JPH0566899B2 - - Google Patents
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- JPH0566899B2 JPH0566899B2 JP62302079A JP30207987A JPH0566899B2 JP H0566899 B2 JPH0566899 B2 JP H0566899B2 JP 62302079 A JP62302079 A JP 62302079A JP 30207987 A JP30207987 A JP 30207987A JP H0566899 B2 JPH0566899 B2 JP H0566899B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
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- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、軸受、シリンダー、滑り弁など摺動
により摩擦を生じる部分の部品として有用なＣ−
B4C系摺動部材に関するものである。さらに詳し
くいえば、本発明は、特に高温におけるグリース
のような流体潤滑剤の使用が困難な条件、所謂乾
燥摩擦条件下で使用するのに好適なＣ−B4C系摺
動部材に関するものである。 （従来の技術） 近年、メカトロニクスの発達に伴ない、特に高
温域領域における摩擦、摩耗特性の良好な摺動部
材に対する要望が高まつてきている。 200〜500℃という高温領域で使用される摺動部
材には、接触面間に潤滑油やグリースのような流
体潤滑剤を使用することができないため、通常、
黒鉛、二硫化モリブデンのような固体潤滑剤を用
いられる。この固体潤滑剤は、一般に流体潤滑剤
のような流動性、濡れ性を有しないので、これを
使用する場合には、塗布、含浸、注加などの手段
を用いることができない。 したがつて、固体潤滑剤の場合は、固体潤滑剤
を摩擦面に被覆する、摺動部材自体を固体潤滑剤
で作製する、他の材料と混合して使用するなどの
手段で適用しなければならない。これらの手段
は、いずれも摺動接触表面において固体潤滑剤の
一部が相手材料の表面に転着し、所要の膜厚の被
膜が形成されることによりはじめて潤滑効果が発
揮されるものであるから、相手材料表面に対する
造膜性の良否が摩擦、摩耗特性を左右することに
なる。 しかしながら、これまで固体潤滑剤としてよく
用いられてきた黒鉛は、潤滑性、非溶融性、熱伝
導性、耐熱性がよく、しかも熱膨張率が小さい点
では優れた固体潤滑剤であるとはいえ、相手材料
への転着や造膜性が不十分であるため、摩擦、摩
耗特性において必ずしも満足すべきものといえ
ず、また部材自体を黒鉛で作製する場合には機械
的強度が低いため、その周囲を金属で補強した
り、或いは金属を含浸させて強化しなければなら
ないと製造上の難点がある。 その他、乾燥条件下で用いる摺動部材として、
合成樹脂を含浸させた黒鉛、二硫化モリブデンや
ポリテトラフルオロエチンレを混合または被覆し
たものも提案されているが、これらは高温下で溶
融、熱分解または酸化などを起すため、300℃以
上の条件下では使用できないという欠点がある。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、従来の固体潤滑剤がもつ欠点
を克服し、相手材料表面に対し良好な転着性、造
膜性を示すとともに、高温領域において優れた摩
擦、摩耗特性と高い機械的強度を示す摺動部材を
提供することである。 （問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために、Ｃ−B4C系摺
動部材が提案された（特開昭61−31355号公報）。
しかし、これにより得られる摺動部材は、機械的
強度や高温における摩擦係数は優れた性質を示す
が、常温から高温までの摩耗量としては十分に満
足のいくものが得られない。 本発明者らは鋭意研究の結果、前記Ｃ−B4C系
摺動部材に炭素繊維を添加することにより優れた
耐摩耗性を有するＣ−B4C系摺動部材が得られる
ことを見出した。 次に、本発明を詳細に説明する。 本発明において用いる炭素粉末としては、例え
ばコークス、無鉛炭、カーボンブラツク、木炭な
どの無定形炭素または人造黒鉛、キツシユ黒鉛、
天然黒鉛などの黒鉛質炭素の粉末を挙げることが
できる。これは、それぞれ単独で用いてもよい
し、また２種以上混合してもよい。 炭素繊維としては、ピツチ系、PAN系のもの
が存在するが、どちらか一方或は混合して用いて
もよい。好ましくは高強度、高弾性率をもつ
PAN系炭素繊維が有利である。炭素繊維の長さ
は、10μｍより短いと炭素粉末よりも小さくなり
十分な効果が得られず、また500μｍより長いと
