JPH0689350B2 - 室温／高温用酸化物系固体潤滑剤 - Google Patents

室温／高温用酸化物系固体潤滑剤

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JPH0689350B2
JPH0689350B2 JP2120435A JP12043590A JPH0689350B2 JP H0689350 B2 JPH0689350 B2 JP H0689350B2 JP 2120435 A JP2120435 A JP 2120435A JP 12043590 A JP12043590 A JP 12043590A JP H0689350 B2 JPH0689350 B2 JP H0689350B2
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friction
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祐嗣 榎本
一徳 梅田
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
    • F16N15/00—Lubrication with substances other than oil or grease; Lubrication characterised by the use of particular lubricants in particular apparatus or conditions
    • 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
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/12—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on chromium oxide
    • 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
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    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/486—Fine ceramics
    • C04B35/488—Composites

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ いくつかの先端技術開発の分野では、大気中あるいは酸
化性雰囲気において室温から1000℃程度の広い温度範囲
で滑らかな動作を必要とする駆動部の潤滑法の開発が望
まれている。
本発明は、このような潤滑のために各種高温機器におい
て利用するのに適した室温／高温用酸化物系固体潤滑剤
に関するものである。
［従来の技術］ 例えば、超音速ジェット燃焼室の流路制御装置、セラミ
ックスガスタービンの燃焼室のシール、MOCVD装置内の
駆動部など、各種高温機器の駆動部では、室温から高温
までの温度変化を受けることが多い。しかし、高温にお
いては油潤滑が不可能で、1000℃程度まで耐久できる固
体潤滑剤もないとなれば、適当な方法を講じて駆動部を
冷却するか、駆動部を高温部から離さなければならず、
それだけ複雑な設計を強いられる。もし、かかる広い温
度範囲で安定な潤滑剤が開発されれば、すでに高温に耐
えられる構造材料は開発されているから、複雑な、ある
いは無理な設計を行うことなく、駆動部を単純化できる
ことになる。
従来から良く利用されている固体潤滑剤としては、Mo
S2、WS2、グラファイト、PTFEなどがあるが、これらの
非酸化物系固体潤滑剤の使用可能な高温範囲は、高々50
0℃であり、いずれも高温で酸化劣化して潤滑性を失
う。
これに対し、酸化物系固体潤滑剤は、高温酸化に対して
当然ながら安定である。しかし、上記非酸化物系固体潤
滑剤よりも高温で潤滑性のある酸化物のPbOも、750℃ま
でしか使用できない。
代表的な酸化物系固体潤滑剤の高温潤滑特性を第４図に
まとめてみたが、非酸化物系の場合の使用限界が350〜5
00℃であるのに対し、酸化物系の場合には、一般的に室
温で摩擦係数が高く、使用温度限界も600〜800℃まで
か、あるいは溶融して高温でのみ潤滑性を示すかのいず
れかである。すなわち、室温から1000℃程度の高温まで
の広い温度範囲で安定な固体潤滑剤はまだ開発されてい
ない。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の技術的課題は、大気中あるいは酸化性雰囲気に
おいて、室温から1000℃程度の高温まで安定的に作用す
る固体潤滑剤を得ることにある。
［課題を解決するための手段・作用］ 上記課題を解決するための本発明の酸化物系固体潤滑剤
滑剤は、Cr2O3及びNa2ZrO3を焼結してなる複合セラミッ
クス焼結体によって構成され、この焼結体が20〜70wt％
のCr2O3を含むことを特徴とするものである。
さらに具体的に説明すると、本来、固体潤滑剤を大気中
あるいは酸化性雰囲気で室温から1000℃の程度の高温ま
で安定的に使用可能するためには、先に説明したよう
に、酸化物系のものが安定性の面から好ましいと考えら
れるが、第４図からわかるように、単一金属酸化物で
は、それを期待することが困難である。
そこで、本発明者は２〜４元系酸化物を対象として長期
