JP3339645B2 - Method for producing silicon carbide-carbon composite material - Google Patents
Method for producing silicon carbide-carbon composite materialInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、炭化珪素−炭素系複合
材料の製造法に関する。さらに詳しくは、摺動構造部材
等に用いられる炭化珪素−炭素系複合材料の製造法、該
方法により得られる焼成体よりなる摺動材料、及び摺動
部品に関する。The present invention relates to a method for producing a silicon carbide-carbon composite material. More specifically, the present invention relates to a method for producing a silicon carbide-carbon composite material used for a sliding structural member and the like, a sliding material comprising a fired body obtained by the method, and a sliding component.
【０００２】[0002]
【従来の技術】炭化珪素は、硬度、耐熱性、耐食性に優
れるため、近年、構造部材としての応用が積極的に検討
されている。特に、メカニカルシール、軸受け等の構造
部材として一部実用化されている。しかしながら、ドラ
イ雰囲気下での摺動特性が不良であること及び熱衝撃抵
抗性が低いことからその使用範囲は限定されている。2. Description of the Related Art Since silicon carbide has excellent hardness, heat resistance and corrosion resistance, its application as a structural member has been actively studied in recent years. In particular, it has been partially used as a structural member such as a mechanical seal and a bearing. However, its use range is limited due to poor sliding characteristics in a dry atmosphere and low thermal shock resistance.
【０００３】これらの問題点を解決するため、炭素、黒
鉛等の固体潤滑材を炭化珪素中に複合する方法が、報告
されている。例えば、特開昭６３−２６０８６１号公報
の「ＳｉＣ−グラファイト系自己潤滑性セラミックス」
及び特開昭６３−２６５８５０号公報の「自己潤滑性セ
ラミックス複合材及びその製造法」に造粒黒鉛を複合す
る方法、また、特開平３−３３０６４号公報の「炭素−
炭化珪素複合材料製造用粉末組成物、炭素−炭化珪素複
合材料の製造方法および炭素−炭化珪素複合材料」に自
己焼結性球状炭素質微粒子を配合する方法等が開示され
ている。[0003] In order to solve these problems, there has been reported a method of compounding a solid lubricant such as carbon or graphite in silicon carbide. For example, "SiC-graphite-based self-lubricating ceramics" disclosed in JP-A-63-260861
And a method of combining granulated graphite with "self-lubricating ceramic composite material and a method for producing the same" in JP-A-63-265850;
A method of blending self-sintering spherical carbonaceous fine particles into a "powder composition for producing a silicon carbide composite material, a method for producing a carbon-silicon carbide composite material, and a carbon-silicon carbide composite material" is disclosed.
【０００４】しかしながら、いずれの場合も炭素あるい
は黒鉛粒を配合することから、摺動時の摩擦係数は低下
するものの、高密度にならず、強度が低下し、セラミッ
クス本来の特性が損なわれ耐久性に劣るという問題点が
指摘されている。また、特開平１−３２０２５４号公報
の「セラミックス−炭素系複合材料及びその製造方法」
にＸ線回折により複合炭素の黒鉛化度を最適化する方法
が開示されているが、摺動特性、強度に優れているもの
の炭素源を最適化したものではなく、加圧下焼結という
煩雑な方法で製造するため工業生産性の面から好ましく
ないという問題点が指摘されている。However, in any case, since carbon or graphite particles are blended, the friction coefficient at the time of sliding is reduced, but the density is not increased, the strength is reduced, and the inherent properties of ceramics are impaired, resulting in durability. It is pointed out that it is inferior. Also, “Ceramics-carbon based composite material and method for producing the same” in JP-A-1-320254.
Discloses a method for optimizing the degree of graphitization of composite carbon by X-ray diffraction. However, although sliding properties and strength are excellent, the carbon source is not optimized, and sintering under pressure is complicated. It has been pointed out that the method is not preferable in terms of industrial productivity because it is produced by a method.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、常圧
焼結により、密度、強度、熱衝撃抵抗性、摺動特性に優
れた炭化珪素−炭素系複合材料を製造する方法を提供す
ることにある。本発明の他の目的は、該方法により得ら
れる焼成体よりなる摺動材料及び摺動部品を提供するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a silicon carbide-carbon composite material having excellent density, strength, thermal shock resistance and sliding properties by normal pressure sintering. It is in. Another object of the present invention is to provide a sliding material and a sliding component comprising a fired body obtained by the method.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、炭化珪素−炭素
系複合材料において、炭素源として、コールタールピッ
チ、オイルタールピッチあるいはこれらの混合物を用
い、これらの仮焼条件を最適化することにより、常圧焼
結法により、摺動特性に優れる炭化珪素−炭素系複合材
料の製造方法を完成するに至った。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, in a silicon carbide-carbon composite material, coal tar pitch, oil tar pitch, By optimizing these calcination conditions by using the above mixture, a method for producing a silicon carbide-carbon based composite material having excellent sliding properties was completed by the normal pressure sintering method.
