JPH06122555A - 低摩擦セラミックス - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、低摩擦係数を有し且つ高強度を有
する低摩擦セラミックスを提供することである。 【構成】 この低摩擦セラミックスは、Si3 N4 及び
SiCのSiを含む非酸化物セラミックスを母相とし、
その中にFeO,Fe2 O3 ,Fe3 O4 のFe化合物
が5wt%〜40wt%程度分散しているものである。
潤滑油との吸着性に優れ、摩擦係数が低く、気孔がほと
んど存在せず、強度が無添加のものと同等か、それ以上
である。
する低摩擦セラミックスを提供することである。 【構成】 この低摩擦セラミックスは、Si3 N4 及び
SiCのSiを含む非酸化物セラミックスを母相とし、
その中にFeO,Fe2 O3 ,Fe3 O4 のFe化合物
が5wt%〜40wt%程度分散しているものである。
潤滑油との吸着性に優れ、摩擦係数が低く、気孔がほと
んど存在せず、強度が無添加のものと同等か、それ以上
である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、Siを含む非酸化物
セラミックスを母相とする低摩擦セラミックスに関す
る。
セラミックスを母相とする低摩擦セラミックスに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、炭化ケイ素SiC、窒化硼素BN
を窒化ケイ素Si3 N4 中に分散させて摩擦係数を低減
するものは、例えば、特開昭59−30769号公報に
開示されている。また、焼結助剤として、Fe3 O4 等
の鉄Feの酸化物を添加した窒化ケイ素Si3 N4 は、
例えば、特開昭58−64268号公報、特開昭59−
88374号公報、特開昭61−72685号公報等に
開示されている。
を窒化ケイ素Si3 N4 中に分散させて摩擦係数を低減
するものは、例えば、特開昭59−30769号公報に
開示されている。また、焼結助剤として、Fe3 O4 等
の鉄Feの酸化物を添加した窒化ケイ素Si3 N4 は、
例えば、特開昭58−64268号公報、特開昭59−
88374号公報、特開昭61−72685号公報等に
開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、窒化ケイ素
のセラミックスについては、低い摩擦係数を持つものが
望まれている。一般に、Si3 N4 中に、炭化ケイ素、
窒化ホウ素或いは酸化物を分散させた場合には、結合界
面での反応性に乏しく、材料自体の強度が低下し、好ま
しくはない。また、上記公報に開示されているように、
焼結助剤としてFe3 O4 等の鉄の酸化物を添加したも
のでは、該酸化量が少なく、また低摩擦の特性を得るこ
とができない。
のセラミックスについては、低い摩擦係数を持つものが
望まれている。一般に、Si3 N4 中に、炭化ケイ素、
窒化ホウ素或いは酸化物を分散させた場合には、結合界
面での反応性に乏しく、材料自体の強度が低下し、好ま
しくはない。また、上記公報に開示されているように、
焼結助剤としてFe3 O4 等の鉄の酸化物を添加したも
のでは、該酸化量が少なく、また低摩擦の特性を得るこ
とができない。
【0004】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、炭化ケイ素SiC、窒化ケイ素S
i3 N4 、炭化ケイ素と窒化ケイ素の複合材、サイアロ
ンSi−Al−O−N、Si−O−N等のSiを含む非
酸化物セラミックスを低い摩擦係数を持つセラミックス
にするために、FeO,Fe2 O3 ,Fe3 O4 等のF
eの酸化物をSiを含む非酸化物セラミックスの母相中
に所定量添加し、その鉄酸化物を母相中に分散させるこ
とによって、オイルとの吸着性を向上させ、低い摩擦係
数で且つ高い強度を持つ低摩擦セラミックスを提供する
ことである。
解決することであり、炭化ケイ素SiC、窒化ケイ素S
i3 N4 、炭化ケイ素と窒化ケイ素の複合材、サイアロ
ンSi−Al−O−N、Si−O−N等のSiを含む非
酸化物セラミックスを低い摩擦係数を持つセラミックス
にするために、FeO,Fe2 O3 ,Fe3 O4 等のF
eの酸化物をSiを含む非酸化物セラミックスの母相中
に所定量添加し、その鉄酸化物を母相中に分散させるこ
とによって、オイルとの吸着性を向上させ、低い摩擦係
数で且つ高い強度を持つ低摩擦セラミックスを提供する
ことである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、Siを含む非酸化物セラミックスを母相と
