KR102661946B1 - Manufacturing method of a silicon carbide bearing shaft or bearing, cylinder type silicon carbide bearing shaft, and round tube type silicon carbide bearing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링의 제조방법, 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트, 및 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a cylindrical type silicon carbide bearing shaft or a circular tube type silicon carbide bearing, a cylindrical type silicon carbide bearing shaft, and a circular tube type silicon carbide bearing.
Description
본 발명은 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 베어링의 제조방법, 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트, 및 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링에 관한 것이다. The present invention relates to a manufacturing method of a silicon carbide bearing shaft or bearing, a cylindrical type silicon carbide bearing shaft, and a circular tube type silicon carbide bearing.
회전체인 축과 고정체인 축커플링이 결합되어 사용되는 펌프(예: 마그네틱 펌프, 도 6 참조) 등의 장치에는 베어링 장치가 필수적이다. 상기와 같은 베어링 장치에는 윤활성과 내마모성을 동시에 충족시킬 수 있는 베어링 부재가 요구된다. A bearing device is essential for devices such as pumps (e.g. magnetic pumps, see Figure 6) that are used in combination with a rotating chain shaft and a fixed chain shaft coupling. The bearing device described above requires a bearing member that can simultaneously satisfy lubricity and wear resistance.
상기 베어링 부재와 축 또는 축커플링에는 상호간에 높은 마찰력이 발생하게 된다. 따라서 높은 경도, 내마모성 및 내화학적 안정성이 필수적이며, 동시에 원활한 기계작동을 위하여 우수한 윤활성이 함께 요구된다. 또한 열변형을 막기 위하여서 열전도성까지 우수해야 한다.A high frictional force is generated between the bearing member and the shaft or shaft coupling. Therefore, high hardness, wear resistance, and chemical stability are essential, and at the same time, excellent lubricity is required for smooth machine operation. Additionally, it must have excellent thermal conductivity to prevent thermal deformation.
이러한 베어링 부재의 제조에 사용되는 종래의 기술로는 그라파이트 부품을 기계 가공하여 튜브 타입 베어링의 내경에 적용하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이러한 베어링 부재의 경우, 윤활성은 우수하지만, 경도가 낮은 그라파이트의 빠른 마모로 인하여 수명이 짧다는 단점이 있었다. As a conventional technology used to manufacture such bearing members, a method of machining graphite parts and applying them to the inner diameter of a tube-type bearing is known. However, in the case of this bearing member, although it has excellent lubrication, it has the disadvantage of short lifespan due to rapid wear of graphite, which has low hardness.
그러나, 상기와 같은 단점에도 불구하고, 그라파이트를 적용하지 않을 경우에는 베어링 부재의 윤활 성능을 충족하기 어렵다. 그러므로, 그라파이트를 적용하여 우수한 윤활 성능을 확보하면서도 내구성을 확보하여 베어링의 수명을 연장시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다. However, despite the above disadvantages, it is difficult to meet the lubrication performance of the bearing member if graphite is not applied. Therefore, there is a need for the development of technology that can extend the life of bearings by applying graphite to ensure excellent lubrication performance and durability.
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서, The present invention was devised to solve the above problems of the prior art,
실리콘카바이드 기재 상에 그라파이트를 균일하게 적용함으로써 우수한 윤활 성능을 확보하면서도, 충분한 내구성을 확보할 수 있는 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 베어링의 제조방법, 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트, 및 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다. A method of manufacturing a silicon carbide bearing shaft or bearing that can secure sufficient durability while ensuring excellent lubrication performance by uniformly applying graphite on a silicon carbide substrate, a cylindrical type silicon carbide bearing shaft, and a circular tube type silicon carbide bearing. The purpose is to provide
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object, the present invention
a) 그라파이트를 포함하는 원형 튜브 모재의 내주면 또는 외주면에, 중심축의 수직방향에 위치하는 다수개의 원형 홈과 상기 다수개의 원형 홈과 교차하는 다수개의 선형 홈을 형성하는 단계;a) forming a plurality of circular grooves located in a direction perpendicular to the central axis and a plurality of linear grooves intersecting the plurality of circular grooves on the inner or outer peripheral surface of a circular tube base material containing graphite;
b) 상기 홈이 형성된 원형 튜브 모재를 원형 튜브 타입 등방가압 몰드에 삽입하되,b) Insert the circular tube base material on which the groove is formed into a circular tube type isostatic press mold,
상기 내주면에 홈이 형성된 원형 튜브 모재의 경우 등방가압 시 상기 모재의 외주면이 지지될 수 있는 원형 튜브 타입 몰드에 삽입하고, In the case of a circular tube base material with a groove formed on the inner peripheral surface, the outer peripheral surface of the base material is inserted into a circular tube type mold that can be supported when isostatically pressed,
