JPH07332367A - 三様式の細孔構成を有する多孔性ＳｉＣのベアリング材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 摩擦学的性質および力学的性質がさらに向上
したＳｉＣベアリング材料を提供する。 【構成】 ３〜１０体積％の独立細孔を有する無圧焼結
ＳｉＣの多孔性ベアリング材料は、ミクロ細孔（Ｍ）、
繊維形のマクロ細孔（Ｆ）および球形のマクロ細孔
（Ｓ）で構成される三様式の細孔構造を有し、細孔系Ｆ
−Ｍ−Ｓ（図１）の量はコーナーの点、 ａ＝１０％Ｍ
−８０％Ｆ−１０％Ｓ ｂ＝１０％Ｍ−１０％Ｆ−８０％Ｓ ｃ＝４０％Ｍ−１０％Ｆ−５０％Ｓ ｄ＝４０％Ｍ−５０％Ｆ−１０％Ｓ を有する台形の領域により定められ、ミクロ細孔は５μ
ｍ以下または同値の直径を有し、繊維形のマクロ細孔は
３０μｍ以下または同値の直径と８０μｍ以下または同
値の長さを有し、球形のマクロ細孔は７０μｍ以下また
は同値の直径を有し、曲げ強さは少なくとも２５０MN／
m²である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三様式の細孔構造を有
する多孔性ＳｉＣのベアリング材料さらにまたそれらの
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決すべき課題】濃密な焼結Ｓｉ
Ｃは、高い硬度、高温強度、高い熱伝導率、耐熱衝撃
性、耐酸化性、さらにまた高い耐摩耗性および耐食性を
有する。そのＳｉＣはまた非常に良好な摩擦学的挙動を
有する。これは注油あり及びなしにおける摩擦および磨
耗挙動を意味している。これらの理由のために、焼結し
た純粋なＳｉＣは、すべりベアリング、および特に摩耗
応力を受ける浮動リングシールのためのほとんど理想的
な材料として導入されてきて、これらの応用において
は、例えば、酸化アルミニウムや浸炭炭化物のような他
の材料を置き換えてきた。特に、自動車産業の水ポンプ
において、焼結ＳｉＣの大量生産されたスライドリング
は、これまで大きな市場占有率を達成している。濃密な
焼結ＳｉＣは≧９８．５％ＳｉＣの純度を有し、１〜３
体積％の残留気孔率に相当する、３．１０〜３．１６ｇ
／cm³ の焼結密度を典型的に有する。その高い硬度（ク
ヌープＨＫ−０．１＝２５００）および強度（曲げ強
さ：約４００MN／m²）のため、焼結ＳｉＣは、液状媒体
中で行なわれる固体粒子による摩耗に対し非常に抵抗性
がある。摩耗性と腐食性の摩耗の組合せのもとでさへ
も、このセラミック材料は耐摩耗性である。

【０００３】それにもかかわらず実際に生じる多くのす
べり摩耗の問題は、理想的な、すなわち適切に潤滑され
た、走行条件の中断に寄することができ、そこでは問題
のベアリングやシールの摺動表面が互いに接触するよう
になり、それにより固体物体の摩擦や乾燥摩擦が上昇
し、明らかに摩擦係数が著しく増大する。局部的な摩擦
熱は、熱応力のピークを引き起こし、それが非常に強く
なりうるからそれらは微細構造の成分の破壊をもたら
す。潤滑が再び始まるとき（冷却）、熱衝撃の結果とし
て亀裂形成および破壊の危険がある。濃密な、焼結Ｓｉ
Ｃは一般に他のセラミックスよりも良好にそのような状
況をうまく処理するけれども、より困難な流体力学的条
件下で作動し、それらの信頼性が増加される、浮動リン
グシールおよびすべりべアリングに使用するためのＳｉ
Ｃベアリング材料を更に開発する必要性がある。

