JPH0550475B2 - - Google Patents
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- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、摺動材用セラミツクスに係るもので
あり、特に耐摩耗性及び耐熱衝撃性に優れた摺動
材用セラミツクスに関する。 〔従来の技術〕 機械が動く時には必ず摺動がついてまわる。摺
動部の摩擦と摩耗を減らせれば、それだけ省エネ
ルギ、長寿命につながる。 摺動部の潤滑には一般に油が使われる。油は大
きな粘性を持つため、摺動面の間に相対速度があ
ると油膜が形成され、摩耗が生じない。しかも油
潤滑には冷却作用もある。摩擦と摩耗の低減にの
み着目すれば油は理想的な潤滑剤である。 しかし、油潤滑は油の流路や油だめを必要と
し、それだけ機械を大型で複雑にし、コスト高に
なる。油やグリースは蒸発するし、劣化するので
メンテナンスを必要とする。また、油の蒸発は特
に真空中の高温下で激しい。その上、蒸発した油
は周囲の機器を汚染する。 機械は小型、軽量化、低コスト、メンテナンス
フリーを求めている。こうした期待にこたえるの
が固体潤滑である。 無給油で高温まで使用可能な摺動材料として
は、従来から黒鉛材料が知られている。黒鉛材料
は、耐薬品性に優れかつ自己潤滑性があるため、
無給油で高温まで使用できるものの、気孔率が大
きく機械的強度に劣るのが大きな欠点となつてお
り、樹脂入り黒鉛材や窒化ホウ素は摩擦係数が小
さいものの耐摩耗性が極めて低く、機械的強度も
小さいために寿命が短く頻繁に摺動部材を取替え
る必要があつた。 また、金属母材中に黒鉛、二硫化モリブデンな
どを均一に分散させた固体潤滑剤分散型焼結金属
なども用いられているが、素地が金属なので耐薬
品性、耐食性に劣り高温では耐摩耗性に劣るなど
の欠点がある。 一方、近年セラミツクス製の摺動部材が提供さ
れているが、一般のセラミツクスの摩擦係数は
0.5以上あり、場合によつては１を越えることも
ありセラミツク摺動部材を用いる装置に大きな制
約を与えることになる。 エンジニアリングセラミツクスと称され、代表
的なものとしては炭化ケイ素、窒化ケイ素、アル
ミナ、及びジルコニアが知られているが、摺動材
として実際に使用するには以下の要求特性を満た
さなければならない。（参考文献：工業材料、第
31巻第12号、第140頁） (1) 硬度が高く、耐摩耗性及び耐焼付き性が優れ
ていること (2) 摺動相手材との相性がよいこと（摩擦係数が
低く、相手材の摩耗も小さいこと） (3) 耐食性が優れていること (4) 強度、靱性及び耐熱衝撃性が高いこと (5) 摺動面間の良好な潤滑状態を維持するため
に、応力や熱による摺動面の変形が小さいこと
（すなわち、ヤング率が高く、熱膨張係数が小
さいこと） (6) 熱伝導度が高いこと（耐熱衝撃性を高め、摩
擦熱の蓄熱を防ぐことによつて摩擦係数の上昇
と摺動面の熱変形を抑制する） (7) 比重が小さいこと（遠心応力を軽減する） これらの要求特性に対する既存材料の適性をみ
ると、金属質材料は耐焼付き性に問題がある。ア
ルミナセラミツクス単独は、耐熱衝撃性に弱く、
熱膨張係数が大きいので熱による摺動面の変形が
生じる。ジルコニア単独もアルミナと同様に、耐
熱衝撃性に弱く熱膨張係数が大きい。窒化ケイ素
単独は、硬さと熱伝導度が低い。炭化ケイ素単独
は、硬く、熱伝導度も優れているが耐熱衝撃性が
劣る、などの問題点があり、耐摩耗、耐蝕性を兼
備し、かつ耐熱衝撃性の一段と向上した摺動材が
要求されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、耐摩耗性、耐熱衝撃性の点に
ついて配慮がされておらず、相手材との摩耗が大
きく、急激な温度変化が原因となつた割れを生じ
るという問題があつた。 本発明の目的は、無給油で高温でも使用できる
耐摩耗性、特に相手材の摩耗を小さくし、かつ耐
熱衝撃性に優れた摺動材用セラミツクスを提供す
ることにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明を概説すれば、本発明は摺動材用セラミ
ツクスに関する発明であつて、気孔形状200μm以
下の窒化ケイ素と炭化ケイ素の複合セラミツクス
に、固体潤滑剤が１〜40体積部存在していること
を特徴とする。 本発明においては、セラミツクス摺動材を、特
に窒化ケイ素と炭化ケイ素を主体とする焼結体と
する。その理由は、耐摩耗性、硬さ、熱伝導度に
優れた炭化ケイ素を熱膨張係数の小さい窒化ケイ
素で結合することにより、窒化ケイ素と炭化ケイ
素の両方の特徴を兼ね備えた摺動材が得られるか
らである。また、炭化ケイ素と窒化ケイ素により
複合化することによつて従来にない優れた耐熱衝
撃特性が得ることができるからである。 本発明において、焼結体の気孔中に固体潤滑剤
を存在させる方法としては、該固体潤滑剤をセラ
ミツク原料と一緒に混合、成形、焼結する方法、
及び該固体潤滑剤を焼結体中に加圧下含浸させる
方法などが挙げられ、均一に分散させることがで
きる。 本発明において、原料と一緒に固体潤滑剤を添
加する場合には、セラミツクス焼結体中の固体潤
