JPH0615808B2 - Vane - Google Patents

Vane

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JPH0615808B2
JPH0615808B2 JP62291148A JP29114887A JPH0615808B2 JP H0615808 B2 JPH0615808 B2 JP H0615808B2 JP 62291148 A JP62291148 A JP 62291148A JP 29114887 A JP29114887 A JP 29114887A JP H0615808 B2 JPH0615808 B2 JP H0615808B2
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JP
Japan
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vane
carbon
silicon carbide
converted
silicon
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庸博 小原
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08Rotary pistons
    • F01C21/0809Construction of vanes or vane holders

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ベーンに関し、詳しくはロータリーポンプ、
ロータリー圧縮機のローターの溝に配置されるシール用
のベーンやロータリーエンジン用アペックスシールとし
てベーン等に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vane, more specifically, a rotary pump,
The present invention relates to a vane for a seal arranged in a groove of a rotor of a rotary compressor and a vane as an apex seal for a rotary engine.

(従来の技術) 炭素材料は潤滑性があり無給油で摺動部のシールを形成
することができるため、例えば冷暖房空調機や冷蔵庫の
インバーター用のロータリー圧縮機やロータリーポンプ
のベーンとして、特に油汚染をきらうベーンに用いられ
ている。
(Prior art) Since carbon materials have lubricity and can form a seal for sliding parts without lubrication, they are especially useful as vanes for rotary compressors and rotary pumps for inverters in air conditioners and refrigerators. Used in vanes that resist pollution.

また高速回転部をシールするベーンは高強度を必要とす
るのでバビット・メタルやアルミニウムなどの金属を含
浸させた炭素材料などを基材として用いられている。具
体例としてはロータリーエンジンのアペックスシールが
あり、炭素材料にアルミニウムを含浸させた複合材料が
用いられている。
Further, since the vane for sealing the high-speed rotating portion needs high strength, a carbon material impregnated with metal such as babbitt metal or aluminum is used as a base material. A specific example is an apex seal for a rotary engine, which uses a composite material in which a carbon material is impregnated with aluminum.

又、特公昭51−35648号公報に開示されているよ
うに、カーボン繊維をポリイミドまたはフェノール樹脂
で固定形成せしめたロータリーエンジン・アペックスシ
ールも提案されている。
Also, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 51-35648, there is proposed a rotary engine apex seal in which carbon fiber is fixedly formed with polyimide or phenol resin.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、従来の炭素材料あるいは金属含浸炭素材
料、カーボン繊維より成る炭素材料などから作られたベ
ーンは耐摩耗性が不十分であった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, a vane made of a conventional carbon material, a metal-impregnated carbon material, a carbon material composed of carbon fibers, or the like has insufficient wear resistance.

又、炭素−アルミニウム複合材中のアルミニウムと炭素
基材が摺動面近傍の高温部分で反応を起こして変質し、
その結果、異常摩耗を起こすことがあった。
Further, aluminum in the carbon-aluminum composite material and the carbon base material react with each other in a high temperature portion near the sliding surface to be deteriorated,
As a result, abnormal wear may occur.

本発明はこのような問題点を解決し、高温下で高強度、
耐摩耗性に優れたベーンを提供することを目的とする。
The present invention solves such problems, high strength at high temperature,
It is intended to provide a vane having excellent wear resistance.

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明は、炭素材料を基材と
し、その一部又は全部を炭化珪素に転化して成るベーン
において、炭化珪素に転化した珪化層の中に10重量%
以上の炭素が残留して成ることを特徴とするベーンをそ
の要旨とした。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention is a vane formed by using a carbon material as a base material and converting a part or all of the carbon material into silicon carbide. 10% by weight in the layer
The gist of the vane is characterized in that the above carbon remains.