【０００４】その摩擦学的性質に関して焼結ＳｉＣを最
適化するためのそのような試みは、既に知られている。
それらの試みは、機能性表面（摺動表面）に潤滑剤ポケ
ット機能を達成するように、濃密なＳｉＣ焼結微細構造
中に、平均細孔寸法＞１０μｍを有する独立気泡の形で
付加的な少量の多孔性を導入して均質に分配するという
概念に基づいている。これらのマクロ細孔は機能性表面
の所々にくぼみを生じ、これらのくぼみにおいては追加
の潤滑液が収集し、溜りを形成する。細孔中に貯蔵され
た溜りは、臨界状況、例えば潤滑剤の供給の短時間の欠
乏の場合において残留潤滑を確実にすることができ、そ
の結果それに伴うベアリング構成要素の長期の乾燥走行
および自発的損傷が防止される。ここで、ＳｉＣ微細構
造中に導入されたマクロ細孔は、個々の細孔として存在
しなければならず、それゆえその時のみ細孔中で水圧を
高めることができる。連続通路の細孔（開放多孔性）
は、もれの必要条件のためにベアリング材料では明確に
避けるべきである。しかしながら、付加的に導入された
多孔性はセラミック成分の強度を低下しかねないから、
制限は気孔率（体積％）、特に細孔寸法のレベルに置か
れる。

【０００５】昭和電工（株）のDE-C-39 27 300号明細書
においては、例えば、４〜１４体積％の全気孔率を有す
る多孔性ＳｉＣ焼結体が、浮動リングシールに対して提
案されている。これらの無圧焼結ＳｉＣ焼結体の細孔
は、互いに独立的に閉じられていて滑めらかに丸くなっ
た表面さらにまた１０〜４０μｍの平均細孔寸法を有す
る。それらの細孔は、焼結技術（微細および粗荒ＳｉＣ
粉末の混合物で出発するかまたは不完全な焼結による）
によるか、または好ましくはＳｉＣ圧縮粉中にプラスチ
ック球を混入し続いてその球の熱分解のどちらかにより
製造される。後者の場合は、特定の全気孔率および平均
細孔寸法を、プラスチック球の量と寸法によって目標と
した様式に設定できる。その明細書の記述に示されたよ
うに、得られたＳｉＣ焼結体の１０〜４０μｍという平
均細孔寸法は、特にスライドリングのような摩擦学的な
適用に関して決定的に重要である。＜１０μｍの平均細
孔寸法を有する多孔性ＳｉＣ焼結体は、潤滑剤ポケット
効果が小さな細孔の場合には低すぎるからベアリング構
成要素として不利である。同様に、＞４０μｍの平均細
孔寸法を有する多孔性ＳｉＣ焼結体もまた、とりわけ、
浮動リングシートの速い漏れ（透過性）と大きいリング
摩耗のために、スライドリング用には不適当である。観
察された大きな摩耗を生じる理由は、そのような粗荒な
細孔のＳｉＣ焼結体の不十分な強度である。例えば、８
％の気孔率を有するＳｉＣ焼結体の場合に、１０μｍの
平均細孔寸法から５０μｍの平均細孔寸法への変化は、
４０kp／mm² から２０kp／mm² への、すなわち半分の値
への強度低下を生じる。この程度まで減少した強度は、
単に大きな局部的欠陥（個々の巨大な細孔）または亀裂
により説明できる。それらから、この***特許におい
て、十分に強く、≧４０μｍの平均細孔寸法を有する多
孔性ＳｉＣ焼結体の良好な摩擦学的性質は、欠陥のある
生産のために認められなったと結論できる。

【０００６】Ceramiques et Composites社のヨーロッパ
特許出願EP-A-486336 号は、４〜１８体積％の全気孔率
と４０〜２００μｍの範囲の平均細孔寸法を有する粗荒
な多孔性ＳｉＣベアリング構成要素を開示している。そ
の構成要素は、焼結可能なＳｉＣ粉末とさらにプラスチ
ック球の形の細孔形成性添加剤により製造されていた。
しかしながら、その開示、特に実施例から分かるよう
に、６０〜１００μｍの平均細孔寸法および８〜１５体
積％の全気孔率が、この“粗荒な多孔炭化ケイ素”の摩
擦学的用途のためには好ましい。これらの粗荒な多孔Ｓ
ｉＣ焼結体の強度については全く示されていない。この
ＥＰ特願に記載されたＳｉＣベアリング材料は、低圧範
囲、すなわち、例えば、１バールのような密封されるべ
き小さな圧力差（EP-A-486336 の実施例１参照）に対し
ては密封および摩耗の必要条件に適合できるけれども、
それらは＞１０バールの圧力範囲の必要条件に適合でき
ない。６０〜１００μｍの好ましい範囲内の平均細孔寸
法と同時に８〜１５体積％の範囲の高い全気孔率では、
ＳｉＣ成分の強度は著しく低下するから、ハード／ハー
ド対形成のスライドリングとカウンターリングのように
この粗荒な細孔ＳｉＣの用途に厳しい制限を受ける。

