JPH0930858A - 摺動性と耐食性に優れたセラミック焼結体 - Google Patents
摺動性と耐食性に優れたセラミック焼結体Info
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- JPH0930858A JPH0930858A JP8079518A JP7951896A JPH0930858A JP H0930858 A JPH0930858 A JP H0930858A JP 8079518 A JP8079518 A JP 8079518A JP 7951896 A JP7951896 A JP 7951896A JP H0930858 A JPH0930858 A JP H0930858A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水中ないし水湿潤状態で使用される摺動部材
を形成するためのセラミック体について、このような水
潤滑下で摩擦抵抗の低い且つ耐摩耗性に優れたセラミッ
ク体を提供することを目的とする。 【解決手段】 アルミナなどの酸化物系セラミック材料
と、鉄、ニッケル、コバルト、これらの酸化物などから
選ばれた一種又は二種以上の摩擦低減剤とから焼結によ
りセラミック体とし、これより摺動部材を形成する。
を形成するためのセラミック体について、このような水
潤滑下で摩擦抵抗の低い且つ耐摩耗性に優れたセラミッ
ク体を提供することを目的とする。 【解決手段】 アルミナなどの酸化物系セラミック材料
と、鉄、ニッケル、コバルト、これらの酸化物などから
選ばれた一種又は二種以上の摩擦低減剤とから焼結によ
りセラミック体とし、これより摺動部材を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水の潤滑下で摺動
部材に使用するに適した摩擦抵抗の低いセラミック焼結
体、及び腐食環境や沸騰水環境下での耐食性に優れたセ
ラミック焼結体に関する。
部材に使用するに適した摩擦抵抗の低いセラミック焼結
体、及び腐食環境や沸騰水環境下での耐食性に優れたセ
ラミック焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決課題】セラミック焼結体を機械部品
の摺動部材や転動部材に使用するには、通常は、油、グ
リース等の潤滑により、潤滑油膜の存在のもとで摺動面
の摩擦抵抗を低下させて使用している。このような油質
潤滑剤の使用できない環境で使用されるものに対して
は、従来技術に、窒化ケイ素−炭化ケイ素質の多孔性セ
ラミックに、固体潤滑剤として、グラファイト、二硫化
モリブテン、窒化ホウ素、フッ素樹脂、パラフィンワッ
クスを含浸させたセラミック摺動部材が提案されている
（特公平５−５０４７５号公報）。
の摺動部材や転動部材に使用するには、通常は、油、グ
リース等の潤滑により、潤滑油膜の存在のもとで摺動面
の摩擦抵抗を低下させて使用している。このような油質
潤滑剤の使用できない環境で使用されるものに対して
は、従来技術に、窒化ケイ素−炭化ケイ素質の多孔性セ
ラミックに、固体潤滑剤として、グラファイト、二硫化
モリブテン、窒化ホウ素、フッ素樹脂、パラフィンワッ
クスを含浸させたセラミック摺動部材が提案されている
（特公平５−５０４７５号公報）。
【０００３】また、切削工具等の耐摩耗性部品について
は、窒化ケイ素相と高密化助剤相との２相マトリックス
中に、硬質耐火材粒子を分散させた複合部品が知られて
おり、硬質耐火材には、チタン、モリブデン、タングス
テン、タンタル等の金属またはその炭化物や窒化物が利
用されている（特開昭５７−５１１７５号公報）。
は、窒化ケイ素相と高密化助剤相との２相マトリックス
中に、硬質耐火材粒子を分散させた複合部品が知られて
おり、硬質耐火材には、チタン、モリブデン、タングス
テン、タンタル等の金属またはその炭化物や窒化物が利
用されている（特開昭５７−５１１７５号公報）。
【０００４】しかしながら、水中ないし水湿潤状態で使
用されるような摺動部材、例えば、水ポンプ用滑り軸受
にあっては、セラミック材料自体に耐水性が要求される
と共に、このような油状の潤滑剤は使用できないことが
多い。そこで、摺動部材が水中で使用されると、摺動面
での摩擦抵抗が大きくなり、摺動部材の移動に大きな駆
動力を要し、寿命も短かくなる。