【０００７】即ち、本発明の要旨は、（１）ピッチのト
ルエン可溶成分（以下ＴＳと略す）、またはＴＳとピッ
チのトルエン不溶成分（以下ＴＩと略す）よりなるＴＳ
／ＴＩ比が０．０５以上のピッチを、炭化珪素および焼
結助剤と共に混合し、得られる混合物を仮焼後に揮発成
分が残留するように非酸化性雰囲気で仮焼し、次いで造
粒、成形により得られた圧粉体を常圧焼結することを特
徴とする、焼成体中に１０〜５０ｗｔ％の炭素が存在
し、相対密度が８５％以上で見掛気孔率が５％以下であ
る炭化珪素−炭素系複合材料の製造法、（２）仮焼後の
揮発成分量が０．０５〜３０ｗｔ％となるよう、仮焼を
３００℃〜５５０℃で行なうことを特徴とする前記
（１）記載の製造法、（３）前記（１）又は（２）記載
の方法により得られる焼成体よりなる摺動材料、並びに
（４）機械要素がその可動する部分を有し、一時的また
は常時接触し、かつ相対的に摺動する摺動部品におい
て、少なくともその摺動面が前記（１）又は（２）記載
の方法により得られる炭化珪素−炭素系複合材料により
構成されていることを特徴とする摺動部品に関する。That is, the gist of the present invention is to provide (1) a TS consisting of a toluene-soluble component having a pitch (hereinafter abbreviated as TS) or a TS consisting of a TS and a pitch-insoluble component (hereinafter abbreviated as TI).
A pitch having a / TI ratio of 0.05 or more is mixed with silicon carbide and a sintering aid, and the resulting mixture is calcined in a non-oxidizing atmosphere so that volatile components remain after calcining. The green compact obtained by molding is subjected to normal pressure sintering. The fired body contains 10 to 50% by weight of carbon, has a relative density of 85% or more and an apparent porosity of 5% or less. (2) a method for producing a silicon carbide-carbon composite material, wherein (2) the calcining is performed at 300 ° C. to 550 ° C. so that the amount of volatile components after calcining is 0.05 to 30 wt%. (1) The manufacturing method described in (1), (3) a sliding material made of a fired body obtained by the method described in (1) or (2) above, and (4) a mechanical element having a movable part thereof, temporarily or At least the sliding surface of a sliding part that is always in contact and slides relatively (1) or (2) silicon carbide obtained by the method described - relates to a sliding component characterized in that it is constituted by carbon-based composite material.
【０００８】本発明の炭化珪素−炭素系複合材料におい
て、本発明に用いる炭化珪素は、α型、β型のいずれの
結晶型でもよい。また、純度は密度の低下や強度、破壊
靱性値の劣化や硬度、ヤング率等の面から９０ｗｔ％以
上が好ましく、より好ましくは、９５ｗｔ％以上であ
る。炭化珪素の形態は、焼結性の面から、平均粒径が通
常５μｍ以下、好ましくは、０．１〜３μｍの粉末が望
ましい。平均粒径が５μｍを越えると焼結能が低下し、
緻密化せず、気孔率が増加し、強度が低下する。また、
０．１μｍより小さいと粉末の分散性が悪くなり、焼結
体の複合した炭素の分散状態が不均一となり焼結性が阻
害される。[0008] In the silicon carbide-carbon composite material of the present invention, the silicon carbide used in the present invention may be either α-type or β-type crystal type. Further, the purity is preferably at least 90 wt%, more preferably at least 95 wt%, from the viewpoints of reduction in density, deterioration of strength and fracture toughness value, hardness and Young's modulus. The form of silicon carbide is preferably a powder having an average particle diameter of usually 5 μm or less, preferably 0.1 to 3 μm from the viewpoint of sinterability. If the average particle size exceeds 5 μm, the sintering ability decreases,
Without densification, porosity increases and strength decreases. Also,
If it is less than 0.1 μm, the dispersibility of the powder becomes poor, the dispersed state of the composite carbon of the sintered body becomes uneven, and the sinterability is impaired.