【０００７】米国、カーボランダム社のWO93/25495号
は、３〜１５体積％の気孔率を有し、不均一に造形さ
れ、最大寸法３〜５μｍの細孔を持ち、そして１：１〜
３：１の長さと巾の比（アスペクト比）を有する微細な
細孔ＳｉＣ焼結体を開示している。これらの焼結体は、
二様式の粒度分布を有するＳｉＣ、すなわち異なる平均
粒度を有する２種類のＳｉＣ粉末の混合物を使用して製
造される。例えば、０．５μｍの平均粒度を有する微細
な焼結活性のＳｉＣ粉末は、３μｍの平均粒度を有する
焼結活性の小さい粗荒なＳｉＣ粉末と混合される。これ
らの焼結体は、安価な粗荒なＳｉＣ粉末の使用の結果と
して低価格で製造できるけれども、臨界状況におけるそ
れらの摩擦学的適合性は改善できたが、それは５μｍよ
り小さいかまたは同値であるミクロ細孔の不十分な潤滑
剤ポケット機能により説明できる。

【０００８】米国、カーボランダム社のヨーロッパ特許
EP-A-578408 号は、２〜１２体積％の気孔率を有し、そ
の細孔は形が球形であって５０〜５００μｍの直径を有
する粗荒な多孔ＳｉＣ焼結体を開示している。これらの
粗荒な細孔ＳｉＣ焼結体は、Ceramiques et Composites
社のヨーロッパ特許EP-A-48636号によって既に本質的に
記述されていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、本質
的に知られているＳｉＣベアリング材料をその摩擦学的
および力学的性質に関して更に改善することを目的と
し、その結果それは広範囲の応用に使用することがで
き、これは例えば、それが黒鉛と対を形成して更にまた
それ自身で対を形成して低圧と高圧の両方に使用できる
ことを意味する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的は、（１）３〜
１０体積％の独立細孔を有する無圧焼結ＳｉＣの多孔性
ベアリング材料であって、該材料はミクロ細孔（Ｍ）、
繊維形のマクロ細孔（Ｆ）および球形のマクロ細孔
（Ｓ）で構成される三様式の細孔構成を有し、細孔系Ｆ
−Ｍ−Ｓ（図１）の量はコーナーの点 ａ＝１０％Ｍ−８０％Ｆ−１０％Ｓ ｂ＝１０％Ｍ−１０％Ｆ−８０％Ｓ ｃ＝４０％Ｍ−１０％Ｆ−５０％Ｓ ｄ＝４０％Ｍ−５０％Ｆ−１０％Ｓ を有する台形の領域により定められ、そしてミクロ細孔
は５μｍ以下または同値の直径を有し、繊維形のマクロ
細孔は３０μｍ以下または同値の直径と８０μｍ以下ま
たは同値の長さを有し、球形のマクロ細孔は７０μｍ以
下または同値の直径を有し、そして曲げ強さ（flexural
strength)は少なくとも２５０MN／m²であることを特徴
とするＳｉＣ多孔性ベアリング材料により、達成され
る。 （２） 細孔のほかに存在する濃密なＳｉＣマトリック
スが２重量％（全部で）までの元素の炭素、アルミニウ
ムおよび／またはホウ素を持ち＜５０μｍの平均寸法を
有する斜方晶形の平版状微結晶の形のα−炭化ケイ素か
らなる、上記（１）記載のＳｉＣベアリング材料。

【００１１】（３） 焼結添加剤およびプレス成形助剤
と混合された微細化α−ＳｉＣ粉末に、該添加剤含有Ｓ
ｉＣ粉末に基づいて１〜３．５重量部の量で、狭い寸法
分布の有機短繊維およびプラスチック球を、９：１〜
１：９の繊維対球の重量比で添加し、均質化した粉末混
合物をプレス成形および造形して未焼結体を形成し、１
０００℃までの温度で保護雰囲気の存在下に未焼結体を
予熱し、続いて２０００〜２１００℃の温度で予熱した
未焼結体を焼結して、炭化ケイ素のマトリックス密度が
９０〜９７％の密度を有する焼結体を形成することを特
徴とする、上記（１）または（２）記載の多孔性ベアリ
ング材料の製造方法。 （４） 使用される焼結添加剤が窒化アルミニウムおよ
び／またはホウ素およびさらに２重量％までの量の炭素
である上記（３）記載の方法。 （５） 使用される有機短繊維がｄ_F ＝８〜３０μｍお
よびｌ_F ＝１５〜１９μｍ（ｄ_F ＝繊維径、ｌ_F ＝繊維
長）の寸法分布を有するセルロースである、上記（３）
または（４）記載の方法。 （６） 使用されるプラスチック球がｄ_S ＝４０〜８０
μｍ（ｄ_S ＝球径）の寸法分布を有するポリ（メチルメ
タクリルレート）球（ＰＭＭＡ）である、上記（３）〜
（５）のいずれか１つに記載の方法。 （７） 予熱した未焼結体の焼結が、≦３０ミリバール
の圧力で不活性雰囲気の存在下に行なわれる、上記
（３）〜（６）のいずれか１つに記載の方法。