滑剤の量を１〜40体積部とする。その理由は、１
体積部より少ないとその効果がほとんどなく、他
方40体積部より多いと効果はあるが、セラミツク
ス焼結体が多孔質となり強度が小さくなるので好
ましくないからである。 本発明において、固体潤滑剤を焼結体中に含浸
させる場合には、固体潤滑剤を、セラミツク焼結
体の少なくとも表面層0.5mmの深さの部分で１〜
40体積部とするのが好ましい。その理由は、１体
積部より少ないとその効果がほとんどなく、他方
40体積部より多いと含浸が困難であるからであ
る。 また、固体潤滑剤は、表面層に少なくとも0.5
mm含浸されていれば、固体潤滑剤が摺動面に出て
きて摺動面の摩擦係数を下げることが可能である
ので、0.5mm以上なら可能な限り含浸させてもよ
い。 更にまた、含浸させる場合には、焼結体の１つ
の気孔の大きさを200μm以下、気孔量を１〜47体
積部とするのが好ましい。その理由は、気孔の大
きさを200μmより大きくすると焼結体にクラツク
が発生する量が増大すること、また気孔の大きさ
が200μmあれば、含浸するのに充分であるからで
ある。そして、気孔量を47体積部より多くする
と、機械的強度が低すぎて摺動材として不適当で
あるからである。 本発明において、固体潤滑剤としては特にグラ
フアイト、二硫化モリブデン、二硫化チタン、二
硫化タングステン、窒化ホウ素、フツ素樹脂、二
硫化テルル、二硫化セレン、水酸化バリウム、塩
化鉛、雲母、ヨウ化銀、タルク、ホウ砂、カオリ
ン、酸化鉛、酸化亜鉛、バーミキユライト、Fe
−Mn−リン酸塩、ポリエチレングリコール、パ
ラフインワツクス、ステアリン酸化合物など摩擦
を下げる効果を持つものが好ましい。 本発明において、成形方法は常法でよく、金型
成形、ラバープレス成形、射出成形、鋳込成形、
押出成形、ホツト・アイソスタチツクプレス成形
及びホツトプレス成形法などを、形状と要求特性
に応じて、適宜選択すればよい。 また、成形体の焼結方法も常法でよく、要求特
性に応じて、反応焼結、常圧焼結、再二次焼結、
ホツトプレスなどにより行えばよい。 本発明によれば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ア
ルミナ又はジルコニア単独の場合に比較して、摩
擦係数を１桁小さく、摩耗量も１桁小さくするこ
とができる。また耐熱衝撃特性も倍に向上するこ
とができ、それにより、従来にない耐摩耗性、耐
熱衝撃特性を有する優れた摺動材が得られる。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例、比較例、及び参考例に
より更に具体的に説明するが、本発明はこれら実
施例に限定されない。 実施例 １ 平均粒径1μmの金属Si粉末60ｇと平均粒径
16μmの炭化ケイ素粉末40ｇの混合物に成形助剤
としてポリビニルアルコール20％溶液を100c.c.添
加し、ポツトミルで24時間混合し、次に室温で乾
燥させ供試原料とした。この原料をメカニカルプ
レスを用いて成形圧力100〜1000Kgｆ／cm2で、外
径30mm、内径20mm、厚さ30mmのものを成形した。
これを窒素中1100〜1400℃まで段階的に長時間か
けて焼結した。 このリング形状の焼結体中にオートクレーブを
用いて各種固体潤滑剤を含浸し、摺動面を研摩し
た後、下記の条件で乾式摺動試験を行つた。その
結果を第１表に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ〔リング オ
ン リング（Ring on Ring）〕方式 潤滑方法 無潤滑 摺動速度 2m／秒 面 圧 1.5Kg／cm2 時 間 100時間
あり、特に耐摩耗性及び耐熱衝撃性に優れた摺動
材用セラミツクスに関する。 〔従来の技術〕 機械が動く時には必ず摺動がついてまわる。摺
動部の摩擦と摩耗を減らせれば、それだけ省エネ
ルギ、長寿命につながる。 摺動部の潤滑には一般に油が使われる。油は大
きな粘性を持つため、摺動面の間に相対速度があ
ると油膜が形成され、摩耗が生じない。しかも油
潤滑には冷却作用もある。摩擦と摩耗の低減にの
み着目すれば油は理想的な潤滑剤である。 しかし、油潤滑は油の流路や油だめを必要と
し、それだけ機械を大型で複雑にし、コスト高に
なる。油やグリースは蒸発するし、劣化するので
メンテナンスを必要とする。また、油の蒸発は特
に真空中の高温下で激しい。その上、蒸発した油
は周囲の機器を汚染する。 機械は小型、軽量化、低コスト、メンテナンス
フリーを求めている。こうした期待にこたえるの
が固体潤滑である。 無給油で高温まで使用可能な摺動材料として
は、従来から黒鉛材料が知られている。黒鉛材料
は、耐薬品性に優れかつ自己潤滑性があるため、
無給油で高温まで使用できるものの、気孔率が大
きく機械的強度に劣るのが大きな欠点となつてお
り、樹脂入り黒鉛材や窒化ホウ素は摩擦係数が小
さいものの耐摩耗性が極めて低く、機械的強度も
小さいために寿命が短く頻繁に摺動部材を取替え
る必要があつた。 また、金属母材中に黒鉛、二硫化モリブデンな
どを均一に分散させた固体潤滑剤分散型焼結金属
なども用いられているが、素地が金属なので耐薬
品性、耐食性に劣り高温では耐摩耗性に劣るなど
