以下、本発明の実施例について説明する。
゛本発明に係るセラミック製摺動部材の製造方法は、窒
化ケイ素粉末に炭化ケイ素ウィスカ、すなわち繊維型炭
化ケイ素単結晶を加えて混合原料を得、この混合原料を
プレスにより炭化ケイ素ウィスカがランダム配向するよ
うにして成形体を作製し、この成形体を常圧で焼結して
セラミック製摺動部材を得るものである。この際、混合
原料中の炭化ケイ素ウィスカを、その平均長が焼結後の
窒化ケイ素粉末の平均粒径の1〜15倍の範囲内にある
ものに限定しておく。
以下においては、上記の製造方法の具体例を比較例と共
に説明し、炭化ケイ素ウィスカの平均長を上記のように
限定した理由及びこの炭化ケイ素ウィスカがランダム配
向するように成形する理由について説明する。
具体例及び比較例その1: 平均粒径0.1μm1α型91%の窒化ケイ素粉末に、
モル%で酸化イツトリウム、酸化セリウム、酸化ジルコ
ニウム、酸化ネオジウムを内分が92:2:1:1:4
になるように加え、さらに中0.5μm1長さ30μm
及び巾0.5μm1長さ150μmの炭化ケイ素ウィス
カを15ffiffi%加えて混合原料を得た。この混
合原料を金型ブレスにより炭化ケイ素ウィスカがランダ
ム配向するように成形して直径25m111.厚さ5m
a+の円板状のの成形体を作製し、この成形体を185
0℃の温度下で2時間保持して焼結した。このようにし
て得た焼結体の密度はそれぞれ96%、85%であり、
この焼結体における窒化ケイ素粉末の平均粒径は3μm
であった。
窒化ケイ素を主成分とする焼結体においては密度と曲げ
強度は密接な関係にあり、密度が92%以上でないと焼
結体に求められる実用的な曲げ強度に達しないことは既
に知られている。この点から焼結後の窒化ケイ素粉末の
平均粒径3μmの15倍を超えている150μmの長さ
を有する炭化ケイ素ウィスカは採用できないことが分か
る。
具体例及び比較例その2二 平均粒径0.1μm、α型91%の窒化ケイ素粉末に、
モル%で酸化イツトリウム、酸化アルミニウムを内分が
85:5:5になるように加えた粉末材料を準備し、こ
の粉末材料、すなわち無添加のものを試料1とした。次
にこの粉末材料に、幅が0.5μmであって、平均長が
それぞれ15μm135μm150μm180μm、1
00μm、150μmである炭化ケイ素ウィスカを各2
0重量%加えて得た混合原料をそれぞれ試料2〜7とし
た。このようにして得た試料1〜7を金型ブレスにより
炭化ケイ素ウィスカがランダム配向するように成形して
成形体を作製し、この成形体を窒素(N2)ガス中で1
750℃の温度下で2時間保持して焼結した。さらにこ
の焼結体を1800℃、窒素(N2)1500気圧の条
件下で0゜5時間保持して熱間加圧(ホットアイソスタ
ティックブレス)を施したところ、これらの焼結体にお
ける窒化ケイ素粉末の平均粒径は3〜5μmであった。
上記のようにして得た各焼結体を第1図に示すような5
III11×5IIfflの角棒状の摺動部材1に加工
し、これらの摺動部材1(試料1〜7)を140#のレ
ジンボンドのダイヤ砥石2により切込み量50μmで荒
研削したところ、試料1〜4の摺動部材1は良好に研削
できたが、試料5〜7の摺動部材1は第2図に示すよう
にチッピング6が生じ、特に試料7の摺動部材1はチッ
ピングの深さが0゜1mm1こも達した。
また、試料1〜7の焼結体をJ l51601の方法に
より曲げ強度試験を行うと共に、1M法により破壊靭性
の試験を行い、窒化ケイ素を主成分とする焼結体の特性
に対する炭化ケイ素ウィスカの長さの影響について調べ
た。この結果は第3図に示すとおりであって、炭化ケイ
素ウィスカを添加すると無添加のものに比べて破壊靭性
は大きくなるが、この炭化ケイ素ウィスカの平均長が大
きくなると曲げ強度が低下することが分かる。
さらに、試料1〜7の摺動部材1を170#のビトリフ
ァイドボンドのダイヤ砥石2により切込み量40μmで
荒研削したところ、試料1〜4の摺動部材1は良好に研
削できたが、試料5〜7の摺動部材2はチッピングが生
じた。これらのチッピング面を電子顕微鏡で観察したと
ころ、炭化ケイ素ウィスカが存在していたと思われる引
き抜かれた跡が無数にあった。
以上の各試験から、焼結後の窒化ケイ素粉末の平均粒径
の15倍未満である50μm以下の長さを有する炭化ケ
イ素ウィスカ(試料2〜4)は採用できるが、平均粒径
の15倍を超える80μm以上の長さを有するもの(試
料5〜7)は採用できないことが分かる。
次に、試料3及び4の混合原料を第4図(a)〜(C)
に示すように湿式成形法により成形した。
すなわち、スラリー状の混合原料3をフィルター4の上
に流し込み、上方から加圧して水分を抜いて成形体5を
得る。この成形体5を上記と同様の条件下で焼結して焼
結体(試料3a、3b)を得た。これらの焼結体を上記
と同様形状の摺動部材1に加工した後、140#のレジ
ンボンドのダイヤ砥石2により切込量50μmで荒研削
したところ、いずれも第5図(a)に示すように、炭化
ケイ素ウィスカが層状になっている方向(図中の矢印の
方向)に大きなむしれ、すなわちチッピング6が生じた
。この理由は、湿式成形法により成形体5を得ると第5
図(b)に示すように、炭化ケイ索ウィスカが二次元方
向(図中の矢印の方向)に整列して配向するためである
と思われる。従って、チッピングを防止するためには、
湿式成形法具外の方法、例えば金型ブレス成形法等によ
り炭化ケイ素ウィスカがランダム配向するように成形す
ることが必要である。
具体例及び比較例その3二 平均粒径0,7μm1α型92%の窒化ケイ素粉末に、
モル%で酸化イツトリウム、酸化セリウム、酸化ジルコ
ニウム、酸化ランタンを内分が94.5:2:1:0.