ベーンの基材となる炭素材料は一般の炭素焼結成形品、
樹脂成形品、カーボン繊維、カーボンシート、カーボン
フィルム等があげられるが炭素焼結成形品の場合、原料
として各種コークス及カーボンブラック類、黒鉛粉等を
フィラーとし、コールタールピッチや石油ピッチなどの
ピッチ類、あるいはフェノール樹脂やフラン樹脂等の合
成樹脂類をバインダー又は含浸剤として混練、成形し焼
成、必要に応じて黒鉛化することによって得られる。ベ
ーンの使用条件により、液潤滑の十分な場合は、耐摩耗
性の点から焼成温度を1300℃以下にして炭素質に富
んだ炭素材を使用する。一方、乾燥摩擦に近い状態で使
う場合には焼成、黒鉛化するか、原料の黒鉛粉の配合割
合を多くして黒鉛結晶の発達した炭素材料を基材として
使用する。
The carbon material as the base material of the vane is a general carbon sintered molded product,
Resin molded products, carbon fibers, carbon sheets, carbon films, etc. can be mentioned, but in the case of carbon sintered molded products, various cokes as raw materials, carbon blacks, graphite powder, etc. as fillers and pitches such as coal tar pitch and petroleum pitch. Or a synthetic resin such as a phenol resin or a furan resin as a binder or an impregnating agent, which is obtained by kneading, molding, firing and, if necessary, graphitizing. When the liquid lubrication is sufficient depending on the use conditions of the vane, a carbon material rich in carbon is used by setting the firing temperature to 1300 ° C. or lower from the viewpoint of wear resistance. On the other hand, when it is used in a state close to dry friction, it is fired and graphitized, or a carbon material having a developed graphite crystal is used as a base material by increasing the blending ratio of the raw material graphite powder.

得られた炭素材料は各種ベーン形状に機械加工する。The obtained carbon material is machined into various vane shapes.

このようにして加工したベーンの一部又は全部を炭化珪
素に、特に耐摩耗性に優れたβ型炭化珪素に転化させ
る。珪化方法としては珪素蒸気又は各種珪素化合物と反
応させるコンバージョン法、コンバージョン法のガス発
生源と同じ充填剤といっしょに被処理物を埋め込んで加
熱処理するパックセメンテーションを応用した方法があ
る。最も好ましい方法として一酸化珪素ガスとベーンを
次式のように反応させることにより、ベーンの形状を保
持したまま処理できるコンバージョン法があげられる。
A part or all of the vane processed in this manner is converted into silicon carbide, and particularly into β-type silicon carbide having excellent wear resistance. As the silicidation method, there are a conversion method of reacting with silicon vapor or various silicon compounds, and a method of applying a pack cementation in which an object to be processed is embedded and heat-treated with the same filler as the gas source of the conversion method. The most preferable method is a conversion method in which a silicon monoxide gas and a vane are reacted as shown in the following formula to perform processing while maintaining the shape of the vane.

SiO(g)+2C=SiC+CO(g) この珪化反応は1300℃〜2300℃の温度範囲で加
熱することにより進行する。ここで一酸化珪素ガスを発
生させるには、ガス発生源として珪素粉と二酸化珪素粉
の混合体、又は炭化珪素粉と二酸化珪素粉の混合体、あ
るいは炭素粉と二酸化珪素粉の混合体、その他各種珪素
化合物を1200℃〜2300℃に加熱することにより
行うことができる。
SiO (g) + 2C = SiC + CO (g) This silicidation reaction proceeds by heating in the temperature range of 1300 ° C to 2300 ° C. Here, to generate silicon monoxide gas, a mixture of silicon powder and silicon dioxide powder, a mixture of silicon carbide powder and silicon dioxide powder, a mixture of carbon powder and silicon dioxide powder, or the like is used as a gas generation source. It can be performed by heating various silicon compounds to 1200 ° C to 2300 ° C.