【００１２】（８） 黒鉛に対して対形成するハード／
ソフトまたはそれ自身に対して対形成するハード／ハー
ドで、軸浮動リングシール中のシーリングリングとして
多孔性ＳｉＣベアリング材料の使用。 （９） 保護軸スリーブの形およびすべりベアリング用
構成要素における多孔性ＳｉＣベアリング材料の使用。

【００１３】ミクロ細孔は、０．１〜５μｍの細孔寸法
分布を有する。繊維形のマクロ細孔のアスペクト比は、
好ましくは２：１〜５０：１、一般に２：１〜２０：１
である。

【００１４】繊維形のマクロ細孔の寸法分布は、好まし
くはｄ_F ＝５〜２５μｍでｌ_F ＝１０〜８０μｍ（ｄ_F
＝繊維径、ｌ_F ＝繊維長）の範囲にある。８〜２０μｍ
の繊維細孔径と２０〜７０μｍの繊維細孔長が特に有用
であることが分かった。

【００１５】球形マクロ細孔は、好ましくは３０〜７０
μｍの寸法分布、特に好ましくは４０〜６０μｍの寸法
分布を有する。

【００１６】細孔に加えて存在する濃密なＳｉＣマトリ
ックスは、２重量％（全体で）までの元素の炭素、アル
ミニウムおよび／またはホウ素を含有するα−炭化ケイ
素からなり、そのα−ＳｉＣは好ましくは平均粒径＜５
０μｍを有する斜方晶形の、平板状微結晶の形で存在す
る。その材料の略図的構成を図２に示す。

【００１７】本発明のＳｉＣベアリング材料を製造する
ために、使用されるＳｉＣ出発粉末は、都合良くは＜５
μｍ、好ましくは＜３μｍの粒度分布、および１０〜１
５m²／ｇの比表面積（ＢＥＴ法により測定された）、お
よび金属不純物に基づいて少なくとも９９．５％の純度
を有する市販のα−ＳｉＣである。

【００１８】マクロ細孔形成添加物としては、それらの
低い分解温度（＜８００℃）によって、有機短繊維およ
びプラスチック球が使用され、それらは実際の焼結工程
に先立つＳｉＣ配合物の更なる処理の間に繊維細孔およ
び球形細孔の形で中空空間を生成する。。

【００１９】使用できる繊維材料は、例えば、綿、ア
マ、木材パルプまたはセルロース繊維、ポリアミド、ポ
リエステルおよびポリアクリロニトリル繊維のような、
細粉されて寸法分類された合成または植物繊維であり、
純セルロース繊維が特に有用であることがわかった。

【００２０】適当な球形材料は、例えば、ポリメタクリ
レート、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミドおよ
びベークライトのような熱可塑性および熱硬化性プラス
チックである。狭い粒度分布の、ポリメタクリレート
球、特にポリ（メチルメタクリレート）球（ＰＭＭＡ）
を使用することが好ましい。

【００２１】繊維細孔および球形細孔を形成する添加物
の全量、それらの相対的な割合およびそれらの粒度分布
は、本発明のＳｉＣベアリング材料の製造および性質に
とって決定的に重要なものである。

【００２２】繊維細孔を形成する添加物は、好ましくは
１５〜９０μｍの長さと８〜３０μｍの直径を有する。
特に好ましいのは、３０〜８０μｍの長さと１０〜２５
μｍの直径である。

【００２３】球形細孔を形成する添加物は、好ましくは
４０〜８０μｍの球径を有する。５０〜７０μｍの直径
範囲が特に好ましい。

【００２４】＞８０μｍの直径を有する球は避けるべき
である。なぜなら、造形工程においてそれらは亀裂を有
する未焼結体に結びつくからである。

【００２５】マクロ細孔を形成する添加物の粒度分布
は、本発明のベアリング構成要素の物性、特に強度特性
を達成するために非常に重要なものである。本発明者等
自身の実験は、比較的広い寸法分布のマクロ細孔では、
臨界的特定成分の応力負荷に必要である＞２５０MN／m²
の曲げ強さは、もはや達成できないことを示した。この
ことは、＞１００μｍの直径を有し、細孔を連結する臨
界的な傷および／または亀裂として作用する少数のマク
ロ細孔の存在に帰することができる。