の欠点がある。 一方、近年セラミツクス製の摺動部材が提供さ
れているが、一般のセラミツクスの摩擦係数は
0.5以上あり、場合によつては１を越えることも
ありセラミツク摺動部材を用いる装置に大きな制
約を与えることになる。 エンジニアリングセラミツクスと称され、代表
的なものとしては炭化ケイ素、窒化ケイ素、アル
ミナ、及びジルコニアが知られているが、摺動材
として実際に使用するには以下の要求特性を満た
さなければならない。（参考文献：工業材料、第
31巻第12号、第140頁） (1) 硬度が高く、耐摩耗性及び耐焼付き性が優れ
ていること (2) 摺動相手材との相性がよいこと（摩擦係数が
低く、相手材の摩耗も小さいこと） (3) 耐食性が優れていること (4) 強度、靱性及び耐熱衝撃性が高いこと (5) 摺動面間の良好な潤滑状態を維持するため
に、応力や熱による摺動面の変形が小さいこと
（すなわち、ヤング率が高く、熱膨張係数が小
さいこと） (6) 熱伝導度が高いこと（耐熱衝撃性を高め、摩
擦熱の蓄熱を防ぐことによつて摩擦係数の上昇
と摺動面の熱変形を抑制する） (7) 比重が小さいこと（遠心応力を軽減する） これらの要求特性に対する既存材料の適性をみ
ると、金属質材料は耐焼付き性に問題がある。ア
ルミナセラミツクス単独は、耐熱衝撃性に弱く、
熱膨張係数が大きいので熱による摺動面の変形が
生じる。ジルコニア単独もアルミナと同様に、耐
熱衝撃性に弱く熱膨張係数が大きい。窒化ケイ素
単独は、硬さと熱伝導度が低い。炭化ケイ素単独
は、硬く、熱伝導度も優れているが耐熱衝撃性が
劣る、などの問題点があり、耐摩耗、耐蝕性を兼
備し、かつ耐熱衝撃性の一段と向上した摺動材が
要求されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、耐摩耗性、耐熱衝撃性の点に
ついて配慮がされておらず、相手材との摩耗が大
きく、急激な温度変化が原因となつた割れを生じ
るという問題があつた。 本発明の目的は、無給油で高温でも使用できる
耐摩耗性、特に相手材の摩耗を小さくし、かつ耐
熱衝撃性に優れた摺動材用セラミツクスを提供す
ることにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明を概説すれば、本発明は摺動材用セラミ
ツクスに関する発明であつて、気孔形状200μm以
下の窒化ケイ素と炭化ケイ素の複合セラミツクス
に、固体潤滑剤が１〜40体積部存在していること
を特徴とする。 本発明においては、セラミツクス摺動材を、特
に窒化ケイ素と炭化ケイ素を主体とする焼結体と
する。その理由は、耐摩耗性、硬さ、熱伝導度に
優れた炭化ケイ素を熱膨張係数の小さい窒化ケイ
素で結合することにより、窒化ケイ素と炭化ケイ
素の両方の特徴を兼ね備えた摺動材が得られるか
らである。また、炭化ケイ素と窒化ケイ素により
複合化することによつて従来にない優れた耐熱衝
撃特性が得ることができるからである。 本発明において、焼結体の気孔中に固体潤滑剤
を存在させる方法としては、該固体潤滑剤をセラ
ミツク原料と一緒に混合、成形、焼結する方法、
及び該固体潤滑剤を焼結体中に加圧下含浸させる
方法などが挙げられ、均一に分散させることがで
きる。 本発明において、原料と一緒に固体潤滑剤を添
加する場合には、セラミツクス焼結体中の固体潤
滑剤の量を１〜40体積部とする。その理由は、１
体積部より少ないとその効果がほとんどなく、他
方40体積部より多いと効果はあるが、セラミツク
ス焼結体が多孔質となり強度が小さくなるので好
ましくないからである。 本発明において、固体潤滑剤を焼結体中に含浸
させる場合には、固体潤滑剤を、セラミツク焼結
体の少なくとも表面層0.5mmの深さの部分で１〜
40体積部とするのが好ましい。その理由は、１体
積部より少ないとその効果がほとんどなく、他方
40体積部より多いと含浸が困難であるからであ
る。 また、固体潤滑剤は、表面層に少なくとも0.5
mm含浸されていれば、固体潤滑剤が摺動面に出て
きて摺動面の摩擦係数を下げることが可能である
ので、0.5mm以上なら可能な限り含浸させてもよ
い。 更にまた、含浸させる場合には、焼結体の１つ
の気孔の大きさを200μm以下、気孔量を１〜47体
積部とするのが好ましい。その理由は、気孔の大
きさを200μmより大きくすると焼結体にクラツク
が発生する量が増大すること、また気孔の大きさ
が200μmあれば、含浸するのに充分であるからで
ある。そして、気孔量を47体積部より多くする
と、機械的強度が低すぎて摺動材として不適当で
あるからである。 本発明において、固体潤滑剤としては特にグラ
フアイト、二硫化モリブデン、二硫化チタン、二
硫化タングステン、窒化ホウ素、フツ素樹脂、二
硫化テルル、二硫化セレン、水酸化バリウム、塩
化鉛、雲母、ヨウ化銀、タルク、ホウ砂、カオリ
ン、酸化鉛、酸化亜鉛、バーミキユライト、Fe
−Mn−リン酸塩、ポリエチレングリコール、パ
ラフインワツクス、ステアリン酸化合物など摩擦
を下げる効果を持つものが好ましい。 本発明において、成形方法は常法でよく、金型
成形、ラバープレス成形、射出成形、鋳込成形、
押出成形、ホツト・アイソスタチツクプレス成形
及びホツトプレス成形法などを、形状と要求特性