ベーンの一部又は全部を炭化珪素に転化させるには一酸
化珪素ガスの発生源と接触しないように同一黒鉛容器に
載置し、一酸化珪素ガス発生源からベーンの表面へ一酸
化珪素ガスを導入してベーンの微細気孔を通して、一酸
化珪素ガスを拡散させて珪化反応を行わせる。
To convert a part or all of the vane into silicon carbide, place it in the same graphite container so that it does not come into contact with the source of silicon monoxide gas, and apply silicon monoxide gas from the source of silicon monoxide gas to the surface of the vane. The silicon monoxide gas is introduced and diffused through the fine pores of the vane to carry out the silicidation reaction.

ベーンの希望する部分だけを炭化珪素層に転化させるに
は、希望する部分以外は黒鉛板等を当ててマスクさせる
ことによって、一酸化珪素ガスとの接触を断つことによ
り行うことができる。
In order to convert only a desired portion of the vane into a silicon carbide layer, a graphite plate or the like other than the desired portion is applied to mask the silicon carbide layer, and the contact with the silicon monoxide gas is cut off.

ベーンと一酸化珪素とを反応させてベーン表面層を炭化
珪素に転化させるとき、処理温度を1300℃〜230
0℃の範囲で選択することによってベーン表面層の珪化
層の中に未反応炭素を残留させ、用途に応じて炭化珪素
分の割合である珪化率をいろいろ変えたものをつくるこ
とができる。
When the vane and silicon monoxide are reacted to convert the vane surface layer into silicon carbide, the treatment temperature is 1300 ° C to 230 ° C.
By selecting in the range of 0 ° C., unreacted carbon can be left in the silicified layer of the vane surface layer, and various silicidation ratios, which are the proportions of silicon carbide, can be prepared according to the application.

又、処理温度のほかに処理時間を調節することによって
もベーン表面の珪化層の厚さをコメントロールすること
ができる。珪化層の厚さはベーンの限界摩耗量及び処理
コストの点から0.1mm〜3.5mmが好ましい。そ
の他、一酸化珪素の濃度を調節することによって珪化
率、珪化層の厚さをコントロールすることができる。
Further, the thickness of the silicified layer on the surface of the vane can be comment-rolled by adjusting the treatment time as well as the treatment temperature. The thickness of the silicified layer is preferably 0.1 mm to 3.5 mm in view of the limit wear amount of the vane and the processing cost. In addition, the silicidation rate and the thickness of the silicified layer can be controlled by adjusting the concentration of silicon monoxide.

ベーンの表面層を炭化珪素に転化した珪化層の中には未
反応炭素を少なくとも10重量%以上は残留させてお
く。このことによって炭化珪素成分固有の耐摩耗性付与
効果に炭素成分固有の熱伝導性と摺動特性が加わり、長
時間の使用寿命が保証されるからである。なお、未反応
炭素の残存率は珪化層を空気中で500℃〜800℃に
加熱して、未反応炭素が酸化されて恒量になった時点の
重量変化から算出できる。
At least 10% by weight or more of unreacted carbon is left in the silicified layer obtained by converting the surface layer of the vane into silicon carbide. This is because the effect of imparting wear resistance peculiar to the silicon carbide component is added to the thermal conductivity and sliding characteristics peculiar to the carbon component, and a long service life is guaranteed. The residual rate of unreacted carbon can be calculated from the weight change at the time when the silicified layer is heated to 500 ° C to 800 ° C in air to oxidize the unreacted carbon to a constant weight.

