JPH0380171A - セラミックス製摺動部材とその製造方法 - Google Patents
セラミックス製摺動部材とその製造方法Info
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- JPH0380171A JPH0380171A JP21711489A JP21711489A JPH0380171A JP H0380171 A JPH0380171 A JP H0380171A JP 21711489 A JP21711489 A JP 21711489A JP 21711489 A JP21711489 A JP 21711489A JP H0380171 A JPH0380171 A JP H0380171A
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Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
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。
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、耐熱高強度であるセラよツクス製摺動部材と
その製造方法に関し、特にエンジンの摺動部材として好
適なセラミックス製摺動部材とその製造方法に関する。
その製造方法に関し、特にエンジンの摺動部材として好
適なセラミックス製摺動部材とその製造方法に関する。
（従来の技術）
従来のセラミックス製摺動部材として、ａ：窒化珪素焼
結体中に窒化硼素を２乃至４０重量％含有させることに
より、窒化珪素の摩耗を改善できる摺動部材が、特開昭
５８−９５６６３号公報に記載されている。また、 ｂ＝窒化珪素からなる母材中に１〜８重量％の微細な窒
化硼素を分散することにより、相手部材である金属材料
の摩耗が比較的少ない摺動部材が、特開昭５９−２６９
７８号公報に記載されている。
結体中に窒化硼素を２乃至４０重量％含有させることに
より、窒化珪素の摩耗を改善できる摺動部材が、特開昭
５８−９５６６３号公報に記載されている。また、 ｂ＝窒化珪素からなる母材中に１〜８重量％の微細な窒
化硼素を分散することにより、相手部材である金属材料
の摩耗が比較的少ない摺動部材が、特開昭５９−２６９
７８号公報に記載されている。
（発明が解決しようとする課題）
このような従来のセラくツクス製摺動部材は、上記ａ、
ｂ共に窒化硼素を含有するために、窒化珪素単体の焼結
部材に対し摺動部材の強度が低下するという問題がある
。また、加熱、冷却が繰返される熱サイクル下で使用す
る場合には、窒化珪素と窒化硼素との界面において、両
者の熱膨張係数の差による歪によりマイクロクラックが
発生し、摺動部材の強度が著しく低下するという問題点
がある。
ｂ共に窒化硼素を含有するために、窒化珪素単体の焼結
部材に対し摺動部材の強度が低下するという問題がある
。また、加熱、冷却が繰返される熱サイクル下で使用す
る場合には、窒化珪素と窒化硼素との界面において、両
者の熱膨張係数の差による歪によりマイクロクラックが
発生し、摺動部材の強度が著しく低下するという問題点
がある。
一方、例えば窒化珪素の焼結体を摺動部材として使用す
る場合、該焼結体中には窒化珪素の他に焼結助剤として
５〜１０％の酸化アルミニウム及びイツトリアが含有さ
れている。該含有物は焼結の際に窒化珪素の粒界に析出
しガラス相を形成する。窒化珪素と含有物とては摩耗速
度が相違するため、摺動を継続すると摺動面上に凹凸か
形成される。すると該凹凸の噛み合いにより摩擦係数が
増加するという問題がある。
る場合、該焼結体中には窒化珪素の他に焼結助剤として
５〜１０％の酸化アルミニウム及びイツトリアが含有さ
れている。該含有物は焼結の際に窒化珪素の粒界に析出
しガラス相を形成する。窒化珪素と含有物とては摩耗速
度が相違するため、摺動を継続すると摺動面上に凹凸か
形成される。すると該凹凸の噛み合いにより摩擦係数が
増加するという問題がある。
（課題を解決するための手段）
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、高強度で
あり、低摩擦状態が変化しないセラミックス製摺動部材
とその製造方法を提供しようとするものである。
あり、低摩擦状態が変化しないセラミックス製摺動部材
とその製造方法を提供しようとするものである。
