KR890002888B1 - 슬라이딩부재 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

슬라이딩부재
본 발명의 질화규소(Si3N4)를 주성분으로 하는 슬라이딩부재에 관한 것으로서, 특히 높은 온도에서도 기계적강도와 내열충격성 및 내침식성이 우수한 세라믹스 소결체로서 이루어지 슬라이딩부재에 관한 것이다.
종래에는 고온에서 사용하는 베어링재료로서 고온에서 기계적특성이 우수한 세라믹스 소결체가 널리 사용되어져 오고 있으나, 이러한 세라믹스 소결체를 온도가 높고 침식성이 강한 액상의 용융금속 내에서 사용할 경우에는 기계적 강도는 물론 내열충격성 및 내침식성등이 부족하기 때문에 사용 초기에 베어링이 파손되어 버리는 결점이 있었다. 따라서 본 발명자들은 이와 같은 종래의 결점을 해소시키기 위하여 계속적으로 연구한 결과, 예컨대 실리카 환원법에 의하여 얻어진 질화규소 분말을 슬라이딩부재의 재로로 사용할 경우에는 열적 조건이 나쁘거나 침식성이 강한 조건하에서도 오랫동안 사용할 수 있음을 알게 되었다.
즉, 본 발명은 고온상태하에서도 기계적 강도와 내열 충격성 및 내침식성이 상당히 우수한 세라믹스 소결체를 주체로 하는 슬라이딩부재를 제공하는데 그 목적이 있다. 이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 슬라이딩부재는 실리카환원법에 의하여 얻어진 질화규소분말을 일정한 형태로 성형시킨후, 소성처리시켜 얻어진 세라믹스 소결체로 이루어진 것을 특징으로 하는 슬라이딩부재인 것이다. 이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 사용되는 절화규소분말을 실리카환원법에 의하여 제조할 수 있는데, 여기서의 실리카환원법은 2산화규소분말과 반응당량보다 과잉량의 탄소분말 (C/SiO2가 0.4 내지 4의 범위가 바람직하다.)을 반응촉매인 소량의 규소분말 및 질화규소분말 또는 탄화규소분말중 적어도 어느 하나와 혼합하고 이를 질소 기류중에서 1,350 ℃ 내지 1,600℃ (바람직하게는 1,400℃ 내지 1,500℃)의 온도로 연소시키는 방법으로서 이와 같은 실리카환원범에 따라 다음과 같이 탄소분말을 혼합하여 질화규소분말을 얻을 수 있는 것이다.
3 SiO2+C(과잉)+2N2+Si3N4-→ Si3N4+3CO2+C(약5 내지 1중량%)
여기서 상기 반응식의 초기성분으로는 일반적인 SiO260 내지 70중량%와 탄소분말 25 내지 35중량%를 사용하고, 여기에 질화규소(Si3N4)분말 2 내지 10중량%를 혼합하여 반응시키는데, 이때 반응온도는 1,600℃이하로 하는 것이 바람직하며 만일 상기 온도를 초과할 경우에는 불필요한 탄화규소(SiC)가 생성되게 되어 좋지 않다. 또한 연소공정이 진행되는 동안에 연소시간을 적절히 조절하며 탄소분말의 잔존량을 용이하게 조정할 수 있다. 이와 같이 실리카환원법에 의하여 얻어진 질화규소분말로서는 탄소함유량이 0.1 내지 3중량% 정도인 탄화규소분말이 가장 적당한바, 상기와 같이 얻어진 질호규소분말을 분쇄시킨후에 소결제인 산화이트륨(Y2O3)0.5 내지 10중량% 및 산화알루미늄(Al2O3)0.1 내지 10중량%를 유기결합제와 함께 배합시키고 이 배합물을 링(ring)상태 또는 환봉(丸棒)상태와 같이 일정한 형태로 성형시켜 1,600내지 1,800℃의 온도에서 소성처리를 실시한다. 그러나 본 발명에서는 성형과정을 최종상태에서 실시하여도 가능한데, 예를들어 미리 상기 배합물을 판상태나 환봉 상태등과 같은 일정한 형태로 성형하여 소성시킨다음 기계로 가공하여도 좋다.