ベーン基材となる炭素材料はその製造方法のちがいによ
って異方性のものと等方性のものがある。異方性基材は
その原料粉を成形するのに一軸加圧のプレス機を用い、
等方性基材は静水圧加圧のラバープレス機を用いる。本
発明のベーンでは機械的性質、熱的性質等の諸特性がど
の方向でもほぼ一定であり特に高強度である等方性基材
を用いる方が好ましい。これは効率的な材料取りが出来
ることとベーンの強度が増すこと、及び等方性基材の熱
膨張係数が各方向で一定なので、一部を炭化珪素に転化
した二層構造をとっても異方性基材で発生する局部的内
部応力が発生しないので設計が簡単になるからである。
The carbon material used as the vane base material may be anisotropic or isotropic depending on the difference in the manufacturing method. The anisotropic base material uses a uniaxial press machine to form the raw material powder,
A hydrostatic pressure rubber press machine is used for the isotropic substrate. In the vane of the present invention, it is preferable to use an isotropic substrate having various properties such as mechanical properties and thermal properties which are substantially constant in any direction and which has particularly high strength. This is because the material can be taken efficiently, the strength of the vane is increased, and the coefficient of thermal expansion of the isotropic substrate is constant in each direction, so even if a two-layer structure in which a part is converted to silicon carbide is used, an anisotropic substrate can be used. This is because the design becomes simple because no local internal stress is generated.

ベーンの基材となる炭素材料がカーボン繊維の場合はベ
ーンの形状に成形されたカーボン繊維成形体を炭素焼結
成形体の場合と同じようにその一部又は全部を炭化珪素
に転化する。このほかにもカーボン繊維の一部又は全部
をあらかじめ前記の方法で炭化珪素に転化しておき、そ
のカーボン繊維を用いて一定形状に成形してベーンを作
成してもよい。
When the carbon material serving as the base material of the vane is carbon fiber, a part or all of the carbon fiber compact formed into the vane shape is converted into silicon carbide as in the case of the carbon sintered compact. In addition to this, a part or all of the carbon fibers may be converted into silicon carbide in advance by the above-mentioned method, and the carbon fibers may be used to form a vane to form a constant shape.

このようにして得られた炭素材料を基材とするベーンの
内部構造は炭化珪素に転化する前の炭素材料の微細気孔
と同じ構造であり、珪化反応によって炭化珪素に転化し
ても変化しないことは反応の形態からも、又実際の測定
の結果からもわかっている。従って、必要に応じてバビ
ットメタルやアルミニウム等の金属をこの微細気孔をと
おして従来の方法で含浸して、強度の向上を計ることが
できる。
The internal structure of the vane based on the carbon material thus obtained has the same structure as the fine pores of the carbon material before the conversion to silicon carbide, and it does not change even if it is converted to silicon carbide by the silicidation reaction. Is known from the reaction morphology and from the actual measurement results. Therefore, if necessary, a metal such as babbitt metal or aluminum can be impregnated through the fine pores by a conventional method to improve the strength.

(発明の作用) 本発明では、炭素材料を基材とするベーンの表面層に一
酸化珪素ガスを浸透拡散させ、ベーン自体と反応させて
炭化珪素に転化させると共に、珪化層中に未反応炭素が
10重量%以上残留しているようにすることが特徴とな
っており、CVD法やPVD法、あるいは、メッキ、溶
射、塗布のような方法を使って炭素材料の上に各種物質
を沈積被膜化したものとは根本的に違っている。
(Operation of the Invention) In the present invention, silicon monoxide gas is permeated and diffused into the surface layer of a vane having a carbon material as a base material, reacts with the vane itself to be converted into silicon carbide, and unreacted carbon is contained in the silicified layer. Is characterized in that 10% by weight or more remains, and various substances are deposited on the carbon material by the CVD method, the PVD method, or a method such as plating, thermal spraying or coating. It is fundamentally different from the one that became.

つまり、CVD法やPVD法、あるいはメッキ、溶射、
塗布などによって得られた炭素基材表面は各種の沈積被
膜物質と炭素基材表面がファン・デル・ワールス力等に
よる物理的接着のみで結合しており、このような炭素材
料を基材とするベーンを用いた場合、高温高圧化での繰
り返し使用では沈積被膜物質が熱膨張差や剪断応力等が
原因となって剥離を起こし、耐摩耗性を早期に損う。
In other words, CVD method, PVD method, plating, thermal spraying,
The surface of the carbon substrate obtained by coating etc. is bonded to various deposited film substances and the surface of the carbon substrate only by physical adhesion such as van der Waals force. When a vane is used, repeated use at high temperature and high pressure causes the deposited coating material to peel due to a difference in thermal expansion, shear stress, etc., resulting in early deterioration of wear resistance.