상기 외주면에 홈이 형성된 원형 튜브 모재의 경우 상기 모재의 외주면 반지름보다 소정의 길이만큼 반지름이 큰 원형 튜브 타입 몰드에 삽입하는 단계;In the case of a circular tube base material with a groove formed on the outer peripheral surface, inserting it into a circular tube type mold whose radius is larger than the radius of the outer peripheral surface of the base material by a predetermined length;
c) 상기 내주면에 홈이 형성된 원형 튜브 모재의 경우, 상기 홈 및 내주면에 의해 형성된 중공부에 실리콘카바이드 분말을 충전하며, c) In the case of a circular tube base material with a groove formed on the inner peripheral surface, silicon carbide powder is filled in the hollow portion formed by the groove and the inner peripheral surface,
상기 외주면에 홈이 형성된 원형 튜브 모재의 경우, 상기 홈 및 상기 외주면과 원형 튜브 타입 몰드 사이에 실리콘카바이드 분말을 충전하는 단계;In the case of a circular tube base material having a groove formed on the outer peripheral surface, filling silicon carbide powder between the groove and the outer peripheral surface and a circular tube type mold;
d) 상기 원형 튜브 타입 몰드 내부를 등방가압하여 성형체를 형성하는 단계;d) forming a molded body by isostatically pressing the inside of the circular tube type mold;
e) 상기 등방가압이 완료된 성형체를 가공하되, e) Process the molded body on which the isostatic pressing has been completed,
상기 내주면에 홈이 형성된 성형체의 경우 외주면을 절삭하여 홈에 충전된 실리콘카바이드를 외주면에 노출시키며, In the case of a molded body with a groove formed on the inner peripheral surface, the outer peripheral surface is cut to expose the silicon carbide filled in the groove on the outer peripheral surface,
상기 외주면에 홈이 형성된 성형체의 경우 내주면을 절삭하여 홈에 충전된 실리콘카바이드를 내주면에 노출시키는 단계; 및In the case of a molded body having a groove formed on the outer peripheral surface, cutting the inner peripheral surface to expose the silicon carbide filled in the groove on the inner peripheral surface; and
f) 상기 가공이 완료된 성형품을 소결하는 단계;를 포함하는 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링의 제조방법을 제공한다. f) sintering the processed molded product; providing a method of manufacturing a cylindrical type silicon carbide bearing shaft or a circular tube type silicon carbide bearing including;
또한, 본 발명은 In addition, the present invention
실리콘카바이드를 포함하는 원기둥 기재 및 상기 기재의 외주면에, 다수개의 그라파이트를 포함하는 기둥이 방사형으로 삽입된 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트를 제공한다.Provided is a cylindrical base material containing silicon carbide, and a cylindrical type silicon carbide bearing shaft in which a plurality of pillars containing graphite are radially inserted into the outer peripheral surface of the base material.
또한, 본 발명은In addition, the present invention
실리콘카바이드를 포함하는 원형 튜브 기재 및 상기 기재의 내주면에, 다수개의 그라파이트를 포함하는 기둥이 방사형으로 삽입된 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링을 제공한다.A circular tube type silicon carbide bearing is provided in which a circular tube base material containing silicon carbide and a plurality of pillars containing graphite are radially inserted into the inner peripheral surface of the base material.
본 발명의 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 베어링의 제조방법은 실리콘카바이드 기재 상에 그라파이트를 균일하게 적용함으로써, 우수한 윤활 성능과 충분한 내구성을 동시에 확보할 수 있는 효과를 제공한다.The method of manufacturing a silicon carbide bearing shaft or bearing of the present invention provides the effect of simultaneously securing excellent lubrication performance and sufficient durability by uniformly applying graphite on a silicon carbide substrate.
또한, 본 발명의 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트 및 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링은 우수한 윤활 성능과 충분한 내구성을 제공한다. In addition, the cylindrical type silicon carbide bearing shaft and the circular tube type silicon carbide bearing of the present invention provide excellent lubrication performance and sufficient durability.
도 1는 본 발명에 따른 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트 제조방법의 일 실시형태를 도시한 단면도이다.
도 2은 본 발명에 따른 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링 제조방법의 일 실시형태를 도시한 단면도이다.
도 3는 본 발명의 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트의 일 실시형태를 도시한 사시도이다(일부 투시 형태 포함).
도 4는 본 발명의 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링의 일 실시형태를 도시한 절단 사시도이다(일부 투시 형태 포함).
도 5은 그라파이트 분말과 실리콘카바이드 분말을 단순 혼합하여 금형에서 가압성형하는 경우와 본 발명의 방법으로 등방가압하여 성형하는 경우, 베어링의 각 부분에서 나타나는 성형밀도 차이를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 베어링이 사용되는 마그네틱 펌프의 형태를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a method for manufacturing a cylindrical type silicon carbide bearing shaft according to the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view showing one embodiment of a method for manufacturing a circular tube type silicon carbide bearing according to the present invention.
Figure 3 is a perspective view showing one embodiment of a cylindrical type silicon carbide bearing shaft of the present invention (including some perspective views).
Figure 4 is a cutaway perspective view showing one embodiment of the circular tube type silicon carbide bearing of the present invention (including some perspective forms).
