JPS6230655A - セラミツクス製摺動材料 - Google Patents
セラミツクス製摺動材料Info
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- JPS6230655A JPS6230655A JP60169355A JP16935585A JPS6230655A JP S6230655 A JPS6230655 A JP S6230655A JP 60169355 A JP60169355 A JP 60169355A JP 16935585 A JP16935585 A JP 16935585A JP S6230655 A JPS6230655 A JP S6230655A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sliding
- zirconia
- particles
- alumina
- sintered body
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- Pending
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- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は摺動摩耗が少なく耐久性の高いセラミックス製
摺動材料に関するものである。
摺動材料に関するものである。
[従来の技術]
摺動材料としては金属が主として用いられているが、近
年セラミックスが利用されるようになってぎている。し
かし一般的にセラミックス製摺動材料は摩擦特性が優れ
ているといわれているがセラミックスの摩擦特性につい
てはほとんど解明されていない現状である。
年セラミックスが利用されるようになってぎている。し
かし一般的にセラミックス製摺動材料は摩擦特性が優れ
ているといわれているがセラミックスの摩擦特性につい
てはほとんど解明されていない現状である。
[発明の目的]
本発明は摺動摩擦による粒子脱落の少ないセラミックス
製摺動材料を提供することを目的とする。
製摺動材料を提供することを目的とする。
[発明の要旨]
本発明のセラミックス製摺動材料は実質的に2〜30重
量%のジルコニアと残部実質的にアルミナで構成された
全体が100重量%となる焼結体で、アルミナを主とす
るアルミナ粒子とジルコニアを主とするジルコニア粒子
とが一体的に焼結して混在した構造をもも、摺動摩擦に
よる粒子脱落の少ない特性を有することを特徴とするも
のである。
量%のジルコニアと残部実質的にアルミナで構成された
全体が100重量%となる焼結体で、アルミナを主とす
るアルミナ粒子とジルコニアを主とするジルコニア粒子
とが一体的に焼結して混在した構造をもも、摺動摩擦に
よる粒子脱落の少ない特性を有することを特徴とするも
のである。
本発明者は金属材料を相手材とするセラミックス摺動材
料の摺動特性を詳細に検討した結果、セラミックス製摺
動材料に生ずる大きな摩耗は、セラミックス製摺動材料
を構成するセラミックス粒子が摺動面よりI]+2落し
、さらに脱落した粒子が摺動面を傷つけ、セラミックス
製摺動材料の摩耗を急速に増大することを発見した。発
明者はこの知見に基づき、上記したジルコニア粒子とア
ルミナ粒子とよりなるセラミック支製摺動材料が優れた
耐粒子脱落性を有するすぐれた耐摩耗特性を有すること
発見し本発明を完成したものである。
料の摺動特性を詳細に検討した結果、セラミックス製摺
動材料に生ずる大きな摩耗は、セラミックス製摺動材料
を構成するセラミックス粒子が摺動面よりI]+2落し
、さらに脱落した粒子が摺動面を傷つけ、セラミックス
製摺動材料の摩耗を急速に増大することを発見した。発
明者はこの知見に基づき、上記したジルコニア粒子とア
ルミナ粒子とよりなるセラミック支製摺動材料が優れた
耐粒子脱落性を有するすぐれた耐摩耗特性を有すること
発見し本発明を完成したものである。
本発明のセラミックス製摺動材料は、アルミナを主とす
るアルミナ粒子とジルコニアを主とするジルコニア粒子
とが混在した構造をもつ。ジルコニアの存在量は2〜3
0重量%の範囲内であり、この範囲を越えた場合いずれ
の場合においても耐久性および耐摩耗性が減少する。も
っとも好ましいジルコニアの配合量は5〜20重量%で
ある。
るアルミナ粒子とジルコニアを主とするジルコニア粒子
とが混在した構造をもつ。ジルコニアの存在量は2〜3
0重量%の範囲内であり、この範囲を越えた場合いずれ