しかし、本発明のベーンの表面層は素材が最も安定で化
学的に腐食されない耐酸化性と耐摩耗性に優れた炭化珪
素が主成分であり、ベーンの表層自体が一酸化珪素と反
応して炭化珪素に変化したものであるから境界は完全な
連続の組織となっており、高温高圧下での繰り返し使用
によって珪化層が剥離することはなく同時に、炭化珪素
成分固有の耐摩耗性付与効果と炭素成分固有の摺動特性
とによって長期にわたって耐摩耗性を確保する。
However, the surface layer of the vane of the present invention is mainly composed of silicon carbide, which is the most stable material and is not chemically corroded and is excellent in oxidation resistance and wear resistance, and the surface layer of the vane itself reacts with silicon monoxide. Since it has changed to silicon carbide, the boundary has a completely continuous structure, and the silicified layer does not peel off due to repeated use under high temperature and high pressure, and at the same time, it has the effect of imparting wear resistance specific to the silicon carbide component. Wear resistance is secured over a long period of time due to the sliding characteristics unique to the carbon component.

一方、CVD法やPVD法、あるいはメッキ、溶射、塗
布などによって得られた沈積被膜は微細気孔が非常に少
ないため、必要に応じて行なわれる後工程の金属含浸を
十分に行なうことができない。
On the other hand, the deposited film obtained by the CVD method, the PVD method, the plating, the thermal spraying, the coating or the like has very few fine pores, so that the subsequent metal impregnation, which is performed as necessary, cannot be sufficiently performed.

又、金属含浸をCVD法やPVD法などの表面処理工程
の前に行なうことも可能であるが、その後に行なう表面
処理工程での処理温度が700℃〜1300℃の範囲に
入るのが多く、この処理温度によって金属が溶け出たり
炭素基材と含浸された金属との間に化学反応が起こり炭
素基材が変質したり、場合によってはクラックの入るこ
とがある。
It is also possible to carry out the metal impregnation before the surface treatment step such as the CVD method or the PVD method, but the treatment temperature in the subsequent surface treatment step often falls within the range of 700 ° C to 1300 ° C. Depending on the treatment temperature, the metal may elute, a chemical reaction may occur between the carbon base material and the impregnated metal, and the carbon base material may be altered, or in some cases cracks may form.

しかし、本発明のベーンの内部構造は表面層が炭化珪素
を主成分とする構造になっているにもかかわらず炭化珪
素に転化する前の炭素材料の微細気孔と同じ構造になっ
ているので、金属含浸は従来通りの方法で十分に行なえ
る。
However, since the internal structure of the vane of the present invention has the same structure as the fine pores of the carbon material before being converted into silicon carbide, even though the surface layer has a structure containing silicon carbide as a main component, The metal impregnation can be sufficiently performed by a conventional method.

又、炭化珪素は各種金属特にアルミニウムに対しては極
めて安定性に富んだ物質であるので、ベーンの摺動面近
傍での変質、異常摩耗を防止する。
Further, since silicon carbide is a substance that is extremely stable against various metals, especially aluminum, it prevents alteration and abnormal wear near the sliding surface of the vane.

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。Next, the present invention will be specifically described with reference to examples.

(実施例) 実施例1 コークスと人造黒鉛粉をフィラーとして、コールタール
ピッチをバインダーとして、これらの配合物を加熱混練
して得られた混練物を粉砕後、ラバープレスで成形して
1000℃で焼成し、ショアー硬度90、曲げ強度11
00kg/cmの等方性炭素材料を得た。
(Example) Example 1 Coke and artificial graphite powder as a filler, coal tar pitch as a binder, these compounds were heated and kneaded to obtain a kneaded product, which was then crushed and then molded with a rubber press at 1000 ° C. Fired, Shore hardness 90, Bending strength 11
An isotropic carbon material of 00 kg / cm 2 was obtained.

