KR930002643B1 - Ceramic sliding component and methods for production thereof - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1도는 구름 피로 수명을 측정하기 위한 위험기의 구성을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a dangerous period for measuring rolling fatigue life.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 축 2,5 : 원판1: shaft 2,5: disc
3 : 보올베어링 4 : 지지부3: ball bearing 4: support part
본 발명은 질화규소 세라믹으로된 구름베어링 부품의 제조방법에 관한것으로서, 특히 볼 베어링 등으로 이용되는 질화규소 세라믹 구름베어링 부품의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a rolling bearing component made of silicon nitride ceramics, and more particularly, to a method for manufacturing a silicon nitride ceramic rolling bearing component used in ball bearings and the like.
최근에, 세라믹 재료가 갖고 있는 내마모성, 내열성 및 내산성(acid resistance)등의 우수한 특성들로 인하여, 세라믹 재료를 여러가지 종류의 구름부품에 응용하고자 하는 시도가 행해지고 있다.Recently, due to excellent properties such as abrasion resistance, heat resistance and acid resistance possessed by ceramic materials, attempts have been made to apply ceramic materials to various kinds of rolling parts.
예를들어, 각종의 기계류에 세라믹 재료로 만들어진 볼 베어링들을 사용하는 것이 기대되어 지고 있다. 금속제의 볼 베어링과 비교하여 세라믹 볼 베어링은 작동중에 윤활유의 공급이 중단되더라도, 작동마찰로 인한 시이저현상(seizure)이 발생하지 않고, 또한 우수한 내마모성을 갖고 있다.For example, it is expected to use ball bearings made of ceramic material in various machinery. Compared with metal ball bearings, even when the supply of lubricating oil is interrupted during operation, ceramic ball bearings do not cause seizure due to working friction and have excellent wear resistance.
종래에, 구름베어링 부품을 구성하게 되는 세라믹 재료는 그의 우수한 기계적 성질로 인하여 질화규소계(系), 탄화규소계, 알루미나계, 또는 질화티탄계 세라믹 재료등이 주로 이용되어 만들어지게 된다.Conventionally, the ceramic material constituting the rolling bearing part is made of silicon nitride-based, silicon carbide-based, alumina-based, or titanium nitride-based ceramic materials mainly due to its excellent mechanical properties.
또한, 이러한 세라믹 재료들을 이용하는 구름베어링 부품들의 제조방법에 있어서 여러가지 방법들이 다양하게 실시되어지고 있다.In addition, various methods have been implemented in the manufacturing method of rolling bearing parts using such ceramic materials.
예를들어, 볼 베어링을 형성하는 경우에 있어서는 무엇보다도 먼저 바인더로써 소정의 원료 세라믹 분말을 혼합하고 소정의 수단으로써 이 혼합물을 성형하는 방법이 이용되는데, 이렇게 성형된 것은 그 다음 소성되고, 필요한 후속 처리 공정이 실행 되어지게 된다.For example, in the case of forming a ball bearing, first of all, a method of mixing a predetermined raw ceramic powder with a binder and molding the mixture by a predetermined means is used, which is then fired and necessary subsequent The treatment process is executed.
이와같은 종래의 방법으로써 얻어진 볼 베어링의 구름베어링 부품은 단기간의 사용과정후에도 종종 볼 베어링의 표면에 박리현상(spalling)이 발생하게 됨을 알게 되었다.It has been found that rolling bearing parts of ball bearings obtained by such a conventional method often cause sparing on the surface of the ball bearing even after a short period of use.
이와같은 박리현상의 발생은 세라믹 구름베어링 부품에 있어서는 치명적인 것이며, 이는 부품 품질 및 안정성에 관하여 문제점들을 야기시키게 된다.The occurrence of such peeling is fatal for ceramic rolling bearing parts, which causes problems with regard to part quality and stability.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 박리현상과 같은 결함이 발생하지 않는 안정성이 보장되는 품질의 질화규소 세라믹으로된 구름베어링 부품 및 이를 이용한 베어링장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a rolling bearing component made of silicon nitride ceramics of a quality that ensures stability without defects such as peeling and a bearing device using the same.
