JPS6227030B2 - - Google Patents
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- JPS6227030B2 JPS6227030B2 JP57009117A JP911782A JPS6227030B2 JP S6227030 B2 JPS6227030 B2 JP S6227030B2 JP 57009117 A JP57009117 A JP 57009117A JP 911782 A JP911782 A JP 911782A JP S6227030 B2 JPS6227030 B2 JP S6227030B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は炭化珪素摺動材に関する。
炭化珪素はダイヤモンド又はB4Cに次ぐ高い硬
度と耐摩耗性、耐食性及び耐熱性を持つすぐれた
材料でありメカニカルシール,軸受など特に高
温,腐食性,雰囲気等苛酷を条件下で超硬合金、
アルミナセラミツク等の従来材を凌駕する摺動材
として注目を集めている。炭化珪素は昇華性の材
料であり一般に焼結がむずかしいとされて来た。
従つて製造法の開発も反応焼結法、カーボン材を
基材とするコンバージヨン法及び化学蒸着法を主
体に進められすでに実用化されたものもある。反
応焼結法は炭化珪素粉末及び炭素粉末を一時的粘
結剤と共に混練後成形し、融点以上の温度の金属
珪素を滲透させ炭素粉末を珪化するもので一般に
10重量%以上もの金属珪素を含有する。従つて摺
動材としての特性は炭素珪素より含有金属珪素に
よつて左右される。コンバージヨン材は形状の自
由度の点で他の方法にない特色があるが基材カー
ボンの持つ空孔が炭化珪素層に残留し、樹脂含浸
による気密化処理を必要とする。従つて特性上樹
脂による制限が大きい。化学蒸着法は炭化珪素層
の組織は非常に優れたものであるが析出速度が遅
く層の厚さは薄いものに限定される。このような
間接的な手法でない焼結法を検討の結果一般のセ
ラミツク材と同じ手段、即ち炭化珪素を微粉砕
し、数%の焼結助剤及び賦形剤を加え混合後成形
する。成形体は雰囲気炉で2000〜2300℃の高温で
焼結し、炭化珪素の理論密度3.21g/cm3の95%以
上の密度の焼結体が得られた。この焼結体は99%
以上の炭化珪素から成り、強度的にも40〜50Kg/
mm2の曲げ強さをもち摺動材として前記の炭化珪素
材にない優れた特性を示すが摩擦係数が大きく、
摩擦損失が大きい欠点を有する。本発明の目的は
この欠点を解消した摺動材を提供することにあ
る。摩擦係数はこのような高純度物質では物質固
有値として低減はむずかしく、減摩性材料の添加
が最も効果が大きいことは容易に推定できる。し
かしながら前述の様に焼結温度が極めて高いこと
から添加材は2200℃以上の融点をもつもので2200
℃の熱履歴をうけても摺動材としての摩擦抵抗を
低減するものであること、SiCの焼結をさまたげ
ないこと及び粒子の脱落を防止すると共に表面の
平滑性を保持するためSiCを何らかの結合状態が
得られることの三点を満足しなければならない。
度と耐摩耗性、耐食性及び耐熱性を持つすぐれた
材料でありメカニカルシール,軸受など特に高
温,腐食性,雰囲気等苛酷を条件下で超硬合金、
アルミナセラミツク等の従来材を凌駕する摺動材
として注目を集めている。炭化珪素は昇華性の材
料であり一般に焼結がむずかしいとされて来た。
従つて製造法の開発も反応焼結法、カーボン材を
基材とするコンバージヨン法及び化学蒸着法を主
体に進められすでに実用化されたものもある。反
応焼結法は炭化珪素粉末及び炭素粉末を一時的粘
結剤と共に混練後成形し、融点以上の温度の金属
珪素を滲透させ炭素粉末を珪化するもので一般に
10重量%以上もの金属珪素を含有する。従つて摺
動材としての特性は炭素珪素より含有金属珪素に
よつて左右される。コンバージヨン材は形状の自
由度の点で他の方法にない特色があるが基材カー
ボンの持つ空孔が炭化珪素層に残留し、樹脂含浸
による気密化処理を必要とする。従つて特性上樹
脂による制限が大きい。化学蒸着法は炭化珪素層
の組織は非常に優れたものであるが析出速度が遅
く層の厚さは薄いものに限定される。このような
間接的な手法でない焼結法を検討の結果一般のセ
ラミツク材と同じ手段、即ち炭化珪素を微粉砕
し、数%の焼結助剤及び賦形剤を加え混合後成形
する。成形体は雰囲気炉で2000〜2300℃の高温で