Figure 5 is a graph showing the difference in molding density in each part of the bearing when graphite powder and silicon carbide powder are simply mixed and molded by pressure in a mold and when molded by isostatic pressure using the method of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing the form of a magnetic pump using the bearing of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. Throughout the specification, similar parts are given the same reference numerals.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 베어링의 제조방법의 일 실시형태를 도시한 단면도이다. 본 발명의 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 베어링의 제조방법은 다음의 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:1 and 2 are cross-sectional views showing an embodiment of a method for manufacturing a silicon carbide bearing shaft or bearing according to the present invention. The method for manufacturing a silicon carbide bearing shaft or bearing of the present invention is characterized by comprising the following steps:
a) 그라파이트를 포함하는 원형 튜브 모재(10)의 내주면 또는 외주면에, 중심축의 수직방향에 위치하는 다수개의 원형 홈과 상기 다수개의 원형 홈(12)과 교차하는 다수개의 선형 홈(14)을 형성하는 단계(도 1의 (b) 또는 도 2의 (b)); a) Forming a plurality of circular grooves located in the vertical direction of the central axis and a plurality of linear grooves 14 intersecting the plurality of circular grooves 12 on the inner or outer peripheral surface of the circular tube base material 10 containing graphite. Step ((b) of Figure 1 or (b) of Figure 2);
b) 상기 홈이 형성된 원형 튜브 모재(10)를 원형 튜브 타입 등방가압 몰드(20)에 삽입하되,b) Insert the circular tube base material (10) on which the groove is formed into the circular tube type isostatic press mold (20),
상기 내주면에 홈(12a, 14a)이 형성된 원형 튜브 모재(10)의 경우 등방가압 시 상기 모재의 외주면이 지지될 수 있는 원형 튜브 타입 몰드(20)에 삽입하고(도 1의 (c)), In the case of a circular tube base material 10 having grooves 12a and 14a formed on the inner peripheral surface, the outer peripheral surface of the base material is inserted into a circular tube type mold 20 that can be supported when isostatically pressed (Figure 1(c)),
상기 외주면에 홈(12b, 14b)이 형성된 원형 튜브 모재(10)의 경우 상기 모재의 외주면 반지름보다 소정의 길이만큼 반지름이 큰 원형 튜브 타입 몰드(20)에 삽입하는(도 2의 (c)) 단계;In the case of a circular tube base material 10 having grooves 12b and 14b formed on the outer circumferential surface, it is inserted into a circular tube type mold 20 whose radius is larger than the outer circumferential radius of the base material by a predetermined length (Figure 2(c)). step;
c) 상기 내주면에 홈(12a, 14a)이 형성된 원형 튜브 모재(10)의 경우, 상기 홈(12a, 14a) 및 내주면에 의해 형성된 중공부에 실리콘카바이드(30) 분말을 충전하며(도 1의 (c)), c) In the case of a circular tube base material 10 having grooves 12a and 14a formed on the inner peripheral surface, silicon carbide 30 powder is filled into the hollow portion formed by the grooves 12a and 14a and the inner peripheral surface (see Figure 1). (c)),
상기 외주면에 홈(12b, 14b)이 형성된 원형 튜브 모재(10)의 경우, 상기 홈(12b, 14b) 및 상기 외주면과 원형 튜브 타입 몰드(20) 사이에 실리콘카바이드(30) 분말을 충전하는 단계(도 2의 (c));In the case of a circular tube base material (10) having grooves (12b, 14b) formed on the outer peripheral surface, filling silicon carbide (30) powder between the grooves (12b, 14b) and the outer peripheral surface and the circular tube type mold (20). (Figure 2(c));
d) 상기 원형 튜브 타입 몰드(20) 내부를 등방가압하여 성형체를 형성하는 단계(도 1의 (d) 및 도 2의 (d));d) forming a molded body by isostatically pressing the inside of the circular tube type mold 20 (Figure 1 (d) and Figure 2 (d));
e) 상기 등방가압이 완료된 성형체를 가공하되, e) Process the molded body on which the isostatic pressing has been completed,
상기 내주면에 홈(12a, 14a)이 형성된 성형체의 경우 외주면을 절삭하여 홈에 충전된 실리콘카바이드(30)를 외주면에 노출시키며(도 1, (f)), In the case of a molded body with grooves 12a and 14a formed on the inner peripheral surface, the outer peripheral surface is cut to expose the silicon carbide 30 filled in the groove on the outer peripheral surface (FIG. 1, (f)),
상기 외주면에 홈이 형성된 성형체의 경우 내주면을 절삭하여 홈에 충전된 실리콘카바이드(30)를 내주면에 노출시키는(도 2, (f)) 단계; 및In the case of a molded body having a groove formed on the outer peripheral surface, cutting the inner peripheral surface to expose the silicon carbide 30 filled in the groove on the inner peripheral surface (FIG. 2, (f)); and
f) 상기 가공이 완료된 성형품을 소결하는 단계.f) Sintering the processed molded product.
상기 단계를 거쳐 원기둥 타입(도 1, (f)) 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 원형 튜브 타입(도 2, (f)) 실리콘카바이드 베어링이 제조된다.Through the above steps, a cylindrical type (FIG. 1, (f)) silicon carbide bearing shaft or a circular tube type (FIG. 2, (f)) silicon carbide bearing is manufactured.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 a) 단계에서 다수개의 원형 홈(12)과 상기 다수개의 선형 홈(14)은 내주면 또는 외주면에 균일하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 원형 홈(12)은 상하로 동일한 간격으로 이격되게 형성될 수 있으며, 상기 선형의 홈(14)도 좌우로 동일한 간격으로 이격되게 형성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, in step a), the plurality of circular grooves 12 and the plurality of linear grooves 14 may be uniformly formed on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface. Specifically, the circular grooves 12 may be formed to be spaced apart at equal intervals up and down, and the linear grooves 14 may also be formed to be spaced apart at equal intervals left and right.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 a) 단계에서 상기 다수개의 선형 홈(14)은 원형 튜브 모재의 중심축과 평행하게 형성되거나, 사선 형태로 형성될 수 있다. 상기 선형 홈(14)이 모재의 중심축과 평행하게 형성되는 경우, 상기 서로 교차하는 원형 홈(12)과 선형 홈(14)에 의해 격자형 패턴에 유사한 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 상기 선형 홈(14)이 사선 형태로 형성되는 경우, 상기 서로 교차하는 원형 홈(12)과 선형 홈(14)에 의해 평행사변형 패턴과 유사한 패턴이 형성될 수 있다. In one embodiment of the present invention, in step a), the plurality of linear grooves 14 may be formed parallel to the central axis of the circular tube base material or may be formed in a diagonal shape. When the linear grooves 14 are formed parallel to the central axis of the base material, a pattern similar to a grid pattern may be formed by the circular grooves 12 and linear grooves 14 that intersect each other. Additionally, when the linear grooves 14 are formed in a diagonal shape, a pattern similar to a parallelogram pattern may be formed by the circular grooves 12 and the linear grooves 14 that intersect each other.