この炭素材料を用いて第1図に示すようなロータリーエ
ンジン用アペックスシールの形状に機械加工したベーン
(1) を作製した。
A vane machined from this carbon material into the shape of an apex seal for a rotary engine as shown in FIG.
(1) was prepared.

このベーン(1) を珪素粉と二酸化珪素粉の混合成形体
1.5kg(モル比1:1)と接触しないように同一黒
鉛容器に入れ密閉し、1800℃で加熱し、この温度で
120分間保持して、表面層を炭化珪素に転化した。
This vane (1) was placed in the same graphite container so as not to come into contact with 1.5 kg of a mixture of silicon powder and silicon dioxide powder (molar ratio 1: 1), sealed and heated at 1800 ° C. for 120 minutes at this temperature. Holding, the surface layer was converted to silicon carbide.

この処理の結果、第2図の断面図に示すようにベーン
(1) の表面層が約2.6mmの厚さで未反応炭素15重
量%を含んだβ型炭素珪素に転化した層(2) を持ったベ
ーン(1) を作製した。
As a result of this treatment, as shown in the sectional view of FIG.
A vane (1) having a layer (2) in which the surface layer of (1) had a thickness of about 2.6 mm and which was converted to β-type carbon silicon containing 15% by weight of unreacted carbon was prepared.

炭化珪素に転化した層(2) は第3図の模式図に示したよ
うに、表面から約2.6mmの厚さで炭化珪素に転化し
た部分(4) と未反応炭素部分(5) 及び微細気孔(6) より
構成されている。
As shown in the schematic diagram of FIG. 3, the layer (2) converted to silicon carbide has a portion (4) converted to silicon carbide and an unreacted carbon portion (5) at a thickness of about 2.6 mm from the surface and It consists of fine pores (6).

以上のようにして得られた表面層を炭化珪素に転化した
炭素材料より成るベーンのショアー硬度は95、曲げ強
度は1870kg/cmであった。
The vane made of the carbon material obtained by converting the surface layer thus obtained into silicon carbide had a Shore hardness of 95 and a bending strength of 1870 kg / cm 2 .

次にこのベーンの微細気孔を通してアルミニウムを含浸
し、第4図の模式図に示すような微細気孔をアルミニウ
ム(7) で充填した構造を持った最終製品のベーンを得
た。最終製品のショアー硬度は95、曲げ強度は310
0kg/cmであった。
Next, aluminum was impregnated through the fine pores of the vane to obtain a final product vane having a structure in which the fine pores were filled with aluminum (7) as shown in the schematic view of FIG. The final product has a Shore hardness of 95 and a bending strength of 310.
It was 0 kg / cm 2 .

このベーンを600℃の空気雰囲気中に置き、100時
間後の酸化消耗率を測定した結果、表面層を炭化珪素に
転化していない従来のベーンの酸化消耗率の約1/12
であった。
This vane was placed in an air atmosphere at 600 ° C., and the oxidative consumption rate after 100 hours was measured. As a result, it was about 1/12 of the oxidative consumption rate of the conventional vane whose surface layer was not converted to silicon carbide.
Met.

又、表面層を炭化珪素に転化していない従来のベーンで
は炭素材料とアルミニウムが反応して変質して、表面の
一部にヘアークラックが入ったのに対し本発明のベーン
では異常は認められなかった。
Further, in the conventional vane in which the surface layer was not converted to silicon carbide, the carbon material and aluminum reacted and deteriorated, and a hair crack was formed on a part of the surface, whereas an abnormality was recognized in the vane of the present invention. There wasn't.

又、このベーンを相手材ステンレス鋼の回転体に、圧力
588Nで接して摩耗率を測定した結果、表面層を炭化
珪素に転化していない従来のベーンの摩耗率の約1/3
であった。
The wear rate was measured by contacting the vane with a rotating body of stainless steel at a pressure of 588 N. As a result, the wear rate was about 1/3 of that of a conventional vane whose surface layer was not converted to silicon carbide.
Met.