炭素粉末或は炭化ホウ素粉末の自由な動きを阻害
するため、できた焼結体の高密度化をさまたげ、
表層に露出する黒鉛成分を低下させるために摩耗
係数や摩耗量を増大させるので、10〜500μｍの
範囲が好ましい。 炭素繊維の添加量を５〜30％に限定した理由
は、５％より少ないと効果があらわれず、30％よ
り多いと前記炭素繊維の長さを限定したように炭
素粉末或いは炭化ホウ素粉末の自由な動きを阻害
するために、できた焼結体の高密度化が妨げられ
るので好ましくない。 本発明では、このような炭素粉末と炭素繊維を
合計して65〜95重量％と炭化ホウ素粉末５〜35重
量％を混合し、焼結用粉体とする。なお、これら
の混合は湿式混合がよい。 このようにして得られた焼結用粉体を100Kg／
cm2以上、好ましくは150〜300Kg／cm2の加圧下、
2000℃以上好ましくは2000〜2300℃で焼結するこ
とにより本発明の摺動部材が得られる。 この時、加圧は焼結終了後1500℃に下がるまで
行うことが好ましい。 また、この際、炭素粉原料とて生コークスを用
いた場合は、これに所定量の炭化ホウ素粉末と炭
素繊維を加え、常圧下で焼結することによつて製
造することもできる。炭化ホウ素は炭素粉末の焼
結促進剤としての役割を果すとともに、得られる
焼結体中に含有されて、特に高温領域における摩
擦、摩耗特性の向上に役立つ。この添加量は、全
重量に基づき５〜35重量％の範囲内で選ぶ必要が
ある。この炭化ホウ素の焼結促進剤としての効果
は３重量％前後で現われるが、この程度の量では
加熱焼結過程中に炭化ホウ素のホウ礎が全て炭素
に固溶し、得られた焼結体中に存在しなくなるた
め、機械的強度や摩擦、摩耗特性の向上が不十分
である。したがつて、これら摺動部材として好ま
しい性質を付与するには、少なくとも５重量％の
炭化ホウ素を添加する必要がある。 この炭化ホウ素は硬質の物質で、それ自体は黒
鉛や二硫化モリブデンのような潤滑性を示さない
が、黒鉛焼結体中に含有させると、摺動部材とし
て用いたときに、相手材料表面への固体潤滑被膜
の造膜を助長し、乾燥摩擦における被覆の耐久性
を増大させ、かつ摩擦、摩耗特性の向上をもたら
す。この傾向は、特は高温領域において著しい。 他方、この炭化ホウ素の添加量が35重量％を超
えると、摩擦係数が増大し、耐摩耗性が大幅に低
下する上に、相手材料表面に損傷を与えるように
なる。このように、炭化ホウ素の量が35重量％を
超えると摩擦、摩耗特性が著しく劣化するのは、
裂傷による摩耗粉が相手材料との摺動面に介在し
て、次第にアブレツシブ摩耗に移行するためと考
えられる。 （発明の作用） 炭化ホウ素は炭素粉末に固溶し、黒鉛化を促進
させるため摩擦係数を下げるが、同時に焼結体の
硬度を低下させる。一般に摺動部材において硬度
は摩擦係数、摩耗量において重要な因子である。
硬度が小さいと、相手材との真実接触面積を増大
させるので摩擦係数を増大させ、摩擦量をも増大
させる。本発明における炭素繊維を添加させた焼
結体における炭素繊維の効果は、炭素繊維のもつ
高強度、高剛性という性質により真の接触面積を
低減させ、その結果摩擦係数を下げ、摩耗量を低
下させると考えられる。このためにより高強度、
高剛性の炭素繊維を添加することが好ましいので
ある。 （実施例） 次に本発明を実施例により詳細に説明する。 実施例 １ 粒度1500Mesh下のB4Cを10wt％、平均長さ
200μｍのピツチ系炭素繊維を10〜30wt％、粒度
44μｍ下の仮焼ピツチコークス粉末を80〜60wt％
を、ベンゼンを分散媒としてボールミルで混合
し、乾燥して焼結用粉体を得た。この焼結用粉体
を黒鉛型に充填し、300Kg／cm2の加圧下で2200℃
の温度まで昇温し、当該温度で１時間保持して焼
結した。 次いで、室温まで冷却した後取り出し、炭素繊
維−炭素−炭化ホウ素系摺動部材を得た。これら
の物性および摺動特性を表１に示す。 なお、例中の摩擦係数及び摩耗量の測定は、鈴
木式スラスト試験機を用い、長さ45mm、幅45mm、
厚さ５mmのブロツク状摺動部材を、外径25mm、内
径20mm、長さ15mmのステンレス鋼製筒状体に対し
て、荷重20Kg／cm2、速度５ｍ／粉の条件下で摺動
させることによつて行つた。摩耗量は試験時間２
時間後の数値である。 ここで比摩耗率は、次式によつて定義されるも
のである。 比摩耗率＝摩耗体積／（荷重・すべ
り距離） また、比較のために炭素繊維を添加しないもの
も比較例として示した。 実施例 ２ 実施例１で示したB4Cと仮焼ピツチコークスを
それぞれ10wt％、80wt％、平均長さ100μｍの
PAN系炭素を10wt％として実施例１と同様にし
て焼結体を得た。この焼結体のかさ密度は2.11
ｇ／c.c.、シヨア硬度は61、曲げ強度は800Kg／cm2、
摩擦係数は0.22、比摩耗率は0.6×10-8mm2／Kgであ