【００２６】繊維細孔と球形細孔を形成する添加物の相
対的な割合は、短繊維：球の重量比が９：１〜１：９で
あるようなやり方で選ばれる。最善の結果は、４：１〜
１：４の短繊維：球の範囲にて達成される。

【００２７】本発明の材料を製造するために、ＳｉＣ出
発粉末は、７重量％までの慣例的な焼結添加物とプレス
成形助剤と一緒に本質的に知られている方法で処理され
てスリップを得て、続いて適当な方法、例えば予備調製
スリップの噴霧乾燥によって処理して自由流動性の顆粒
材料を得る。

【００２８】適当な焼結助剤は、例えば、元素の炭素、
元素のアルミニウム、元素のホウ素、窒化アルミニウム
および炭化ホウ素であり、微粒子の黒鉛またはカーボン
ブラックの形の元素の炭素および微細化窒化アルミニウ
ム粉末が特に有用であることがわかった。

【００２９】適当なプレス成形助剤は、例えば、ポリビ
ニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ステアリン酸アルミ
ニウム、ポリアクリレート、ポリエーテルおよび砂糖で
ある。都合良くは、Wacker-Chemie GmbH, Munichから商
品名Polyviolのもとに得ることができるポリビニルアル
コールが、プレス成形助剤として砂糖（サッカロース）
と一緒に使用される。

【００３０】乾燥ＳｉＣ顆粒材料に、狭い粒度分布の有
機短繊維および球形のマクロ細孔を生じる有機添加物
を、焼結助剤を添加物として入れたＳｉＣ粉末に基づい
て好ましくは１〜３．５重量部の量で、添加混合した。
均質な、プレス成形の準備ができた混合物が生成するま
でに混合する。この操作は、例えば、ドライミキサー中
で行うことができる。

【００３１】しかしながら、コストの理由のための大量
生産に有利であるように、この別個の乾燥混合工程の段
階なしに噴霧乾燥し、噴霧用のスリップ中へ特定量の細
孔形成する添加物を混合することにより、直接プレス成
形の準備ができた混合物を製造することもできる。

【００３２】プレス成形の準備ができた混合物は続い
て、例えば、軸方向のダイプレス成形または等圧のプレ
ス成形によりプレス成形および造形されて未焼結体を得
る。ここで驚くべきことに、繊維を含有する本発明のプ
レス成形の準備ができたＳｉＣ混合物は、繊維を含有し
ない混合物（例えば、マクロ細孔を形成する添加物とし
てもっぱら球だけを含有する混合物またはマクロ細孔を
形成する添加物なしの混合物）と比較してプレス成形の
利点を提供する。ダイプレス成形において、繊維の含有
物は、プレス成形体の戻り（スプリングバック）および
亀裂形成を低下させ、繊維なしの破壊強度よりも約２０
〜６０％大きい破壊強度を有する“繊維強化未焼結体”
を生じる。

【００３３】減少したスプリングバックによって、亀裂
を引き起こしうる固体物体中に引き起こされた応力を減
少できる。高強度のプレス成形体は、それらの不良品な
しの、例えば未焼結体の機械加工によるさらなる処理の
ために、そしてまた未焼結部品の貯蔵および輸送等のた
めに非常に重要なものである。

【００３４】プレス成形した造形体は次いで、不活性雰
囲気の存在下に１００〜１０００℃の範囲の温度で１０
〜２４時間熱処理に付されて、プレス成形助剤を除去し
そして細孔を形成する添加物を熱分解する。続いて、予
熱された造形体は、保護ガス雰囲気の存在下または真空
中で、本発明のＳｉＣベアリング構成要素が形成される
まで２０００〜２１００℃の温度で２０〜６０分間無圧
焼結される。

【００３５】焼結の間に、造形体およびマクロ細孔は、
プレス成形体またはその中に存在するマクロ細孔の直径
に基づいて、１７〜１９％の収縮を受け、＜５μｍの寸
法分布を有するミクロ細孔を形成し、その体積による割
合はプレス成形密度および焼結パラメータ（最終温度／
保持時間）によって本質的に知られている方法で設定で
きる。