し、その中にFeの化合物が分散していることを特徴と
する低摩擦セラミックスに関する。ここで、Siを含む
非酸化物セラミックスとしては、炭化ケイ素SiC、窒
化ケイ素Si3N4 、炭化ケイ素と窒化ケイ素の複合
材、サイアロンSi−Al−O−N、Si−O−Nがあ
る。
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、Siを含む非酸化物セラミックスを母相と
し、その中にFeの化合物が分散していることを特徴と
する低摩擦セラミックスに関する。ここで、Siを含む
非酸化物セラミックスとしては、炭化ケイ素SiC、窒
化ケイ素Si3N4 、炭化ケイ素と窒化ケイ素の複合
材、サイアロンSi−Al−O−N、Si−O−Nがあ
る。
【0006】また、この低摩擦セラミックスにおいて、
前記Siを含む非酸化物セラミックスは、Si3 N4 及
びSiCのうちいずれかである。
前記Siを含む非酸化物セラミックスは、Si3 N4 及
びSiCのうちいずれかである。
【0007】また、この低摩擦セラミックスにおいて、
前記Feの化合物のサイズは、5μm以下である。
前記Feの化合物のサイズは、5μm以下である。
【0008】また、この低摩擦セラミックスにおいて、
前記Feの化合物がFeO,Fe2O3 ,Fe3 O4 に
換算して、5wt%〜40wt%程度含まれている。
前記Feの化合物がFeO,Fe2O3 ,Fe3 O4 に
換算して、5wt%〜40wt%程度含まれている。
【0009】
【作用】この発明による低摩擦セラミックスは、上記の
ように構成されており、次のように作用する。即ち、こ
の低摩擦セラミックスは、Siを含む非酸化物セラミッ
クスを母相とし、その中にFeの化合物が分散している
ものであり、従来の窒化ケイ素に比較して低い摩擦係数
を示し、しかも低い摩擦係数にありながら強度は無添加
のものと同等であるか、或いはそれ以上の強度を有する
ものとなり、エンジン部品等に使用できる十分な強度を
確保できる。
ように構成されており、次のように作用する。即ち、こ
の低摩擦セラミックスは、Siを含む非酸化物セラミッ
クスを母相とし、その中にFeの化合物が分散している
ものであり、従来の窒化ケイ素に比較して低い摩擦係数
を示し、しかも低い摩擦係数にありながら強度は無添加
のものと同等であるか、或いはそれ以上の強度を有する
ものとなり、エンジン部品等に使用できる十分な強度を
確保できる。
【0010】また、この低摩擦セラミックスは、Fe
O,Fe2 O3 ,Fe3 O4 等のFeの酸化物を添加原
料として窒化ケイ素の母相中に所定量、即ち、5wt%
〜40wt%分散させることによって、オイルとの吸着
性を良好にして低い摩擦係数で且つ高い強度を維持した
窒化ケイ素と鉄の化合物との複合材を得ることができ
る。
O,Fe2 O3 ,Fe3 O4 等のFeの酸化物を添加原
料として窒化ケイ素の母相中に所定量、即ち、5wt%
〜40wt%分散させることによって、オイルとの吸着
性を良好にして低い摩擦係数で且つ高い強度を維持した
窒化ケイ素と鉄の化合物との複合材を得ることができ
る。
【0011】
【実施例】以下、この発明による低摩擦セラミックスの
実施例を、図面を参照して説明する。図1はこの低摩擦
セラミックスの鉄酸化物の添加量に対する摩擦係数を示
すグラフ、図2はこの低摩擦セラミックスの鉄酸化物の
添加量に対する4点曲げ強度の平均を示すグラフ、図3
はこの低摩擦セラミックスの鉄酸化物の添加量について
の荷重、速度及び潤滑油粘度のパラメータに対する摩擦
係数の関係を示すグラフ、図4はこの低摩擦セラミック
スの摺動試験片のSEMによる組織を示す5000倍の
拡大図、図5はこの低摩擦セラミックスの摺動試験片の
SEMによる組織を示す1000倍の拡大図、及び図6
はこの低摩擦セラミックスの摺動試験片のX線マイクロ
定性分析法によるグラフである。
実施例を、図面を参照して説明する。図1はこの低摩擦
セラミックスの鉄酸化物の添加量に対する摩擦係数を示
すグラフ、図2はこの低摩擦セラミックスの鉄酸化物の
添加量に対する4点曲げ強度の平均を示すグラフ、図3
はこの低摩擦セラミックスの鉄酸化物の添加量について
の荷重、速度及び潤滑油粘度のパラメータに対する摩擦
係数の関係を示すグラフ、図4はこの低摩擦セラミック
スの摺動試験片のSEMによる組織を示す5000倍の
拡大図、図5はこの低摩擦セラミックスの摺動試験片の
SEMによる組織を示す1000倍の拡大図、及び図6
はこの低摩擦セラミックスの摺動試験片のX線マイクロ
定性分析法によるグラフである。