본 발명에 따른 질화규소 세라믹으로된 구름베어링 부품은 세라믹 재료중의 금속성분이 3500ppm이하가 되도록 한 것을 특징으로 한다.The rolling bearing component made of silicon nitride ceramic according to the present invention is characterized in that the metal component in the ceramic material is 3500 ppm or less.
또한, 본 발명에 따른 질화규소 세라믹으로된 구름베어링 부품의 제조방법은 원료 세라믹 분말을 슬러리화시키고, 이를 작은 입자화시키며, 소정의 형상으로 성형시킨다음, 성형된 것을 소결시키는 등의 공정을 포함하고 있다.In addition, the method of manufacturing a rolling bearing component made of silicon nitride ceramic according to the present invention includes a process of slurrying a raw ceramic powder, making it into small particles, molding it into a predetermined shape, and then sintering the molded product. have.
또한 상기 공정의 일부분으로서, 상기 공정들 중의 어느 한 단계에서 함유된 금속 성분들을 실질적으로 제거시키게 된 것을 특징으로 하고 있다.In addition, as part of the process, it is characterized in that to substantially remove the metal components contained in any one of the steps.
본 발명은 또한 높은 구름피로 수명을 가지며, 철(Fe), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 텡스텐(W)으로 구성된 요소를 포함하는 금속성분을 3500ppm이하로 가지는 질화규소 세라믹으로 형성된 구름베어링 부품을 제공한다.The present invention also has a high rolling fatigue life, rolling bearing formed of silicon nitride ceramics having a metal content of 3500ppm or less, including elements consisting of iron (Fe), nickel (Ni), chromium (Cr) and tungsten (W) Provide parts.
본원 발명은 또한, 제1레이스(race) ; 제2레이스 ; 및 상기 제1레이스와 제2레이스 사이에 개재되어있으며, Fe,Ni,Cr 및 W로 구성된 군으로부터 선택된 하나이상의 금속성분을 3500ppm이하로 가진 질화규소계 세라믹으로 형성된 여럿의 구름베어링 부품으로 구성된 것을 특징으로 하는 질화규소 세라믹으로 된 베어링 구조체를 제공한다.The present invention also provides a first race; Second race; And a plurality of rolling bearing parts interposed between the first race and the second race, and formed of silicon nitride-based ceramic having at least 3500 ppm of at least one metal component selected from the group consisting of Fe, Ni, Cr, and W. A bearing structure made of silicon nitride ceramic is provided.
본 발명은 또한 외부 베어링 레이스 ; 내부 베어링 레이스 ; 및 상기 외부베어링 레이스 및 내부 베어링레이스 사이에 개재되어 구름베어링을 형성하며, 3500ppm이하의 Fe, Ni, Cr 및 W을 가진 질화규소계 세라믹으로 형성된 여럿의 마찰 감소 구름베어링 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 장치를 제공한다.The invention also provides an outer bearing race; Internal bearing race; And a plurality of friction reducing rolling bearing parts interposed between the outer bearing race and the inner bearing race to form rolling bearings, and formed of silicon nitride-based ceramic having Fe, Ni, Cr, and W of 3500 ppm or less. Provide a bearing device.
본 발명자는 연구결과, 구름베어링 부품의 사용중 그의 표면에 박리현상이 발생하게 되는 것을 X선 마이크로 분석기를 사용하여 분석한 결과 해당 박리현상 발생성분에서 다량의 철(Fe)이 검출됨을 알았다.The present inventors have found that a large amount of iron (Fe) is detected in the peeling phenomenon generating component as a result of analyzing by using an X-ray microanalyzer that the peeling phenomenon occurs on the surface of the rolling bearing component during use.