상기 a) 단계에서 그라파이트를 포함하는 원형 튜브 모재(10)는 그라파이트와 함께 사용되는 소재로서 이 분야에 공지된 성분을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 그라파이트를 포함하는 원형 튜브 모재는 그라파이트로 제조된 것일 수도 있다. 이 때, 상기 그라파이트로는 등방성 소재가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 공지지된 성분은 예를 들어, 바인더, 분산제, 가소제, 윤활제, 소포제 등 일 수 있다. In step a), the circular tube base material 10 containing graphite is a material used with graphite and may further include components known in the art. Additionally, the circular tube base material containing the graphite may be made of graphite. At this time, an isotropic material may be preferably used as the graphite. The known ingredients may be, for example, binders, dispersants, plasticizers, lubricants, anti-foaming agents, etc.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 a) 단계에서 그라파이트를 포함하는 원형 튜브 모재(10)는 내주면 또는 외주면에 홈을 형성하기 전에 먼저 황삭가공 단계를 수행한 것일 수 있다. 또한, 상기 황상가공 후에 정삭가공을 더 수행한 것일 수 있다. 상기 정삭가공은 예를 들어, 범용 NC 선반을 이용하여 외경 또는 내경을 매끄럽게 가공하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, in step a), the circular tube base material 10 containing graphite may first be subjected to a roughing process before forming grooves on the inner or outer peripheral surface. In addition, finishing processing may have been further performed after the yellowing processing. The finishing process may be, for example, smooth processing of the outer diameter or inner diameter using a general-purpose NC lathe.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 a) 단계에서 원형 홈 및 이와 교차하는 선형 홈의 형성에 의해 패턴을 형성하는 가공은 예를 들어, Q-CUT를 이용하여 수행할 수 있다. 또한, Z축 가공은 범용 밀링을 이용하여 수행할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the processing of forming a pattern by forming a circular groove and a linear groove intersecting the circular groove in step a) may be performed using, for example, Q-CUT. Additionally, Z-axis machining can be performed using general-purpose milling.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 b) 단계에서 등방가압 몰드(20)로는 예를 들어, CIP(cold isostatic pressing) 몰드가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 CIP용 몰드로는 예를 들어, 우레탄 소재 몰드가 사용될 수 있다. In one embodiment of the present invention, for example, a CIP (cold isostatic pressing) mold may be used as the isostatic pressing mold 20 in step b), but is not limited thereto. For example, a urethane mold may be used as the CIP mold.
상기 내주면에 홈(12a, 14a)이 형성된 원형 튜브 모재(10)의 경우 등방가압 시 상기 모재의 외주면이 지지될 수 있는 원형 튜브 타입 몰드(20)에 삽입되는데, 이 때, 상기 원형 튜브 타입 몰드(20)의 내경은 예를 들어, 상기 원형 튜브 모재(10)의 외경보다 더 큰 것을 사용하며, 이 때, 상기 내경이 최대 0.15 mm보다 더 크지 않은 것을 사용하는 것이 등방가압시 성형품의 파손을 방지하기 위하여 바람직하다. In the case of a circular tube base material 10 having grooves 12a and 14a formed on the inner peripheral surface, the outer peripheral surface of the base material is inserted into a circular tube type mold 20 that can be supported when isostatically pressed. At this time, the circular tube type mold For example, the inner diameter of (20) is larger than the outer diameter of the circular tube base material (10). In this case, using an inner diameter no larger than a maximum of 0.15 mm is recommended to prevent damage to the molded product during isostatic pressing. It is desirable to prevent this.