【0012】この低摩擦セラミックスは、炭化ケイ素S
iC、窒化ケイ素Si3 N4 、炭化ケイ素と窒化ケイ素
の複合材、サイアロンSi−Al−O−N、Si−O−
NのSiを含む非酸化物セラミックスを、強度を劣化さ
せることなく、低い摩擦係数のセラミックスにすること
であり、Siを含む非酸化物セラミックスを母相とし、
その中にFeの化合物を分散させることを特徴とするも
のである。
iC、窒化ケイ素Si3 N4 、炭化ケイ素と窒化ケイ素
の複合材、サイアロンSi−Al−O−N、Si−O−
NのSiを含む非酸化物セラミックスを、強度を劣化さ
せることなく、低い摩擦係数のセラミックスにすること
であり、Siを含む非酸化物セラミックスを母相とし、
その中にFeの化合物を分散させることを特徴とするも
のである。
【0013】また、この低摩擦セラミックスにおいて、
Siを含む非酸化物セラミックスは、Si3 N4 及びS
iCのうちいずれかであることが好ましいものである。
また、Feの化合物のサイズは、5μm以下であること
が好ましいものである。更に、Feの化合物がFeO,
Fe2 O3 ,Fe3 O4 に換算して、5wt%〜40w
t%程度含まれていることが強度を余り低下させず、好
ましいものである。
Siを含む非酸化物セラミックスは、Si3 N4 及びS
iCのうちいずれかであることが好ましいものである。
また、Feの化合物のサイズは、5μm以下であること
が好ましいものである。更に、Feの化合物がFeO,
Fe2 O3 ,Fe3 O4 に換算して、5wt%〜40w
t%程度含まれていることが強度を余り低下させず、好
ましいものである。
【0014】この発明による低摩擦セラミックスは、次
のようにして作製することができる。まず、この発明の
低摩擦セラミックスを製造する実施例1として、次のよ
うな工程で低摩擦セラミックスを作製した。
のようにして作製することができる。まず、この発明の
低摩擦セラミックスを製造する実施例1として、次のよ
うな工程で低摩擦セラミックスを作製した。
【0015】実施例1として、この低摩擦セラミックス
の製造方法において、まず、Si3N4 、Al2 O3 及
びY2 O3 を次の比率で配合する。Si3 N4 :Al2
O3:Y2 O3 =90:5:5の比率で配合する。この
総量に対して3種類のFeの酸化物即ちFeO,Fe2
O3 ,Fe3 O4 を所定量加え、蒸留水、バインダと共
に、ボールミルにて約24時間混合して混合物を作った
後、該混合物をスプレードライヤによって造粒処理を行
なって粒状物を作った。この時、Feの酸化物の添加量
を種々に変更して種々の粒状物を作った。
の製造方法において、まず、Si3N4 、Al2 O3 及
びY2 O3 を次の比率で配合する。Si3 N4 :Al2
O3:Y2 O3 =90:5:5の比率で配合する。この
総量に対して3種類のFeの酸化物即ちFeO,Fe2
O3 ,Fe3 O4 を所定量加え、蒸留水、バインダと共
に、ボールミルにて約24時間混合して混合物を作った
後、該混合物をスプレードライヤによって造粒処理を行
なって粒状物を作った。この時、Feの酸化物の添加量
を種々に変更して種々の粒状物を作った。
【0016】次いで、造粒処理したこれらの粒状物を、
まず、25×20×100mmの内寸とした金型内で予
備成形した後、予備成形体をCIPによって約2000
kgf/cm2 の圧力によって直方体の種々の成形体を
得た。これらの成形体を脱脂した後に、これらの脱脂成
形体を9.3MPaのN2 雰囲気中で、最高温度185
0℃まで加熱焼成して緻密な種々の焼結体を得た。
まず、25×20×100mmの内寸とした金型内で予
備成形した後、予備成形体をCIPによって約2000
kgf/cm2 の圧力によって直方体の種々の成形体を
得た。これらの成形体を脱脂した後に、これらの脱脂成
形体を9.3MPaのN2 雰囲気中で、最高温度185
0℃まで加熱焼成して緻密な種々の焼結体を得た。
【0017】上記の工程を経て作製したこれらの焼結体
を、摺動試験を行なうため、研削し、研磨して16×1
0×70mmの摺動試験用テストピースとして種々の直
方体摺動試験片を作製した。これらの焼結体の摺動試験
をするための相手側の部材即ち相手側摺動試験片とし
て、相対密度99%以上の窒化ケイ素Si3 N4 焼結体
を作製し、この相手側摺動試験片の端面を曲率半径9m
mの球面としたピンを作製した。
を、摺動試験を行なうため、研削し、研磨して16×1
0×70mmの摺動試験用テストピースとして種々の直
方体摺動試験片を作製した。これらの焼結体の摺動試験