【０００９】炭素原料は、ピッチのＴＳ、あるいはＴＳ
及びＴＩよりなるＴＳ／ＴＩ比が０．０５以上のピッチ
が用いられる。ＴＳ／ＴＩ比が０．０５未満のピッチを
用いると、焼結能が低下し、緻密化せず、気孔率が高く
なり、強度が低下する。ＴＩは、ＪＩＳＫ−２４２５−
１９８３に準じて測定され、またＴＳは（１００−Ｔ
Ｉ）×１００％の式により算出されるものである。これ
ら炭素原料中の硫黄、窒素、灰分等の不純物は、焼結性
及び強度等の機械的特性の点からそれぞれ５％以下が好
ましい。より好ましくは、３％以下である。ピッチのＴ
Ｓ成分の調製は、コールタールピッチあるいはオイルタ
ールピッチをトルエンに溶解し、不溶解分をフィルター
等で除去することにより得られる。また、ＴＳ／ＴＩ比
が０．０５以上のピッチは、コールタールピッチあるい
はオイルタールピッチを熱処理することにより得ること
ができるが、ＴＳ／ＴＩ比が所望の比ではない場合、前
記のフィルターによる不溶解物除去の程度を制御して所
望のピッチを得ることができる。The carbon raw material is pitch TS or TS.
And a pitch having a TS / TI ratio of 0.05 or more is used. When a pitch having a TS / TI ratio of less than 0.05 is used, the sintering ability is reduced, densification is not performed, the porosity is increased, and the strength is reduced. TI is JISK-2425-
It was measured according to 1983, and TS was (100-T
I) × 100%. Impurities such as sulfur, nitrogen and ash in these carbon raw materials are preferably 5% or less in view of mechanical properties such as sinterability and strength. More preferably, it is 3% or less. Pitch T
The S component is prepared by dissolving coal tar pitch or oil tar pitch in toluene and removing insoluble components with a filter or the like. A pitch having a TS / TI ratio of 0.05 or more can be obtained by heat-treating a coal tar pitch or an oil tar pitch. The desired pitch can be obtained by controlling the degree of dissolved material removal.
【００１０】このようにして得られた炭素原料を炭化珪
素、焼結助剤と共に混合するには、乾式又は湿式、ある
いは熱間混練等いずれの方法でもよいが、炭素原料の分
散性の観点から、好ましくは湿式混合である。湿式混合
に用いる媒体としては、水または有機溶剤のどちらを用
いても良いが、炭素原料の分散性や炭化珪素の酸化防止
の観点から、有機溶剤を用いる事が好ましい。有機溶剤
としては、例えばメタノール、エタノール、プロパノー
ル等のアルコール系やベンゼン、トルエン、キシレン等
の芳香族炭化水素系やメチルエチルケトン等のケトン系
等を用いることができる。混合装置は、一般の混合機で
よく、例えば、ボールミル、摺動ミル等のポット式ミル
やサンドミル、アトライターミル等の撹拌式があるがこ
れらに限定されるものではない。炭化珪素と炭素原料の
配合量は、焼成後の炭素量が１０〜５０ｗｔ％となるよ
う適宜調整される。The carbon raw material thus obtained can be mixed with silicon carbide and a sintering aid by any method such as dry or wet, or hot kneading, but from the viewpoint of dispersibility of the carbon raw material. , Preferably wet mixing. Either water or an organic solvent may be used as the medium for wet mixing, but it is preferable to use an organic solvent from the viewpoint of dispersibility of the carbon raw material and prevention of oxidation of silicon carbide. As the organic solvent, for example, alcohols such as methanol, ethanol, and propanol, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene, and ketones such as methyl ethyl ketone can be used. The mixing device may be a general mixer, for example, a pot type mill such as a ball mill and a sliding mill, and a stirring type such as a sand mill and an attritor mill, but is not limited thereto. The amounts of silicon carbide and the carbon material are appropriately adjusted so that the amount of carbon after firing is 10 to 50 wt%.