또한, 상기 외주면에 홈(12b, 14b)이 형성된 원형 튜브 모재(10)의 경우 상기 모재의 외주면 반지름보다 소정의 길이만큼 반지름이 큰 원형 튜브 타입 몰드(20)에 삽입되는 데, 이 때 상기 소정의 길이는 최종 성형품의 실리콘카바이드부의 두께를 고려하여 결정될 수 있다. 또한, 상기 원형 튜브 타입 몰드(20)는, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 등방가압 시 원형 튜브 모재(10)의 내주면을 지지할 수 있는 원기둥 타입 지지바를 더 포함한다. 이 때, 상기 원기둥 타입 지지바의 외경은 상기 원형 튜브 모재(10)의 내경보다 작은 것이 사용되며, 이 때, 상기 외경이 최대 0.15 mm보다 더 작지 않은 것을 사용하는 것이 등방가압 시 성형품의 파손을 방지하기 위하여 바람직하다. In addition, in the case of a circular tube base material 10 having grooves 12b and 14b formed on the outer circumferential surface, it is inserted into a circular tube type mold 20 whose radius is larger than the outer circumferential radius of the base material by a predetermined length. The length of can be determined by considering the thickness of the silicon carbide portion of the final molded product. In addition, the circular tube type mold 20 further includes a cylindrical type support bar capable of supporting the inner peripheral surface of the circular tube base material 10 when isostatically pressed, as shown in (c) of FIG. 2. At this time, the outer diameter of the cylindrical support bar is smaller than the inner diameter of the circular tube base material 10, and at this time, the outer diameter of the support bar is not smaller than a maximum of 0.15 mm to prevent damage to the molded product during isostatic pressing. It is desirable to prevent this.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 c) 단계에서 상기 실리콘카바이드(30) 분말 충전시, 상기 실리콘카바이드 분말은 실리콘카바이드 분말을 단독으로 사용하거나, 실리콘카바이드 분말을 바인더 입자와 혼합하여 충전할 수 있다. 이 때, 상기 실리콘카바이드 분말과 바인더 입자의 혼합물은 예를 들어, 실리콘카바이드와 바인더를 혼합하여 과립형태로 제조한 과립 형태일 수 있다. 상기 과립은 분무건조 등의 공지의 제조방법으로 제조될 수 있다. In one embodiment of the present invention, when charging the silicon carbide 30 powder in step c), the silicon carbide powder can be charged by using silicon carbide powder alone or by mixing silicon carbide powder with binder particles. there is. At this time, the mixture of the silicon carbide powder and binder particles may be, for example, in the form of granules prepared by mixing silicon carbide and a binder. The granules can be manufactured by known manufacturing methods such as spray drying.
또한, 상기 실리콘카바이드 분말, 또는 실리콘카바이드 분말과 바인더 입자의 혼합물은 이 분야에서 통상적으로 사용하는 분산제, 가소제, 윤활제, 소포제 등의 추가 성분들을 더 포함할 수 있다.In addition, the silicon carbide powder or a mixture of silicon carbide powder and binder particles may further include additional ingredients such as dispersants, plasticizers, lubricants, and anti-foaming agents commonly used in this field.
상기 실리콘카바이드는 이 분야에 공지된 것이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 반응소결실리콘카바이드, 고상소결실리콘카바이드, 액상소결실리콘카바이드 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.The silicon carbide may be one known in the art, and for example, one or more types selected from the group consisting of reaction sintered silicon carbide, solid phase sintered silicon carbide, liquid phase sintered silicon carbide, etc. may be used.
또한, 상기 바인더, 분산제, 가소제, 윤활제, 소포제 등은 이 분야에서 공지된 성분을 제한없이 사용할 수 있다.In addition, the binder, dispersant, plasticizer, lubricant, anti-foaming agent, etc. may be ingredients known in the art without limitation.
상기 c)단계에서 실리콘카바이드를 충전하는 단계에서는 충전물을 밀도 있게 충전하기 위하여 바이브레이터, 초음파 등 이 분야에서 사용되는 공지의 장치가 사용될 수 있다. In the step c) of charging silicon carbide, known devices used in this field, such as vibrators and ultrasonic waves, can be used to densely charge the filling.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 d) 단계에서 등방가압은 실리콘카바이드 분말의 충전이 완료된 후, 등방가압 몰드를 밀봉한 상태에서 진행될 수 있다. 이 때, 등방가압은 600~2400kg/cm2, 바람직하게는 800~1600kg/cm2, 더욱 바람직하게는 1000~1400kg/cm2 압력으로 수행될 수 있다. 이 때, 압력은 예를 들어, 2분 내지 10분간, 바람직하게는 3분 내지 5분간 유지한다. 이 후, 2분 내지 10분, 3분 내지 7분간 압력을 제거해 준다. In one embodiment of the present invention, the isostatic pressurization in step d) may be performed after the filling of the silicon carbide powder is completed and the isostatic pressurization mold is sealed. At this time, isostatic pressing may be performed at a pressure of 600 to 2400 kg/cm 2 , preferably at a pressure of 800 to 1600 kg/cm 2 , and more preferably at a pressure of 1000 to 1400 kg/cm 2 . At this time, the pressure is maintained for, for example, 2 to 10 minutes, preferably 3 to 5 minutes. After this, the pressure is removed for 2 to 10 minutes and 3 to 7 minutes.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 e) 단계의 성형체 가공은 등방가압 몰드(20)로부터 성형체를 분리한 후 수행된다. 이 때, 가공은 이 분야에 공지된 다양한 형태로 수행될 수 있으며, 예를 들어, 그린 가공을 수행한다. 상기 그린 가공은 예를 들어, 범용 NC 선반을 이용하여 외경 및/또는 내경을 가공하는 방식으로 수행될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the molded body processing in step e) is performed after separating the molded body from the isostatic pressing mold 20. At this time, processing may be performed in various forms known in the art, for example, green processing. The green processing may be performed, for example, by machining the outer diameter and/or inner diameter using a general-purpose NC lathe.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 f) 단계의 성형품 소결은 1200℃~2200℃의 온도로 수행될 수 있으며, 구체적으로 반응소결의 경우는 1500℃~1600℃, 상압소결의 경우는 2000℃~2200℃, 액상소결의 경우는 1700℃~1900℃로 수행될 수 있다. 또한, 상기 소결은 진공소결로에 의해 수행될 수 있으며, 이 때 소결 시간은 5분~ 3시간, 바람직하게는 10분 내지 1시간 동안 수행될 수 있다. 상기 소결에 의해 용융 실리콘의 침투 반응이 수행된다. In one embodiment of the present invention, the sintering of the molded product in step f) may be performed at a temperature of 1200°C to 2200°C, specifically 1500°C to 1600°C in the case of reaction sintering and 2000°C in the case of normal pressure sintering. It can be performed at ~2200℃, and in the case of liquid phase sintering, it can be performed at 1700℃~1900℃. Additionally, the sintering may be performed by a vacuum sintering furnace, and in this case, the sintering time may be 5 minutes to 3 hours, preferably 10 minutes to 1 hour. By the sintering, a penetration reaction of molten silicon is carried out.