をするための相手側の部材即ち相手側摺動試験片とし
て、相対密度99%以上の窒化ケイ素Si3 N4 焼結体
を作製し、この相手側摺動試験片の端面を曲率半径9m
mの球面としたピンを作製した。
【0018】そこで、直方体摺動試験片の1つの面に、
相手側摺動試験片のピンをほぼ垂直となるようにセット
し、荷重1.0kgf、温度150℃、摺動速度1.0
m/sの摺動試験条件で、それらの摩擦係数を測定し
た。この摺動試験の時に、潤滑油として、耐熱性に優れ
る合成オイルを使用した。各種の鉄酸化物(Fem On
=FeO,Fe2 O3 ,Fe3 O4 )の添加量を変えた
Si3 N4 の試験結果を図1に示す。図1から分かるよ
うに、Si3 N4 へのFem On の添加量が10wt%
〜20wt%の範囲内では、摩擦係数μは約0.01と
低くなり、それ以上のFem On の添加量では、摩擦係
数μはやや上昇する傾向であることが認められた。ま
た、緻密な焼結体を選び、その焼結体に対する潤滑油の
接触角度を測定したところ、Fem On とSi3 N4 と
の複合材では、接触角が小さく、吸着性に優れているこ
とを確認した。また、鉄酸化物の添加量を多く(40w
t%以上)した複合材では、組織観察によると、気孔が
残っており、摺動時には相手材との噛み合いによって摩
擦抵抗が大きくなったものと推察される。また、図1で
Fem On の添加量が0の点は従来のSi3 N4 を示す
比較例となる。
相手側摺動試験片のピンをほぼ垂直となるようにセット
し、荷重1.0kgf、温度150℃、摺動速度1.0
m/sの摺動試験条件で、それらの摩擦係数を測定し
た。この摺動試験の時に、潤滑油として、耐熱性に優れ
る合成オイルを使用した。各種の鉄酸化物(Fem On
=FeO,Fe2 O3 ,Fe3 O4 )の添加量を変えた
Si3 N4 の試験結果を図1に示す。図1から分かるよ
うに、Si3 N4 へのFem On の添加量が10wt%
〜20wt%の範囲内では、摩擦係数μは約0.01と
低くなり、それ以上のFem On の添加量では、摩擦係
数μはやや上昇する傾向であることが認められた。ま
た、緻密な焼結体を選び、その焼結体に対する潤滑油の
接触角度を測定したところ、Fem On とSi3 N4 と
の複合材では、接触角が小さく、吸着性に優れているこ
とを確認した。また、鉄酸化物の添加量を多く(40w
t%以上)した複合材では、組織観察によると、気孔が
残っており、摺動時には相手材との噛み合いによって摩
擦抵抗が大きくなったものと推察される。また、図1で
Fem On の添加量が0の点は従来のSi3 N4 を示す
比較例となる。
【0019】次に、鉄の酸化物の添加量を10%,20
%としたSi3 N4 について、その中に存在する相の固
定を、X線マイクロ定性分析法(Qualitativ
eAnalysis)によって行なったところ、図6に
示すように、Fe−Siから成る化合物であることが分
かった。この化合物が潤滑油との吸着性に優れると推察
される。
%としたSi3 N4 について、その中に存在する相の固
定を、X線マイクロ定性分析法(Qualitativ
eAnalysis)によって行なったところ、図6に
示すように、Fe−Siから成る化合物であることが分
かった。この化合物が潤滑油との吸着性に優れると推察
される。
【0020】また、上記の製造方法で作製した直方体摺
動試験片を切削して4点曲げ用試験片を作製し、その強
度を測定したところ、図2に示すような結果を得た。図
2から分かるように、Fem On の添加量を増加させる
に従って、強度が低下する。そして、Fem On の添加
量が10wt%〜20wt%の4点曲げ用試験片では、
Fem On を添加しないSi3 N4 に比較して、強度は
同等か、或いはそれ以上の強度を有することが分かっ
た。また、図2でFem On の添加量が0の点は従来の
Si3 N4 を示す比較例となる。
動試験片を切削して4点曲げ用試験片を作製し、その強
度を測定したところ、図2に示すような結果を得た。図
2から分かるように、Fem On の添加量を増加させる
に従って、強度が低下する。そして、Fem On の添加
量が10wt%〜20wt%の4点曲げ用試験片では、
Fem On を添加しないSi3 N4 に比較して、強度は
同等か、或いはそれ以上の強度を有することが分かっ
た。また、図2でFem On の添加量が0の点は従来の
Si3 N4 を示す比較例となる。
【0021】また、Fem On の添加量が10wt%〜
20wt%の摺動試験片の組織を、SEM(Scanning E