以下、本発明によるセラミックス製摺動部材とその製造
方法について説明する。
方法について説明する。
第１のセラミックスと焼結助剤とを混合し成形した後、
焼結し基体を作成する。次に、該基体をＣＶＤ反応室内
に配置し、該基体表面上に基体と同種もしくは異種のセ
ラミックス、すなわち第２のセラくツクスのみからなる
密実な被着層をＣＶＤ法により形成する。そして、基体
上に形成された該摺動面を研磨及び必要に応じてラッピ
ングし鏡面に仕上げ摺動面とすることによりセラミック
ス製摺動部材を製造する。
焼結し基体を作成する。次に、該基体をＣＶＤ反応室内
に配置し、該基体表面上に基体と同種もしくは異種のセ
ラミックス、すなわち第２のセラくツクスのみからなる
密実な被着層をＣＶＤ法により形成する。そして、基体
上に形成された該摺動面を研磨及び必要に応じてラッピ
ングし鏡面に仕上げ摺動面とすることによりセラミック
ス製摺動部材を製造する。
（作用）
本発明のセラミックス製摺動部材とその製造方法では、
セラミックス焼結体からなる基体上に、ＣＶＤ法により
焼結助剤を含有しない密実なセラミックス被着層を形成
するので、強度が低下せず、かつ、摺動面上に摩耗速度
の差による凹凸が形成されないので低摩擦状態が変化し
ない。
セラミックス焼結体からなる基体上に、ＣＶＤ法により
焼結助剤を含有しない密実なセラミックス被着層を形成
するので、強度が低下せず、かつ、摺動面上に摩耗速度
の差による凹凸が形成されないので低摩擦状態が変化し
ない。
（実施例）
実施例１
窒化珪素（以下５ｉ３Ｎ４）の粉末と、焼結助剤である
酸化アルミニウム（以下ＡＪ２２ ｏ３）粉末及びイツ
トリア（以下Ｙ２Ｏ３）粉末とを混合し、該混合物を金
型内で圧縮成型した後、焼結炉内に配置し焼結する。該
焼結により、φ８×２０ｍｍの円柱と、２０Ｘ８０Ｘ１
０ｍｍの角板との２種類の焼結体からなる基体を作成す
る。次に、該２種類の基体をＣＶＤ反応炉内に配置し、
１０””Ｔｏｒｒまで排気し１５００℃まて加熱した後
、原料ガスであるＳ ｉ Ｃｊ１４及びＮＨ３とキャリ
アガスであるＨ２とを炉内に導入し、基体表面上に厚さ
５００μｍの密実なＣＶＤ−３ｉ３ Ｎ４からなる被着
層な形成する。そして、冷却した後該被着層の摺動面を
ラッピングし鏡面に仕上げ摺動部材を作成する。
酸化アルミニウム（以下ＡＪ２２ ｏ３）粉末及びイツ
トリア（以下Ｙ２Ｏ３）粉末とを混合し、該混合物を金
型内で圧縮成型した後、焼結炉内に配置し焼結する。該
焼結により、φ８×２０ｍｍの円柱と、２０Ｘ８０Ｘ１
０ｍｍの角板との２種類の焼結体からなる基体を作成す
る。次に、該２種類の基体をＣＶＤ反応炉内に配置し、
１０””Ｔｏｒｒまで排気し１５００℃まて加熱した後
、原料ガスであるＳ ｉ Ｃｊ１４及びＮＨ３とキャリ
アガスであるＨ２とを炉内に導入し、基体表面上に厚さ
５００μｍの密実なＣＶＤ−３ｉ３ Ｎ４からなる被着
層な形成する。そして、冷却した後該被着層の摺動面を
ラッピングし鏡面に仕上げ摺動部材を作成する。
摺動試験機により、摺動速度１２ｍ／ｓｅｃ、温度４０
０℃、乾式、という条件で該摺動部材の摩擦係数を測定
した結果、 摩擦係数＝０．２ であり、焼結Ｓｉ３；Ｎ４より低摩擦であることがわか
った。
０℃、乾式、という条件で該摺動部材の摩擦係数を測定
した結果、 摩擦係数＝０．２ であり、焼結Ｓｉ３；Ｎ４より低摩擦であることがわか
った。
次に、該摺動部材を３Ｘ４ｘ４０ｍｍに加工し曲げ強度
を測定した結果、 曲 げ強度＝１０２５ＭＰａ ワイブル係数＝２１ であり、焼結Ｓｉ３Ｎ４と同等あるいはそれ以上の強度
を有し、かつ部材毎の強度が一定していることがわかっ
た。
を測定した結果、 曲 げ強度＝１０２５ＭＰａ ワイブル係数＝２１ であり、焼結Ｓｉ３Ｎ４と同等あるいはそれ以上の強度
を有し、かつ部材毎の強度が一定していることがわかっ
た。
比較例Ｉ
ＡＪ２２０３及びＹ２Ｏ５を焼結助剤とし、該焼結助剤
の添加量を順次変化させて焼結したＳ ｉ ｇ Ｎ ４
焼結体である試験片について、相対密度、曲げ強度及び
摩擦係数を測定した結果を第１表に示す。
の添加量を順次変化させて焼結したＳ ｉ ｇ Ｎ ４
焼結体である試験片について、相対密度、曲げ強度及び
摩擦係数を測定した結果を第１表に示す。
力
表
第１表に示すごとく、焼結助剤の添加量が６〜７％の場
合に組織が緻密化し高強度であり、表面が平滑となるの
で摩擦係数が小である。焼結助剤の添加量を増加すると
強度と共に摩擦係数も増加することが確認された。そこ