つた。 また、上記配合の高温での摩擦係数を表２に示
す。
により摩擦を生じる部分の部品として有用なＣ−
B4C系摺動部材に関するものである。さらに詳し
くいえば、本発明は、特に高温におけるグリース
のような流体潤滑剤の使用が困難な条件、所謂乾
燥摩擦条件下で使用するのに好適なＣ−B4C系摺
動部材に関するものである。 （従来の技術） 近年、メカトロニクスの発達に伴ない、特に高
温域領域における摩擦、摩耗特性の良好な摺動部
材に対する要望が高まつてきている。 200〜500℃という高温領域で使用される摺動部
材には、接触面間に潤滑油やグリースのような流
体潤滑剤を使用することができないため、通常、
黒鉛、二硫化モリブデンのような固体潤滑剤を用
いられる。この固体潤滑剤は、一般に流体潤滑剤
のような流動性、濡れ性を有しないので、これを
使用する場合には、塗布、含浸、注加などの手段
を用いることができない。 したがつて、固体潤滑剤の場合は、固体潤滑剤
を摩擦面に被覆する、摺動部材自体を固体潤滑剤
で作製する、他の材料と混合して使用するなどの
手段で適用しなければならない。これらの手段
は、いずれも摺動接触表面において固体潤滑剤の
一部が相手材料の表面に転着し、所要の膜厚の被
膜が形成されることによりはじめて潤滑効果が発
揮されるものであるから、相手材料表面に対する
造膜性の良否が摩擦、摩耗特性を左右することに
なる。 しかしながら、これまで固体潤滑剤としてよく
用いられてきた黒鉛は、潤滑性、非溶融性、熱伝
導性、耐熱性がよく、しかも熱膨張率が小さい点
では優れた固体潤滑剤であるとはいえ、相手材料
への転着や造膜性が不十分であるため、摩擦、摩
耗特性において必ずしも満足すべきものといえ
ず、また部材自体を黒鉛で作製する場合には機械
的強度が低いため、その周囲を金属で補強した
り、或いは金属を含浸させて強化しなければなら
ないと製造上の難点がある。 その他、乾燥条件下で用いる摺動部材として、
合成樹脂を含浸させた黒鉛、二硫化モリブデンや
ポリテトラフルオロエチンレを混合または被覆し
たものも提案されているが、これらは高温下で溶
融、熱分解または酸化などを起すため、300℃以
上の条件下では使用できないという欠点がある。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、従来の固体潤滑剤がもつ欠点
を克服し、相手材料表面に対し良好な転着性、造
膜性を示すとともに、高温領域において優れた摩
擦、摩耗特性と高い機械的強度を示す摺動部材を
提供することである。 （問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために、Ｃ−B4C系摺
動部材が提案された（特開昭61−31355号公報）。
しかし、これにより得られる摺動部材は、機械的
強度や高温における摩擦係数は優れた性質を示す
が、常温から高温までの摩耗量としては十分に満
足のいくものが得られない。 本発明者らは鋭意研究の結果、前記Ｃ−B4C系
摺動部材に炭素繊維を添加することにより優れた
耐摩耗性を有するＣ−B4C系摺動部材が得られる
ことを見出した。 次に、本発明を詳細に説明する。 本発明において用いる炭素粉末としては、例え
ばコークス、無鉛炭、カーボンブラツク、木炭な
どの無定形炭素または人造黒鉛、キツシユ黒鉛、
天然黒鉛などの黒鉛質炭素の粉末を挙げることが
できる。これは、それぞれ単独で用いてもよい
し、また２種以上混合してもよい。 炭素繊維としては、ピツチ系、PAN系のもの
が存在するが、どちらか一方或は混合して用いて
もよい。好ましくは高強度、高弾性率をもつ
PAN系炭素繊維が有利である。炭素繊維の長さ
は、10μｍより短いと炭素粉末よりも小さくなり
十分な効果が得られず、また500μｍより長いと
炭素粉末或は炭化ホウ素粉末の自由な動きを阻害
するため、できた焼結体の高密度化をさまたげ、
表層に露出する黒鉛成分を低下させるために摩耗
係数や摩耗量を増大させるので、10〜500μｍの
範囲が好ましい。 炭素繊維の添加量を５〜30％に限定した理由
は、５％より少ないと効果があらわれず、30％よ
り多いと前記炭素繊維の長さを限定したように炭
素粉末或いは炭化ホウ素粉末の自由な動きを阻害
するために、できた焼結体の高密度化が妨げられ
るので好ましくない。 本発明では、このような炭素粉末と炭素繊維を
合計して65〜95重量％と炭化ホウ素粉末５〜35重
量％を混合し、焼結用粉体とする。なお、これら
の混合は湿式混合がよい。 このようにして得られた焼結用粉体を100Kg／
cm2以上、好ましくは150〜300Kg／cm2の加圧下、
2000℃以上好ましくは2000〜2300℃で焼結するこ
とにより本発明の摺動部材が得られる。 この時、加圧は焼結終了後1500℃に下がるまで
行うことが好ましい。 また、この際、炭素粉原料とて生コークスを用