lectron Microscopy)で観察した。図4及び図5には、
Fem On の添加量が10%の摺動試験片の組織を示す
ものである。図4は摺動試験片の5000倍であり、ま
た、図5は摺動試験片の1000倍である。また、図4
及び図5において、白く見える部分が、Fe−Si化合
物である。Fem Onの添加量が10wt%の摺動試験
片では、鉄を含んだ部分は固溶せず、分散した状態で存
在していることが分かった。そして、摺動試験片の組織
には、気孔はほぼ認められず、結晶粒子の成長が鉄の酸
化物によって抑制され、微細で且つ均一になっているこ
とが分かった。このような組織は、グリフィスの関係式
から考えて高強度化に有利と思われる。
20wt%の摺動試験片の組織を、SEM(Scanning E
lectron Microscopy)で観察した。図4及び図5には、
Fem On の添加量が10%の摺動試験片の組織を示す
ものである。図4は摺動試験片の5000倍であり、ま
た、図5は摺動試験片の1000倍である。また、図4
及び図5において、白く見える部分が、Fe−Si化合
物である。Fem Onの添加量が10wt%の摺動試験
片では、鉄を含んだ部分は固溶せず、分散した状態で存
在していることが分かった。そして、摺動試験片の組織
には、気孔はほぼ認められず、結晶粒子の成長が鉄の酸
化物によって抑制され、微細で且つ均一になっているこ
とが分かった。このような組織は、グリフィスの関係式
から考えて高強度化に有利と思われる。
【0022】また、Fem On の添加量を更に増加させ
る摺動試験片については、強度が低下するが、これらを
上記と同様に組織観察したところ、Fem On の凝集が
認められ、その凝集したところに気孔が存在していた。
即ち、摺動試験片に気孔が残存する結果、それらの気孔
が破壊の起点となるため、摺動試験片の強度が低下した
ものと考えられる。
る摺動試験片については、強度が低下するが、これらを
上記と同様に組織観察したところ、Fem On の凝集が
認められ、その凝集したところに気孔が存在していた。
即ち、摺動試験片に気孔が残存する結果、それらの気孔
が破壊の起点となるため、摺動試験片の強度が低下した
ものと考えられる。
【0023】更に、摺動試験片の荷重、速度、潤滑油の
粘度をまとめたパラメータを横軸にとり、各条件におけ
る摩擦係数を測定した結果を、図3に示す。図3におい
て、荷重をF、速度をV及び潤滑油の粘度をηとする
と、上記パラメータPは次のとおりである。P=log
(η×V/F)である。Pの単位は次のとおりである。
Pの単位は〔×10-6・(m2 /S)・(m/S)/k
g〕である。図3から分かるように、このFem On を
添加した試験片は、Fem On の無添加のSi3N4 に
比較して、混合潤滑域での低摩擦化に有効であることが
分かる。
粘度をまとめたパラメータを横軸にとり、各条件におけ
る摩擦係数を測定した結果を、図3に示す。図3におい
て、荷重をF、速度をV及び潤滑油の粘度をηとする
と、上記パラメータPは次のとおりである。P=log
(η×V/F)である。Pの単位は次のとおりである。
Pの単位は〔×10-6・(m2 /S)・(m/S)/k
g〕である。図3から分かるように、このFem On を
添加した試験片は、Fem On の無添加のSi3N4 に
比較して、混合潤滑域での低摩擦化に有効であることが
分かる。
【0024】次に、この発明による低摩擦セラミックス
の別の実施例を実施例2として説明する。
の別の実施例を実施例2として説明する。
【0025】実施例2として、この低摩擦セラミックス
の製造方法において、炭化ケイ素粉末、焼結助剤として
ホウ素、及びFe3 O4 を所定量配合する。それに2倍
の蒸留水を加えて、実施例1と同様に、混合して混合物
を作った後、該混合物をスプレードライヤによって造粒
処理を行なって粒状物を作った。次いで、実施例1と同
様の条件によって焼結体を作製して試験片を作製した。
それらの試験片の摺動特性、強度を測定したところ、表
1に示すような結果を得た。
の製造方法において、炭化ケイ素粉末、焼結助剤として
ホウ素、及びFe3 O4 を所定量配合する。それに2倍
の蒸留水を加えて、実施例1と同様に、混合して混合物
を作った後、該混合物をスプレードライヤによって造粒
処理を行なって粒状物を作った。次いで、実施例1と同
様の条件によって焼結体を作製して試験片を作製した。
それらの試験片の摺動特性、強度を測定したところ、表
1に示すような結果を得た。
【表1】
【0026】表1から分かるように、Fe3 O4 の添加
量が10wt%及び20wt%では、摩擦係数μは0.