【００３６】本発明の方法により製造したＳｉＣ焼結体
は、３〜１０体積％の全気孔率および２５０MN／m²を上
回る曲げ強さを有する。

【００３７】多孔性ＳｉＣベアリング材料は、黒鉛に対
して対を形成するハード／ソフトまたはそれ自身に対し
て対を形成するハード／ハードにて軸浮動リングシール
のリーリングリングとして使用できる。それらは同様
に、保護軸スリーブおよびその耐摩耗性と信頼性が向上
されるべきすべりベアリングのための成分の製造に適し
ている。

【００３８】本発明の記載および実施例中に示される全
気孔率Ｐは、次式によって焼結密度Ｄ_S とマトリックス
密度Ｄ_M の測定値から計算した： Ｐ＝〔１−（Ｄ_S ／Ｄ_M ）〕・１００〔体積％〕

【００３９】細孔の構成、すなわち繊維細孔、球形細孔
およびミクロ細孔の百分率、さらにまたマクロ細孔の細
孔寸法分布は、ベアリング構成要素の研磨した切断面の
非食刻（unetched）顕微鏡写真を使って半自動式イメー
ジアナリシスによってセラモグラフ法的に決定した。

【００４０】図１は、ミクロ細孔（Ｍ）、繊維形のマク
ロ細孔（Ｆ）および球形マクロ細孔（Ｓ）の細孔系（Ｆ
−Ｍ−Ｓ）における本発明の細孔構成の領域を示し、細
孔構成の次の特定値に対応する系中の点を有する：

【００４１】 系中の点 細 孔 構 成 ミクロ細孔％ − 繊維細孔％ − 細孔構造球形細孔％ Ｆ ０ − １００ − ０ Ｋ ０ − ０ − １００ Ｍ １００ − ０ − ０ ａ １０ − ８０ − １０ ｂ １０ − １０ − ８０ ｃ ４０ − １０ − ５０ ｄ ４０ − ５０ − １０

【００４２】図２は、本発明のベアリング材料の略図的
構造を示す。図３は、繊維および球形細孔を形成する添
加物を有するα−ＳｉＣの無圧焼結により得られた、
３．０２ｇ／cm³ の焼結密度、３１０MN／m²の曲げ強
さ、５．３体積％の全気孔率および細孔構成、３８％繊
維細孔−４２％球形細孔−２０％ミクロ細孔を有する焼
結体の微細構造を示す。球形マクロ細孔は６０μｍ以下
または同値の直径を有する。繊維形のマクロ細孔は、２
０μｍ以下または同値の直径および７０μｍ以下または
同値の長さを有する。ミクロ細孔の直径は５μｍ以下ま
たは同値である。

【００４３】

【実施例】次の実施例は、本発明のＳｉＣベアリング材
料、それらの製造および摩擦学的応用におけるそれらの
利点を説明する。

【００４４】実施例１ 本発明のスライドリングの製造 使用された出発材料は、０．６μｍの平均粒径および１
２m²／ｇの比表面を有する微細なα−ＳｉＣ焼結可能粉
末であった。残留酸素含量は０．６重量％であった。次
の配合を有する水性スリップを調製した：

【００４５】 α−ＳｉＣ 焼結可能粉末 ９８．０重量部（pbw) 炭素添加物 （カーボンブラック） １．０ pbw アルミニウム添加物（ＡｌＮ） １．０ pbw −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− ”添加物を入れた焼結可能な粉末” １００．０ pbw プラスチック球 ｄ＝５０−７０μｍ（PMMA） １．０ pbw セルロース短繊維 ｄ＝１０〜２５μｍ， ｌ＝３０〜８０μｍ １．０ pbw プレス成形助剤（２．５pbw 砂糖と ２．０pbw polyviol ４．５ pbw

【００４６】先ず、ドービング剤およびプレス成形助剤
を予め溶解またはスラリー化した水中のＳｉＣ粉末の６
０％濃度分散液を、攪拌しながら調製した。この分散液
の均質化が完了後、セルロース繊維とプラスチック球を
攪拌しながら入れて、１６５０ｇ／ｌの密度を希釈によ
り定め、そしてこのようにして調製した仕上がりスリッ
プを標準条件下にスプレードライヤによって乾燥した。