焼結し、炭化珪素の理論密度3.21g/cm3の95%以
上の密度の焼結体が得られた。この焼結体は99%
以上の炭化珪素から成り、強度的にも40〜50Kg/
mm2の曲げ強さをもち摺動材として前記の炭化珪素
材にない優れた特性を示すが摩擦係数が大きく、
摩擦損失が大きい欠点を有する。本発明の目的は
この欠点を解消した摺動材を提供することにあ
る。摩擦係数はこのような高純度物質では物質固
有値として低減はむずかしく、減摩性材料の添加
が最も効果が大きいことは容易に推定できる。し
かしながら前述の様に焼結温度が極めて高いこと
から添加材は2200℃以上の融点をもつもので2200
℃の熱履歴をうけても摺動材としての摩擦抵抗を
低減するものであること、SiCの焼結をさまたげ
ないこと及び粒子の脱落を防止すると共に表面の
平滑性を保持するためSiCを何らかの結合状態が
得られることの三点を満足しなければならない。
以上の観点から検討を進めた結果、本発明の目
的にかなう物質はMo,Ta,Wもしくはこれらの
炭化物又はC(黒鉛)のみであること、又これら
の物質の粒度範囲、添加割合に制限を設けること
が必要なことを見出した。
的にかなう物質はMo,Ta,Wもしくはこれらの
炭化物又はC(黒鉛)のみであること、又これら
の物質の粒度範囲、添加割合に制限を設けること
が必要なことを見出した。
本発明は、炭化珪素焼結体用原料配合物に対
し、Mo,MoC,Ta,TaC,W,WC及び黒鉛の
群から選ばれる一種以上の粉末を1〜15重量%添
加混合して分散させ、成形及び焼成してなる炭化
珪素摺動材に関する。
し、Mo,MoC,Ta,TaC,W,WC及び黒鉛の
群から選ばれる一種以上の粉末を1〜15重量%添
加混合して分散させ、成形及び焼成してなる炭化
珪素摺動材に関する。
炭化珪素焼結体用原料配合物とは、炭化珪素
(以下SiCと表示する)の粉末,焼結助剤粉及び
炭化可能な有機材料又は炭素粉からなる。炭化珪
素の粉末はα型,β型のいずれで良いが焼成時の
相転移のないことからα型が好ましく、粉末粒度
は1μm以下のものが機械強度が高く好ましい。
焼結助剤の種類は制限されない。炭化可能な有機
材料も制限はないが有機溶剤に可溶で炭化率の大
なフエノール樹脂が好ましい。炭素粉はカーボン
ブラツクを用いる。
(以下SiCと表示する)の粉末,焼結助剤粉及び
炭化可能な有機材料又は炭素粉からなる。炭化珪
素の粉末はα型,β型のいずれで良いが焼成時の
相転移のないことからα型が好ましく、粉末粒度
は1μm以下のものが機械強度が高く好ましい。
焼結助剤の種類は制限されない。炭化可能な有機
材料も制限はないが有機溶剤に可溶で炭化率の大
なフエノール樹脂が好ましい。炭素粉はカーボン
ブラツクを用いる。
Mo,Ta,Wもしくはこれらの炭化物又は黒鉛
の粉末の添加量は上記炭化珪素焼結体用原料配合
物に対し1〜15重量%とされる。1重量%未満で
は添加の効果なく、15重量%を越えると機械的強
度が低下する。粒度は90μm以下が好ましい。
の粉末の添加量は上記炭化珪素焼結体用原料配合
物に対し1〜15重量%とされる。1重量%未満で
は添加の効果なく、15重量%を越えると機械的強
度が低下する。粒度は90μm以下が好ましい。
これらの添加物は焼結SiC粒子の間に一様に分
散固定され有効な減摩作用を発揮する。
散固定され有効な減摩作用を発揮する。
以下製造法の概略を述べる。即ち、平均粒径
0.5μm,比表面積12〜15m2/g程度のSiC微粉末
に焼結助剤としてB化合物、有機材料を加えたも
のに例えば粒径50μm程度のMo粉末を加え混合
する。これにポリビニルアルコール等の賦形剤を
加えプレス成形する。成形物をN2,Ar等の不活
性雰囲気下で2100〜2200℃に約60分熱処理する。
この間Mo粒子は周囲を取り囲む有機材料の炭化
物(炭素)と反応し、その周囲又は全部を炭化物
とし、焼結SiC粒子の間に分散,固定される。こ
の摺動材の摺動面はダイヤモンド砥粒ににより鏡
面研磨するが、研磨面には一定割合のMo又は
MoCの面が一様に分布し、極めて良好な摺動特
性を示した。この場合機械的強度はSiC単独の場
合に比べ低下するが添加割合を規制することによ
り摺動材として充分な値に保つことが出来る。
0.5μm,比表面積12〜15m2/g程度のSiC微粉末
に焼結助剤としてB化合物、有機材料を加えたも
のに例えば粒径50μm程度のMo粉末を加え混合
する。これにポリビニルアルコール等の賦形剤を
加えプレス成形する。成形物をN2,Ar等の不活