한편, 소성처리과정은 상압조건과 불활성기류하에서 실시할 수 있으나 질소를 함유하고 있는 1.5 내지 50kg/cm3의 가압불활성기류하에서 소성처리시키는 가압소결 또는 열압축소결처리가 가장 적합하며, 이렇게 소결처리된 소결체에다 정수압(靜水壓) 열압축(HiP)을 적용시키면 더욱 치밀한 슬라이딩부재를 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 슬라이딩부재는 그 상태 그대로 사용하더라도 고온하에서의 기계적 강도나 내열충격성 및 내침식성이 우수하지만, 일정한 형상으로 가공한 후, 산화조건하의 800℃ 내지 1,200℃(바람직하게는 900 내지 1,100℃)온도에서 1 내지 100시간(바람직하게는 2 내지 50시간)동안 열처리를 실시하게 되면 그 특성을 더욱 향상시킬수가 있는 것이다.
이와 같은 본 발명의 슬라이딩부재는 특히 베어링에 사용하기에 가장 적합한바, 이를 베어링에 사용할 경우에는 그 베어링전체를 상기의 세라믹스소결체로 제조하여도 좋으며, 필요에 따라서는 전동체만을 세라믹스 소결체로 제조하여도 좋고, 또 회전체를 미소량의 세라믹스 소결체로 제조할 경우에는 원심력의 영향을 거의 받지 않으므로 고속 회전용 재료에 사용하기에 적당하다.
[실시예 1]
평균입도가 약 0.05㎛인 이산화규소분말 63중량%와 평균입도가 약 0.03㎛인 탄소분말 31중량% 및 평균입도가 약 0.6㎛인 질화규소분말(
Figure kpo00001
형 Si3N4)6중량%를 혼합하고, 이혼합물을 질소기류하에서 약 1,500℃의 온도로 약 3시간 동안 가열환원 시켰다.
상기와 같은 방법에 의하여 얻어진 반응생성물은 탄소 분말을 함유하고 평균입도가 약 0.9㎛인 질화규소분말이며 이 혼합물중의 탄소분말의 함유량은 10중량%이었다. 이 혼합물을 산소가 함유된 기류중에서 700℃의 온도에서 다시 1시간 동안 가열시켜서 탄소함유량을 1.75중량%로 낮게 조정한 다음, 이 혼합분말에 산화나트륨과 산화 알루미늄 및 질화알루미늄을 질화규소 91중량%와 산화이트륨 5중량%, 산화알미뉴 2중량% 및 질화알루미늄 2중량%의 조성비로 첨가하여 충분히 혼합시키고, 여기에다 점결제(粘結劑)로서 파라핀을 약10중량% 첨가시켜서 400Kg/Cm2의 압력에서 금형성형시켜 40 × 40 × 8mm의 판을 제조한 후 이 판을 질소기류중에서 약 1시간동안 1,550℃로 연소시키고, 또다시 질소기류중에서 약 2시간동안 1,750℃로 노(爐)소결을 실시하였다. 이와 같은 방법으로 얻어진 세라믹스 소결체는 외관상 비중이 3/2이상이며 경도(Hv)는 1,800이상이 되었다. 또한 상기와 같이 얻어진 질화규소소결체를 3× 3 × 35mm 의 각봉(角棒)으로 가공하여 항석(抗析)시험을 실시하여 항석강도를 측정하였다. 여기서 항석 시험조건으로는 크로스-헤드속도(Cross-head speed)를 0.5mm/분, 간격을20mm, 온도를 상온과 1000℃ 및 1,200℃로 구분하여 다음표 1과 같이 항석 시험을 행하고 항석강도 (Kg/mm2)의 값을 측정하였다.
[표 1]
Figure kpo00002
상기와 같은 방법으로 제조된 질화소결체를 기계적으로 가공처리시켜서 얻어진 전동자를 이용하는 내륜이나 외륜 및 지지장치 ratainer는 종래에 이와 동일배합 및 동일방법으로 제조하여 조립된 베어링이 용융도금 금속중에서 내성을 갖는 것 보다도 우수한 기계적 가도를 가지며 내열 충격성 및 내침식서에서도 우수한 특성을 나나내었다.