に応じて、適宜選択すればよい。 また、成形体の焼結方法も常法でよく、要求特
性に応じて、反応焼結、常圧焼結、再二次焼結、
ホツトプレスなどにより行えばよい。 本発明によれば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ア
ルミナ又はジルコニア単独の場合に比較して、摩
擦係数を１桁小さく、摩耗量も１桁小さくするこ
とができる。また耐熱衝撃特性も倍に向上するこ
とができ、それにより、従来にない耐摩耗性、耐
熱衝撃特性を有する優れた摺動材が得られる。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例、比較例、及び参考例に
より更に具体的に説明するが、本発明はこれら実
施例に限定されない。 実施例 １ 平均粒径1μmの金属Si粉末60ｇと平均粒径
16μmの炭化ケイ素粉末40ｇの混合物に成形助剤
としてポリビニルアルコール20％溶液を100c.c.添
加し、ポツトミルで24時間混合し、次に室温で乾
燥させ供試原料とした。この原料をメカニカルプ
レスを用いて成形圧力100〜1000Kgｆ／cm2で、外
径30mm、内径20mm、厚さ30mmのものを成形した。
これを窒素中1100〜1400℃まで段階的に長時間か
けて焼結した。 このリング形状の焼結体中にオートクレーブを
用いて各種固体潤滑剤を含浸し、摺動面を研摩し
た後、下記の条件で乾式摺動試験を行つた。その
結果を第１表に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ〔リング オ
ン リング（Ring on Ring）〕方式 潤滑方法 無潤滑 摺動速度 2m／秒 面 圧 1.5Kg／cm2 時 間 100時間
【表】
【表】
これより、固体潤滑剤を添加していない番号１
に比較して固体潤滑剤を添加したものは動摩擦係
数が小さく、摩耗量も少ないことが分る。 また、固体潤滑剤を含浸した焼結体を破断して
分析した結果、焼結体表面から最大深さ10mmまで
均一に固体潤滑剤が分散していることが分つた。 実施例 ２ 実施例１で得られた本発明品について熱衝撃試
験を行つた結果を第２表に示す。熱衝撃試験は、
試料を各温度で20分保持後約20℃の水中に試料を
浸漬して試料にクラツクが発生しているか否か確
認し、各試料にクラツクが発生しないで耐え得る
最高の温度を示した。
に比較して固体潤滑剤を添加したものは動摩擦係
数が小さく、摩耗量も少ないことが分る。 また、固体潤滑剤を含浸した焼結体を破断して
分析した結果、焼結体表面から最大深さ10mmまで
均一に固体潤滑剤が分散していることが分つた。 実施例 ２ 実施例１で得られた本発明品について熱衝撃試
験を行つた結果を第２表に示す。熱衝撃試験は、
試料を各温度で20分保持後約20℃の水中に試料を
浸漬して試料にクラツクが発生しているか否か確
認し、各試料にクラツクが発生しないで耐え得る
最高の温度を示した。
【表】
また比較材料について同様の条件でテストした
結果を第３表に示す。 この結果からSi3N4−SiCは耐熱衝撃性が極め
て優れていることが分る。
結果を第３表に示す。 この結果からSi3N4−SiCは耐熱衝撃性が極め
て優れていることが分る。
【表】
実施例 ３
実施例１と同様にして下記の条件で湿式摺動試
験を行つた。その結果を第４表番号１〜８に示
す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 100m／分 面 圧 ５Kg／cm2 時 間 100時間 また比較材料についても同様の条件でテストし
た結果を番号９に示す。 これより、本発明品は従来品に比べて動摩擦係
数や摩耗量が極めて小さいことが分る。
験を行つた。その結果を第４表番号１〜８に示
す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 100m／分 面 圧 ５Kg／cm2 時 間 100時間 また比較材料についても同様の条件でテストし
た結果を番号９に示す。 これより、本発明品は従来品に比べて動摩擦係
数や摩耗量が極めて小さいことが分る。
【表】
実施例 ４
実施例１と同様にして得られた焼結体にグラフ
アイトの添加量を変えて下記の条件で湿式摺動試
験を行つた。その結果を第５表に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 10m／秒 面 圧 ５Kg／cm2 時 間 100時間
アイトの添加量を変えて下記の条件で湿式摺動試
験を行つた。その結果を第５表に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 10m／秒 面 圧 ５Kg／cm2 時 間 100時間
【表】
これより、固体潤滑剤を添加していないと摩擦
係数が大きく、摩耗量も大きいことが分る。また
添加量を40体積％より多くすると、機械的強度が
小さくなり、摩耗量が多くなることが分る。 実施例 ５ 平均粒径1μmの窒化ケイ素粉末60ｇと平均粒径
2μmの炭化ケイ素粉末40ｇに酸化マグネシウム５
ｇ、酸化イツトリウム５ｇを配合し、ポリビニル
ブチラール20％溶液を100c.c.添加しポツトミルで