いた場合は、これに所定量の炭化ホウ素粉末と炭
素繊維を加え、常圧下で焼結することによつて製
造することもできる。炭化ホウ素は炭素粉末の焼
結促進剤としての役割を果すとともに、得られる
焼結体中に含有されて、特に高温領域における摩
擦、摩耗特性の向上に役立つ。この添加量は、全
重量に基づき５〜35重量％の範囲内で選ぶ必要が
ある。この炭化ホウ素の焼結促進剤としての効果
は３重量％前後で現われるが、この程度の量では
加熱焼結過程中に炭化ホウ素のホウ礎が全て炭素
に固溶し、得られた焼結体中に存在しなくなるた
め、機械的強度や摩擦、摩耗特性の向上が不十分
である。したがつて、これら摺動部材として好ま
しい性質を付与するには、少なくとも５重量％の
炭化ホウ素を添加する必要がある。 この炭化ホウ素は硬質の物質で、それ自体は黒
鉛や二硫化モリブデンのような潤滑性を示さない
が、黒鉛焼結体中に含有させると、摺動部材とし
て用いたときに、相手材料表面への固体潤滑被膜
の造膜を助長し、乾燥摩擦における被覆の耐久性
を増大させ、かつ摩擦、摩耗特性の向上をもたら
す。この傾向は、特は高温領域において著しい。 他方、この炭化ホウ素の添加量が35重量％を超
えると、摩擦係数が増大し、耐摩耗性が大幅に低
下する上に、相手材料表面に損傷を与えるように
なる。このように、炭化ホウ素の量が35重量％を
超えると摩擦、摩耗特性が著しく劣化するのは、
裂傷による摩耗粉が相手材料との摺動面に介在し
て、次第にアブレツシブ摩耗に移行するためと考
えられる。 （発明の作用） 炭化ホウ素は炭素粉末に固溶し、黒鉛化を促進
させるため摩擦係数を下げるが、同時に焼結体の
硬度を低下させる。一般に摺動部材において硬度
は摩擦係数、摩耗量において重要な因子である。
硬度が小さいと、相手材との真実接触面積を増大
させるので摩擦係数を増大させ、摩擦量をも増大
させる。本発明における炭素繊維を添加させた焼
結体における炭素繊維の効果は、炭素繊維のもつ
高強度、高剛性という性質により真の接触面積を
低減させ、その結果摩擦係数を下げ、摩耗量を低
下させると考えられる。このためにより高強度、
高剛性の炭素繊維を添加することが好ましいので
ある。 （実施例） 次に本発明を実施例により詳細に説明する。 実施例 １ 粒度1500Mesh下のB4Cを10wt％、平均長さ
200μｍのピツチ系炭素繊維を10〜30wt％、粒度
44μｍ下の仮焼ピツチコークス粉末を80〜60wt％
を、ベンゼンを分散媒としてボールミルで混合
し、乾燥して焼結用粉体を得た。この焼結用粉体
を黒鉛型に充填し、300Kg／cm2の加圧下で2200℃
の温度まで昇温し、当該温度で１時間保持して焼
結した。 次いで、室温まで冷却した後取り出し、炭素繊
維−炭素−炭化ホウ素系摺動部材を得た。これら
の物性および摺動特性を表１に示す。 なお、例中の摩擦係数及び摩耗量の測定は、鈴
木式スラスト試験機を用い、長さ45mm、幅45mm、
厚さ５mmのブロツク状摺動部材を、外径25mm、内
径20mm、長さ15mmのステンレス鋼製筒状体に対し
て、荷重20Kg／cm2、速度５ｍ／粉の条件下で摺動
させることによつて行つた。摩耗量は試験時間２
時間後の数値である。 ここで比摩耗率は、次式によつて定義されるも
のである。 比摩耗率＝摩耗体積／（荷重・すべ
り距離） また、比較のために炭素繊維を添加しないもの
も比較例として示した。 実施例 ２ 実施例１で示したB4Cと仮焼ピツチコークスを
それぞれ10wt％、80wt％、平均長さ100μｍの
PAN系炭素を10wt％として実施例１と同様にし
て焼結体を得た。この焼結体のかさ密度は2.11
ｇ／c.c.、シヨア硬度は61、曲げ強度は800Kg／cm2、
摩擦係数は0.22、比摩耗率は0.6×10-8mm2／Kgであ
つた。 また、上記配合の高温での摩擦係数を表２に示
す。
【表】
【表】
【表】
（発明の効果）
以上に示したように、本発明に係る耐摩耗性に
優れたＣ−B4C系摺動部材は、従来の黒鉛・炭化
ホウ素複合体が有する高温における優れた摺動特
性及び強度を損なわず、耐摩耗性を大幅に向上さ
せることができる優れた摺動部材である。 したがつて、本発明が産業に寄与するところは
大きい。
優れたＣ−B4C系摺動部材は、従来の黒鉛・炭化
ホウ素複合体が有する高温における優れた摺動特
性及び強度を損なわず、耐摩耗性を大幅に向上さ
せることができる優れた摺動部材である。 したがつて、本発明が産業に寄与するところは
大きい。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭素成分としての炭素粉末と長さが10〜
500μｍの炭素繊維とが合わせて65〜95重量％と、
炭化ホウ素粉末５〜35重量％との混合物の焼結体
から成ることを特徴とする耐摩耗性に優れたＣ−