015及び0.024であり、強度は478MPa及び
490MPaであった。そして、Fe3 O4 の添加量を
増加させた30wt%では、摩擦係数μは0.033で
あり、強度は463MPaであった。これに対して、F
e3 O4 の無添加の場合には、摩擦係数μは0.039
であり、強度は560MPaであった。上記のように、
実施例2で作製した低摩擦セラミックスは、実施例1の
ものよりも強度面でやや劣るが、鉄酸化物の複合効果が
認められた。
量が10wt%及び20wt%では、摩擦係数μは0.
015及び0.024であり、強度は478MPa及び
490MPaであった。そして、Fe3 O4 の添加量を
増加させた30wt%では、摩擦係数μは0.033で
あり、強度は463MPaであった。これに対して、F
e3 O4 の無添加の場合には、摩擦係数μは0.039
であり、強度は560MPaであった。上記のように、
実施例2で作製した低摩擦セラミックスは、実施例1の
ものよりも強度面でやや劣るが、鉄酸化物の複合効果が
認められた。
【0027】次に、この発明による低摩擦セラミックス
を、従来のセラミックスと比較するため、比較例1とし
て、鉄酸化物を添加する代わりに、窒化ホウ素BNを添
加したSi3 N4 の比較試験片を、実施例1と同様な工
程で種々作製した。これらの比較試験片の摺動特性及び
強度を測定したところ、表2に示すような結果を得た。
更に、この発明による低摩擦セラミックスを、従来のセ
ラミックスと比較するため、比較例2として、鉄酸化物
を添加する代わりに、炭化ケイ素SiCを添加したSi
3 N4 の比較試験片を、実施例1と同様な工程で種々作
製した。これらの比較試験片の摺動特性及び強度を測定
したところ、表2に示すような結果を得た。
を、従来のセラミックスと比較するため、比較例1とし
て、鉄酸化物を添加する代わりに、窒化ホウ素BNを添
加したSi3 N4 の比較試験片を、実施例1と同様な工
程で種々作製した。これらの比較試験片の摺動特性及び
強度を測定したところ、表2に示すような結果を得た。
更に、この発明による低摩擦セラミックスを、従来のセ
ラミックスと比較するため、比較例2として、鉄酸化物
を添加する代わりに、炭化ケイ素SiCを添加したSi
3 N4 の比較試験片を、実施例1と同様な工程で種々作
製した。これらの比較試験片の摺動特性及び強度を測定
したところ、表2に示すような結果を得た。
【表2】
【0028】表2から分かるように、比較例1では、B
Nの添加量が10,15,20wt%の時に、摩擦係数
μは0.018,0.026,0.032であり、強度
は560,420,116MPaであった。また、比較
例2では、SiCの添加量が10,15,20wt%の
時に、摩擦係数μは0.025,0.033,0.04
6であり、強度は768,645,472MPaであっ
た。従って、BNを添加したSi3 N4 の比較試験片及
びSiCを添加したSi3 N4 の比較試験片は、この発
明による低摩擦セラミックスに比較して、強度の劣化が
著しく、摩擦係数μに対する低減も効果が少ないことが
分かる。
Nの添加量が10,15,20wt%の時に、摩擦係数
μは0.018,0.026,0.032であり、強度
は560,420,116MPaであった。また、比較
例2では、SiCの添加量が10,15,20wt%の
時に、摩擦係数μは0.025,0.033,0.04
6であり、強度は768,645,472MPaであっ
た。従って、BNを添加したSi3 N4 の比較試験片及
びSiCを添加したSi3 N4 の比較試験片は、この発
明による低摩擦セラミックスに比較して、強度の劣化が
著しく、摩擦係数μに対する低減も効果が少ないことが
分かる。
【0029】
【発明の効果】この発明による低摩擦セラミックスは、
上記のように構成されており、次のような効果を有す
る。即ち、この低摩擦セラミックスは、Siを含む非酸
化物セラミックスを母相とし、その中にFeの化合物が
分散しているものであり、従来の窒化ケイ素に比較して
低い摩擦係数を示し、しかも気孔がほとんどなく、低い
摩擦係数にありながら強度は無添加のものと同等である
か、或いはそれ以上の強度を有するセラミックスの複合
材となり、エンジン部品等に使用できる十分な強度を確
保できる。また、Siを含む非酸化物セラミックスとし
ては、SiC、Si3 N4 或いは混合材が好ましいもの
である。
上記のように構成されており、次のような効果を有す
る。即ち、この低摩擦セラミックスは、Siを含む非酸
化物セラミックスを母相とし、その中にFeの化合物が
分散しているものであり、従来の窒化ケイ素に比較して
低い摩擦係数を示し、しかも気孔がほとんどなく、低い
摩擦係数にありながら強度は無添加のものと同等である
か、或いはそれ以上の強度を有するセラミックスの複合
材となり、エンジン部品等に使用できる十分な強度を確
保できる。また、Siを含む非酸化物セラミックスとし
ては、SiC、Si3 N4 或いは混合材が好ましいもの
である。
【0030】また、この低摩擦セラミックスは、Fe
O,Fe2 O3 ,Fe3 O4 等のFeの酸化物を窒化ケ
イ素の母相中に所定量、即ち、5wt%〜40wt%添
加させて分散させることによって、オイルとの吸着性を
良好にして低い摩擦係数で且つ高い強度を維持した窒化
ケイ素と鉄酸化物との複合材を得ることができる。
O,Fe2 O3 ,Fe3 O4 等のFeの酸化物を窒化ケ
イ素の母相中に所定量、即ち、5wt%〜40wt%添
加させて分散させることによって、オイルとの吸着性を
良好にして低い摩擦係数で且つ高い強度を維持した窒化
ケイ素と鉄酸化物との複合材を得ることができる。
【図1】この発明による低摩擦セラミックスの鉄酸化物
の添加量に対する摩擦係数を示すグラフである。
の添加量に対する摩擦係数を示すグラフである。
【図2】この発明による低摩擦セラミックスの鉄酸化物
の添加量に対する4点曲げ強度の平均を示すグラフであ
る。
の添加量に対する4点曲げ強度の平均を示すグラフであ
る。
【図3】この発明による低摩擦セラミックスの鉄酸化物
の添加量についての荷重、速度及び潤滑油粘度のパラメ
ータに対する摩擦係数の関係を示すグラフである。
の添加量についての荷重、速度及び潤滑油粘度のパラメ
ータに対する摩擦係数の関係を示すグラフである。
【図4】この発明による低摩擦セラミックスの摺動試験
片のSEMによる組織を示す5000倍の拡大図であ
る。
片のSEMによる組織を示す5000倍の拡大図であ
る。
【図5】この発明による低摩擦セラミックスの摺動試験
片のSEMによる組織を示す1000倍の拡大図であ