24時間混合し、次に室温で乾燥させ供試原料とし
た。この原料をカーボンモールドに充てんし、窒
素ガス中300Kg／cm2、1600℃から1900℃の温度で
焼結した。この焼結体をリング形状に加工し、実
施例１と同様にして固体潤滑剤を含浸し、下記の
条件で湿式摺動試験を行つた。その結果を第６表
に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 面 圧 ５Kg／cm2 時 間 100時間
係数が大きく、摩耗量も大きいことが分る。また
添加量を40体積％より多くすると、機械的強度が
小さくなり、摩耗量が多くなることが分る。 実施例 ５ 平均粒径1μmの窒化ケイ素粉末60ｇと平均粒径
2μmの炭化ケイ素粉末40ｇに酸化マグネシウム５
ｇ、酸化イツトリウム５ｇを配合し、ポリビニル
ブチラール20％溶液を100c.c.添加しポツトミルで
24時間混合し、次に室温で乾燥させ供試原料とし
た。この原料をカーボンモールドに充てんし、窒
素ガス中300Kg／cm2、1600℃から1900℃の温度で
焼結した。この焼結体をリング形状に加工し、実
施例１と同様にして固体潤滑剤を含浸し、下記の
条件で湿式摺動試験を行つた。その結果を第６表
に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 面 圧 ５Kg／cm2 時 間 100時間
【表】
実施例 ６
平均粒径1μmの金属Si粉末60重量部、平均粒径
16μmのSiC粉末40重量部にグラフアイト粉末を
１〜50重量部添加した混合物に成形助剤としてポ
リエチレン系ワツクスを９重量部添加し150℃で
加熱混練した。この原料をメカニカルプレスを用
いて成形温度160℃、圧力1000Kgｆ／cm2でφ30×
φ20×10mmの成形体を作つた。これを25℃／時で
500℃まで加熱後、窒素雰囲気中1100〜1400℃ま
で段階的に長時間かけて焼結した。この焼結体の
摺動面を研摩した後、下記の条件で湿式摺動試験
を行つた。その結果を第７表に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 10m／秒 面 圧 ５Kgｆ／cm2 時 間 100時間
16μmのSiC粉末40重量部にグラフアイト粉末を
１〜50重量部添加した混合物に成形助剤としてポ
リエチレン系ワツクスを９重量部添加し150℃で
加熱混練した。この原料をメカニカルプレスを用
いて成形温度160℃、圧力1000Kgｆ／cm2でφ30×
φ20×10mmの成形体を作つた。これを25℃／時で
500℃まで加熱後、窒素雰囲気中1100〜1400℃ま
で段階的に長時間かけて焼結した。この焼結体の
摺動面を研摩した後、下記の条件で湿式摺動試験
を行つた。その結果を第７表に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 10m／秒 面 圧 ５Kgｆ／cm2 時 間 100時間
【表】
【表】
これより、固体潤滑剤の添加量が１体積％より
小さいと摩擦係数が大きくなるとともに摩耗量も
大きくなつていることが分る。また添加量が40体
積％を超えると摩擦係数は変らないが摩耗量が急
激に大きくなつていることが分る。したがつて、
固体潤滑剤は１〜40体積％であることが好まし
い。 実施例７ （参考例） 平均粒径1μmのSiC粉末100ｇに焼結助剤とし
てBeOを２重量％添加したものをホツトプレス
を用いて200Kgｆ／cm2、1800〜2000℃の条件で焼
結し、外径φ30mm、内径φ20mm、厚さ10mmに加工
した後、オートクレーブを用いて固体潤滑剤を含
浸させ、摺動面を研摩した後、下記の条件で湿式
摺動試験を行つた。その結果を第８表に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 2m／秒 面 圧 ５Kgｆ／cm2 時 間 100時間
小さいと摩擦係数が大きくなるとともに摩耗量も
大きくなつていることが分る。また添加量が40体
積％を超えると摩擦係数は変らないが摩耗量が急
激に大きくなつていることが分る。したがつて、
固体潤滑剤は１〜40体積％であることが好まし
い。 実施例７ （参考例） 平均粒径1μmのSiC粉末100ｇに焼結助剤とし
てBeOを２重量％添加したものをホツトプレス
を用いて200Kgｆ／cm2、1800〜2000℃の条件で焼
結し、外径φ30mm、内径φ20mm、厚さ10mmに加工
した後、オートクレーブを用いて固体潤滑剤を含
浸させ、摺動面を研摩した後、下記の条件で湿式
摺動試験を行つた。その結果を第８表に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 2m／秒 面 圧 ５Kgｆ／cm2 時 間 100時間
【表】
【表】
この結果から、固体潤滑剤を含浸したものは耐
摩耗性に優れていることが分つた。実施例８
（参考例） 平均粒径0.8μmのSi3N4粉末に、平均粒径2μm
のY2O3粉末、Al2O3粉末を各５重量％添加しポツ
トミルで24時間湿式混合した後、乾燥しメカニカ
ルプレスを用いて1000Kgｆ／cm2の圧力でφ50mmに
成形した。これを1600〜1800℃の温度範囲で窒素