【００４７】得られた自由流動する、プレス成形可能な
顆粒状材料は、１００ＭＰａの圧力下に自動ドライプレ
ス中でダイプレス成形により最終的に処理して、１．８
０ｇ／cm³ の圧締め密度およびおよそ寸法ｄａ＝８８，
ｄｉ＝６６，ｈ＝２８mmを有するスライドリングを得
た。プレス成形した部品はそのすぐ後で、潤滑剤と結合
剤のおだやかな除去、さらにまた有機細孔形成材のゆっ
くりした熱分解のために、炭化炉中で保護アルゴンガス
の流れのもとに１２時間８００℃で予熱した。

【００４８】室温まで冷却後、黒鉛円筒炉の加熱域中に
入れた脱結合剤したスライドリングを黒鉛るつぼ中で２
０５０℃およびおおよそ２０ミリバールの真空にて３０
分間焼結した。３．１９ｇ／cm² のマトリックス密度を
有する焼結体は、リングの直径に基づいて１８％の線収
縮を受け、そして５．３体積％の全気孔率に対応する、
平均で３．０２ｇ／cm³ の焼結密度を有していた。

【００４９】プレス成形したリングと焼結造形体の特性
を表１に要約する。図３は、焼結スライドリングの高度
に研磨した切断面の１：１００のスケールの光学顕微鏡
写真を示す。３種類の異なる型の細孔が、黒色領域や点
として明瞭に認めることができる。イメージアナリシス
で３８％の繊維細孔含有量、４２％の球形細孔含有量、
２０％のミクロ細孔含有量を得た。プラズマエッチング
後に発現されたＳｉＣの微細構造は、３０μｍの平均寸
法を有するＳｉＣ微結晶を示した。

【００５０】実施例２〜５ 本発明の別のスライドリングの製造 ＳｉＣスライドリングを、細孔を形成する添加物のセル
ロースとＰＭＭＡプラスチック球の全量および互いの重
量比を変化させたこと（実施例２と３）、球形マクロ細
孔を生成するＰＭＭＡ添加物のみを細孔形成材として使
用したこと（実施例４）、またはマクロ細孔を形成する
添加物を全く使用しなかったこと（実施例５）以外は実
施例１と同じ方法で製造した。後者の場合には、すなわ
ち細孔を形成する添加物なしでは、濃密なＳＳｉＣ標準
材料を得た。実施例２〜３は、細孔構成（繊維細孔／球
形細孔／ミクロ細孔の割合）および全気孔率が変化して
いる、本発明のベアリング材料に関する。実施例４と５
は、従来の技術によって知られている材料に関する比較
例である。

【００５１】混合物、プレス成形した未焼結体さらにま
た焼結造形体の特性を、実施例１の対応するデータと一
緒に表１に要約する。

【００５２】

【表１】

【００５３】実施例６ スライドリングのベンチ実験の結果 ハード／ソフトおよびハード／ハードの対における摩擦
学的パラメータ（摩擦係数および摩耗）を測定するため
に、必要とされる最終寸法に機械加工およびゆるいＢ₄
Ｃ粒３２０による表面ラップ仕上げの後、本発明に係る
多数の試験リングを、競争する材料の試験リングと比較
試験した。この目的のために、浮動リングシール実験台
（Burgmann社製）が利用でき、それによって摩擦学的パ
ラメータは、６０℃の一定温度および９ｍ／秒の周速
で、そして密封媒体として脱塩水を使用して１２５バー
ルの中間圧まで測定できた。摩擦学的ベンチスケール実
験の結果を表２および３に要約する。

【００５４】

【表２】

【００５５】

【表３】

【００５６】ハード／ソフト対における試験（表２参
照）は、細孔構成８０％マクロ細孔−２０％ミクロ細孔
を有する多孔性ＳＳｉＣリング（全気孔率約５体積％）
は、全ての圧力段階において、濃密なＳＳｉＣ（実施例
５、標準ＳＳｉＣ、１００％ミクロ細孔、全気孔率１．
３体積％）のリングよりも低い摩擦係数さらにまた摩耗
を有することを明瞭に示した。実施例１と４のリングの
摩擦学的比較により示されるように、細孔構成の変化、
すなわち繊維形のマクロ細孔による球形細孔の約５０％
の置き換えは、驚くべきことに２５〜１２５バールの圧
力において平均３０％の摩耗のさらなる低下を引き起こ
す。