る。
片のSEMによる組織を示す1000倍の拡大図であ
る。
【図6】この発明による低摩擦セラミックスの摺動試験
片のX線マイクロ定性分析法によるグラフである。
片のX線マイクロ定性分析法によるグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 Siを含む非酸化物セラミックスを母相
とし、その中にFeの化合物が分散していることを特徴
とする低摩擦セラミックス。 - 【請求項2】 前記Siを含む非酸化物セラミックス
は、Si3 N4 及びSiCのうちいずれかであることを
特徴とする請求項1に記載の低摩擦セラミックス。 - 【請求項3】 前記Feの化合物のサイズは、5μm以
下であることを特徴とする請求項1に記載の低摩擦セラ
ミックス。 - 【請求項4】 前記Feの化合物がFeO,Fe
2 O3 ,Fe3 O4 に換算して、5wt%〜40wt%
程度含まれていることを特徴とする請求項1に記載の低
摩擦セラミックス。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30064292A JP3164917B2 (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-14 | 低摩擦セラミックス |
DE0593240T DE593240T1 (de) | 1992-10-14 | 1993-10-11 | Keramik geringer Reibung. |
DE69329900T DE69329900T2 (de) | 1992-10-14 | 1993-10-11 | Keramik geringer Reibung |
EP93308075A EP0593240B1 (en) | 1992-10-14 | 1993-10-11 | Low-friction ceramic |
US08/510,873 US5643842A (en) | 1992-10-14 | 1995-08-03 | Low-friction ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30064292A JP3164917B2 (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-14 | 低摩擦セラミックス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06122555A true JPH06122555A (ja) | 1994-05-06 |
JP3164917B2 JP3164917B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=17887326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30064292A Expired - Fee Related JP3164917B2 (ja) | 1992-10-14 | 1992-10-14 | 低摩擦セラミックス |
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Country | Link |
---|---|
US (1) | US5643842A (ja) |
EP (1) | EP0593240B1 (ja) |
JP (1) | JP3164917B2 (ja) |
DE (2) | DE69329900T2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0705805A2 (en) | 1994-09-16 | 1996-04-10 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Sintered body of silicon nitride for use as sliding member |
JP2002068846A (ja) * | 2000-08-30 | 2002-03-08 | Toshiba Corp | 窒化珪素焼結体およびそれを用いた摺動部材並びにベアリングボール |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6593015B1 (en) | 1999-11-18 | 2003-07-15 | Kennametal Pc Inc. | Tool with a hard coating containing an aluminum-nitrogen compound and a boron-nitrogen compound and method of making the same |
FR2924711B1 (fr) * | 2007-12-11 | 2010-11-19 | Saint Gobain Ct Recherches | Produit refractaire a matrice de sialon dope |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1525610A (en) * | 1976-12-30 | 1978-09-20 | Secr Defence | Silicon nitride |
JPS5433511A (en) * | 1977-08-19 | 1979-03-12 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Method of making sintered body |
JPS5824496B2 (ja) * | 1979-11-22 | 1983-05-21 | 株式会社東芝 | 窒化珪素を含む潤滑性焼結体 |
JPS5864268A (ja) * | 1981-10-12 | 1983-04-16 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素焼結体およびその製造方法 |
JPS5864269A (ja) * | 1981-10-12 | 1983-04-16 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素焼結体およびその製造方法 |
JPS5864270A (ja) * | 1981-10-12 | 1983-04-16 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素焼結体 |
