JPS6172684A - 高強度・高耐摩耗摺動部材およびその製造方法 - Google Patents

高強度・高耐摩耗摺動部材およびその製造方法

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JPS6172684A JP59194990A JP19499084A JPS6172684A JP S6172684 A JPS6172684 A JP S6172684A JP 59194990 A JP59194990 A JP 59194990A JP 19499084 A JP19499084 A JP 19499084A JP S6172684 A JPS6172684 A JP S6172684A
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西田　勝利
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は高強度・高耐摩耗摺動部材およびその製造方法
に関する。
［発明の技術的背景とその問題点］ 高温度域で使用されるベアリング材等の摺動部材として
窒化ケイ素焼結体で形成されたものが知られている。
このＪ：うな摺動部材の特性は窒化ケイ素焼結体の耐摩
耗性に依存しているが、この耐摩耗性は窒化ケイ素の表
面の粗さや機構等により影響を受は易く、安定した耐摩
耗性を有する窒化ケイ素焼結体を得ることが困難であっ
た。
特に乾式の摺動部材として用いる場合には、使用条件が
苛酷となるため、実用に供し得るものを得ることは非常
に困難であった。
［発明の目的１ 本発明者らは窒化ケイ素焼結体からなる摺動部材の強度
および耐摩耗性を向上すべく鋭意研究を進めた結果、窒
化ケイ素焼結体中に主構成要素として存在する微細窒化
ケイ素粒が長柱状の微細粒であって、かつ緻密度が高い
場合に高強度、高耐摩耗性の摺動部材が得られることを
見出した。
本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、高
強度・高耐摩耗摺動部材およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
［発明の概要１ すなわち本発明の高強度・高耐摩耗摺動部材は、主構成
要素である長柱状のβ相型微細窒化ケイ素、　　　粒と
、全体の１５重量％以下の前記微細窒化ケイ素粒を囲む
粒界層とからなり、前記微細窒化ケイ素粒の長柱径が６
０μ−以下でアスペクト比が５以上であって緻密度が９
８％以上である高強度・高耐摩耗摺動部材を特徴として
いる。
第１図は本発明の高強度・高耐摩耗摺動部材の構成要素
を拡大して示すもので、符号１はβ組型微細窒化ケイ素
粉、２は粒界相を示している。
図示したβ組型微細窒化ケイ素粉の長柱径、すなわち図
のＡの長さは６０μｍ以下であり、かつそのアスペクト
比、すなわち長柱径Ａと短柱径Ｂの比は５以上である。
また、この微細窒化ケイ素粒はβ相型窒化ケイ素から構
成されている。さらに粒界相は全体の１．５重量％以下
、好ましくは１〜１０重最％を占めている。さらに全体
の緻密度（相対密度）は９８％以上とされている。
上記のいずれの要素が範囲外となっても強度が低下した
り、耐摩耗性が低下するので好ましくない。
なお、本発明の高強度・高耐摩耗摺動部材の粒界層には
、酸化イツトリウムのような希土類元素の酸化物、およ
び酸化アルミニウムが含まれていることが望ましい。
このような高強度・高耐摩耗摺動部材は、例えば次に示
す第２の発明により製造される。
すなわち、この高強度・高耐摩耗摺動部材は、希土類元
素の酸化物１０重量％以下、酸化アルミニウム１０重量
％以下、窒化アルミニウム５重量％以下、酸化チタン１
０重量％以下（但し希土類元素の酸化物および酸化アル
ミニウムのいずれも０重量％の場合を除く）とを、希土
類元素の酸化物と酸化アルミニウムの比が０．５〜１０
で、窒化アルミニウムを含む場合は、窒化アルミニウム
と酸化アルミニウムとの比が０．１〜５となるように窒
化ケイ素粉末と混合し、不活性雰囲気下で１６５０〜１
８５０℃の温度で焼結することによって製造される。
ここで上記の希土類元素の酸化物としては、酸化イツト
リウムが適している。また、窒化ケイ素粉末としては、
Ｓｉ　０２を還元して得られるα型のものが好ましい。
第２の発明において、希土類元素の酸化物、酸化アルミ
ニウム、窒化アルミニウム並びに酸化チタンはいずれも
焼結促進剤として機能するもので、希土類元素の酸化物
、酸化アルミニウム、酸化チタンは、それぞれ１０重量
％以下の範囲とされる。
これらの成分が１０重量％を越えると得られる高強度・
高耐摩耗摺動部材の機械的強度および耐熱衝撃性が低下