の場合においても耐久性および耐摩耗性が減少する。も
っとも好ましいジルコニアの配合量は5〜20重量%で
ある。
なおジルコニアは部分安定化ジルコニアであるのが好ま
しい。この部分安定化ジルコニアとしてはジルコニア9
8.5〜96モル%に対しイツトリア1.5〜4モル%
を含有するものがよい。なJjセラミックス製摺動材料
を構成するアルミナ粒子の平均粒径は4μm以下である
のが好ましい。
しい。この部分安定化ジルコニアとしてはジルコニア9
8.5〜96モル%に対しイツトリア1.5〜4モル%
を含有するものがよい。なJjセラミックス製摺動材料
を構成するアルミナ粒子の平均粒径は4μm以下である
のが好ましい。
本発明のセラミックス製摺動材料はメカニカルシールの
シール材料、工作機械のすべり面を構成するガイド材そ
の他金属製部品と摺接する部分の1習動材料に使用する
ことができる。
シール材料、工作機械のすべり面を構成するガイド材そ
の他金属製部品と摺接する部分の1習動材料に使用する
ことができる。
[試験例]
以下試験例により本発明を説明する。
本発明のセラミック製摺動材料の代表例として、次の焼
結体を用いた。まず、ジルコニアとイツトリアの全量1
00モル%に対してイツトリア3モル%を含む部分安定
化ジルコニア粉末10fflffi%と残部純アルミナ
粉末90重量%とよりなる平均粒径0.6μmのアルミ
ナ粉末と、0.01μm以下のジルコニア原料粉末を混
合し、造粒した。
結体を用いた。まず、ジルコニアとイツトリアの全量1
00モル%に対してイツトリア3モル%を含む部分安定
化ジルコニア粉末10fflffi%と残部純アルミナ
粉末90重量%とよりなる平均粒径0.6μmのアルミ
ナ粉末と、0.01μm以下のジルコニア原料粉末を混
合し、造粒した。
この原料粒を金型に入れ2000 K!+ /cm2の
荷重で圧縮し、グリーンコンパクトを得た。得られたグ
リーンコンパクトを大気下で約1600℃、3時間焼結
して焼結体とした。得られた焼結体はほとんど気孔率0
のものであった。以下この焼結体をジルコニア・アルミ
ナ焼結体と称する。
荷重で圧縮し、グリーンコンパクトを得た。得られたグ
リーンコンパクトを大気下で約1600℃、3時間焼結
して焼結体とした。得られた焼結体はほとんど気孔率0
のものであった。以下この焼結体をジルコニア・アルミ
ナ焼結体と称する。
比較用の焼結体として99.9%以上よりなる粒径0.
6μmの純アルミナ粉末を用いたもの、および、前記純
アルミナ粉に4%のタルク等の無機バインダーを溶かし
たものを用いたもので、いずれも上記した方法で焼結体
を得た。純アルミナ粉末のみを用いた焼結体を純アルミ
ナ焼結体、また、4%の無機バインダを添加した粉末を
用いた焼結体をNアルミナ焼結体と称する。
6μmの純アルミナ粉末を用いたもの、および、前記純
アルミナ粉に4%のタルク等の無機バインダーを溶かし
たものを用いたもので、いずれも上記した方法で焼結体
を得た。純アルミナ粉末のみを用いた焼結体を純アルミ
ナ焼結体、また、4%の無機バインダを添加した粉末を
用いた焼結体をNアルミナ焼結体と称する。
次にこれらの焼結体を高さ9mm、直径11mWlの円
柱状試料に加工した。なお円柱状試料の両端面は表面仕
上加工として鏡面加工とした。
柱状試料に加工した。なお円柱状試料の両端面は表面仕
上加工として鏡面加工とした。
これらの試料を第1図にその概略をを示ず機械試験所型
摩擦試験機で摩耗試験を行った。この試験機は回転基台
1とこの基台1上に固定された相手材2と試料3を保持
する試料台4と荷重軸5とを主な構成としている。相手
材2はアルミニウム合金製(A390)で外径80ma
n、内径4Qmm、厚さ10111111のものである
。試料台4は円盤状でその下面に120度間隔で試料保
持凹部31が同一円周(直径60n+m)上に設けられ
ている。また、その上面゛の中央には凹レンズ状の凹部
となっている。この試料台4と基台1および相手材2は
同軸的に配置されている。加重軸5はその下部が凸レン
ズ状の凸部となっており、試料台4の四部と摺接してい
る。この試M機を用い、試料台4に同一の試料を3個保
持させ、次の試験条件で摩擦試験を実施した。試験条件
は全量190K(1,1個当りの荷重30Kgとし、速
度は0.6/mおよび1.6m/seaの2種類とした
。摺動試験時間は40時間とした。なお、一部の試料に
ついては5時間とした。また、摺動試験中潤滑油を1時
間当り0.36n+lを相手材2の摺動面に滴下した。
