JPH0791125B2 - 特に機械パッキン用の炭化珪素焼結体、並びにかかる焼結体からなるパッキン - Google Patents
特に機械パッキン用の炭化珪素焼結体、並びにかかる焼結体からなるパッキンInfo
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Description
炭化珪素焼結体、及びかかる焼結体からなるパッキンに
関する。 【0002】 【従来の技術】機械パッキンは、互いに摺動する2つの
リングからなる良く知られている機械要素であり、自動
車エンジンの如きのポンプの回転軸用のシールを作る。 【0003】セラミック物質から作られたリング、例え
ば一方のリングが焼結炭化珪素で対応リングが炭素を基
材とする物質、特にグラファイトとした組合せから作ら
れるリングは、これらのパッキンにますます使用されて
いる。 【0004】このタイプの物質の重要な問題は、滑りリ
ング表面の摩耗である。事実、もし摩耗があまりに著し
い場合は、特に炭素基材の対応リング表面に表面割れを
生ずる危険がある。 【0005】凹凸又は欠陥が、この同じ表面上に現れる
ことがあり、そのためその平面度は減じることになる。 【0006】これらの表面の欠陥の結果は、もちろん、
システムの耐漏えい性を減らし、それが液体の漏れを生
じさせる。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の目的
は、機械パッキングに使用され得、そしてそれらに、特
に高速回転で改良された耐摩耗性を与え得る炭化珪素物
質を開発することである。 【0008】この目的に対して、本発明の炭化珪素を基
材とするか又は炭化珪素からなる焼結体は、40〜20
0μmの平均径及び4〜18%の全多孔度を有する細孔
を含有することを特徴とする。 【0009】長時間のテスト(1000時間)後に、高
速回転に対して、本発明の焼結体を使用するパッキンは
非常に良好な耐漏えい性を達成することができた。 【0010】本発明の他の特徴及び詳細は、以下の記載
を読むことでより明白に明らかになるであろう。 【0011】 【発明を解決するための手段】本発明の焼結体は、炭化
珪素(SiC)を基材とする。α−SiC又はβ−Si
C又は任意の割合でこれら2つのポリタイプの組合せを
使用することが可能である。 【0012】もちろん焼結体の組成物は、SiCの他
に、市販の良く知られている焼結添加剤のすべて、例え
ば炭素、硼素及びアルミニウムの如きを含むことが可能
である。 【0013】本発明はまた、SiCを含有する複合タイ
プ、特にグラファイトの形の遊離炭素をさらに含む複合
タイプの焼結体にも適用できる。 【0014】従って、遊離炭素を48重量%まで、より
好ましくは20%まで、更に好ましくは10%まで含む
複合体を考えることが可能であり、この炭素は、ある割
合の非晶質炭素/グラファイト炭素の混合物の形を取る
ことが可能である。 【0015】グラファイトを基材とした複合タイプのこ
れらの物体は、特に有用である。なぜならば、それらは
摩擦係数の減少の結果として、改良された潤滑特性を有
するからである。 【0016】最後に、焼結体は、一般に1〜500μ
m、好ましくは1〜20μmの範囲の粒子径を有するS
iCを基材とする。 【0017】本発明のSiC焼結体の主要な特性の一つ
は、それが非常に特定された平均細孔径を有する多孔質
体であることである。 【0018】この平均径は、走査型電子顕微鏡下での検
査によって計測された値を基準にして得られたものであ
る。 【0019】本発明に従うと、この径は、40〜200
μmの範囲でなければならない。 【0020】40μmより小さい平均細孔径の場合は、
少なくとも機械パッキンの対応リング上で、高い摩耗が
観測されることが認められた。 【0021】更に、200μmより大きい平均径の場合
は、細孔は大きくなり過ぎ、焼結体の機械強度は減じ
る。 【0022】一般に、細孔径の最大値は150μmであ
り、従って40〜150μmの範囲内であることが好ま
しい。 【0023】平均細孔径が少なくとも50μm、より好
ましくは少なくとも60μmを有することもまた有利に
なり得る。本発明の様々な別形に従うと、50〜200
μm、より好ましくは60〜200μm、又は更に50
〜150μm、より好ましくは60〜150μm、より
更に好ましくは60〜100μmの平均細孔径を有する
焼結体が考えられ得ることは、この理由のためである。 【0024】本発明の物体の細孔は、球形か又は球に近