[실시예 2]
상기의 실시예 1에서와 같이 얻어진 탄소분말이 함유된 질화규소분말에다 산화이트륨과 산화알루미늄 및 질화알루미늄을 질화규소 91중량%, 산화이트륨 5중량%, 산화알루미늄 2중량%, 질화알루미늄 2중량%의 조성으로 첨가하여 충분히 혼합시키고 여기에 점결제로서 파라핀을 약 10중량% 되게 첨가시킨후, 300Kg/Cm2의 압력으로 금형성형시켜서 40× 40 × 8mm의 판을 제조하고, 이것을 다시 1톤/Cm2의 정수압을 가한다음, 이판을 질소 기류와 3Kg/Cm2의 압력하에서 1,600℃의 온도로 약 2시간 동안 소성을 실시하였다.
상기와 같은 방법으로 제조된 질화규소소결체를 기계적으로 가공처리시켜서 얻어진 전동자를 이용하는 내륜, 외륜 및 지지장치는 종래에 이와 동일 배합 및 동일 방법으로 제조되어 조립된 베어링이 용융도금 금속중에서 내성을 갖는 것보다도 우수한 기계적 강도를 가지며 내열충격성 및 내침식성에서 우수한 특성을 나타내었다.
[실시예 3]
산화이트륨과 산화알루미늄을 질화규소 93중량% 와 산화이트륨 5중량% 및 산화알루미뉴 2중량%의 조성으로 첨가하여 충분히 혼합시킨후 여기에 점결제로서 파라핀을 약 10중량%의 양을 첨가시킨후, 300Kg/cm2의 압력으로 금형성형시켜서 40× 40 × 8mm의 판을 제조하고, 이 판을 질소가스중에서 1,750로 약 1시간동안 예비소결을 실시한후, 질화알루미뉴의 분말이 담겨져 있는 탄소 용기를 사용하여 500Kg/Cm2의 1,750℃의 온도로 약 2시간 동안 열압축 소결을 실시하였다.
상기와 같은 방법으로 제조된 질화규소소결체를 기계적으로 가공처리시켜서 얻어진 전동자를 이용하는 내륜, 외륜 및 지지장치는 종래에 이와 동일 배합 및 동일 방법으로 제조되어 조립된 베어링이 용융도금 금속중에서 내성을 갖는 것보다도 우수한 기계적 강도를 가지며 내열충격성 및 내침식성에서 우수한 특성을 나타내었다.
[실시예 4]
실시예 1에서 얻어진 베어링을 산화기류하에서 1000℃의 온도로 50시간동안 가열처리를 실시한 결과 실시예 1에서 얻은 베어링 특성이 향상되었으며 바라키현상의 발생도 감소하였다.
이상의 실시예에서 밝혀진 바와 같이 본 발명의 슬라이딩부재는 고강도 및 고내마모성의 특성을 필요로 하는 용도로 널리 사용될 수 있는 장점을 가지고 있다.

Claims (5)

  1. 질화규소를 주성분으로 하는 슬라이딩부재에 있어서, 실리카환원법에 의하여 얻어진 질화규소분말을 일정한 형태로 성형시킨후 소성처리시키므로써 얻어진 세라믹스소결체로 이루어진 것을 특징으로 하는 슬라이딩부재.
  2. 제1항에 있어서, 소성처리는 1.5내지는 50Kg/Cm2의 가압불활성기류하에서 실시되어서 이루어진것을 특징으로 하는 슬라이등 부재.
  3. 제1항에 있어서, 소성처리는 가열 압축상태에서 실시되어서 이루어진 것을 특징으로 하는 슬라이딩부재.
  4. 제1항에 있어서, 실리카환원법에 의하여 얻어진 질화규소분말을 일정한 형태로 성형시키고, 소성처리 시켜서 얻어진 세라믹스소결체는 그후 산화 기류하에서 열처리 됨을 특징으로 하는 슬라이딩부재.
  5. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항중 어느하나의 항에 있어서, 슬라이딩부재는 베어링인 것을 특징으로 하는 슬라이딩부재.
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