摩擦試験機で摩耗試験を行った。この試験機は回転基台
1とこの基台1上に固定された相手材2と試料3を保持
する試料台4と荷重軸5とを主な構成としている。相手
材2はアルミニウム合金製(A390)で外径80ma
n、内径4Qmm、厚さ10111111のものである
。試料台4は円盤状でその下面に120度間隔で試料保
持凹部31が同一円周(直径60n+m)上に設けられ
ている。また、その上面゛の中央には凹レンズ状の凹部
となっている。この試料台4と基台1および相手材2は
同軸的に配置されている。加重軸5はその下部が凸レン
ズ状の凸部となっており、試料台4の四部と摺接してい
る。この試M機を用い、試料台4に同一の試料を3個保
持させ、次の試験条件で摩擦試験を実施した。試験条件
は全量190K(1,1個当りの荷重30Kgとし、速
度は0.6/mおよび1.6m/seaの2種類とした
。摺動試験時間は40時間とした。なお、一部の試料に
ついては5時間とした。また、摺動試験中潤滑油を1時
間当り0.36n+lを相手材2の摺動面に滴下した。
この潤滑油はタービン油である。摺動試験後金試料の摺
動面を顕微鏡により観察した。その後摺動面を、熱リン
酸−硫酸混液でエツチングし再び顕微鏡で観察した。こ
れらの結果を第2図ないし第13図に示す。
動面を顕微鏡により観察した。その後摺動面を、熱リン
酸−硫酸混液でエツチングし再び顕微鏡で観察した。こ
れらの結果を第2図ないし第13図に示す。
第2図〜第5図の顕微鏡写真は本発明のセラミック製摺
動材料の代表例であるジルコニア・アルミナ焼結体のも
ので、第2図および第3図は摺動速度0.6m/sea
のもの、第4図および第5図は摺動速度1.6m/se
cのものである。また、第2図、第4図は摺動面のエツ
チング前の顕微鏡写真で倍率は約300倍である。第3
図、第5図はエツチング後のもので、倍率は約750倍
である。第2図、第4図より摺動面には(習動方向に平
行な線状の傷がみられる。また、囲動試験前の傷と考え
られる摺動力向と平行しない線状の傷もみられ、摺動面
全体の摩耗は極めてすくないと判断される。しかし、摺
動面には黒い粒子状の部分がみられ、しかも、第4図の
写真に多くみられる。
動材料の代表例であるジルコニア・アルミナ焼結体のも
ので、第2図および第3図は摺動速度0.6m/sea
のもの、第4図および第5図は摺動速度1.6m/se
cのものである。また、第2図、第4図は摺動面のエツ
チング前の顕微鏡写真で倍率は約300倍である。第3
図、第5図はエツチング後のもので、倍率は約750倍
である。第2図、第4図より摺動面には(習動方向に平
行な線状の傷がみられる。また、囲動試験前の傷と考え
られる摺動力向と平行しない線状の傷もみられ、摺動面
全体の摩耗は極めてすくないと判断される。しかし、摺
動面には黒い粒子状の部分がみられ、しかも、第4図の
写真に多くみられる。
これらの黒い粒子状の部分が摺動による粒子の剥離した
部分と思われる。このことは第3図、第5図の拡大エツ
チング後真から粒子の剥離に起因することが想像できる
。なお、第3図、第5図のエツチング写真よりこのジル
コニア・アルミナ焼結体のアルミナ粒子の平均粒径は2
.3μmであることがわかる。
部分と思われる。このことは第3図、第5図の拡大エツ
チング後真から粒子の剥離に起因することが想像できる
。なお、第3図、第5図のエツチング写真よりこのジル
コニア・アルミナ焼結体のアルミナ粒子の平均粒径は2
.3μmであることがわかる。
純アルミナ焼結体の顕微鏡写真を第6図〜第9図に示す
。第6図および第7図は摺動速度0.6m/secのも
の、第8図および第9図は摺動速度1、6m/secで
摺動時間を5時間に短縮したものである。第6図と第8
図はエツチング前で倍率約300倍のもの、第7図と第
9図はエツチング後で倍率約750倍のものである。こ
れらの顕微鏡写真では摺動により焼結体の粒子が剥離し
ているのが明確にわかる。なお、この純アルミナ焼結体
を構成するアルミナ粒子の平均粒径は15μmである。
。第6図および第7図は摺動速度0.6m/secのも
の、第8図および第9図は摺動速度1、6m/secで
摺動時間を5時間に短縮したものである。第6図と第8
図はエツチング前で倍率約300倍のもの、第7図と第
9図はエツチング後で倍率約750倍のものである。こ
れらの顕微鏡写真では摺動により焼結体の粒子が剥離し
ているのが明確にわかる。なお、この純アルミナ焼結体
を構成するアルミナ粒子の平均粒径は15μmである。
Nアルミナ焼結体の顕微鏡写真を第10図〜第13図に