中４時間焼結した。得られた焼結体を外径30mm、
内径20mm、厚さ10mmに加工し、摺動面を研摩した
後、オークレープを用いて固体潤滑剤を含浸さ
せ、下記の条件で湿式摺動試験を行つた。その結
果を第９表に示す。 摺動条件 試験機 リング オン リング方式 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 2m／秒 面 圧 ５Kgｆ／cm2 時 間 100時間
摩耗性に優れていることが分つた。実施例８
（参考例） 平均粒径0.8μmのSi3N4粉末に、平均粒径2μm
のY2O3粉末、Al2O3粉末を各５重量％添加しポツ
トミルで24時間湿式混合した後、乾燥しメカニカ
ルプレスを用いて1000Kgｆ／cm2の圧力でφ50mmに
成形した。これを1600〜1800℃の温度範囲で窒素
中４時間焼結した。得られた焼結体を外径30mm、
内径20mm、厚さ10mmに加工し、摺動面を研摩した
後、オークレープを用いて固体潤滑剤を含浸さ
せ、下記の条件で湿式摺動試験を行つた。その結
果を第９表に示す。 摺動条件 試験機 リング オン リング方式 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 2m／秒 面 圧 ５Kgｆ／cm2 時 間 100時間
【表】
【表】
実施例９ （参考例）
平均粒径0.9μmのZrO2粉末に、平均粒径2μmの
Y2O3粉末、MgO粉末、CaO粉末を各３モル％添
加し、ポツトミルで24時間湿式混合した後、乾燥
し供試原料とした。これをメカニカルプレスを用
いて1000Kgｆ／cm2の圧力でφ50mmに成形した。そ
してこの成形体を1400〜1650℃の温度範囲で４時
間焼結した。得られた焼結体を外径30mm、内径20
mm、厚さ10mmに加工し、摺動面を研摩した後、オ
ークレープを用いて固体潤滑剤を含浸させ、実施
例３と同様の条件で湿式摺動試験を行つた。その
結果を第10表に示す。 この結果から、固体潤滑剤を添加したものは耐
摩耗性に優れていることが分る。
Y2O3粉末、MgO粉末、CaO粉末を各３モル％添
加し、ポツトミルで24時間湿式混合した後、乾燥
し供試原料とした。これをメカニカルプレスを用
いて1000Kgｆ／cm2の圧力でφ50mmに成形した。そ
してこの成形体を1400〜1650℃の温度範囲で４時
間焼結した。得られた焼結体を外径30mm、内径20
mm、厚さ10mmに加工し、摺動面を研摩した後、オ
ークレープを用いて固体潤滑剤を含浸させ、実施
例３と同様の条件で湿式摺動試験を行つた。その
結果を第10表に示す。 この結果から、固体潤滑剤を添加したものは耐
摩耗性に優れていることが分る。
【表】
【表】
実施例10 （参考例）
平均粒径1μmのSiC粉末100ｇと平均粒径2μmの
ZrB2粉末100ｇの混合粉末を湿式混合した後、乾
燥させ供試原料とした。この原料をホツトプレス
を用いて、窒素中300Kgｆ／cm2、1600〜2000℃の
温度範囲で２時間焼結した。得られた焼結体を外
径φ30mm、内径φ20mm、厚さ10mmに加工、研摩し
た後、オートクレーブを用いて固体潤滑剤を含浸
させ、下記の条件で湿式摺動試験を行つた。 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 2m／秒 面 圧 ５Kgｆ／cm2 時 間 100時間 その結果を第11表に示す。 これより、ZrB2−SiC系は耐摩耗性に優れてお
り、導電性摺動材として利用することができる。
ZrB2粉末100ｇの混合粉末を湿式混合した後、乾
燥させ供試原料とした。この原料をホツトプレス
を用いて、窒素中300Kgｆ／cm2、1600〜2000℃の
温度範囲で２時間焼結した。得られた焼結体を外
径φ30mm、内径φ20mm、厚さ10mmに加工、研摩し
た後、オートクレーブを用いて固体潤滑剤を含浸
させ、下記の条件で湿式摺動試験を行つた。 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 2m／秒 面 圧 ５Kgｆ／cm2 時 間 100時間 その結果を第11表に示す。 これより、ZrB2−SiC系は耐摩耗性に優れてお
り、導電性摺動材として利用することができる。
【表】
【表】
実施例11 （参考例）
平均粒径1μmの金属Si粉末60重量部と平均粒径
2μmのSi−Al−Ｏ−Ｎ粉末40重量部に固体潤滑
剤（二硫化モリブデン）を１〜50重量部添加した
混合粉末、平均粒径1μmの金属Si粉末60重量部と
平均粒径0.9μmのAl2O3粉末40重量部に固体潤滑
剤（窒化ホウ素）を１〜50重量部添加した混合粉
末の２種類について実施例６と同様に混合、成
形、焼結を行つた。得られた焼結体の摺動面を研
摩した後、下記の条件で湿式摺動試験を行つた。
その結果を第12表に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 10m／秒 面 圧 ５Kgｆ／cm2 時 間 100時間
2μmのSi−Al−Ｏ−Ｎ粉末40重量部に固体潤滑
剤（二硫化モリブデン）を１〜50重量部添加した
混合粉末、平均粒径1μmの金属Si粉末60重量部と
平均粒径0.9μmのAl2O3粉末40重量部に固体潤滑