【００１１】本発明で用いる焼結助剤としては、特に限
定されるものではなく、通常焼結助剤として使用される
ものであればいずれのものも使用することができる。例
えば、ＡｌＮ等の窒化物、Ｂ，Ｂ4 Ｃ等のホウ化物、Ａ
ｌ2 Ｏ3 ，Ｙ2 Ｏ3 等の酸化物等が挙げられる。焼結助
剤の配合量は、通常０．１〜１５ｗｔ％であり、好まし
くは０．１５〜１０ｗｔ％である。The sintering aid used in the present invention is not particularly limited, and any one can be used as long as it is generally used as a sintering aid. For example, nitrides such as AlN, borides such as B and B 4 C, A
Oxides such as l 2 O 3 and Y 2 O 3 are exemplified. The compounding amount of the sintering aid is generally 0.1 to 15 wt%, preferably 0.15 to 10 wt%.
【００１２】仮焼は、非酸化性雰囲気中で行い、仮焼温
度は、通常３００℃〜５５０℃である。仮焼温度が３０
０℃より低いと揮発成分が多くなり、焼結後の気孔率が
高くなるからであり、５５０℃を越えるとピッチの焼結
能が低下し、緻密な焼結体を得ることが困難である。ま
た、前記仮焼により得られた仮焼体は、仮焼後、揮発成
分を０．０５〜３０ｗｔ％含有するものである。仮焼後
の揮発成分が０．０５ｗｔ％未満では、炭素に由来する
焼結能が低くなり、緻密な焼結体を得ることが困難であ
り、また、３０ｗｔ％を越えると焼成中の揮発成分によ
る亀裂の発生や焼成後の残留気孔の発生率が高くなり、
緻密な焼結体を得ることが困難になる。前記非酸化性雰
囲気は、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、炭酸
ガスあるいはこれらの混合ガスや真空のいずれでもよ
く、場合によっては、ガスによる加圧下で仮焼を行なっ
てもよい。[0012] The calcination is performed in a non-oxidizing atmosphere, and the calcination temperature is usually 300 ° C to 550 ° C. Calcination temperature is 30
If the temperature is lower than 0 ° C., the volatile component increases, and the porosity after sintering increases. If the temperature exceeds 550 ° C., the sintering ability of the pitch decreases, and it is difficult to obtain a dense sintered body. . The calcined body obtained by the calcining contains 0.05 to 30% by weight of a volatile component after the calcining. If the volatile component after calcination is less than 0.05 wt%, the sintering ability derived from carbon is low, and it is difficult to obtain a dense sintered body. If it exceeds 30 wt%, the volatile component during firing is low. Cracks and residual porosity after firing increase,
It becomes difficult to obtain a dense sintered body. The non-oxidizing atmosphere may be any of a nitrogen gas, an argon gas, a helium gas, a carbon dioxide gas, a mixed gas thereof, or a vacuum. In some cases, the calcination may be performed under gas pressure.
【００１３】造粒は、その方法を特に限定するものでは
ないが、前記仮焼体を湿式あるいは乾式下で振動ミルや
アトライター等の粉砕機により、粉砕したのち、スプレ
ードライヤー等の造粒機を用いて行なう。造粒の際、必
要に応じ、成形用バインダーを添加することができる。The method of granulation is not particularly limited, but the calcined body is pulverized by a pulverizer such as a vibrating mill or an attritor in a wet or dry method and then granulated by a spray dryer or the like. This is performed using During granulation, a molding binder can be added as required.
【００１４】成形は、その方法を特に限定するものでは
ないが、金型、ＣＩＰ、スリップキャスト等の一般の成
形法でよく、場合により、成形後、成形体を加工する。
本発明により調製された成形体は、揮発成分を含むた
め、成形体強度も高く、加工性に優れている。The molding method is not particularly limited, but may be a general molding method such as a mold, CIP, or slip casting. In some cases, the molded body is processed after molding.
Since the molded article prepared according to the present invention contains a volatile component, the molded article strength is high and the workability is excellent.
【００１５】脱脂は必要に応じて行い、非酸化性雰囲気
下で行なう。非酸化性雰囲気ガスは、仮焼工程で用いた
ものと同様のものが使用される。脱脂温度は、通常３０
０℃〜１４００℃がよく、特に、炭素原料からの揮発成
分が多く発生する６００℃以下では、昇温速度を６００
℃／時間以下で行なう必要がある。また、場合によっ
て、ガスによる加圧下で脱脂してもよい。Degreasing is performed as necessary, and is performed in a non-oxidizing atmosphere. The same non-oxidizing atmosphere gas as that used in the calcining step is used. The degreasing temperature is usually 30
0 ° C. to 1400 ° C. is good.