用されるような摺動部材、例えば、水ポンプ用滑り軸受
にあっては、セラミック材料自体に耐水性が要求される
と共に、このような油状の潤滑剤は使用できないことが
多い。そこで、摺動部材が水中で使用されると、摺動面
での摩擦抵抗が大きくなり、摺動部材の移動に大きな駆
動力を要し、寿命も短かくなる。
【０００５】上記の固体潤滑剤を含浸したセラミック摺
動部材では、セラミック部材を連通多孔性とするために
上記用途には水密性に欠け、高強度が得られ難い。高価
な固体潤滑剤を使用すると製造コスト高になり、また、
固体潤滑剤はセラミックの焼結性を阻害するので緻密化
し難い、など問題があった。また、上記の硬質耐火材粒
子を分散させた複合部品は、高価な難溶融金属やその化
合物を使用するので製造コスト高になり、高密度化・緻
密化のための焼結温度や高密化助剤の選定など焼結条件
の選定が難しく、焼結体の摩擦抵抗も大きいという欠点
があった。
動部材では、セラミック部材を連通多孔性とするために
上記用途には水密性に欠け、高強度が得られ難い。高価
な固体潤滑剤を使用すると製造コスト高になり、また、
固体潤滑剤はセラミックの焼結性を阻害するので緻密化
し難い、など問題があった。また、上記の硬質耐火材粒
子を分散させた複合部品は、高価な難溶融金属やその化
合物を使用するので製造コスト高になり、高密度化・緻
密化のための焼結温度や高密化助剤の選定など焼結条件
の選定が難しく、焼結体の摩擦抵抗も大きいという欠点
があった。
【０００６】さらに、水中でのセラミック摺動部材に
は、酸やアルカリ等の腐食環境や沸騰水の環境の下で使
用されるメカニカルシール、チューブライニング、湯中
浸漬保護管などがあり、これらの用途のセラミックに
は、耐食性が要求されるので、従来は、炭化ケイ素質な
ど非酸化物系セラミックが使用されてきた。炭化ケイ素
などは不活性雰囲気下で高温に焼結する必要があり、焼
結形態が複雑化し、量産困難な材料である。従って、よ
り安価で焼結容易な酸化物系のセラミックで代替したい
ところであるが、アルミナ等の酸化物系のセラミック焼
結体は、酸やアルカリに対して腐食され易く、しかも焼
結容易にするためセラミック純度を低下させるとその腐
食量も大きいという問題があった（例えば、「ニューセ
ラミックス」ｐ２０〜２１（１９９４）地人書館）。
は、酸やアルカリ等の腐食環境や沸騰水の環境の下で使
用されるメカニカルシール、チューブライニング、湯中
浸漬保護管などがあり、これらの用途のセラミックに
は、耐食性が要求されるので、従来は、炭化ケイ素質な
ど非酸化物系セラミックが使用されてきた。炭化ケイ素
などは不活性雰囲気下で高温に焼結する必要があり、焼
結形態が複雑化し、量産困難な材料である。従って、よ
り安価で焼結容易な酸化物系のセラミックで代替したい
ところであるが、アルミナ等の酸化物系のセラミック焼
結体は、酸やアルカリに対して腐食され易く、しかも焼
結容易にするためセラミック純度を低下させるとその腐
食量も大きいという問題があった（例えば、「ニューセ
ラミックス」ｐ２０〜２１（１９９４）地人書館）。
【０００７】本発明は、上記の問題に鑑み、第１に、水
中ないし水湿潤状態で使用される摺動部材を形成するた
めのセラミック焼結体に関して、このような水潤滑下で
低摩擦抵抗性と耐摩耗性に優れた摺動寿命の長いセラミ
ック焼結体を提供しようとするものである。
中ないし水湿潤状態で使用される摺動部材を形成するた
めのセラミック焼結体に関して、このような水潤滑下で
低摩擦抵抗性と耐摩耗性に優れた摺動寿命の長いセラミ
ック焼結体を提供しようとするものである。
【０００８】さらに、本発明は、第２に、アルミナ等の
酸化物系のセラミック焼結体の耐食性を改善して、腐食
環境や沸騰水の環境の下で使用可能なセラミック焼結体
を提供しようとするものである。
酸化物系のセラミック焼結体の耐食性を改善して、腐食
環境や沸騰水の環境の下で使用可能なセラミック焼結体
を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明のセラミック
焼結体は、酸化物セラミック材料を主成分とし、これ
に、摩擦低減剤として、鉄、ニッケル、コバルトの金
属、これらの酸化物、窒化物及び炭化物から選ばれた１
種若しくは２種以上を配合して焼結体とすることによ
り、水潤滑下で摺動性に優れたセラミック焼結体とする
のである。