剤（窒化ホウ素）を１〜50重量部添加した混合粉
末の２種類について実施例６と同様に混合、成
形、焼結を行つた。得られた焼結体の摺動面を研
摩した後、下記の条件で湿式摺動試験を行つた。
その結果を第12表に示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 油潤滑（マシン油） 摺動速度 10m／秒 面 圧 ５Kgｆ／cm2 時 間 100時間
【表】
【表】
これより固体潤滑剤の添加量が１体積％より小
さいと摩擦係数が大きくなると共に摩耗量を大き
くなつていることが分る。また添加量が40体積％
を超えると摩擦係数は変らないが摩耗量が急激に
大きくなつていることが分る。したがつて固体潤
滑剤は１〜40体積％であることが好ましい。 実施例 12 実施例１で得られた本発明品について、気孔の
大きさと耐摩耗性について調べた結果を第13表に
示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 無潤滑 摺動速度 2m／秒 面 圧 1.5Kgｆ／cm2 時 間 100時間
さいと摩擦係数が大きくなると共に摩耗量を大き
くなつていることが分る。また添加量が40体積％
を超えると摩擦係数は変らないが摩耗量が急激に
大きくなつていることが分る。したがつて固体潤
滑剤は１〜40体積％であることが好ましい。 実施例 12 実施例１で得られた本発明品について、気孔の
大きさと耐摩耗性について調べた結果を第13表に
示す。 摺動条件 試験機 メカニカルシールタイプ（リング オ
ン リング方式） 潤滑方法 無潤滑 摺動速度 2m／秒 面 圧 1.5Kgｆ／cm2 時 間 100時間
【表】
この結果から、気孔径が大きくなると共に摩耗
量が増加しており、200μmより大きくなると急激
に増加している。したがつて、焼結体中の気孔径
は200μm以下であるのが好ましい。また気孔率が
50体積％になると摩耗量が増加していることが分
る。 実施例 13 歯車の材料には一般に鋼が用いられるが、鋼歯
車は通常潤滑しなければならない。無潤滑で使用
できるプラスチツク歯車は鋼歯車に比べて機械的
強度が劣り、また耐熱性や耐摩耗性の面において
も欠点がある。 そこで、無潤滑で使用できると共に、耐熱性、
機械的強度に優れている種々の条件を備えた歯車
材料として本発明のセラミツク部材が適当であ
る。 平均粒径1μmの金属Si70ｇと平均粒径16μmの
SiC30ｇの混合物をポリビニルブチラールと一緒
にポツトミルで24時間混合、乾燥し供試原料とし
た。この原料をメカニカルプレスを用いて成形圧
力1000Kgｆ／cm2でφ200mm、厚さ10mmのものを成
形した。これを窒素中1400℃まで段階的に長時間
かけて焼結した。 得られた焼結体は、総形歯切り法、ラツピング
を行い第14表に示す歯車を作製し、そしてオート
クレープを用いて固体潤滑剤を含浸した。
量が増加しており、200μmより大きくなると急激
に増加している。したがつて、焼結体中の気孔径
は200μm以下であるのが好ましい。また気孔率が
50体積％になると摩耗量が増加していることが分
る。 実施例 13 歯車の材料には一般に鋼が用いられるが、鋼歯
車は通常潤滑しなければならない。無潤滑で使用
できるプラスチツク歯車は鋼歯車に比べて機械的
強度が劣り、また耐熱性や耐摩耗性の面において
も欠点がある。 そこで、無潤滑で使用できると共に、耐熱性、
機械的強度に優れている種々の条件を備えた歯車
材料として本発明のセラミツク部材が適当であ
る。 平均粒径1μmの金属Si70ｇと平均粒径16μmの
SiC30ｇの混合物をポリビニルブチラールと一緒
にポツトミルで24時間混合、乾燥し供試原料とし
た。この原料をメカニカルプレスを用いて成形圧
力1000Kgｆ／cm2でφ200mm、厚さ10mmのものを成
形した。これを窒素中1400℃まで段階的に長時間
かけて焼結した。 得られた焼結体は、総形歯切り法、ラツピング
を行い第14表に示す歯車を作製し、そしてオート
クレープを用いて固体潤滑剤を含浸した。
以上説明したように、本発明によれば、摩擦係
数が小さくなり相手材の摩耗を小さくすることが
できると共に、耐熱衝撃特性が大幅に向上する。 これにより耐摩耗性、耐熱衝撃特性、機械的強
度、耐食性を有する優れた摺動材が得られ、一般
用メカニカルシールリング、ケミカル用シールリ
ング、プランジヤ、軸受、サンドブラストノズ
ル、タペツト等種々の摺動材として応用可能であ
る。
数が小さくなり相手材の摩耗を小さくすることが
できると共に、耐熱衝撃特性が大幅に向上する。 これにより耐摩耗性、耐熱衝撃特性、機械的強
度、耐食性を有する優れた摺動材が得られ、一般
用メカニカルシールリング、ケミカル用シールリ
ング、プランジヤ、軸受、サンドブラストノズ
ル、タペツト等種々の摺動材として応用可能であ
る。
第１図は総回転数と歯車の摩耗重量との関係を
示すグラフ、第２図は本発明品を適用した溶接チ
ツプカバーの断面図である。 １……チツプカバー、２……チツプ、３……溶
接ワイヤ。
示すグラフ、第２図は本発明品を適用した溶接チ
ツプカバーの断面図である。 １……チツプカバー、２……チツプ、３……溶