実施例2 実施例1と同じ等方性炭素材料を用いて、同じロータリ
ーエンジン用アペックスシールの形状に機械加工したベ
ーン(1) を作製した。
Example 2 Using the same isotropic carbon material as in Example 1, a vane (1) was machined into the same shape of an apex seal for a rotary engine.

このベーンを炭素粉と二酸化珪素粉の混合粉1kg(モ
ル比3:1)といっしょに黒鉛製容器内に充填し、18
00℃で加熱し、この温度で120分間保持した。
This vane was charged into a graphite container together with 1 kg of a mixed powder of carbon powder and silicon dioxide powder (molar ratio 3: 1),
Heat to 00 ° C. and hold at this temperature for 120 minutes.

この処理の結果、表面から約3.3mmの厚さで未反応
炭素を22重量%含んだβ型炭化珪素に転化したベーン
を得た。
As a result of this treatment, a vane having a thickness of about 3.3 mm and converted into β-type silicon carbide containing 22% by weight of unreacted carbon was obtained.

次にこのベーンに実施例1と同じ方法でアルミニウムを
含浸してショアー硬度90、曲げ強度3210kg/c
の最終製品のベーンを得た。
Next, this vane was impregnated with aluminum in the same manner as in Example 1 to obtain a Shore hardness of 90 and a bending strength of 3210 kg / c.
A final product vane of m 2 was obtained.

このベーンを600℃の空気雰囲気中に置き、100時
間後の酸化消耗率を測定した結果、表面層を炭化珪素に
転化していない従来のベーンの酸化消耗率の約1/15
であった。
This vane was placed in an air atmosphere at 600 ° C., and the oxidation consumption rate after 100 hours was measured. As a result, it was about 1/15 of the oxidation consumption rate of a conventional vane whose surface layer was not converted to silicon carbide.
Met.

又、表面層を炭化珪素に転化していない従来のベーンで
は炭素材料とアルミニウムが反応して変質し、表面の一
部にヘアークラックが入ったのに対し本発明のベーンで
は異常は認められなかった。
Further, in the conventional vane in which the surface layer was not converted to silicon carbide, the carbon material and aluminum reacted and deteriorated, and hair cracks were formed on a part of the surface, whereas no abnormality was observed in the vane of the present invention. It was

又、このベーンを相手材ステンレス鋼の回転体に、圧力
588Nで接して摩耗率を測定した結果、表面層を炭化
珪素に転化していない従来のベーンの摩耗率の約1/4
であった。
The wear rate was measured by contacting this vane with a rotating body made of stainless steel at a pressure of 588 N, and as a result, the wear rate was about 1/4 of that of a conventional vane whose surface layer was not converted to silicon carbide.
Met.

実施例3 実施例1と同じ等方性炭素材料を用いて冷暖房空調機に
用いるロータリー圧縮機のベーンの形状に機械加工し、
実施例1と同様の方法で表面層の一部を炭化珪素に転化
して、アルミニウ含浸を行ない最終製品を作成した。
Example 3 The same isotropic carbon material as used in Example 1 was machined into the shape of a vane of a rotary compressor used for an air conditioner for heating and cooling,
A part of the surface layer was converted to silicon carbide in the same manner as in Example 1 to impregnate aluminum and prepare a final product.

このベーンをロータリー圧縮機に組み込んで摩耗量を測
定した果、表面層を炭化珪素に転化していない従来のベ
ーンの摩耗量の約1/4であった。
As a result of incorporating this vane into a rotary compressor and measuring the amount of wear, it was about 1/4 of the amount of wear of a conventional vane in which the surface layer was not converted to silicon carbide.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明のベーンは、その一部又は
全部を炭化珪素に転化させて成り、炭化珪素に転化した
珪化層中に10重量%以上の炭素が残留しているため、
炭化珪素固有の耐摩耗性付与効果に炭素成分固有の熱伝
導性と摺動特性が加わりベーンの耐摩耗性が大幅に向上
する。
(Effect of the Invention) As described above, the vane of the present invention is formed by converting a part or all of the vane into silicon carbide, and 10% by weight or more of carbon remains in the silicified layer converted to silicon carbide. Because
The wear resistance of the vane is significantly improved by adding the heat conductivity and sliding characteristics peculiar to the carbon component to the effect of giving the wear resistance peculiar to silicon carbide.