焼結体は、酸化物セラミック材料を主成分とし、これ
に、摩擦低減剤として、鉄、ニッケル、コバルトの金
属、これらの酸化物、窒化物及び炭化物から選ばれた１
種若しくは２種以上を配合して焼結体とすることによ
り、水潤滑下で摺動性に優れたセラミック焼結体とする
のである。
【００１０】第２の発明は、酸化物セラミック材料を酸
化アルミニウムとし、これに鉄又はその酸化物を配合し
てα−Ａｌ2 Ｏ3 固溶体の単一相の焼結体とすることに
より、酸又はアルカリ水溶液に対する耐食性に優れたセ
ラミック焼結体とするものである。
化アルミニウムとし、これに鉄又はその酸化物を配合し
てα−Ａｌ2 Ｏ3 固溶体の単一相の焼結体とすることに
より、酸又はアルカリ水溶液に対する耐食性に優れたセ
ラミック焼結体とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】第１の発明において、酸化物セラ
ミック材料を主剤にして摩擦低減剤を混合して焼結して
酸化物系セラミック焼結体とするが、酸化物セラミック
材料には、アルミナ、ジルコニア等を使用する。このセ
ラミック材料の焼結体は、水中で長期使用しても耐水性
があり、耐摩耗性もすぐれている。
ミック材料を主剤にして摩擦低減剤を混合して焼結して
酸化物系セラミック焼結体とするが、酸化物セラミック
材料には、アルミナ、ジルコニア等を使用する。このセ
ラミック材料の焼結体は、水中で長期使用しても耐水性
があり、耐摩耗性もすぐれている。
【００１２】摩擦低減剤としては、まず、鉄、ニッケ
ル、コバルトの金属、これら金属の酸化物、窒化物及び
炭化物が使用されるが、摩擦低減剤は、焼結されたセラ
ミック焼結体中に分散されるか、又は、酸化物セラミッ
ク粒子に固溶して存在し、その機構は明らかでないが、
水湿潤下でセラミック焼結体表面の摩擦抵抗を下げて摺
動寿命の長い、即ち、摺動性に優れたセラミック焼結体
となる。
ル、コバルトの金属、これら金属の酸化物、窒化物及び
炭化物が使用されるが、摩擦低減剤は、焼結されたセラ
ミック焼結体中に分散されるか、又は、酸化物セラミッ
ク粒子に固溶して存在し、その機構は明らかでないが、
水湿潤下でセラミック焼結体表面の摩擦抵抗を下げて摺
動寿命の長い、即ち、摺動性に優れたセラミック焼結体
となる。
【００１３】酸化物セラミック材料にアルミナを使用
し、摩擦低減剤に鉄又は酸化鉄を配合したアルミナ質セ
ラミック焼結体では、焼結過程でセラミック材料のアル
ミナ（Ａｉ2 Ｏ3 ）粒子に酸化鉄（おそらくはＦｅ2 Ｏ
3 ）が固溶し、緻密化しており、水潤滑下では、このア
ルミナ固溶体（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）は水酸化物を生じて水
膜に対する親和性を増し、セラミック焼結体を摺動する
ときは摩擦係数を低下させるものと考えられる。このよ
うな水潤滑下での摩擦低減効果は、鉄、ニッケル、コバ
ルトなどの微小な金属粒子がセラミック焼結体に分散し
ている状態でも生じる。
し、摩擦低減剤に鉄又は酸化鉄を配合したアルミナ質セ
ラミック焼結体では、焼結過程でセラミック材料のアル
ミナ（Ａｉ2 Ｏ3 ）粒子に酸化鉄（おそらくはＦｅ2 Ｏ
3 ）が固溶し、緻密化しており、水潤滑下では、このア
ルミナ固溶体（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）は水酸化物を生じて水
膜に対する親和性を増し、セラミック焼結体を摺動する
ときは摩擦係数を低下させるものと考えられる。このよ
うな水潤滑下での摩擦低減効果は、鉄、ニッケル、コバ
ルトなどの微小な金属粒子がセラミック焼結体に分散し
ている状態でも生じる。
【００１４】摩擦低減剤の添加量は、セラミック焼結体
中に１〜３０％（重量％、以下同じ）の範囲とするのが
適当で、１％未満では、摩擦低減の効果が不十分で、他
方、３０％を超過すると、セラミック焼結体の強度が低
下するので、適当でない。
中に１〜３０％（重量％、以下同じ）の範囲とするのが
適当で、１％未満では、摩擦低減の効果が不十分で、他
方、３０％を超過すると、セラミック焼結体の強度が低
下するので、適当でない。
【００１５】酸化物セラミック材料と上記摩擦低減剤と
からセラミック焼結体に形成するには、混合粉を所望形
状に圧縮成形し、この成形品を高温に保持して焼結し、
放冷後に摺動面を研削仕上げを行い、摺動部材とする。