で、焼結助剤を１０％添加した試験片について、摩擦係
数測定後に摺動面をＳＥＭにより観察した結果、多数の
縞状の摩耗痕が確認された。
合に組織が緻密化し高強度であり、表面が平滑となるの
で摩擦係数が小である。焼結助剤の添加量を増加すると
強度と共に摩擦係数も増加することが確認された。そこ
で、焼結助剤を１０％添加した試験片について、摩擦係
数測定後に摺動面をＳＥＭにより観察した結果、多数の
縞状の摩耗痕が確認された。
一方、実施例１において得られた摺動部材の摩擦係数測
定後の摺動面を同様に観察した結果、平滑な状態を維持
していることが確認された。
定後の摺動面を同様に観察した結果、平滑な状態を維持
していることが確認された。
よって、試験片の摺動面の摩耗痕は粒界に析出したＡｕ
２０．及びＹ２Ｏ３と結晶粒自身であるＳ ｉ５ Ｎ４
との摩耗速度の相違により摺動面に凹凸が発生し、該凹
凸が噛み合って摺動することにより摩耗痕が刻設され、
摩擦係数が増加したものと推察される。
２０．及びＹ２Ｏ３と結晶粒自身であるＳ ｉ５ Ｎ４
との摩耗速度の相違により摺動面に凹凸が発生し、該凹
凸が噛み合って摺動することにより摩耗痕が刻設され、
摩擦係数が増加したものと推察される。
比較例２
Ｓｉ３Ｎ４中に窒化硼素（以下ＢＮ）を２０ｖｏ１％分
散させて焼結した焼結材を実施例１と同一の条件で摺動
試験を実施した結果、 摩擦係数＝０．２４ 曲げ強度＝５４０ＭＰａ であり、摩擦係数は小であるが実施例１の摺動部材に対
し、強度が劣ることが確認された。
散させて焼結した焼結材を実施例１と同一の条件で摺動
試験を実施した結果、 摩擦係数＝０．２４ 曲げ強度＝５４０ＭＰａ であり、摩擦係数は小であるが実施例１の摺動部材に対
し、強度が劣ることが確認された。
実施例２
常圧焼１ｓｉｃを基体とし、該基体表面にＳ ｉ Ｃｊ
２４とｃ３）ＩＥＩとを原料として厚さ４００μｍのＣ
ＶＤ−３ｉＣを被着した摺動部材について、実施例１と
同一条件で摺動試験を実施した結果、 摩擦係数＝０．２１ その後に曲げ試験を実施した結果、 曲げ強度＝６８３ＭＰａ であり、低摩擦であり、焼結ＳｉＣと同等もしくはそれ
以上の強度である摺動部材を得た。
２４とｃ３）ＩＥＩとを原料として厚さ４００μｍのＣ
ＶＤ−３ｉＣを被着した摺動部材について、実施例１と
同一条件で摺動試験を実施した結果、 摩擦係数＝０．２１ その後に曲げ試験を実施した結果、 曲げ強度＝６８３ＭＰａ であり、低摩擦であり、焼結ＳｉＣと同等もしくはそれ
以上の強度である摺動部材を得た。
次に、本発明による摺動部材でシリンダライナー及びピ
ストンリングを製造する場合について説明する。
ストンリングを製造する場合について説明する。
第１図は、シリンダライナーの一部切断図てあ０
リ、第２図は、ピストンリングの一部切断図である。
シリンダライナー及びピストンリング共に、第１のセラ
ミックス、例えば５ｔ３Ｎ４を焼結し、シリンダライナ
ーの場合には円筒上の基体を作成し、ピストンリングの
場合にはスリットを有するリング上の基体を成形する。
ミックス、例えば５ｔ３Ｎ４を焼結し、シリンダライナ
ーの場合には円筒上の基体を作成し、ピストンリングの
場合にはスリットを有するリング上の基体を成形する。
そして、シリンダライナーの場合には少なくとも内周面
に、ピストンリングの場合には少なくとも外周面に第２
のセラミックスであるＣＶＤ Ｓｉ３Ｎ４層を被着し
、該被着層表面を研磨及びラッピングして摺動面を形成
することにより摺動部材としてのシリンダライナー及び
ピストンリングを製造することができる。
に、ピストンリングの場合には少なくとも外周面に第２
のセラミックスであるＣＶＤ Ｓｉ３Ｎ４層を被着し
、該被着層表面を研磨及びラッピングして摺動面を形成
することにより摺動部材としてのシリンダライナー及び
ピストンリングを製造することができる。
以上実施例について説明したが、本発明の精神から逸れ
ないかぎって種々の異なる実施例は容易に構成てきるか
ら、本発明は前記特許請求の範囲において記載した限定
以外、特定の実施例に制約されるものではない。
ないかぎって種々の異なる実施例は容易に構成てきるか
ら、本発明は前記特許請求の範囲において記載した限定
以外、特定の実施例に制約されるものではない。
（発明の効果）
１
以上説明したように、本発明によれは、セラミックス焼
結体からなる基体上に、ＣＶＤ法により焼結助剤を含有
しない密実なセラミックス被着層な形成するので、強度