B4C系摺動部材。 ２ 前記炭素繊維が５〜30重量％であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の耐摩耗性に
優れたＣ−B4C系摺動部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62302079A JPH01145371A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 耐摩耗性に優れたｃ−ｂ↓４ｃ系摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62302079A JPH01145371A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 耐摩耗性に優れたｃ−ｂ↓４ｃ系摺動部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01145371A JPH01145371A (ja) | 1989-06-07 |
| JPH0566899B2 true JPH0566899B2 (ja) | 1993-09-22 |
Family
ID=17904667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62302079A Granted JPH01145371A (ja) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | 耐摩耗性に優れたｃ−ｂ↓４ｃ系摺動部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01145371A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69029227T2 (de) * | 1989-06-22 | 1997-05-22 | Toyota Motor Co Ltd | Gleitbauteil |
| JPH042660A (ja) * | 1990-04-16 | 1992-01-07 | Agency Of Ind Science & Technol | 短炭素繊維分散強化炭素材料 |
| JPH05306166A (ja) * | 1991-04-05 | 1993-11-19 | Toyota Motor Corp | 炭素複合材料 |
| US6255234B1 (en) * | 1997-01-30 | 2001-07-03 | Hitco Carbon Composites, Inc. | Ultra low friction carbon/carbon composites for extreme temperature applications |
| CN109306440B (zh) * | 2018-12-08 | 2021-11-05 | 马鞍山市雷狮轨道交通装备有限公司 | 一种c-c-b4c结合踏面清扫器研磨子及其制备方法 |
| CN109763209A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-17 | 山东瑞城宇航碳材料有限公司 | 一种制造高导热沥青基碳纤维的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4865368A (ja) * | 1971-12-16 | 1973-09-08 | ||
| JPS4942669U (ja) * | 1972-07-19 | 1974-04-15 | ||
| JPS6131355A (ja) * | 1984-07-20 | 1986-02-13 | 工業技術院長 | 黒鉛−炭化ホウ素系摺動部材 |
-
1987
- 1987-11-30 JP JP62302079A patent/JPH01145371A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4865368A (ja) * | 1971-12-16 | 1973-09-08 | ||
| JPS4942669U (ja) * | 1972-07-19 | 1974-04-15 | ||
| JPS6131355A (ja) * | 1984-07-20 | 1986-02-13 | 工業技術院長 | 黒鉛−炭化ホウ素系摺動部材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01145371A (ja) | 1989-06-07 |
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Legal Events
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