 5:2になるように加えた粉末材料を準備し、この粉
末材料に平均粒径0゜3μmの炭化ケイ素粉末を加えて
得た混合原料を試料8とした。また、上記の粉末材料に
幅が0゜5μmであって、平均長がそれぞれ3μm11
5μm135μmである炭化ケイ素ウィスカを各10重
量%加えて得た混合原料をそれぞれ試料9〜11とし、
無添加のものを試料12とした。これら試料8〜12を
金型ブレスにより成形して成形体を作製し、この成形体
を1800℃の温度下で4時間保持して焼結したところ
、焼結後の窒化ケイ素の平均粒径は4μmであった。
試料8〜12の焼結体を上記と同様の方法により曲げ強
度試験及び破壊靭性の試験を行い、窒化ケイ素を主成分
とする焼結体の特性に対する炭化ケイ素ウィスカの長さ
の影響について調べた。この結果は第6図に示すとおり
であって、試料8(図中Δ印で示す)のものは試料12
(図中0印で示す)のものと比較して、曲げ強度が低下
し、破壊靭性についても殆ど向上していない。このこと
から炭化ケイ素ウィスカの短いものは強度及び靭性に対
して効果のないことが分る。
次に、試料8〜12の焼結体をビンディスク摩耗試験機
により摩耗試験を行い、炭化ケイ素ウィスカの長さによ
る摺動特性調べた。この試験は表面にCr−Moのめっ
き(HvlOoo)を施したディスクを指速10m/秒
で回転し、この回転するディスクに焼結体であるビンを
押付荷重10kg/ea+で60分間押付けることによ
り行った。この結果は第7図に示すとおりであって、こ
の摩耗量については試料8(図中Δ印で示す)のものは
炭化ケイ素が粉末のために試料12(図中O印で示す)
のものと殆んど変らなかった。また、ディスクの摩耗量
については、炭化ケイ素の粉末がビンとディスクとの間
に介在して却ってディスクを摩耗させるために、試料8
(図中ム印で示す)のものは試料12(図中・印で示す
)のものよりも多かった。また、試料9の焼結体は試料
8及び12のものに比べるとビン及びディスク7の摩耗
量は少ないが満足できる摺動特性とは言えない。
以上の各試験から、焼結後の窒化ケイ素粉末の平均粒径
よりも短い炭化ケイ素ウィスカ(試料9)及び炭化ケイ
素粉末(試料8)は採用できないことが分る。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明に係るセラミック製摺動部
材の製造方法によると、窒化ケイ素粉末に添加する炭化
ケイ素ウィスカの長さが特定されていると共に、この炭
化ケイ素ウィスカがランダム配向するように成形されて
いるので、得られるセラミック製摺動部材は機械加工時
にチッピングが発生し難いと共に摺動特性、曲げ強度及
び破壊靭性に優れている。
【図面の簡単な説明】
第1図は摺動部材をダイヤ砥石により研削加工する状態
の説明図、第2図はこの研削加工によりチッピングが発
生した摺動部材の正面図、第3図は炭化ケイ素ウィスカ
の長さと曲げ強度及び破壊靭性の関係を示すグラフ、第
4図は湿式成形法の説明図、第5図は炭化ケイ素ウィス
カの配向を示す説明図であって、第5図(a)は摺動部
材の正面図、第5図(b)は成形体の斜視図、第6図は
炭化ケイ素ウィスカの長さと曲げ強度及び破壊靭性の関
係を示すグラフ、第7図は炭化ケイ素ウィスカの長さと
ビン及びディスクの摩耗量の関係を示すグラフである。 1・・・摺動部材、2・・・ダイヤ砥石、3・・・スラ
リー状の混合原料、4・・・フィルター、5・・・成形
体、6・・・チッピング。 第1図 第2図 無 30 6090 1201501805か 元  ライスフの船 06m) 第3図 第4 図 第 図 (b) η口 つづスかの長で(70m)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)窒化ケイ素粉末と炭化ケイ素ウィスカとの混合原
    料を焼結してなるセラミック製摺動部材の製造方法であ
    って、窒化ケイ素粉末に焼結後の窒化ケイ素粉末の平均
    粒径の1〜15倍の平均長を有する炭化ケイ素ウィスカ
    を添加して混合原料を作製し、このようにして得た混合
    原料を炭化ケイ素ウィスカがランダム配向するように成
    形した後、この成形体を常圧焼結することを特徴とする
    セラミック製摺動部材の製造方法。
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