又、このベーンの炭化珪素に転化した層は炭素基材自体
を炭化珪素の炭素成分として使っているため、炭素基材
と炭化珪素層の境界には連続組織になっており、剥離や
粉落ち等のトラブルは発生せず安定して使用することが
できる。
In addition, since the layer of this vane converted to silicon carbide uses the carbon base material itself as the carbon component of silicon carbide, it has a continuous structure at the boundary between the carbon base material and the silicon carbide layer, resulting in peeling and powder falling. It can be used stably without any troubles.

一方、ベーンの摺動面などの高温になる部分で起こるア
ルミニウムと炭素材料の反応と、その結果生じる異常摩
耗はこのベーンの場合、アルミニウムと炭化珪素の複合
構造をとることによって完全に解消され、同時に耐酸化
性が向上する。
On the other hand, in the case of this vane, the reaction between the aluminum and the carbon material, which occurs at a high temperature portion such as the sliding surface of the vane, and the resulting abnormal wear are completely eliminated by taking the composite structure of aluminum and silicon carbide, At the same time, the oxidation resistance is improved.

さらに、このベーンは炭化珪素によって強化されるため
従来のベーンに比べ高強度なものを得ることができる。
Further, since this vane is reinforced by silicon carbide, it is possible to obtain a vane having higher strength than the conventional vane.

又、このベーンにあっては、バビットメタルやアルミニ
ウム等の金属を基材中の微細気孔をとおして含浸できる
ので、その強度は非含浸のものに比べて飛躍的な向上を
計ることができる。
Further, in this vane, a metal such as Babbitt metal or aluminum can be impregnated through the fine pores in the substrate, so that the strength thereof can be remarkably improved as compared with the non-impregnated one.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係るロータリーエンジン用アペックス
シールとしてのベーンの斜視図、第2図は第1図のA−
A′断面図、第3図は金属含浸前の第2図A部を拡大し
た模式図、第4図はアルミニウムを含浸した後の第2図
A部を拡大した模式図である。 符号の説明 1……ベーン、 2……未反応炭素を含んだβ炭化珪素に転化した層、 3……炭素基素、 4……β型炭化珪素に転化した部分、 5……未反応炭素部分、 6……微細気孔、 7……微細気孔に含浸されたアルミウム。
FIG. 1 is a perspective view of a vane as an apex seal for a rotary engine according to the present invention, and FIG. 2 is A- in FIG.
FIG. 3 is an enlarged schematic view of an A portion of FIG. 2 before metal impregnation, and FIG. 4 is an enlarged schematic view of an A portion of FIG. 2 after impregnation with aluminum. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vane, 2 ... Layer converted to β silicon carbide containing unreacted carbon, 3 ... Carbon substrate, 4 ... Part converted to β-type silicon carbide, 5 ... Unreacted carbon Part, 6 ... Fine pores, 7 ... Aluminum impregnated into fine pores.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】炭素材料を基材とし、その一部又は全部を
炭化珪素に転化して成るベーンにおいて、 炭化珪素に転化した珪化層の中に10重量%以上の炭素
が残留して成ることを特徴とするベーン。
1. A vane comprising a carbon material as a base material, a part or all of which is converted to silicon carbide, wherein 10% by weight or more of carbon remains in the silicified layer converted to silicon carbide. A vane characterized by.
【請求項2】基材中に金属が含浸されていることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載のベーン。
2. The vane according to claim 1, wherein the base material is impregnated with a metal.
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