JPS5864272A (ja) * | 1981-10-12 | 1983-04-16 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素焼結体 |
JPS5921579A (ja) * | 1982-07-29 | 1984-02-03 | 大森 守 | 炭化珪素焼結成形体とその製造方法 |
JPS5930769A (ja) * | 1982-08-12 | 1984-02-18 | 工業技術院長 | 低摩擦係数窒化硅素焼結体 |
JPS5988374A (ja) * | 1982-10-01 | 1984-05-22 | ザ・ブリテイツシユ・セラミツク・リサ−チ・アソシエイシヨン・リミテイツド | 窒化ケイ素セラミツク体の製造法 |
US4499193A (en) * | 1982-12-16 | 1985-02-12 | Aluminum Company Of America | Process for producing beta'-silicon aluminum oxynitride (B'-SiAlON) using discrete particles |
EP0208801A1 (en) * | 1984-07-16 | 1987-01-21 | GTE Products Corporation | Corrosion resistant silicon nitride bodies |
US5023214A (en) * | 1989-04-11 | 1991-06-11 | Hercules Incorporated | Silicon nitride ceramics containing a metal silicide phase |
US5094986A (en) * | 1989-04-11 | 1992-03-10 | Hercules Incorporated | Wear resistant ceramic with a high alpha-content silicon nitride phase |
US5240658A (en) * | 1991-03-26 | 1993-08-31 | Lukacs Iii Alexander | Reaction injection molding of silicon nitride ceramics having crystallized grain boundary phases |
US5079198A (en) * | 1990-07-24 | 1992-01-07 | Eaton Corporation | Ceramic phase in sintered silicon nitride containing cerium, aluminum, and iron |
US5213729A (en) * | 1990-07-24 | 1993-05-25 | Eaton Corporation | Process for preparing a densified beta-phase silicon nitride material having at least one densification aid, and the material resulting therefrom |
US5204294A (en) * | 1991-10-21 | 1993-04-20 | Hercules Incorporated | Silicon carbide ceramics containing a dispersed high metal content silicide phase |
US5234643A (en) * | 1992-01-27 | 1993-08-10 | Matsumoto Roger L K | Silicon nitride ceramics containing crystallized grain boundary phases |
-
1992
- 1992-10-14 JP JP30064292A patent/JP3164917B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-10-11 EP EP93308075A patent/EP0593240B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-10-11 DE DE69329900T patent/DE69329900T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-10-11 DE DE0593240T patent/DE593240T1/de active Pending
-
1995
- 1995-08-03 US US08/510,873 patent/US5643842A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0705805A2 (en) | 1994-09-16 | 1996-04-10 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Sintered body of silicon nitride for use as sliding member |
JP2002068846A (ja) * | 2000-08-30 | 2002-03-08 | Toshiba Corp | 窒化珪素焼結体およびそれを用いた摺動部材並びにベアリングボール |
JP4567855B2 (ja) * | 2000-08-30 | 2010-10-20 | 株式会社東芝 | 窒化珪素焼結体およびそれを用いた摺動部材 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
US5643842A (en) | 1997-07-01 |
EP0593240A2 (en) | 1994-04-20 |
DE593240T1 (de) | 1994-12-22 |
EP0593240A3 (en) | 1994-12-07 |
JP3164917B2 (ja) | 2001-05-14 |
DE69329900T2 (de) | 2001-08-16 |
DE69329900D1 (de) | 2001-03-08 |
EP0593240B1 (en) | 2001-01-31 |
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