It is necessary to perform at a temperature of not more than ° C./hour. In some cases, degreasing may be performed under pressure by gas.
【００１６】焼成は、焼成温度が１９００℃〜２３００
℃で常圧焼結で行なう。焼成時間は、通常０．５時間か
ら８時間である。焼成温度が１９００℃未満では、緻密
な焼結体を得ることが困難であり、２３００℃を越える
と、焼結体の密度は向上するが、炭化珪素の粒子成長に
より強度が低下する。焼成中の雰囲気は、真空あるいは
前記と同様の非酸化性雰囲気が好ましい。焼成法として
は、高密度化させるためにホットプレス、ＨＩＰ法等を
用いても良い。The firing is performed at a firing temperature of 1900 ° C. to 2300
Atmospheric pressure sintering at ℃. The firing time is usually 0.5 to 8 hours. If the firing temperature is lower than 1900 ° C., it is difficult to obtain a dense sintered body. If the firing temperature is higher than 2300 ° C., the density of the sintered body increases, but the strength decreases due to the growth of silicon carbide particles. The atmosphere during firing is preferably a vacuum or a non-oxidizing atmosphere similar to the above. As a firing method, a hot press, a HIP method, or the like may be used to increase the density.
【００１７】このようにして得られた焼成体の炭素量
は、１０〜５０ｗｔ％である。炭素量が１０ｗｔ％未満
では、摺動特性が発現せず、５０ｗｔ％を越えると複合
材料中の炭素の分散状態が悪くなり、強度、硬度等の機
械的特性が劣化する。また、得られた焼成体の相対密度
は８５％以上であり、見掛気孔率が５％以下である。相
対密度が８５％未満では、機械的特性、摺動特性が劣化
する。また、見掛気孔率も５％を越えると、機械的特性
の劣化が生じる。ここで、見掛気孔率とは、開気孔の体
積を固体の体積と開気孔の体積の和で割った値を百分率
で表したものである。The carbon content of the fired body thus obtained is 10 to 50% by weight. If the carbon content is less than 10 wt%, the sliding properties are not exhibited, and if it exceeds 50 wt%, the dispersed state of carbon in the composite material is deteriorated, and mechanical properties such as strength and hardness are deteriorated. Further, the relative density of the obtained fired body is 85% or more, and the apparent porosity is 5% or less. If the relative density is less than 85%, mechanical characteristics and sliding characteristics are deteriorated. If the apparent porosity exceeds 5%, the mechanical properties deteriorate. Here, the apparent porosity is a percentage of the value obtained by dividing the volume of the open pores by the sum of the volume of the solid and the volume of the open pores.
【００１８】本発明により得られる複合材料は、見掛気
孔率の小さい高密度焼結体を呈し、強度が高く、熱衝撃
抵抗性及び摩擦係数、比摩耗量が小さく摺動特性に優れ
るものである。従って、摺動材料として有用である。本
発明の摺動部品は機械要素がその可動する部分を有し、
一時的または常時接触し、かつ相対的に摺動する摺動部
品において、少なくともその摺動面が本発明の炭化珪素
−炭素系複合材料により構成されていることを要する。
摺動部品の具体例としては軸受け、ボールベアリング、
ロールベアリング、水道およびケミカルバルブ、メカニ
カルシール等の摺動を有する機械部品として良好な結果
が得られる。The composite material obtained by the present invention exhibits a high density sintered body having a small apparent porosity, a high strength, a small thermal shock resistance, a low friction coefficient, a small specific wear, and excellent sliding characteristics. is there. Therefore, it is useful as a sliding material. The sliding component of the present invention has a movable part of a mechanical element,
It is necessary that at least a sliding surface of a sliding component that is in temporary or constant contact and relatively slides is made of the silicon carbide-carbon based composite material of the present invention.
Specific examples of sliding parts include bearings, ball bearings,
Good results are obtained as sliding mechanical parts such as roll bearings, water and chemical valves, and mechanical seals.