도 5은 그라파이트 분말과 실리콘카바이드 분말을 단순 혼합하여 금형에서 가압성형하는 경우와 본 발명의 방법으로 등방가압하여 성형하는 경우, 베어링의 각 부분에서 나타나는 성형밀도 차이를 나타낸 그래프이다. Figure 5 is a graph showing the difference in molding density in each part of the bearing when graphite powder and silicon carbide powder are simply mixed and molded by pressure in a mold and when molded by isostatic pressure using the method of the present invention.
도 5에서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 의한 베어링의 경우, 전체 범위에서 균일한 밀도가 형성된 것을 확인할 수 있다. 반면, 그라파이트 분말과 실리콘카바이드 분말을 단순 혼합하여 금형에서 가압성형하는 경우 위치에 따라 성형밀도가 큰 차이가 남을 확인할 수 있다. As can be seen in Figure 5, in the case of the bearing according to the present invention, it can be confirmed that uniform density was formed in the entire range. On the other hand, when graphite powder and silicon carbide powder are simply mixed and pressure molded in a mold, it can be seen that there is a large difference in molding density depending on the location.
도 3은 본 발명의 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트(100)의 일 실시형태를 도시한 사시도이다(일부 투시 형태 포함). 본 발명은, 도 3에 도시된 바와 같이, 원기둥 형태를 갖는 실리콘카바이드(30)를 포함하는 기재 및 상기 기재의 외주면에, 다수개의 그라파이트를 포함하는 기둥(16)이 방사형으로 삽입된 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트(100)을 제공한다. Figure 3 is a perspective view showing one embodiment of the cylindrical type silicon carbide bearing shaft 100 of the present invention (including some perspective views). The present invention, as shown in FIG. 3, is a cylindrical silicon base material including silicon carbide 30 having a cylindrical shape and a pillar 16 containing a plurality of graphite radially inserted into the outer peripheral surface of the base material. A carbide bearing shaft 100 is provided.
상기 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트(100)에 대해서는 위의 제조방법에서 기술된 내용이 모두 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 이하에서 중복되는 내용은 생략한다. All contents described in the above manufacturing method can be equally applied to the cylindrical type silicon carbide bearing shaft 100. Therefore, redundant content will be omitted below.
상기 실리콘카바이드(30)를 포함하는 기재로는 실리콘카바이드로 제조된 기재, 실리콘카바이드와 바인더를 포함하여 제조된 기재 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 실리콘카바이드를 포함하는 기재 및 실리콘카바이드와 바인더를 포함하여 제조된 기재는 분산제, 가소제, 윤활제, 소포제 등 이 분야에서 공지된 성분을 더 포함할 수 있다. As the substrate containing the silicon carbide 30, a substrate made of silicon carbide, a substrate manufactured including silicon carbide and a binder, etc. may be used. In addition, the substrate containing silicon carbide and the substrate manufactured including silicon carbide and a binder may further contain ingredients known in the art, such as dispersants, plasticizers, lubricants, and anti-foaming agents.
상기 실리콘카바이드로는 반응소결실리콘카바이드, 고상소결실리콘카바이드, 액상소결실리콘카바이드 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.As the silicon carbide, one or more types selected from the group consisting of reaction sintered silicon carbide, solid phase sintered silicon carbide, liquid phase sintered silicon carbide, etc. may be used.
상기 그라파이트를 포함하는 기둥(16)은 그라파이트와 함께 사용되는 소재로서 이 분야에 공지된 성분을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 그라파이트를 포함하는 원형 튜브 모재는 그라파이트로 제조된 것일 수도 있다. 이 때, 상기 그라파이트로는 등방성 소재가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 공지지된 성분은 예를 들어, 바인더, 분산제, 가소제, 윤활제, 소포제 등 일 수 있다.The pillar 16 containing the graphite is a material used in conjunction with graphite and may further include components known in the art. Additionally, the circular tube base material containing the graphite may be made of graphite. At this time, an isotropic material may be preferably used as the graphite. The known ingredients may be, for example, binders, dispersants, plasticizers, lubricants, anti-foaming agents, etc.
상기 그라파이트를 포함하는 기둥(16)은 실리콘카바이드를 포함하는 기재의 중심축에 수직방향으로 배치될 수 있다. The pillar 16 containing the graphite may be arranged in a vertical direction to the central axis of the substrate containing silicon carbide.
상기 그라파이트를 포함하는 기둥들(16)은 서로 이격되어 위치되며, 외주면에 균일하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 그라파이드 기둥들(16)은 동일한 치수를 가지며, 동일한 간격으로 배치된 것일 수 있다. The pillars 16 containing the graphite are spaced apart from each other and may be uniformly arranged on the outer peripheral surface. For example, the graphite pillars 16 may have the same dimensions and be arranged at equal intervals.