この場合、焼結体の高密化のために焼結助剤を少量配合
してもよい。焼結助剤としては、アルミナ質セラミック
焼結体の場合には、シリカ（ＳｉＯ2 ）、酸化ナトリウ
ム、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）などが
使用され、ジルコニア質セラミック焼結体の場合には、
イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）、マグネシア（ＭｇＯ）が使用
できる。
からセラミック焼結体に形成するには、混合粉を所望形
状に圧縮成形し、この成形品を高温に保持して焼結し、
放冷後に摺動面を研削仕上げを行い、摺動部材とする。
この場合、焼結体の高密化のために焼結助剤を少量配合
してもよい。焼結助剤としては、アルミナ質セラミック
焼結体の場合には、シリカ（ＳｉＯ2 ）、酸化ナトリウ
ム、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）などが
使用され、ジルコニア質セラミック焼結体の場合には、
イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）、マグネシア（ＭｇＯ）が使用
できる。
【００１６】第２の発明は、酸化物セラミック材料とし
て、酸化アルミニウム（アルミナ）粉末を使用し、これ
に鉄又はその酸化物を混合して所望形状に成形し、大気
中で加熱焼結させ、α−Ａｌ2 Ｏ3 固溶体の単一相の焼
結体とする。鉄又はその酸化物は、大気中、即ち、酸化
性雰囲気での加熱により酸化状態でアルミナマトリック
ス中に溶解ないし固溶し、冷却後の焼結体はほぼ完全な
α−Ａｌ2 Ｏ3 単相となり、これにより、冷水や沸騰
水、さらに酸溶液やアルカリ溶液に対する耐食性が良好
になる。
て、酸化アルミニウム（アルミナ）粉末を使用し、これ
に鉄又はその酸化物を混合して所望形状に成形し、大気
中で加熱焼結させ、α−Ａｌ2 Ｏ3 固溶体の単一相の焼
結体とする。鉄又はその酸化物は、大気中、即ち、酸化
性雰囲気での加熱により酸化状態でアルミナマトリック
ス中に溶解ないし固溶し、冷却後の焼結体はほぼ完全な
α−Ａｌ2 Ｏ3 単相となり、これにより、冷水や沸騰
水、さらに酸溶液やアルカリ溶液に対する耐食性が良好
になる。
【００１７】鉄又はその酸化物としては、酸化第二鉄
（Ｆｅ2 Ｏ3 ）がよい。鉄又はその酸化物の配合量は、
焼結体の組織がα−Ａｌ2 Ｏ3 単相となる範囲であり、
セラミック焼結体中にＦｅ2 Ｏ3 換算で０．５〜１８％
が適当である。焼結体中０．５％未満では、α−Ａｌ2
Ｏ3 固溶体による耐食性改善の効果は少なく、他方、１
８％を越えると、添加した酸化鉄がアルミナ中に完全固
溶せずに残った酸化鉄の溶出量が大きくなり、耐食性が
低下する。なお、焼成後の焼結体がα−Ａｌ2 Ｏ3 固溶
体のほぼ完全な単一相であることは、焼結体を試料にし
てＸ線回折を行い、その回折チャート上に金属Ｆｅや酸
化鉄の回折ピークのないことから簡単に確認でき、しか
もこの方法は、実用的である。
（Ｆｅ2 Ｏ3 ）がよい。鉄又はその酸化物の配合量は、
焼結体の組織がα−Ａｌ2 Ｏ3 単相となる範囲であり、
セラミック焼結体中にＦｅ2 Ｏ3 換算で０．５〜１８％
が適当である。焼結体中０．５％未満では、α−Ａｌ2
Ｏ3 固溶体による耐食性改善の効果は少なく、他方、１
８％を越えると、添加した酸化鉄がアルミナ中に完全固
溶せずに残った酸化鉄の溶出量が大きくなり、耐食性が
低下する。なお、焼成後の焼結体がα−Ａｌ2 Ｏ3 固溶
体のほぼ完全な単一相であることは、焼結体を試料にし
てＸ線回折を行い、その回折チャート上に金属Ｆｅや酸
化鉄の回折ピークのないことから簡単に確認でき、しか
もこの方法は、実用的である。
【００１８】鉄又はその酸化物は、アルミナに対する焼
結助剤としての作用があり、アルミナ単独では１６００
℃以上の温度で焼結するが、酸化鉄を添加することによ
り１５００℃程度の低温での焼成で充分に緻密化し、液
相と固相の両方の焼結機構により、焼結体の強度の向上
が図れる。しかも、焼結工程は、大気中での加熱でよい
ので、焼結工程の簡素化と低コスト化に有効である。
結助剤としての作用があり、アルミナ単独では１６００
℃以上の温度で焼結するが、酸化鉄を添加することによ
り１５００℃程度の低温での焼成で充分に緻密化し、液