【００１９】[0019]
【実施例】以下、実施例および比較例により本発明をさ
らに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例等によ
りなんら限定されるものではない。 実施例１〜１７ 炭化珪素１００ｇに対し、焼結助剤（Ｂ4 Ｃ）２ｇと表
１に示す炭素原料を炭素源としてコールタールピッチ及
びオイルタールピッチから調製した所定量を振動ミルを
用い、有機溶媒中で混合後、脱溶媒を行なった。次い
で、表１の仮焼温度でそれぞれ２時間仮焼し、前記仮焼
粉を振動ミルにより、スラリー化したのち、スプレード
ライヤーにより造粒し、圧力１００ＭＰａでラバープレ
スを行い、６００℃で４時間脱脂を行なった。脱脂後、
表１の焼成温度で４時間焼成し試験片を得た。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples and the like. To Examples 1 to 17 silicon carbide 100 g, using a vibration mill sintering aid (B 4 C) 2g and a predetermined amount prepared from coal tar pitch and oil tar pitch as a carbon source of carbon materials shown in Table 1, After mixing in an organic solvent, the solvent was removed. Next, each of the calcined powders was calcined at a calcining temperature shown in Table 1 for 2 hours, and the calcined powder was slurried by a vibration mill, then granulated by a spray drier, rubber-pressed at a pressure of 100 MPa, and heated at 600 ° C. for 4 hours. Degreasing was performed. After degreasing,
The specimen was fired at the firing temperature shown in Table 1 for 4 hours to obtain a test piece.
【００２０】[0020]
【表１】 [Table 1]
【００２１】試験片は、イオン交換水を用い、アルキメ
デス法により、相対密度及び見掛気孔率（以下、単に気
孔率と略す）を算出した。また、ＪＩＳＲ１６０１に準
じ、曲げ強度を測定した。摩擦係数は、リングオンディ
スク法（神鋼造機製の摩擦摩耗試験機）により、乾式下
で測定を行なった。リング側の材質をＳＵＳ３０４、ブ
ロック側に本複合材料を用いた。複合材料中の炭素量の
測定は、焼結体１ｇを内容積５０ｃｃのタングステンカ
ーバイト製のポットと直径１３ｍｍのタングステンカー
バイト製ボールを用い、シェーキングミルにより、２０
分間乾式粉砕した試料を、ＪＩＳＲ６１２４に準じ、炭
化珪素の酸化補正を行って算出した。The test pieces were measured for relative density and apparent porosity (hereinafter simply referred to as porosity) by ion exchange water and Archimedes' method. Further, the bending strength was measured according to JISR1601. The coefficient of friction was measured under a dry condition by a ring-on-disk method (a friction and wear tester manufactured by Shinko Zoki). The material on the ring side was SUS304, and the composite material was used on the block side. The amount of carbon in the composite material was measured using a shaking mill by weighing 1 g of the sintered body using a tungsten carbide pot having an inner volume of 50 cc and a tungsten carbide ball having a diameter of 13 mm.
The sample subjected to dry pulverization for one minute was calculated by correcting the oxidation of silicon carbide in accordance with JIS R6124.
【００２２】また、焼成後の揮発分量の測定法は、所定
の配合で混合した試料を、仮焼、造粒したのち、ラバー
プレス法により、成形圧力１００ＭＰａで成形した時の
成形体重量と所定温度で焼成した後の焼成体重量をそれ
ぞれ化学天秤を用いて測定し、次式により算出した。 （（成形体重量−焼成体重量）／成形体重量）×１００
（％） その結果、本発明で得られた複合材料は、常圧焼結で、
気孔率の小さい高密度焼結体であり、強度が高く、摺動
特性に優れるものであった。The amount of volatile matter after firing is measured by calcining and granulating a sample mixed with a predetermined composition, and then molding the sample with a rubber press method at a molding pressure of 100 MPa and a predetermined weight. The weight of the fired body after firing at the temperature was measured using an analytical balance and calculated by the following equation. ((Weight of molded body−weight of fired body) / weight of molded body) × 100
(%) As a result, the composite material obtained in the present invention was sintered under normal pressure,
It was a high-density sintered body with small porosity, high strength, and excellent sliding characteristics.