い形である。この形は、高い多孔度を達成することを可
能にし、そして物体の完全な耐漏えい性を保証する。 【0025】他方で、これらの細孔は本質的に密閉細孔
である。 【0026】本発明の焼結体の多孔度は、4〜18%で
ある。 【0027】この多孔度は、全多孔度、即ち、解放及び
密閉細孔を考慮に入れたものであると理解される。この
多孔度(P)は、式: 【数1】 (ここで、dは物体の見掛けの単位体積当たりの質量で
あり、Xは物質中に含まれる遊離炭素の質量%であり、
2.25は遊離炭素の単位体積当たりの質量であり、
3.21は炭化珪素の単位体積当たりの質量である。)
によって与えられる。 【0028】もし多孔度が4%より小さい場合は、生じ
たSiC体は、機械パッキンの耐摩耗性を改良しない。
18%より上では、耐漏えい性はもはや保証されず、機
械強度もまた低すぎる。 【0029】好ましくはこの多孔度は、5〜15%、よ
り好ましくは8〜15%である。 【0030】本発明の焼結体は、マイクロビーズ又はグ
ラニュールの形の造孔物質を、焼結炭化珪素の製造を意
図する化合物の混合物に添加することからなる方法によ
って得られ得る。 【0031】造孔物質は、いくつかの方法で使用され得
る。例えば、SiC、焼結添加剤及び水中又は有機溶媒
中の結合剤を基本とするスリップがボールミル中に生成
され得る。次に造孔物質が、攪拌しながらこのスリップ
に添加される。最後に化合物が、噴霧によって乾燥され
る。 【0032】他の方法は、上記のタイプであるが造孔物
質なしでのスリップを成形し、乾燥することからなる。
次に造孔物質は、このように得られた乾燥化合物と混合
乾燥される。 【0033】使用できる造孔剤は、良く知られている。
それらは、一般にポリマータイプの有機物質である。乳
化重合から得られた化合物が、好ましくは使用される。
これらの物質は、スリップの組成物中に使用される水又
は有機溶媒中に可溶性であってはならない。それらはま
た、特に噴霧による熱的乾燥に耐えなければならない。 【0034】挙げられ得る例は、ポリスチレン、ポリメ
チルメタクリレート及びポリアミドである。 【0035】得られた乾燥化合物は、最後に、例えば、
等方圧又は一軸プレスによって賦形され、未処理の物品
を生ずる。賦形はまた、流し込み成形又は押出によって
実施され得る。 【0036】この未処理の物品は、それ自体が知られた
方法において焼結される。 【0037】一般に、焼結温度は、1900〜2500
℃、より好ましくは2000〜2200℃である。焼結
は、真空下及び/又はアルゴン、一酸化炭素又は二酸化
炭素、ヘリウム、水素又は窒素タイプの如きガスの雰囲
気下で実施される。 【0038】本発明はまた、少なくとも一方が上記のタ
イプの焼結体である、固定リング及び回転リングからな
る機械パッキンに関する。 【0039】他方のリングは炭素を基材とした物質、特
に樹脂含浸炭素から製造され得る。この物質はまた、炭
化珪素又は窒化珪素からなり得る;それはまたアルミナ
焼結体であっても良い。それはまた、金属タイプの物
質、例えば炭素鋼であっても良い。 【0040】最後に、2つのリングが本発明の焼結体で
あるパッキンを使用することが可能である。 【0041】本発明の焼結体はまた、軸受に使用され得
る。 【0042】もちろん本発明の焼結体はまた機械パッキ
ン以外の用途にも使用され得る。 【0043】従って、本発明の焼結体は、少なくとも1
つの摩擦部材又はその一部が上記物体からなる、例えば
スラスト軸受、軸受、又はスライドタイプの摩擦システ
ムにおいて使用され得る。従ってそれは、例えば軸受に
おいて、並びに以下の構成において使用され得る:Si
C孔−金属軸、SiC孔−SiC軸、SiC孔−SiC
又はグラファイトケーシングを有する金属軸。 【0044】実施例を以下に挙げる。 【0045】 【実施例】実施例1 リングの製造方法 2種のスリップが、水中に、鉱物性物質、熱分解後に炭
素を供給するフェノール樹脂及び3%のポリエチレング
リコールからなる60%の固体含量で生成される。 【0046】スリップの成分の割合は、重量部で以下の
ようになる。 【表1】 PLEXIGUM M 914は、90μmの平均粒子
径を有するポリメチルメタクリレートである。「PLE
XIGUM」は、ドイツのレーム(Rhoem)社の商
品名である。OLGASOL 2002 ES 3は、
30μmの平均粒子径を有するポリアミドである。「O