性雰囲気下で2100〜2200℃に約60分熱処理する。
この間Mo粒子は周囲を取り囲む有機材料の炭化
物(炭素)と反応し、その周囲又は全部を炭化物
とし、焼結SiC粒子の間に分散,固定される。こ
の摺動材の摺動面はダイヤモンド砥粒ににより鏡
面研磨するが、研磨面には一定割合のMo又は
MoCの面が一様に分布し、極めて良好な摺動特
性を示した。この場合機械的強度はSiC単独の場
合に比べ低下するが添加割合を規制することによ
り摺動材として充分な値に保つことが出来る。
以下実施例について説明する。
実施例 1
平均粒径0.6μm、比表面積14m2/gのα−SiC
微粉末9.2Kg、平均粒径5μmのB4C微粉末0.1
Kg、及びレゾール型フエノール樹脂(炭化率45
%)0.7Kgの合計量に対し最大粒径70μmのMo粉
末1.5Kgを加え、アセトン10Kgを共にボールミル
にて120分間混合した。混合物を凍結乾燥機によ
りアセトンを除去した。乾燥した混合物に賦形剤
として重合度2000のポリビニルアルコール0.05Kg
を水と共に加えボールミルにて30分間混合した。
この混合物を噴霧乾燥機により造粒、乾燥した。
造粒粉を油圧プレスにて1.7〓/cm2の圧力で成形
した。成形物をAr雰囲気の下で2250℃、120分間
焼成した。焼結体には表面をMoCにおおわれた
Mo粒がSiC結晶粒の間に散在し、鏡面に研磨した
摺動面には約5%の面積のMoが散在していた。
微粉末9.2Kg、平均粒径5μmのB4C微粉末0.1
Kg、及びレゾール型フエノール樹脂(炭化率45
%)0.7Kgの合計量に対し最大粒径70μmのMo粉
末1.5Kgを加え、アセトン10Kgを共にボールミル
にて120分間混合した。混合物を凍結乾燥機によ
りアセトンを除去した。乾燥した混合物に賦形剤
として重合度2000のポリビニルアルコール0.05Kg
を水と共に加えボールミルにて30分間混合した。
この混合物を噴霧乾燥機により造粒、乾燥した。
造粒粉を油圧プレスにて1.7〓/cm2の圧力で成形
した。成形物をAr雰囲気の下で2250℃、120分間
焼成した。焼結体には表面をMoCにおおわれた
Mo粒がSiC結晶粒の間に散在し、鏡面に研磨した
摺動面には約5%の面積のMoが散在していた。
実施例 2
平均粒径0.6μm、比表面積14m2/gのα−SiC
微粉末9.2Kg、平均粒径5μmのB4C微粉末0.1
Kg、及びレゾール型フエノール樹脂(炭化率45
%)0.3Kgの合計量に対し、最大粒径80μmのWC
粉末を1.2Kg加え、アセトン10Kgと共にボールミ
ルにて120分間混合した。以下実施例1と同じ処
理をした。焼結体にはWC粒がSiC結晶粒の間に
散在し、摺動面には約5%の面積のWCが散在し
ていた。
微粉末9.2Kg、平均粒径5μmのB4C微粉末0.1
Kg、及びレゾール型フエノール樹脂(炭化率45
%)0.3Kgの合計量に対し、最大粒径80μmのWC
粉末を1.2Kg加え、アセトン10Kgと共にボールミ
ルにて120分間混合した。以下実施例1と同じ処
理をした。焼結体にはWC粒がSiC結晶粒の間に
散在し、摺動面には約5%の面積のWCが散在し
ていた。
実施例 3
人造黒鉛を粉砕し200メツシユ篩にて粗粒を除
いた。この黒鉛粉末を(N2+SiO)雰囲気下2000
℃で1時間熱処理した。黒鉛粉末は表面の数μm
がSiCに転化された。
いた。この黒鉛粉末を(N2+SiO)雰囲気下2000
℃で1時間熱処理した。黒鉛粉末は表面の数μm
がSiCに転化された。
平均粒径0.3μ、平均粒径18m2/gのβ−SiC微
粉末9.2Kg、平均粒径5μmのB4Cの微粉末0.1Kg
及びノボラツク型フエノール樹脂(炭化率50%)
0.2Kgの合計量に対し、上記SiC被覆黒鉛粒0.8Kg
を加え実施例1と同じ処理をした。鏡面研磨した
摺動面には約4%の面積の黒鉛が散在していた。
粉末9.2Kg、平均粒径5μmのB4Cの微粉末0.1Kg
及びノボラツク型フエノール樹脂(炭化率50%)
0.2Kgの合計量に対し、上記SiC被覆黒鉛粒0.8Kg
を加え実施例1と同じ処理をした。鏡面研磨した
摺動面には約4%の面積の黒鉛が散在していた。
実施例 4
膨張黒鉛を機械プレスにより1m/m厚さにプ
レスし、可とう性のある黒鉛板とした。打抜プレ
スにより直径2mm×1mm厚黒鉛板とした。この小
黒鉛板をSiCl4+H2雰囲気下で1350℃で熱処理
し、表面を2μmの厚さにSiC化した。このSiC