【００２３】比較例１〜５ 炭化珪素１００ｇに対し、焼結助剤（Ｂ4 Ｃ）２ｇと表
２に示す炭素原料の所定量を実施例１〜１７と同様に、
振動ミルを用い、有機溶媒中で混合後、脱溶媒を行なっ
た。次いで、表２の仮焼温度でそれぞれ２時間仮焼し、
前記仮焼粉を振動ミルにより、スラリー化したのち、ス
プレードライヤーにより造粒し、圧力１００ＭＰａでラ
バープレスを行い、６００℃で４時間脱脂を行なった。
脱脂後、表２の焼成温度で４時間焼成し試験片を得た。Comparative Examples 1 to 5 2 g of the sintering aid (B 4 C) and a predetermined amount of the carbon material shown in Table 2 were added to 100 g of silicon carbide in the same manner as in Examples 1 to 17,
After mixing in an organic solvent using a vibration mill, the solvent was removed. Then, each was calcined at the calcining temperature shown in Table 2 for 2 hours.
The calcined powder was slurried by a vibration mill, then granulated by a spray drier, rubber-pressed at a pressure of 100 MPa, and degreased at 600 ° C. for 4 hours.
After degreasing, firing was performed at the firing temperature shown in Table 2 for 4 hours to obtain a test piece.
【００２４】[0024]
【表２】 [Table 2]
【００２５】試験片は、実施例１〜１７と同様に、イオ
ン交換水を用い、アルキメデス法により、相対密度及び
気孔率を算出した。また、ＪＩＳＲ１６０１に準じ、曲
げ強度を測定した。摩擦係数は、リングオンディスク法
（神鋼造機製の摩擦摩耗試験機）により、乾式下で測定
を行なった。複合材料中の炭素量の測定は、焼結体１ｇ
を内容積５０ｃｃのタングステンカーバイト製のポット
と直径１３ｍｍのタングステンカーバイト製ボールを用
い、シェーキングミルにより、２０分間乾式粉砕した試
料を、ＪＩＳＲ６１２４に準じ、炭化珪素の酸化補正を
行なって算出した。For the test piece, the relative density and the porosity were calculated by the Archimedes method using ion-exchanged water in the same manner as in Examples 1 to 17. Further, the bending strength was measured according to JISR1601. The coefficient of friction was measured under a dry condition by a ring-on-disk method (a friction and wear tester manufactured by Shinko Zoki). The amount of carbon in the composite material was measured using 1 g of a sintered body.
Using a tungsten carbide pot having an internal volume of 50 cc and a tungsten carbide ball having a diameter of 13 mm, a sample obtained by dry grinding with a shaking mill for 20 minutes was calculated by performing silicon carbide oxidation correction according to JISR6124. .
【００２６】また、焼成後の揮発分量の測定法は、所定
の配合で混合した試料を、仮焼、造粒したのち、ラバー
プレス法により、成形圧力１００ＭＰａで成形した時の
成形体重量と所定温度で焼成した後の焼成体重量をそれ
ぞれ化学天秤を用いて測定し、次式により算出した。 （（成形体重量−焼成体重量）／成形体重量）×１００
（％） その結果、比較例で得られた複合材料は、常圧焼結で、
気孔率も大きく、低密度の焼結体であり、強度が低く、
摺動特性に劣るものであった。The amount of volatile matter after firing is measured by calcining and granulating a sample mixed with a predetermined composition, and then molding the sample with a rubber press method at a molding pressure of 100 MPa and a predetermined weight. The weight of the fired body after firing at the temperature was measured using an analytical balance and calculated by the following equation. ((Weight of molded body−weight of fired body) / weight of molded body) × 100
(%) As a result, the composite material obtained in Comparative Example was sintered under normal pressure,
High porosity, low density sintered body, low strength,
The sliding characteristics were poor.
【００２７】実施例１８ 実施例３により得られた複合材料を用いて、軸受けに加
工し、使用したところ無潤滑で長時間の耐久性を示し
た。Example 18 The composite material obtained in Example 3 was processed into a bearing, and when used, showed no lubrication and long-term durability.
【００２８】実施例１９ 実施例４により得られた複合材料を用いてメカニカルシ
ールに適用したところ、従来の材料に比べ、シール性も
良好で長時間の耐久性を示した。Example 19 When the composite material obtained in Example 4 was applied to a mechanical seal, the sealability was better and the durability was longer than that of a conventional material.