接ワイヤ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 気孔形状200μm以下の窒化ケイ素と炭化ケイ
素の複合セラミツクスに、固体潤滑剤が１〜40体
積部存在していることを特徴とする摺動材用セラ
ミツクス。 ２ 該固体潤滑剤が、グラフアイト、二硫化モリ
ブデン、二硫化チタン、二硫化タングステン、窒
化ホウ素、フツ素樹脂、二硫化テルル、二硫化セ
レン、水酸化バリウム、塩化鉛、雲母、ヨウ化
銀、タルク、ホウ砂、カオリン、酸化鉛、バーミ
キユライト、Fe−Mn−リン酸鉛、ポリエチレン
グリコール、パラフインワツクス及びステアリン
酸化合物よりなる群から選択した少なくとも１種
のものである特許請求の範囲第１項記載の摺動材
用セラミツクス。 ３ 該窒化ケイ素と炭化ケイ素の複合セラミツク
スが、金属Si粉末と炭化ケイ素粉末からなる成形
体を窒化して得られる焼結体である特許請求の範
囲第１項記載の摺動材用セラミツクス。 ４ 該窒化ケイ素と炭化ケイ素の複合セラミツク
スの気孔量は１〜47体積部である特許請求の範囲
第１項記載の摺動材用セラミツクス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10968286A JPS62270481A (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 摺動材用セラミツクス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10968286A JPS62270481A (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 摺動材用セラミツクス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62270481A JPS62270481A (ja) | 1987-11-24 |
| JPH0550475B2 true JPH0550475B2 (ja) | 1993-07-29 |
Family
ID=14516511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10968286A Granted JPS62270481A (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 摺動材用セラミツクス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62270481A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63282178A (ja) * | 1987-05-13 | 1988-11-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 多孔質セラミツクス体の製造方法 |
| DE68918473T2 (de) * | 1988-03-04 | 1995-02-09 | Hitachi Ltd | Funktionaler keramischer Formkörper und Verfahren zu seiner Herstellung. |
| JPH0218369A (ja) * | 1988-07-07 | 1990-01-22 | Eagle Ind Co Ltd | 摺動材料 |
| JPH0255273A (ja) * | 1988-08-18 | 1990-02-23 | Showa Denko Kk | メカニカルシール用炭化珪素焼結体およびそれを用いたメカニカルシール |
| JPH03271181A (ja) * | 1990-03-20 | 1991-12-03 | Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk | 複合セラミックの製造方法 |
| FR2668145B1 (fr) * | 1990-10-17 | 1993-01-22 | Ceramiques Composites | Corps fritte en carbure de silicium notamment pour garniture mecanique et garniture comportant un tel corps fritte. |
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| JPS62194024A (ja) * | 1986-02-18 | 1987-08-26 | Ebara Res Co Ltd | 摺動部材 |
-
1986
- 1986-05-15 JP JP10968286A patent/JPS62270481A/ja active Granted
Patent Citations (11)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62270481A (ja) | 1987-11-24 |
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