にわたり適切な潤滑剤の探索を行い、その結果、上記Cr
2O3及びNa2ZrO3からなる複合セラミックス焼結体が有効
であることを確かめた。
すなわち、本発明者は、予備実験として、各種誘導体酸
化物材料の中から潤滑性においてすぐれていると考えら
れる層状性のある結晶構造のものを選び、それらを圧粉
して大気中900〜1200℃で焼結したものと、単に圧粉し
ただけのものを摩擦試験した。その結果、いずれも摩擦
係数の温度変化が大きく、満足のゆく結果が得られなか
ったが、Na2ZrO3はある温度範囲では低摩擦を示した。
これらの試験は往復動摩擦試験であったので、次の段階
の試験として、層状性の固体潤滑剤の特徴を見出しやす
い一方向摩擦の試験により、Na2ZrO3にしぼって相手摩
擦材料（ステンレス鋼、SUS310S）を変えて行った。そ
の結果、繰返して温度を変化させるにつれて摩擦係数が
低下してゆく現象が見出された。そこで、摩擦試験のの
ちに、摩擦痕を観察・分析したところ相手摩擦材料（ス
テンレス鋼）側からNa2ZrO3の方へクロムが拡散し、黄
緑色に変色していた。すなわち、Cr2O3とNa2ZrO3が複合
して低摩擦面となったものと考えられる。
本発明の固体潤滑剤は、かかる知見に基づいて得られた
ものであり、以下に説明する実験結果からも明らかなよ
うに、Cr2O3及びNa2ZrO3の粉末を混合して圧粉するだけ
ではなく、その圧粉体を焼結してなる複合セラミックス
焼結体によって構成し、しかも上記混合に際して適量の
Cr2O3を含ませることにより構成される。
Cr2O3とNa2ZrO3からなる圧粉体は、それらの粉体を混合
してプレスすることにより得ることができ、それを焼結
することによって複合セラミックス焼結体を得る。Cr2O
3とNa2ZrO3の粉末の混合比は、第１図からわかるよう
に、Cr2O3が20〜70wt％になるような範囲において比較
的低摩擦係数が得られるために有効であるが、Cr2O3が2
5〜50wt％の範囲において一層低い摩擦係数を安定的に
得ることができる。
而して、このような本発明の酸化物系固体潤滑剤によれ
ば、以下の実施例から明らかなように、大気中あるいは
酸化性雰囲気において、室温から1000℃程度の高温まで
の広い温度範囲で、摩擦係数μを0.3〜0.6程度の比較的
低く且つ安定な値に保つことができる。
［実施例］ 以下に本発明の実施例を比較例との関連において示す。
Cr2O3とNa2ZrO3の粉末を化学量論比となるような重量比
率で混合して、めのう乳鉢ですり潰したのち、型にいれ
て、1.6ton/cm2の圧力で５分間圧粉し、16×10×約8mm
に成形した。
混合の比率は、次に示す４通りである。なお、試験片は
２個づつ作成した。２個作成した内の一方は電気炉で焼
成して、圧粉のみのもの（比較例）との比較実験を行っ
た。試験片（１）（３）（５）（７）は圧粉後に焼結を
行ったものであり、試験片（２）（４）（６）（８）は
圧粉のみのものである。
焼成は、電気炉において、1.5時間で室温から1100℃ま
で昇温したのち、その温度に10時間保持し、その後15時
間を掛けて室温まで冷却するというプログラムによって
行った。焼成前は、４種の混合物は同じ緑色であった
が、焼成後は、それぞれ、（１）は褐色、（３）は橙
色、（５）は黄緑色、（７）は黄色となった。
室温／高温摩擦試験は、往復動摩擦試験機を用いて、大
気中室温及び高温で、アルミナを相手にして行った。
試験の結果について、摩擦係数と温度との関係を第２図
Ａ〜Ｄ及び第３図Ａ〜Ｄに示す。
この結果によれば、（１）（３）及び（５）では摩擦係
数に大きな変化がなく、しかも比較的低い値を示してい
るが、（７）では温度上昇と共に低くなっていく傾向が
見られた。特に、試験片（５）では、摩擦係数が0.35
で、温度変化に対して安定な特性を示している。
圧粉のみの試験片は、どれも高い摩擦係数を示している
が、600℃以上になると低くなる傾向がある。これは、
摩擦面が焼成したのと同じような状態になるためと考え
られる。しかし、800℃以上ではホルダ内の試験片が変
形を始めるので、摩擦係数に影響を与えて高い値が表わ
れるものもある。
［発明の効果］ このような本発明の酸化物系固体潤滑剤によれば、大気
中あるいは酸化性雰囲気において、室温から1000℃程度
の高温まで安定的に作用する固体潤滑剤を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例及び比較例の摩擦係数をその変
動範囲と共に示すグラフ、第２図Ａ〜Ｄは本発明及び比
較例における摩擦係数の温度による変化を示すグラフ、
第３図Ａ〜Ｄは比較例における摩擦係数の温度による変
化を示すグラフ、第４図は一般的な酸化物系固体潤滑剤
の高温潤滑特性を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｎ 30:08 40:13 50:08

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Cr2O3及びNa2ZrO3を焼結してなる複合セラ
    ミックス焼結体によって構成され、この焼結体が20〜70
    wt％のCr2O3を含むことを特徴とする室温／高温用酸化
    物系固体潤滑剤。
JP2120435A 1990-05-10 1990-05-10 室温／高温用酸化物系固体潤滑剤 Expired - Lifetime JPH0689350B2 (ja)

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