が低下せず、かつ、摺動面上に摩耗速度の差による凹凸
が形成されないので低摩擦状態が変化しないセラミック
ス製摺動部材とその製造方法を提供できる。
結体からなる基体上に、ＣＶＤ法により焼結助剤を含有
しない密実なセラミックス被着層な形成するので、強度
が低下せず、かつ、摺動面上に摩耗速度の差による凹凸
が形成されないので低摩擦状態が変化しないセラミック
ス製摺動部材とその製造方法を提供できる。
第１図は、シリンダライナーの一部切断図、第２図は、
ピストンリングの一部切断図である。
ピストンリングの一部切断図である。
Claims (6)
- （１）第１のセラミックスからなる粉末を焼結し基体を
形成するステップと、該基体の表面にＣＶＤ法による第
２のセラミックスからなる被着層を形成するステップと
、該被着層の表面を研磨し摺動面を形成するステップと
を有することを特徴とするセラミックス製摺動部材の製
造方法。 - （２）上記第１のセラミックスは、窒化珪素、炭化珪素
及びそれらの混合物の内のいずれかであることを特徴と
する請求項（１）記載のセラミックス製摺動部材の製造
方法。 - （３）上記第２のセラミックスは、窒化珪素、炭化珪素
、窒化硼素、窒化チタン及び炭化チタンの内のいずれか
であることを特徴とする請求項（１）あるいは（２）記
載のセラミックス製摺動部材の製造方法。 - （４）第１のセラミックスの焼結体からなるシリンダラ
イナーの少なくとも内周面上に、第２のセラミックスの
被着層からなる摺動面を有することを特徴とするセラミ
ックス製摺動部材。 - （５）第１のセラミックスの焼結体からなるピストンリ
ングの少なくとも外周面上に、第２のセラミックスの被
着層からなる摺動面を有することを特徴とするセラミッ
クス製摺動部材。 - （６）上記第１のセラミックスは、窒化珪素、炭化珪素
及びそれらの混合物の内のいずれかであることを特徴と
する請求項（４）あるいは（５）記載のセラミックス製
摺動部材。（７）上記第２のセラミックスは、窒化珪素
、炭化珪素、窒化硼素、窒化チタン及び炭化チタンの内
のいずれかであることを特徴とする請求項（４）、（５
）あるいは（６）記載のセラミックス製摺動部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21711489A JPH0380171A (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | セラミックス製摺動部材とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21711489A JPH0380171A (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | セラミックス製摺動部材とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0380171A true JPH0380171A (ja) | 1991-04-04 |
Family
ID=16699074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21711489A Pending JPH0380171A (ja) | 1989-08-23 | 1989-08-23 | セラミックス製摺動部材とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0380171A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05270956A (ja) * | 1992-03-26 | 1993-10-19 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | セラミックス摺動部材 |
-
1989
- 1989-08-23 JP JP21711489A patent/JPH0380171A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05270956A (ja) * | 1992-03-26 | 1993-10-19 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | セラミックス摺動部材 |
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