또한, 원료 세라믹 재료중에 불가피하게 존재하게 되는 철(Fe)로 인하여 소결(baking)시에 이 철의 입자들에 의해 핵모양을 이루게 되는 일종의 응집현상이 발생하게 됨을 알았다.In addition, it was found that due to iron (Fe), which is inevitably present in the raw ceramic material, a kind of agglomeration phenomenon, in which the iron particles are nucleated during sintering, occurs.
그 결과 부품 표면에 석출되는 표면층에 약 30-100μm정도의 응집체가 형성되어 분리되어지게 된다.As a result, agglomerates of about 30-100 μm are formed and separated in the surface layer deposited on the surface of the part.
이러한 응집체들은 박리현상을 거치게 되고 기계적 응력하에서 스케일(scale)로서 분리되어져 구름베어링부품의 품질을 저하시키는 원인이 된다.These agglomerates undergo delamination and are separated as scale under mechanical stress, causing deterioration of the quality of rolling bearing parts.
본 발명은 전술한 바와같은 문제점에 착안한 것으로서, 세라믹 재료중에 불가피하게 존재하여 전술한 바와같은 박리현상을 일으키게 되는 금속성분들을 적극적으로 제거시키는 공정들인 것을 특징으로 한다.The present invention has been made in view of the above-described problems, and is characterized in that it is a process of actively removing metal components inevitably present in the ceramic material and causing peeling as described above.
전술한 바와같이 베어링부품의 표면층에서의 박리현상은 철(Fe)뿐만 아니라 Cr, Ni 및 W와 같은 금속성분으로 인하여 발생하기도 하고, 또한 WC와 같은 금속 화합물의 존재에 의해서도 발생될 수 있다.As described above, the peeling phenomenon in the surface layer of the bearing part may be caused by not only iron (Fe) but also metal components such as Cr, Ni, and W, and may also be caused by the presence of a metal compound such as WC.
따라서, 본 발명에서의 금속성분들은 이와같은 전술한 성분들을 포함하는 것이다. 종래의 세라믹 재료들이 본 발명의 세라믹으로된 구름베어링 부품용의 세라믹 재료로서 사용되어질 수 있다.Therefore, the metal components in the present invention include such aforementioned components. Conventional ceramic materials can be used as the ceramic material for rolling bearing parts made of the ceramic of the present invention.
특히, 적용 용도에 따라, 질화규소계, 탄화규소계, 알루미나계 또는 질화티탄계 세라믹 재료들 및 이들의 혼합 재료가 사용되어질 수 있다.In particular, depending on the application, silicon nitride based, silicon carbide based, alumina based or titanium nitride based ceramic materials and mixed materials thereof may be used.
또한 본 발명의 목적은 질화규소 세라믹으로된 구름베어링 부품의 제조방법을 제공하는 것이며 이는, 통상적으로, 원료 세라믹 분말을 슬러리 형태로 만들고, 이 슬러리를 입자화하고, 이 슬러리를 소정의 형상으로 성형시킨 후, 소결시키며, 이들 공정중의 적어도 한단계에서, 함유되어 있는 Fe, Ni, Cr 및 W로 구성된 군으로 부터 선택된 하나 이상의 금속성분을 자기적으로 제거시키는 것으로 구성되어 있다.It is also an object of the present invention to provide a method for producing a rolling bearing component made of silicon nitride ceramic, which is usually made into a slurry in the form of a raw ceramic powder, granulated into a slurry, and the slurry formed into a predetermined shape. After sintering, at least one step of these processes consists of magnetically removing one or more metal components selected from the group consisting of Fe, Ni, Cr, and W contained therein.
바람직하기로는, 이와 같은 금속성분의 적극적인 제거는, 예를들어, 원료세라믹 분말을 슬러리 형태로 만든다음 이 슬러리를 자석이 부착되어진 스크린 필터를 사용하여 여과시켜 행해질 수 있다.Preferably, active removal of such metal components can be carried out, for example, by making the raw ceramic powder into a slurry form and then filtering the slurry using a screen filter with a magnet attached thereto.