被覆黒鉛板を100×100m/m角の石膏型の底部に
規則性を持たせて合計0.5Kgを設置した。平均粒
径0.7μmのα−SiC微粉末9.2Kg、平均粒径5μ
mのB4C粉末0.1Kg、カーボンブラツク0.15Kg、ノ
ニオン系分散剤0.01Kg、水ガラス3号0.05Kg及び
水3.5Kgをボールミルにて60分間混合した。混合
物を上記石膏形に注型した。脱形後150℃で15Hr
熱風乾燥し、水分を取り除いた。成形物をN2雰
囲気下で2300℃60分間焼成した。
レスし、可とう性のある黒鉛板とした。打抜プレ
スにより直径2mm×1mm厚黒鉛板とした。この小
黒鉛板をSiCl4+H2雰囲気下で1350℃で熱処理
し、表面を2μmの厚さにSiC化した。このSiC
被覆黒鉛板を100×100m/m角の石膏型の底部に
規則性を持たせて合計0.5Kgを設置した。平均粒
径0.7μmのα−SiC微粉末9.2Kg、平均粒径5μ
mのB4C粉末0.1Kg、カーボンブラツク0.15Kg、ノ
ニオン系分散剤0.01Kg、水ガラス3号0.05Kg及び
水3.5Kgをボールミルにて60分間混合した。混合
物を上記石膏形に注型した。脱形後150℃で15Hr
熱風乾燥し、水分を取り除いた。成形物をN2雰
囲気下で2300℃60分間焼成した。
本発明による摩擦係数の低減の効果を第1図に
示す。
示す。
実施例より得られたMoC、WC又はCを含む炭
化珪素摺動材のほかTaCを含む炭化珪素摺動材及
び比較の為に従来の炭化珪素焼結体を用意し、摺
動試験を行ない摩擦係数を比較した。即ち、それ
ぞれ外径50mmのリング状試片を作り、冷水中
5m/secの速度で密封圧力と摩擦係数の関係を調
べてその結果を第1図に示す。
化珪素摺動材のほかTaCを含む炭化珪素摺動材及
び比較の為に従来の炭化珪素焼結体を用意し、摺
動試験を行ない摩擦係数を比較した。即ち、それ
ぞれ外径50mmのリング状試片を作り、冷水中
5m/secの速度で密封圧力と摩擦係数の関係を調
べてその結果を第1図に示す。
第1図において、1は実施例1のMoC含有摺
動材、2は実施例2のWC含有摺動材、3は実施
例3の黒鉛含有摺動材、4は実施例4の黒鉛含有
摺動材、5はTaC含有摺動材及び6は従来の炭化
珪素結合体である。
動材、2は実施例2のWC含有摺動材、3は実施
例3の黒鉛含有摺動材、4は実施例4の黒鉛含有
摺動材、5はTaC含有摺動材及び6は従来の炭化
珪素結合体である。
第1図に示す通り本発明になる炭化珪素摺動材
の摩擦係数はSiC単味の焼結体の80%以下の値を
示した。
の摩擦係数はSiC単味の焼結体の80%以下の値を
示した。
本発明になる炭化珪素摺動材は高温度でも化学
的及び機械的に安定な減摩材を含む炭化珪素焼結
体であるが故に耐摩耗性に優れ適度の摩擦特性を
示すので工業上の利用範囲が広い。
的及び機械的に安定な減摩材を含む炭化珪素焼結
体であるが故に耐摩耗性に優れ適度の摩擦特性を
示すので工業上の利用範囲が広い。
第1図は従来の炭化珪素焼結体及び本発明にな
る炭化珪素摺動材の摩擦特性を示すグラフであ
る。 符号の説明、1……MoC含有摺動材、2……
WC含有摺動材、3,4……黒鉛含有摺動材、5
……TaC含有摺動材、6……炭化珪素焼結体。
る炭化珪素摺動材の摩擦特性を示すグラフであ
る。 符号の説明、1……MoC含有摺動材、2……
WC含有摺動材、3,4……黒鉛含有摺動材、5
……TaC含有摺動材、6……炭化珪素焼結体。
Claims (1)
- 1 炭化珪素焼結体用原料配合物に対し、Mo,
MoC,Ta,TaC,W,WC及び黒鉛の群から選ば
れる一種以上の粉末を1〜15重量%添加混合して
分散させ、成形及び焼成してなる炭化珪素摺動
材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57009117A JPS58130165A (ja) | 1982-01-23 | 1982-01-23 | 炭化珪素摺動材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57009117A JPS58130165A (ja) | 1982-01-23 | 1982-01-23 | 炭化珪素摺動材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58130165A JPS58130165A (ja) | 1983-08-03 |