【００２９】実施例２０ 実施例５により得られた複合材料を用いて石炭スラリー
の流量バルブとして使用したところ、スラリーのカット
オフがスムーズに行え、摺動特性が良好で、耐摩耗性も
良好であった。Example 20 When the composite material obtained in Example 5 was used as a flow valve for coal slurry, the slurry could be cut off smoothly, had good sliding characteristics, and had good wear resistance. there were.
【００３０】実施例２１ 実施例１により得られた複合材料を用いて精密加工し、
磁気ヘッド材料として使用したところ、相手メディアを
傷つける事なく耐久性も良好であった。Example 21 The composite material obtained in Example 1 was precision machined,
When used as a magnetic head material, the durability was good without damaging the mating media.
【００３１】実施例２２ 実施例６により得られた複合材料を用いて撚糸リングと
して使用したところ、従来のセラミックスに比べ、低摩
耗性及び高耐久性を示した。Example 22 When the composite material obtained in Example 6 was used as a twisted ring, it exhibited lower wear and higher durability than conventional ceramics.
【００３２】実施例２３ 実施例２により得られた複合材料を用いて混合水栓用デ
ィスクバルブとして使用したところ、従来のセラミック
スに比べ、低トルク摺動性及び高耐久性を示した。Example 23 When the composite material obtained in Example 2 was used as a disc valve for a mixing faucet, low torque sliding property and high durability were exhibited as compared with conventional ceramics.
【００３３】[0033]
【発明の効果】本発明の製造方法により、複合材料の相
対密度が高く、見掛気孔率が小さいため摺動特性に優れ
た炭化珪素−炭素系複合材料を得ることができ、特に摺
動部品の製造に好適に用いることができる。According to the production method of the present invention, it is possible to obtain a silicon carbide-carbon composite material having excellent sliding characteristics due to a high relative density of the composite material and a small apparent porosity. Can be suitably used for the production of
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−33064（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−320254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−260861（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−265850（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−58862（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−260773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−176956（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/565 - 35/577 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-3-33064 (JP, A) JP-A-1-320254 (JP, A) JP-A-63-260861 (JP, A) JP-A-63-260 265850 (JP, A) JP-A-61-58862 (JP, A) JP-A-62-260773 (JP, A) JP-A-62-176956 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 7 , DB name) C04B 35/565-35/577
Claims (4)
略す）、またはＴＳとピッチのトルエン不溶成分（以下
ＴＩと略す）よりなるＴＳ／ＴＩ比が０．０５以上のピ
ッチを、炭化珪素および焼結助剤と共に混合し、得られ
る混合物を仮焼後に揮発成分が残留するように非酸化性
雰囲気で仮焼し、次いで造粒、成形により得られた圧粉
体を常圧焼結することを特徴とする、焼成体中に１０〜
５０ｗｔ％の炭素が存在し、相対密度が８５％以上で見
掛気孔率が５％以下である炭化珪素−炭素系複合材料の
製造法。Claims 1. A pitch having a TS / TI ratio of 0.05 or more comprising a pitch-toluene-soluble component (hereinafter abbreviated as TS) or a pitch-toluene-insoluble component (hereinafter abbreviated as TI) of a pitch is formed of silicon carbide and Mixing with a sintering aid, calcining the resulting mixture in a non-oxidizing atmosphere such that volatile components remain after calcining, and then normal-pressure sintering of the compact obtained by granulation and molding Characterized in that in the fired body 10
A method for producing a silicon carbide-carbon composite material in which 50 wt% of carbon is present, the relative density is 85% or more, and the apparent porosity is 5% or less.
ｔ％となるよう、仮焼を３００℃〜５５０℃で行なうこ
とを特徴とする請求項１記載の製造法。2. The amount of volatile components after calcination is 0.05 to 30 watts.
The method according to claim 1, wherein the calcination is performed at 300 ° C. to 550 ° C. so as to obtain t%.
る焼成体よりなる摺動材料。3. A sliding material comprising a fired body obtained by the method according to claim 1.
時的または常時接触し、かつ相対的に摺動する摺動部品
において、少なくともその摺動面が請求項１又は２記載
の方法により得られる炭化珪素−炭素系複合材料により
構成されていることを特徴とする摺動部品。4. A sliding part in which the mechanical element has a movable part, which is in temporary or permanent contact and slides relatively, wherein at least the sliding surface of the sliding part is in accordance with the method of claim 1 or 2. A sliding component comprising the obtained silicon carbide-carbon composite material.
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