또한, 본 발명에 의하면, 원료 세라믹 분말을 슬러리 형태화 시키기전에 상기 원료세라믹 분말을 자석과 접촉시켜, 원료 세라믹 분말내의 금속성분들의 먼저 선별되어 제거시킬 수도 있다.In addition, according to the present invention, the raw ceramic powder may be contacted with a magnet before the raw material ceramic powder is slurry-formed, so that the metal components in the raw ceramic powder may be selected and removed first.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 슬러리를 입자화시킨 다음, 상기 입자화된 슬러리를 자석과 접촉시켜 이 입자화된 슬러내의 금속성분을 선별 제거시킬 수도 있다.According to the present invention, the slurry may be granulated, and then the granulated slurry may be contacted with a magnet to selectively remove metal components in the granulated slur.
본 발명의 요점은 상기 방법들중의 어느 하나를 수행하거나 또는 이들 방법중 2종류이상 조합하여 수행하는 것이다.The gist of the present invention is to perform any one of the above methods or to combine two or more of these methods.
본 발명에서, 세라믹 재료내의 금속성분들을 전술한 방법들을 사용하여 실질적으로 제거시킨다는 것이 중요한 사항이다.In the present invention, it is important to substantially remove the metal components in the ceramic material using the aforementioned methods.
전술한 박리현상의 발생을 실질적으로 억제하기 위하여, 재료중의 금속 성분의 함유량을 3500ppm이하로 제한시키는 것이 바람직하며, 300ppm이하로 제한하는 것이 보다 바람직하다.In order to substantially suppress the occurrence of the above-mentioned peeling phenomenon, it is preferable to limit the content of the metal component in the material to 3500 ppm or less, and more preferably to 300 ppm or less.
특히, 칠 성분의 함유량을 2000ppm이하로, 보다 바람직하기로는 200ppm이하로 제한 시키는 것이 좋다. 이하, 실제의 제조실시예를 참조로하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명이 후술되는 실시예들의 내용으로서 제한 되어지는 것은 아니다.In particular, it is preferable to limit the content of the chill component to 2000 ppm or less, and more preferably 200 ppm or less. Hereinafter, the present invention will be described with reference to actual production examples. However, the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.
[실시예 1]Example 1
중량비로 Si3N4: 100중량부, Y2O3: 5중량부, Al2O3: 4중량부, AlN : 3중량부, 및 TiO : 1.5중량부의 원료 세라믹 분말을 준비한다. 이것을 용제 및 바인더로써 혼합시키고 뒤섞어 원료 슬러리를 준비한다. 그 다음, 이 슬러리를 주위에 자석을 장착시킨 스크린 필터를 사용하여 입자화시켜, 이렇게 얻어진 입자들을 가압성형 시킨다.A raw ceramic powder of Si 3 N 4 : 100 parts by weight, Y 2 O 3 : 5 parts by weight, Al 2 O 3 : 4 parts by weight, AlN: 3 parts by weight, and TiO: 1.5 parts by weight is prepared. This is mixed with a solvent and a binder and mixed to prepare a raw material slurry. This slurry is then granulated using a screen filter with a magnet around it to press-molize the particles thus obtained.
그후, 첨가되어진 바인더를 전기로 중에서 가열시켜 분해 및 승화 시킨 다음 소결 공정을 행한다.Thereafter, the added binder is decomposed and sublimed by heating in an electric furnace, followed by a sintering process.
이렇게하여 얻어진 성분의 소결물에 필요에 따른 약간의 연마가공을 실시하여 철 성분의 함유량이 2000ppm이하로 감소시킨 구름베어링 부품(볼 베어링)을 얻는다.The sintered product of the component thus obtained is subjected to a slight grinding if necessary to obtain a rolling bearing component (ball bearing) having a content of iron of less than 2000 ppm.
이렇게 하여 얻어진 본 발명의 볼 베어링과 종래의 볼 베어링들의 구름피로 수명이 측정되어 진다(제1도참조).The rolling fatigue life of the ball bearing of the present invention and the conventional ball bearings thus obtained is measured (see FIG. 1).