상기 그라파이트를 포함하는 기둥(16)은 형태가 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 원기둥, 다각기둥 등일 수 있다. The shape of the pillar 16 containing the graphite is not particularly limited, but may be, for example, a cylinder, a polygonal pillar, etc.
상기 그라파이트를 포함하는 기둥(16)의 길이는 예를 들어, 상기 기재의 반지름을 기준으로 반지름의 1 내지 95%, 5 내지 90%, 20 내지 70%, 또는 30 내지 50%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The length of the pillar 16 containing the graphite may be, for example, 1 to 95%, 5 to 90%, 20 to 70%, or 30 to 50% of the radius based on the radius of the substrate. It is not limited.
도 4는 본 발명의 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링의 일 실시형태를 도시한 절단 사시도이다(일부 투시 형태 포함). 본 발명은, 도 4에 도시된 바와 같이, 원형 튜브 형태를 갖는 실리콘카바이드(30)를 포함하는 기재 및 상기 기재의 내주면에, 다수개의 그라파이트를 포함하는 기둥(16)이 방사형으로 삽입된 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링(200)을 제공한다.Figure 4 is a cutaway perspective view showing one embodiment of the circular tube type silicon carbide bearing of the present invention (including some perspective forms). The present invention, as shown in FIG. 4, is a circular tube in which a substrate including silicon carbide 30 having a circular tube shape and a pillar 16 including a plurality of graphite are radially inserted into the inner peripheral surface of the substrate. Type silicon carbide bearing (200) is provided.
상기 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링(200)에 대해서는 위의 제조방법에서 기술된 내용이 모두 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 이하에서 중복되는 내용은 생략한다. For the circular tube type silicon carbide bearing 200, the contents described in the above manufacturing method can be equally applied. Therefore, redundant content will be omitted below.
상기 실리콘카바이드를 포함하는 기재(30)로는 실리콘카바이드로 제조된 기재, 실리콘카바이드와 바인더를 포함하여 제조된 기재 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 실리콘카바이드를 포함하는 기재 및 실리콘카바이드와 바인더를 포함하여 제조된 기재는 분산제, 가소제, 윤활제, 소포제 등 이 분야에서 공지된 성분을 더 포함할 수 있다. As the substrate 30 containing silicon carbide, a substrate made of silicon carbide, a substrate made of silicon carbide and a binder, etc. may be used. In addition, the substrate containing silicon carbide and the substrate manufactured including silicon carbide and a binder may further contain ingredients known in the art, such as dispersants, plasticizers, lubricants, and anti-foaming agents.
상기 실리콘카바이드로는 반응소결실리콘카바이드, 고상소결실리콘카바이드, 액상소결실리콘카바이드 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.As the silicon carbide, one or more types selected from the group consisting of reaction sintered silicon carbide, solid phase sintered silicon carbide, liquid phase sintered silicon carbide, etc. may be used.
상기 그라파이트를 포함하는 기둥(16)은 그라파이트와 함께 사용되는 소재로서 이 분야에 공지된 성분을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 그라파이트를 포함하는 원형 튜브 모재는 그라파이트로 제조된 것일 수도 있다. 이 때, 상기 그라파이트로는 등방성 소재가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 공지지된 성분은 예를 들어, 바인더, 분산제, 가소제, 윤활제, 소포제 등 일 수 있다. The pillar 16 containing the graphite is a material used in conjunction with graphite and may further include components known in the art. Additionally, the circular tube base material containing the graphite may be made of graphite. At this time, an isotropic material may be preferably used as the graphite. The known ingredients may be, for example, binders, dispersants, plasticizers, lubricants, anti-foaming agents, etc.
상기 그라파이트를 포함하는 기둥(16)은 기재의 중심축에 수직방향으로 배치된 것일 수 있다.The pillar 16 containing the graphite may be arranged perpendicular to the central axis of the substrate.
상기 그라파이트를 포함하는 기둥들(16)은 서로 이격되어 위치되며, 내주면에 균일하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 그라파이드 기둥들(16)은 동일한 치수를 가지며, 동일한 간격으로 배치된 것일 수 있다. The pillars 16 containing the graphite are positioned spaced apart from each other and may be uniformly arranged on the inner peripheral surface. For example, the graphite pillars 16 may have the same dimensions and be arranged at equal intervals.
상기 그라파이트를 포함하는 기둥(16)은 형태가 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 원기둥, 다각기둥 등일 수 있다. The shape of the pillar 16 containing the graphite is not particularly limited, but may be, for example, a cylinder, a polygonal pillar, etc.
상기 그라파이트를 포함하는 기둥(16)의 길이는 예를 들어, 상기 기재의 두께를 기준으로 두께의 1 내지 100%, 1 내지 95%, 5 내지 90%, 20 내지 70%, 또는 30 내지 50%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The length of the pillar 16 containing the graphite is, for example, 1 to 100%, 1 to 95%, 5 to 90%, 20 to 70%, or 30 to 50% of the thickness based on the thickness of the substrate. It may be, but is not limited to this.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. falls within the scope of rights.