相と固相の両方の焼結機構により、焼結体の強度の向上
が図れる。しかも、焼結工程は、大気中での加熱でよい
ので、焼結工程の簡素化と低コスト化に有効である。
【００１９】さらに、アルミナに対する鉄又はその酸化
物は、上述の摩擦低減剤（減摩剤）としての作用がある
ので、得られたアルミナ焼結体は、水湿潤ないし浸漬条
件下で使用される摺動部材としての利用が勿論可能であ
り、従って、第２発明のアルミナ焼結体は、酸・アルカ
リ水溶液等の腐食液中での耐食性にすぐれた摺動部材と
しての用途がある。
物は、上述の摩擦低減剤（減摩剤）としての作用がある
ので、得られたアルミナ焼結体は、水湿潤ないし浸漬条
件下で使用される摺動部材としての利用が勿論可能であ
り、従って、第２発明のアルミナ焼結体は、酸・アルカ
リ水溶液等の腐食液中での耐食性にすぐれた摺動部材と
しての用途がある。
【００２０】
〔実施例１〕アルミナ質のセラミック焼結体の例を示す
が、セラミック焼結体は、アルミナ粉末に、摩擦低減剤
として、金属鉄粉、酸化鉄粉（Ｆｅ2 Ｏ3 ）、金属ニッ
ケル粉の３種を選び（粒子径、３種とも５μｍ以下）、
その添加量が０〜３０重量％の範囲になるように変えて
添加混合し、円筒（外径４３ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ７
ｍｍ）に加圧成形した。この成形体を焼結炉中１５００
〜１６００℃で２ｈ加熱して焼結した。焼結体は、円筒
の端面を表面粗さＲａ０．０５〜０．１μｍの鏡面仕上
げをして、摩擦摩耗試験の円筒試料４とした。
が、セラミック焼結体は、アルミナ粉末に、摩擦低減剤
として、金属鉄粉、酸化鉄粉（Ｆｅ2 Ｏ3 ）、金属ニッ
ケル粉の３種を選び（粒子径、３種とも５μｍ以下）、
その添加量が０〜３０重量％の範囲になるように変えて
添加混合し、円筒（外径４３ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ７
ｍｍ）に加圧成形した。この成形体を焼結炉中１５００
〜１６００℃で２ｈ加熱して焼結した。焼結体は、円筒
の端面を表面粗さＲａ０．０５〜０．１μｍの鏡面仕上
げをして、摩擦摩耗試験の円筒試料４とした。
【００２１】この焼結の際には、焼結炉を、鉄粉配合の
ものは大気中雰囲気と還元性雰囲気とに分け、酸化鉄粉
のものは大気中雰囲気で、また、金属ニッケル粉配合の
ものは還元雰囲気で、それぞれ焼結した。
ものは大気中雰囲気と還元性雰囲気とに分け、酸化鉄粉
のものは大気中雰囲気で、また、金属ニッケル粉配合の
ものは還元雰囲気で、それぞれ焼結した。
【００２２】摩擦摩耗試験は、図３に示す試験機の回転
軸１に固定した回転ディスク２の上面２０に、固定用の
支持部材３によって固定された上記円筒試料４の端面
（摺接面）４０が接触するように配置して、支持部材３
と回転軸１の間に一定の荷重（接触面圧０．３９ＭＰ
ａ）を掛けて、潤滑なしの状態で、回転軸１を摺動速度
４ｍ／ｍｉｎで連続回転させて行い、無潤滑（乾燥）時
の摩擦係数を測定した。回転ディスク２には、アルミナ
の焼結体を使用して、その上面（摺接面）２０を同様に
鏡面仕上げしたものを使用した。
軸１に固定した回転ディスク２の上面２０に、固定用の
支持部材３によって固定された上記円筒試料４の端面
（摺接面）４０が接触するように配置して、支持部材３
と回転軸１の間に一定の荷重（接触面圧０．３９ＭＰ
ａ）を掛けて、潤滑なしの状態で、回転軸１を摺動速度
４ｍ／ｍｉｎで連続回転させて行い、無潤滑（乾燥）時
の摩擦係数を測定した。回転ディスク２には、アルミナ
の焼結体を使用して、その上面（摺接面）２０を同様に
鏡面仕上げしたものを使用した。
【００２３】また、回転軸１には、図３に示すように、
水容器５を水密的に嵌装して、容器中の水６が、回転デ
ィスク２と円筒試料の摺動面２０、４０に満たすように
して、水潤滑下で同様の試験を行い、水潤滑下の摩擦係
数を測定した。
水容器５を水密的に嵌装して、容器中の水６が、回転デ
ィスク２と円筒試料の摺動面２０、４０に満たすように
して、水潤滑下で同様の試験を行い、水潤滑下の摩擦係
数を測定した。
【００２４】試験結果は、図１と図２に、セラミック焼
結体中の摩擦低減剤の添加量と摩擦係数の関係としてま
とめてある。図１の乾燥時の摩擦係数は、摩擦低減剤の
添加量を多くしても、摩擦低減剤を添加しないものと摩