示す。第10図および第11図は摺動速度0.611
/secのもの、第12図および第13図は摺動速度1
.6111/secのものである。第10図と第12図
はエツチング前で倍率約300倍のもので、第11図と
第13図はエツチング後でイ8率約750倍のものであ
る。これらの顕微鏡写真では摺動により焼結体の粒子が
剥離しているのが明確にわかる。なお、このNアルミナ
焼結体を構成するアルミナ粒子の平均粒径は5μmであ
る。
示す。第10図および第11図は摺動速度0.611
/secのもの、第12図および第13図は摺動速度1
.6111/secのものである。第10図と第12図
はエツチング前で倍率約300倍のもので、第11図と
第13図はエツチング後でイ8率約750倍のものであ
る。これらの顕微鏡写真では摺動により焼結体の粒子が
剥離しているのが明確にわかる。なお、このNアルミナ
焼結体を構成するアルミナ粒子の平均粒径は5μmであ
る。
本発明のジルコニア・アルミナ焼結体、比較例として用
いた純アルミナ焼結体、Nアルミナ焼結体を比較すると
摺動面の顕微鏡写真より本発明のジルコニア・アルミナ
焼結体の摺動摩耗による摺動面の荒が極めて少ないのが
わかる。また、剥離も小さくかつ少ない。これらの効果
はジルコニア添加により焼結時にアルミナの粒子の成長
が小さく、粒径の小さな焼結体となることおよびジルコ
ニア添加により、粒子と粒子の間の粒界のクランクが生
じにくいためと推察される。
いた純アルミナ焼結体、Nアルミナ焼結体を比較すると
摺動面の顕微鏡写真より本発明のジルコニア・アルミナ
焼結体の摺動摩耗による摺動面の荒が極めて少ないのが
わかる。また、剥離も小さくかつ少ない。これらの効果
はジルコニア添加により焼結時にアルミナの粒子の成長
が小さく、粒径の小さな焼結体となることおよびジルコ
ニア添加により、粒子と粒子の間の粒界のクランクが生
じにくいためと推察される。
[発明の効果]
本発明のセラミックス製摺動材料は摺動によるセラミッ
ク粒子の剥離がすくない。また、アルミナ粒子が極めて
小さいために全剥離量も少なく摺動面が長時間平滑に保
たれる。
ク粒子の剥離がすくない。また、アルミナ粒子が極めて
小さいために全剥離量も少なく摺動面が長時間平滑に保
たれる。
第1図は11!擦試験に使用したS擦試験機の概略断面
図、第2図ないし第13図は試験に使用したセラミック
ス焼結体の摺動面の粒子組織を示す顕微鏡写真図で、第
2図ないし第5図は本発明のジルコニア・アルミナ焼結
体のもの、第6図ないし第9図は純アルミナ焼結体のも
の、第10図ないし第13図はNアルミナ焼結体のもの
である。また、第2図、第6図および第10図は摺動速
度0゜6m/secで摺動試験をしたエツチング前のも
の、第3図、第7図および第11図は摺動速度0.61
/secで摺動試験をしたエツチング後のもの、第4図
、第8図および第12図は摺動速度1.8m7secで
摺動試験をしたエツチング前のもの、第5図、第9図お
よび第13図は摺動速度1.6m/secで摺動試験を
したエツチング後のものを示す。
図、第2図ないし第13図は試験に使用したセラミック
ス焼結体の摺動面の粒子組織を示す顕微鏡写真図で、第
2図ないし第5図は本発明のジルコニア・アルミナ焼結
体のもの、第6図ないし第9図は純アルミナ焼結体のも
の、第10図ないし第13図はNアルミナ焼結体のもの
である。また、第2図、第6図および第10図は摺動速
度0゜6m/secで摺動試験をしたエツチング前のも
の、第3図、第7図および第11図は摺動速度0.61
/secで摺動試験をしたエツチング後のもの、第4図
、第8図および第12図は摺動速度1.8m7secで
摺動試験をしたエツチング前のもの、第5図、第9図お
よび第13図は摺動速度1.6m/secで摺動試験を
したエツチング後のものを示す。
Claims (4)
- (1)実質的に2〜30重量%のジルコニアと残部実質
的にアルミナで構成された全体が100重量部となる焼
結体で、アルミナを主とするアルミナ粒子とジルコニア
を主とするジルコニア粒子とが一体的に焼結して混在し
た構造をもち、摺動摩擦による粒子脱落の少ない特性を
有するセラミックス製摺動材料。 - (2)ジルコニア粒子は部分安定化ジルコニア粒子であ
る特許請求の範囲第1項記載のセラミックス製摺動材料
。 - (3)ジルコニア98.5〜96モル%に対しイットリ
ア1.5〜4モル%を含有する特許請求の範囲第2項記
載のセラミックス製摺動材料。 - (4)アルミナ粒子の平均粒径は4μm以下である特許