종래의 볼 베어링의 구름 피로 수명은 평 400시간이고, 최단 수명으로서 50시간을 나타내는데 비해, 본발명의 베어링들의 경우에는 평균 420시간으로서 최단 수명을 300시간을 나타낸다.The rolling fatigue life of a conventional ball bearing is 400 hours in average and represents 50 hours as the shortest life, whereas the bearings of the present invention exhibit an average of 420 hours and a shortest life of 300 hours.
하중 400kg, 회전수 1200rpm, 불직경 10mm의 조건하에서 축(1)의 끝부분에 장착된 SUS-2 원판과 SUS-2 원판(5) 및 지지부(4)에서 각각 구름 작용을 하고 있는 볼 베어링(3)으로써 측정을 행한다.Ball bearings rolling on the SUS-2 disc, the SUS-2 disc 5 and the support 4 respectively mounted at the end of the shaft 1 under a load of 400 kg, a speed of 1200 rpm and a non-diameter of 10 mm. The measurement is performed by 3).
전술한 바와같은 구름피로 수명 측정결과로 부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 세라믹으로된 구름베어링 부품의 구름피로 수명의 변화에 있어서 우수한 감소 현상을 나타내는 바, 이것을 품질에 있어서 비약적인 향상을 의미하는 것이다.As can be seen from the measurement results of the rolling fatigue life as described above, the rolling fatigue life of the ceramic rolling bearing component of the present invention shows an excellent reduction phenomenon, which means a significant improvement in quality. will be.
[실시예 2]Example 2
제1도에 도시된 첫번째 실시예에서와 동일한 재료 및 동일한 방법을 사용하여 세가지의 볼 베어링을 제조한다.Three ball bearings are manufactured using the same materials and the same method as in the first embodiment shown in FIG.
표1에 나타내진 바와같이, 이 세가지 볼 베어링의 각각에 대한 금속 성분 및 철 성분의 함유량을 달리하여, 본 발명의 볼 베어링의 구름피로 수명을 측정한다.As shown in Table 1, the rolling fatigue life of the ball bearing of the present invention is measured by varying the content of metal and iron in each of these three ball bearings.
이 측정에 대한 결과가 표1에 나타내져 있다.The results for this measurement are shown in Table 1.
측정은 하중 400kg, 회전수 1200rpm, 볼직경 10mm의 조건하에서 축(1)의 끝부분에 장착된 SUS-2의 원판(2) 및 SUS-2의 원판(5)과 지지부(4)에서 각각 구름작용을 하고 있는 볼 베어링(3)으로써 행한다.The measurement was carried out at the disc 2 of the SUS-2 and the disc 5 and the support 4 of the SUS-2 mounted at the end of the shaft 1 under the conditions of 400 kg of load, 1200 rpm and a ball diameter of 10 mm, respectively. It is performed by the ball bearing 3 which acts.
[표 1]TABLE 1
표1에 나타내어진 구름피로수명 측정결과로 부터 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 세라믹으로된 구름베어링 부품은 구름베어링 부품 표면에 발생하는 박리현상을 효과적으로 방지할 수 있으므로써, 품질의 우수한 안정성을 갖게 된다.As can be seen from the rolling fatigue life measurement results shown in Table 1, the rolling bearing parts made of ceramics of the present invention can effectively prevent the peeling phenomenon occurring on the rolling bearing parts surface, thereby providing excellent stability of quality. Will have
전술한 설명 및 실시예들은 단순히 본 발명을 서술하기 위한것으로서, 본 발명은 제한하는 것이 아니다. 본 발명의 정신 및 취지에 어굿남이 없이 전술한 구체적 실시예들의 변형 및 수정이 이 기술분야에 있어서 숙련된 자에 의해 가능하다.The foregoing description and examples are merely illustrative of the present invention, but the present invention is not limited. Modifications and variations of the specific embodiments described above are possible by those skilled in the art without departing from the spirit and spirit of the invention.
Claims (4)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (4)
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Family Applications (1)
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1993
- 1993-02-06 KR KR1019930001671A patent/KR930002643B1/en not_active IP Right Cessation
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