擦係数には大差がない。図１及び図２の中で、摩擦低減
剤添加量０％の試料は、いずれも鉄粉を添加した試料と
同じ焼結過程で焼結したものであるが、添加量０％の試
料の水潤滑下の摩擦係数は乾燥時のものとほぼ同じであ
る。このことは、単に水で潤滑するだけで摩擦係数が低
減するものではないことを示している。これに対して、
図２に示すように、添加量５％以上の摩擦低減剤の添加
で水潤滑下での摩擦係数は、顕著に低下し、その効果は
少なくともその添加量３０％までは維持されていること
が判る。また、摩擦低減剤の金属鉄、金属ニッケルと酸
化鉄とでは、摩擦係数の低減効果は殆ど同じ程度であ
り、焼結炉雰囲気の酸化性か還元性かの差異が摩擦係数
に及ぼす影響も小さいと考えてよい。
結体中の摩擦低減剤の添加量と摩擦係数の関係としてま
とめてある。図１の乾燥時の摩擦係数は、摩擦低減剤の
添加量を多くしても、摩擦低減剤を添加しないものと摩
擦係数には大差がない。図１及び図２の中で、摩擦低減
剤添加量０％の試料は、いずれも鉄粉を添加した試料と
同じ焼結過程で焼結したものであるが、添加量０％の試
料の水潤滑下の摩擦係数は乾燥時のものとほぼ同じであ
る。このことは、単に水で潤滑するだけで摩擦係数が低
減するものではないことを示している。これに対して、
図２に示すように、添加量５％以上の摩擦低減剤の添加
で水潤滑下での摩擦係数は、顕著に低下し、その効果は
少なくともその添加量３０％までは維持されていること
が判る。また、摩擦低減剤の金属鉄、金属ニッケルと酸
化鉄とでは、摩擦係数の低減効果は殆ど同じ程度であ
り、焼結炉雰囲気の酸化性か還元性かの差異が摩擦係数
に及ぼす影響も小さいと考えてよい。
【００２５】〔実施例２〕本発明の耐食性のアルミナ質
焼結体についての実施例を以下に示す。まず、アルミナ
粉と酸化第二鉄粉（Ｆｅ2 Ｏ3 ）とを、表１に示す割合
で配合し、エンプラポットを用いて、平均粒径が２．０
μｍ以下になるまで混合粉砕した。この粉砕原料に有機
バインダーを加えて造粒した後に、直径２０ｍｍ×長さ
１０ｍｍの試験片に加圧成形した。各試験片を空気中６
００℃で焼成して脱脂した後直ちに大気中１５００℃で
２ｈの加熱保持して焼成した。この焼成方法は、従来の
方法と同じである。
焼結体についての実施例を以下に示す。まず、アルミナ
粉と酸化第二鉄粉（Ｆｅ2 Ｏ3 ）とを、表１に示す割合
で配合し、エンプラポットを用いて、平均粒径が２．０
μｍ以下になるまで混合粉砕した。この粉砕原料に有機
バインダーを加えて造粒した後に、直径２０ｍｍ×長さ
１０ｍｍの試験片に加圧成形した。各試験片を空気中６
００℃で焼成して脱脂した後直ちに大気中１５００℃で
２ｈの加熱保持して焼成した。この焼成方法は、従来の
方法と同じである。
【００２６】各試験片について、５Ｎ塩酸と５Ｎ水酸化
ナトリウムの水溶液、及び水に対する耐食性を調べた。
常温での浸漬試験ではいずれの水溶液や水にも長期に亘
り試験片には殆ど変化がないので、オートクレーブによ
り１２０℃に加熱した上記塩酸等の水溶液及び熱水に３
日間浸漬して、その腐食減量を測定した。試験結果を表
１にまとめた。
ナトリウムの水溶液、及び水に対する耐食性を調べた。
常温での浸漬試験ではいずれの水溶液や水にも長期に亘
り試験片には殆ど変化がないので、オートクレーブによ
り１２０℃に加熱した上記塩酸等の水溶液及び熱水に３
日間浸漬して、その腐食減量を測定した。試験結果を表
１にまとめた。
【００２７】
【表１】
【００２８】表１から、純アルミナ焼結体よりも、Ｆｅ
2 Ｏ3 を１〜１０％添加したアルミナ質焼結体が耐食性
に優れており、Ｆｅ2 Ｏ3 ２０％の添加は、特に塩酸に
対する耐食性が低下することが判る。
2 Ｏ3 を１〜１０％添加したアルミナ質焼結体が耐食性
に優れており、Ｆｅ2 Ｏ3 ２０％の添加は、特に塩酸に
対する耐食性が低下することが判る。
【００２９】表１の試験片（試験番号２〜５）について
Ｘ線回折試験を行い、その回折図を図４に示すが、Ｆｅ
2 Ｏ3 ２０％添加したＡｌ2 Ｏ3 −Ｆｅ2 Ｏ3 焼結体で
は、Ｆｅ2 Ｏ3 結晶による回折が認められる。しかし、
Ｆｅ2 Ｏ3 １０％以下の添加では、Ｆｅ2 Ｏ3 結晶から
の回折が認められず、実質的にα−Ａｌ2 Ｏ3 相単独の
組織であることがわかる。図５は、Ａｌ2 Ｏ3 −Ｆｅ2
Ｏ3 焼結体についてＸ線回折法により測定したα−Ａｌ