請求の範囲第1項記載のセラミックス製摺動材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60169355A JPS6230655A (ja) | 1985-07-31 | 1985-07-31 | セラミツクス製摺動材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60169355A JPS6230655A (ja) | 1985-07-31 | 1985-07-31 | セラミツクス製摺動材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6230655A true JPS6230655A (ja) | 1987-02-09 |
Family
ID=15885035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60169355A Pending JPS6230655A (ja) | 1985-07-31 | 1985-07-31 | セラミツクス製摺動材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6230655A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0323256U (ja) * | 1989-07-17 | 1991-03-11 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5460308A (en) * | 1977-09-14 | 1979-05-15 | Krupp Gmbh | Ceramic formed body for machining metallandd nonmetal processsmaterial* and wearrresisting application* and method of making same |
JPS57100976A (en) * | 1980-12-12 | 1982-06-23 | Sumitomo Electric Industries | Tenacious ceramic material |
JPS57140370A (en) * | 1981-02-23 | 1982-08-30 | Mitsubishi Metal Corp | Manufacture of high tenacity and hardness aluminum oxide base ceramic |
JPS6136166A (ja) * | 1984-07-30 | 1986-02-20 | 株式会社東芝 | コンプレツサ摺動部材 |
-
1985
- 1985-07-31 JP JP60169355A patent/JPS6230655A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5460308A (en) * | 1977-09-14 | 1979-05-15 | Krupp Gmbh | Ceramic formed body for machining metallandd nonmetal processsmaterial* and wearrresisting application* and method of making same |
JPS57100976A (en) * | 1980-12-12 | 1982-06-23 | Sumitomo Electric Industries | Tenacious ceramic material |
JPS57140370A (en) * | 1981-02-23 | 1982-08-30 | Mitsubishi Metal Corp | Manufacture of high tenacity and hardness aluminum oxide base ceramic |
JPS6136166A (ja) * | 1984-07-30 | 1986-02-20 | 株式会社東芝 | コンプレツサ摺動部材 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0323256U (ja) * | 1989-07-17 | 1991-03-11 |
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