【００５７】実施例３の本発明のリングに加えて、実施
例４および５のリングを２５および５０バールの高圧領
域で比較のために使用したハード／ハード対を形成する
スライドリング試験は（表３参照）、また三様式の細孔
構成を有する本発明の材料の最適適合を確証した。この
ハード／ハード対の形成は、特に、摩耗性で化学的に攻
撃的な媒体の密封のために好ましいものである。摩耗は
全ての場合に０．０２μｍ／時間以下であった。したが
って、多孔性ＳｉＣにおいて、三様式細孔構成２５％繊
維細孔−５６％球形細孔−１９％ミクロ細孔は、二様式
細孔構成７９％球形細孔−２１％ミクロ細孔に比べて著
しく向上した摩擦学的挙動を示すことができた。ハード
／ハードの対の形成に対する最悪の性能は、実施例５の
１００％ミクロ細孔を含有する濃密なＳｉＣについてで
あった。この場合には、典型的に不十分な多孔性により
引き起こされた付着の結果として生じる、材料のチッピ
ングおよび最終的に漏洩のために摩耗の増加があった。

【００５８】

【発明の効果】比較による実験台の結果は、全体的に、
本発明のＳｉＣベアリング材料が、浮動リングシールに
おけるＳｉＣ／黒鉛およびＳｉＣ／ＳｉＣのスライド対
リングにおいて、可能な標準材料よりもより高い摩耗応
力を受けることを可能にし、摩擦学的に最適で有効な材
料であることを示した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の細孔構成の領域を示す図である。

【図２】本発明のベアリング材料の材料構成の略図であ
る。

【図３】焼結スライドリングの研磨切断面の１：１００
スケールの光学顕微鏡写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カルル・アレクサンダー・シュヴェッツ ドイツ連邦共和国 ザルツベルク、ベルク シュトラーセ ４ (72)発明者 アントン・カタイニンガー ドイツ連邦共和国 エロルツハイム、ラン グガーセ 48 (72)発明者 ミカエル・フンドゥース ドイツ連邦共和国 ケンプテン、ロイトキ ルヒャー・シュトラーセ 37 (72)発明者 ヨーヒェン・グライム ドイツ連邦共和国 ブーヒェンベルク、ヨ ゼフ−アドラー−シュトラーセ ６

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３〜１０体積％の独立細孔を有する無圧
   焼結ＳｉＣの多孔性ベアリング材料であって、該材料は
   ミクロ細孔（Ｍ）、繊維形のマクロ細孔（Ｆ）および球
   形のマクロ細孔（Ｓ）で構成される三様式の細孔構成を
   有し、細孔系Ｆ−Ｍ−Ｓ（図１）の量はコーナーの点 ａ＝１０％Ｍ−８０％Ｆ−１０％Ｓ ｂ＝１０％Ｍ−１０％Ｆ−８０％Ｓ ｃ＝４０％Ｍ−１０％Ｆ−５０％Ｓ ｄ＝４０％Ｍ−５０％Ｆ−１０％Ｓ を有する台形の領域により定められ、そしてミクロ細孔
   は５μｍ以下または同値の直径を有し、繊維形のマクロ
   細孔は３０μｍ以下または同値の直径と８０μｍ以下ま
   たは同値の長さを有し、球形のマクロ細孔は７０μｍ以
   下または同値の直径を有し、そして曲げ強さ（flexural
   strength)は少なくとも２５０MN／m²であることを特徴
   とするＳｉＣ多孔性ベアリング材料。
2. 【請求項２】 焼結添加剤およびプレス成形助剤と混合
   された微細化α−ＳｉＣ粉末に、該添加剤含有ＳｉＣ粉
   末に基づいて１〜３．５重量部の量で、狭い寸法分布の
   有機短繊維およびプラスチック球を、９：１〜１：９の
   繊維対球の重量比で添加し、均質化した粉末混合物をプ
   レス成形および造形して未焼結体を形成し、１０００℃
   までの温度で保護雰囲気の存在下に未焼結体を予熱し、
   続いて２０００〜２１００℃の温度で予熱した未焼結体
   を焼結して、炭化ケイ素のマトリックス密度が９０〜９
   ７％の密度を有する焼結体を形成することを特徴とす
   る、請求項１記載の多孔性ベアリング材料の製造方法。
3. 【請求項３】 黒鉛に対して対形成するハード／ソフト
   またはそれ自身に対して対形成するハード／ハードで、
   軸浮動リングシール中のシーリングリングとして多孔性
   ＳｉＣベアリング材料の使用。
4. 【請求項４】 保護軸スリーブの形およびすべりベアリ
   ング用構成要素における多孔性ＳｉＣベアリング材料の
   使用。