2 Ｏ3 相の（１０４）面の面間隔とＦｅ2 Ｏ3添加量と
の関係を示すが、Ｆｅ2 Ｏ3 添加量２０％までは、Ｆｅ
2 Ｏ3 の添加量増加により（１０４）面間隔は拡大し、
Ｆｅ2 Ｏ3 ２０％以上では当該面間隔が一定となること
が判る。このことから、Ｆｅ2 Ｏ3 添加量がおおよそ１
８％以下では添加したＦｅ2 Ｏ3 はα−Ａｌ2 Ｏ3 相に
ほぼ完全に固溶するが、少なくともＦｅ2 Ｏ3 ２０％以
上では、Ｆｅ2 Ｏ3 相として一部未固溶のまま共存する
ものと考えられる。そして、これらの結晶組織の変化
は、アルミナ質焼結体の塩酸に対する上記の腐食挙動と
よく対応している。
Ｘ線回折試験を行い、その回折図を図４に示すが、Ｆｅ
2 Ｏ3 ２０％添加したＡｌ2 Ｏ3 −Ｆｅ2 Ｏ3 焼結体で
は、Ｆｅ2 Ｏ3 結晶による回折が認められる。しかし、
Ｆｅ2 Ｏ3 １０％以下の添加では、Ｆｅ2 Ｏ3 結晶から
の回折が認められず、実質的にα−Ａｌ2 Ｏ3 相単独の
組織であることがわかる。図５は、Ａｌ2 Ｏ3 −Ｆｅ2
Ｏ3 焼結体についてＸ線回折法により測定したα−Ａｌ
2 Ｏ3 相の（１０４）面の面間隔とＦｅ2 Ｏ3添加量と
の関係を示すが、Ｆｅ2 Ｏ3 添加量２０％までは、Ｆｅ
2 Ｏ3 の添加量増加により（１０４）面間隔は拡大し、
Ｆｅ2 Ｏ3 ２０％以上では当該面間隔が一定となること
が判る。このことから、Ｆｅ2 Ｏ3 添加量がおおよそ１
８％以下では添加したＦｅ2 Ｏ3 はα−Ａｌ2 Ｏ3 相に
ほぼ完全に固溶するが、少なくともＦｅ2 Ｏ3 ２０％以
上では、Ｆｅ2 Ｏ3 相として一部未固溶のまま共存する
ものと考えられる。そして、これらの結晶組織の変化
は、アルミナ質焼結体の塩酸に対する上記の腐食挙動と
よく対応している。
【００３０】
【発明の効果】本発明のセラミック焼結体は、酸化物セ
ラミック材料と、鉄、ニッケル、コバルト、これらの酸
化物などの摩擦低減剤とを混合焼成して形成されるの
で、摩擦低減剤により、水潤滑下で摺動面における摩擦
係数を減じ、摺動抵抗を小さくするので、水潤滑条件の
下で摺動部材として優れており、摺動部材の寿命向上に
有効である。
ラミック材料と、鉄、ニッケル、コバルト、これらの酸
化物などの摩擦低減剤とを混合焼成して形成されるの
で、摩擦低減剤により、水潤滑下で摺動面における摩擦
係数を減じ、摺動抵抗を小さくするので、水潤滑条件の
下で摺動部材として優れており、摺動部材の寿命向上に
有効である。
【００３１】また、酸化物セラミック材料をアルミナと
して、鉄又はその酸化物を配合して大気中で焼結するの
で、鉄酸化物によりアルミナ焼結体の酸やアルカリに対
する耐食性を改善することができ、腐食環境での耐食的
な利用が可能となり、しかも、鉄又はその酸化物は、焼
結性・緻密性を良好にし、摩擦低減剤としての機能も有
するので、アルミナ焼結体は腐食液中での摺動部材とし
ての利用も可能になる。
して、鉄又はその酸化物を配合して大気中で焼結するの
で、鉄酸化物によりアルミナ焼結体の酸やアルカリに対
する耐食性を改善することができ、腐食環境での耐食的
な利用が可能となり、しかも、鉄又はその酸化物は、焼
結性・緻密性を良好にし、摩擦低減剤としての機能も有
するので、アルミナ焼結体は腐食液中での摺動部材とし
ての利用も可能になる。
【００３２】さらに、本発明のセラミック焼結体は、摩
擦低減剤も安価であり、特段の焼結処理を必要としない
ので、コスト高を招くことなく、摺動部材の成形に適し
ている。
擦低減剤も安価であり、特段の焼結処理を必要としない
ので、コスト高を招くことなく、摺動部材の成形に適し
ている。
【図１】セラミック焼結体中摩擦低減剤の添加量と乾燥
潤滑下での摩擦係数との関係を示す図。
潤滑下での摩擦係数との関係を示す図。
【図２】水潤滑下での摩擦係数を示した図１同様図。
【図３】摩擦摩耗試験機の縦断面図。
【図４】Ａｌ2 Ｏ3 −Ｆｅ2 Ｏ3 系焼結体のＸ線回折チ
ャート。
ャート。
【図５】Ａｌ2 Ｏ3 −Ｆｅ2 Ｏ3 系焼結体のα−Ａｌ2
Ｏ3 結晶（４０１）面の面間隔とＦｅ2 Ｏ3 添加量との
関係を示す図。
Ｏ3 結晶（４０１）面の面間隔とＦｅ2 Ｏ3 添加量との
関係を示す図。
１ 回転軸 ２ 回転ディスク ３ 支持部材 ４ 円筒試料 ５ 水容器 ６ 水
Claims (5)
- 【請求項１】 酸化物セラミック材料と、鉄、ニッケ