10: 그라파이트를 포함하는 원형 튜브 모재
12, 12a, 12b: 원형 홈
14, 14a, 14b: 선형 홈
16: 그라파이트를 포함하는 기둥,
20: 등방가압 몰드
30: 실리콘카바이드
100: 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트
200: 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링10: Circular tube base material containing graphite
12, 12a, 12b: circular groove
14, 14a, 14b: linear groove
16: Column containing graphite,
20: Isostatic press mold
30: Silicon carbide
100: Cylindrical type silicon carbide bearing shaft
200: Round tube type silicon carbide bearing
Claims (12)
b) 상기 홈이 형성된 원형 튜브 모재를 원형 튜브 타입 등방가압 몰드에 삽입하되,
상기 내주면에 홈이 형성된 원형 튜브 모재의 경우 등방가압 시 상기 모재의 외주면이 지지될 수 있는 원형 튜브 타입 몰드에 삽입하고,
상기 외주면에 홈이 형성된 원형 튜브 모재의 경우 상기 모재의 외주면 반지름보다 소정의 길이만큼 반지름이 큰 원형 튜브 타입 몰드에 삽입하는 단계;
c) 상기 내주면에 홈이 형성된 원형 튜브 모재의 경우, 상기 홈 및 내주면에 의해 형성된 중공부에 실리콘카바이드 분말을 충전하며,
상기 외주면에 홈이 형성된 원형 튜브 모재의 경우, 상기 홈 및 상기 외주면과 원형 튜브 타입 몰드 사이에 실리콘카바이드 분말을 충전하는 단계;
d) 상기 원형 튜브 타입 몰드 내부를 등방가압하여 성형체를 형성하는 단계;
e) 상기 등방가압이 완료된 성형체를 가공하되,
상기 내주면에 홈이 형성된 성형체의 경우 외주면을 절삭하여 홈에 충전된 실리콘카바이드를 외주면에 노출시키며,
상기 외주면에 홈이 형성된 성형체의 경우 내주면을 절삭하여 홈에 충전된 실리콘카바이드를 내주면에 노출시키는 단계; 및
f) 상기 가공이 완료된 성형품을 소결하는 단계;를 포함하는 원기둥 타입 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 원형 튜브 타입 실리콘카바이드 베어링의 제조방법. a) forming a plurality of circular grooves located in a direction perpendicular to the central axis and a plurality of linear grooves intersecting the plurality of circular grooves on the inner or outer peripheral surface of a circular tube base material containing graphite;
b) Insert the circular tube base material on which the groove is formed into a circular tube type isostatic press mold,
In the case of a circular tube base material with a groove formed on the inner peripheral surface, the outer peripheral surface of the base material is inserted into a circular tube type mold that can be supported when isostatically pressed,
In the case of a circular tube base material with a groove formed on the outer peripheral surface, inserting it into a circular tube type mold whose radius is larger than the radius of the outer peripheral surface of the base material by a predetermined length;
c) In the case of a circular tube base material with a groove formed on the inner peripheral surface, silicon carbide powder is filled in the hollow portion formed by the groove and the inner peripheral surface,
In the case of a circular tube base material having a groove formed on the outer peripheral surface, filling silicon carbide powder between the groove and the outer peripheral surface and a circular tube type mold;
d) forming a molded body by isostatically pressing the inside of the circular tube type mold;
e) Process the molded body on which the isostatic pressing has been completed,
In the case of a molded body with a groove formed on the inner peripheral surface, the outer peripheral surface is cut to expose the silicon carbide filled in the groove on the outer peripheral surface,
In the case of a molded body having a groove formed on the outer peripheral surface, cutting the inner peripheral surface to expose the silicon carbide filled in the groove on the inner peripheral surface; and
f) sintering the processed molded product. A method of manufacturing a cylindrical type silicon carbide bearing shaft or a circular tube type silicon carbide bearing, including the step of sintering the processed molded product.
상기 a) 단계에서 다수개의 원형 홈과 상기 다수개의 선형 홈은 내주면 또는 외주면에 균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 베어링의 제조방법.According to paragraph 1,
A method of manufacturing a silicon carbide bearing shaft or bearing, characterized in that in step a), the plurality of circular grooves and the plurality of linear grooves are uniformly formed on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface.
상기 a) 단계에서 상기 다수개의 선형 홈은 원형 튜브 모재의 중심축과 평행하게 형성되거나, 사선 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 베어링의 제조방법.According to paragraph 1,
A method of manufacturing a silicon carbide bearing shaft or bearing, wherein in step a), the plurality of linear grooves are formed parallel to the central axis of the circular tube base material or formed in a diagonal shape.
상기c) 단계에서 상기 실리콘카바이드 분말 충전시, 상기 실리콘카바이드 분말은 바인더 입자와 혼합된 상태로 충전되는 것을 특징으로 하는 실리콘카바이드 베어링 샤프트 또는 베어링의 제조방법.According to paragraph 1,
When charging the silicon carbide powder in step c), the silicon carbide powder is charged in a mixed state with binder particles.
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|---|---|---|---|
| KR1020230159749A KR102661946B1 (en) | 2023-11-17 | 2023-11-17 | Manufacturing method of a silicon carbide bearing shaft or bearing, cylinder type silicon carbide bearing shaft, and round tube type silicon carbide bearing |
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| KR19990037541U (en) * | 1998-03-09 | 1999-10-15 | 윤연한 | Oilless Bearing |
| JP2010223288A (en) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Toyota Central R&D Labs Inc | Sliding member and method of manufacturing the same |
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| JP2010223288A (en) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Toyota Central R&D Labs Inc | Sliding member and method of manufacturing the same |
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