JPS6227030B2 true JPS6227030B2 (ja) | 1987-06-11 |
Family
ID=11711684
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57009117A Granted JPS58130165A (ja) | 1982-01-23 | 1982-01-23 | 炭化珪素摺動材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58130165A (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4525461A (en) * | 1983-12-14 | 1985-06-25 | Kennecott Corporation | Sintered silicon carbide/graphite/carbon composite ceramic body having ultrafine grain microstructure |
US4692418A (en) * | 1984-08-29 | 1987-09-08 | Stemcor Corporation | Sintered silicon carbide/carbon composite ceramic body having fine microstructure |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3966855A (en) * | 1974-02-22 | 1976-06-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Method of fabricating silicon carbide articles |
JPS54143413A (en) * | 1978-04-28 | 1979-11-08 | Sumitomo Electric Industries | Manufacture of hard solid solution containing molybdenum |
JPS5546458A (en) * | 1978-09-29 | 1980-04-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | High freouency heater |
JPS5641875A (en) * | 1979-09-06 | 1981-04-18 | Toshiba Ceramics Co | Mechanical sliding member and its manufacture |
-
1982
- 1982-01-23 JP JP57009117A patent/JPS58130165A/ja active Granted
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3966855A (en) * | 1974-02-22 | 1976-06-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Method of fabricating silicon carbide articles |
JPS54143413A (en) * | 1978-04-28 | 1979-11-08 | Sumitomo Electric Industries | Manufacture of hard solid solution containing molybdenum |
JPS5546458A (en) * | 1978-09-29 | 1980-04-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | High freouency heater |
JPS5641875A (en) * | 1979-09-06 | 1981-04-18 | Toshiba Ceramics Co | Mechanical sliding member and its manufacture |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS58130165A (ja) | 1983-08-03 |
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