ル、コバルト、これらの酸化物、窒化物及び炭化物から
選ばれた１種若しくは２種以上の摩擦低減剤とから焼結
して成る水潤滑下で摺動性に優れたセラミック焼結体。 - 【請求項２】 上記セラミック焼結体中の上記摩擦低減
剤の添加量が１〜３０重量％である請求項１記載のセラ
ミック焼結体。 - 【請求項３】 酸化アルミニウム粉末に鉄若しくはその
酸化物を配合して大気中で焼結して成る耐食性に優れた
セラミック焼結体。 - 【請求項４】 酸化アルミニウム粉末に鉄若しくはその
酸化物を配合して大気中で焼結し、α−Ａｌ2 Ｏ3 固溶
体の単一相の焼結体とした耐食性に優れたセラミック焼
結体。 - 【請求項５】 上記セラミック焼結体中の鉄若しくはそ
の酸化物の添加量がＦｅ2 Ｏ3 換算で０．５〜１８重量
％であって、水潤滑下で摺動性と耐酸・耐アルカリ性と
に優れた請求項３記載のセラミック焼結体。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8079518A JPH0930858A (ja) | 1995-05-16 | 1996-03-06 | 摺動性と耐食性に優れたセラミック焼結体 |
| US08/647,762 US5823510A (en) | 1995-05-16 | 1996-05-15 | Sintered ceramics material and disk valve assembly |
| DE1996119719 DE19619719A1 (de) | 1995-05-16 | 1996-05-15 | Gesintertes Keramikmaterial und Scheibenventilanordnung |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-142671 | 1995-05-16 | ||
| JP14267195 | 1995-05-16 | ||
| JP8079518A JPH0930858A (ja) | 1995-05-16 | 1996-03-06 | 摺動性と耐食性に優れたセラミック焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0930858A true JPH0930858A (ja) | 1997-02-04 |
Family
ID=26420535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8079518A Pending JPH0930858A (ja) | 1995-05-16 | 1996-03-06 | 摺動性と耐食性に優れたセラミック焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0930858A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104178651A (zh) * | 2013-05-21 | 2014-12-03 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种制备氧化锆-钨金属陶瓷的方法 |
| WO2019163782A1 (ja) * | 2018-02-21 | 2019-08-29 | 京セラ株式会社 | ポンプ用部材およびプランジャ |
-
1996
- 1996-03-06 JP JP8079518A patent/JPH0930858A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104178651A (zh) * | 2013-05-21 | 2014-12-03 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种制备氧化锆-钨金属陶瓷的方法 |
| WO2019163782A1 (ja) * | 2018-02-21 | 2019-08-29 | 京セラ株式会社 | ポンプ用部材およびプランジャ |
| JPWO2019163782A1 (ja) * | 2018-02-21 | 2021-01-14 | 京セラ株式会社 | ポンプ用部材およびプランジャ |
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