するようになる。
希土類元素の酸化物と酸化アルミニウムとの比率は０．
５〜１０の範囲が適している。さらに窒化アルミニウム
を含む場合は窒化アルミニウムと酸化アルミニウムとの
比率は０．１〜５の範囲とする必要がある。これらの比
率の範囲を越えると微細窒化／フイ素粉のアスペクト比
が５未満となり易く、いずれも好ましくない。
さらに焼結温度は、１６５０〜１８５０℃の範囲内で行
なうのが適当であり、この温度範囲外ではβ組型微細窒
化ケイ素粉の形成が行われテ１いので好ましくない。な
お、熱処理雰囲気は不活性ガス雰囲気であることが望ま
しく、酸化性雰囲気であると、高温時に窒化ケイ素が酸
化されて酸化ケイ素になり、目的とする高強度・高耐摩
耗摺動部材が得られなくなる。焼結は常圧の炉焼結で行
なってもよいｌｉ＝、雰囲気加圧による焼結も適用でき
、さらにホットプレスで行なうとより好ましいものが得
られる。なお、焼結体にＨＩＰ（ホットアイソスタティ
ックプレス）を適用すると、さらに緻密なものが得られ
る。
［発明の実施例］ 次に本発明の実施例について説明する。
実施例 α相型窒化ケイ素８５％を合む平均粒度１．２μｍの窒
化ケイ素粉末、平均粒度１μｌの酸化イツトリウム粉末
、平均粒［０，５μｍの酸化アルミニウム粉末、平均粒
度１．５μｍの窒化アルミニウム粉末、平均粒度１μｍ
の酸化チタン粉末を次表に示す組成比（重量％）で配合
し、ボールミルにてそれぞれ１０時間混合を行ない原料
粉末を調整した。
１１　　　　　　このようにして調整した原料粉末に有
機バインダーを重量化で７重量％添加混合し、７００ｋ
ｇ／ｃ１／の成形圧で、長さ６０１１、幅４０ｎ、厚さ
１０Ｉ１１の棒状成形体を形成した。この成形体を窒素
ガス中に配置し、１５５０℃で熱処理した後、さらに窒
素ガス雰囲気下で１７００℃で２時間常圧焼結を行ない
、窒化ケイ素セラミックス焼結体を製造した。
このようにして得られたセラミックス焼結体につき、常
温および１３００℃で１０００時間酸化後の時折強度を
測定した。また、それぞれの試料について７ムスラ一試
験機により耐摩耗性を試験した。なお、構成強瓜の値は
３点曲げ強度試験によるもので１試料サイ）Ｃ３ｎ　Ｘ
　３　ｍｉ　ｘ　４０　ｍｍ　１試験条件はクロスヘッ
ドスピードＱ、５ｍｍ／分、スパン２０璽ｌとした。
また、さらに降雪試験試料の破断面を操作電子顕微鏡で
検査し、破断面における窒化ケイ素粉の形状および粒界
層の状態を測定した。これらの測定結果を次表に示す。
（以下余白） （以下余白） なお、表中ＮＯ７，８は比較のために示したものである
。
表から明らかなように本発明の高強度・高耐摩耗摺動部
材は、常圧焼結によっても呪れた強度および耐摩耗性を
有している。
［発明の効宋ｊ 以上説明したように本発明の高強度・＾耐摩耗１ｍ　Ｍ
　５１１材は、高強度、高耐摩耗性を備えており、これ
らの特例の要求される用途に使用することができる。
また、本発明のＴ！ＩＪ造方法によれば、常圧焼結によ
っても優れた特性の高強度・＾耐ＩＩＪ粍摺動部材を製
造することができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の高強度・高耐摩耗摺動部材の微細窒化ケ
イ素粉と粒界層を拡大して示す平面図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）主構成要素である長柱状のβ相型微細窒化ケイ素
    粒と、全体の１５重量％以下の前記微細窒化ケイ素粒を
    囲む粒界層とからなり、前記微細窒化ケイ素粒の長柱径
    が６０μｍ以下でアスペクト比が５以上であって緻密度
    が９８％以上である高強度・高耐摩耗摺動部材。
  2. （２）粒界層が酸化イットリウムおよび酸化アルミニウ
    ムを含んでいる特許請求の範囲第１項記載の高強度・高
    耐摩耗摺動部材。
  3. （３）希土類元素の酸化物１０重量％以下、酸化アルミ
    ニウム１０重量％以下、窒化アルミニウム５重量％以下
    、酸化チタン１０重量％以下（但し希土類元素の酸化物
    および酸化アルミニウムのいずれも０重量％の場合を除
    く）とを希土類元素の酸化物と酸化アルミニウムの比が
    ０．５〜１０となるように窒化ケイ素粒末と混合し、不
    活性雰囲気下で１６５０〜１８５０℃の温度で焼結する
    ことを特徴とする高強度・高耐摩耗摺動部材の製造方法
    。
  4. （４）希土類元素の酸化物が酸化イットリウムである特
    許請求の範囲第３項記載の高強度・高耐摩耗摺動部材の
    製造方法。
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