LGASOL」は、フランスのアトケム(Atoche
m)社の商品名である。SiCは、12m2/gの表面
積及び1.3μmの平均径を有する。 【0047】造孔剤は、攪拌しながらスリップと混合さ
れる。 【0048】次にスリップは、噴霧によって乾燥され
る。 【0049】次に得られた粉末は、1.5×108Pa
(1500bar)でプレスされ、未処理の物品を生ず
る。未処理物品は、窒素下で600℃までの温度で熱処
理される。この熱処理によって造孔剤を除去することが
できる。この段階において、未処理物品は、互いに連結
された微細な孔(<1μm)とそれよりもずっと大きい
球状の孔(>10μm)とを含む。これらの大き目の孔
は、造孔剤の除去によって残されたものである。熱処理
後に、この未処理物品はアルゴン下で1時間にわたって
2070℃で焼結される。この工程間に、微細な孔は完
全に押しつぶされ、これに対して大き目の孔は少し小さ
くなる(10〜20%)。この態様で、連結されていな
い密閉型の細孔を有する焼結物品が得られる。 【0050】本発明のリング1(初めのスリップから生
じた)及び比較として提供するリング2(第2のスリッ
プから生じた)が得られる。生成物の特性が以下に与え
られる。 【表2】 【0051】実施例2 スリップが、水中に、鉱物性物質、熱分解後に炭素を供
給するフェノール樹脂、3%のポリエチレングリコール
及び造孔剤 PLEXIGUM M 820 からなる60%の固体含量
で生成される。 【0052】スリップの成分の割合は、重量部で以下の
ようになる。 【表3】 SiC 96.37 B4 C 0.63 グラファイト炭素 3.00 造孔剤 4.1 炭素(樹脂から供給された) 1.5 PLEXIGUM M 280 は、75μmの平均粒子径を有するポ
リメチルメタクリレートである。 【0053】グラファイトは、20m2 /gの表面積及
び約3.5μmの平均径を有する LONZA の KS6 グレ
ードである。 【0054】SiCは例1と同じである。 【0055】造孔剤が、攪拌しながらスリップと混合さ
れる。 【0056】スリップが、噴霧によって乾燥される。 【0057】次に得られた粉末が、1.5×108 Pa
(1500bar)でプレスされ、未処理の物品を生ず
る。窒素下で、造孔剤の除去が可能な600℃で加熱処
理し、そして樹脂を炭素に転化後に、続いて未処理の物
品が、アルゴン下で1時間に渡り2070℃で焼結され
る。 【0058】複合物質SiCα/グラファイトが得ら
れ、その特性は以下に与えられる。 【表4】 全多孔度(%) 10.7 平均細孔径(μm) 65 見掛けの単位体積当たりの質量(g/cm3 ) 2.83 理論見掛けで多孔性なしの 単位体積当たりの質量(g/cm3 ) 3.17 【0059】テスト リング1及び2が、機械パッキンにおける回転スライド
リングとしてテストされる。固定スライド対応リングは
グラファイト炭素で作られる。 【0060】テスト条件は、以下のようになる。 −温度 :130℃ −液体 :純粋不凍液 −回転速度 :6700回/分 −圧力 :105 Pa(1bar) −テスト時間:1000時間 【0061】リング2を取りつけられたパッキンの場合
は、テスト後に対応リングの表面上に著しい波形が観測
される。これらの波形は、0.8〜1.2μmに達し得
る高さを有する。 【0062】これに対して、本発明のリング1の場合
は、対応リング上の波形は、非常に小さく、即ちそれら
はせいぜい0.1μmの高さである。 【0063】2.0×106 Pa(20bar)での静
的耐漏えい性テスト後に、リング1は、耐漏えい性であ
り、多孔性が完全に密閉されることを示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 40〜200μmの平均細孔径及び4〜
18%の全多孔度を有する細孔を含有ししかも該細孔が
密閉型のものである、炭化珪素を基材とするか又は炭化
珪素からなる焼結体。 【請求項2】 平均細孔径が40〜150μmである請
求項1に記載の焼結体。 【請求項3】 平均細孔径が50〜200μmである請
求項1に記載の焼結体。 【請求項4】 平均細孔径が50〜150μmである請
求項3に記載の焼結体。 【請求項5】 5〜15%の全多孔度を有する請求項1
〜4のいずれかに記載の焼結体。 【請求項6】 炭化珪素及び炭素を基材とする請求項1
〜5のいずれかに記載の焼結体。 【請求項7】 リングの少なくとも一つが、請求項1〜
6のいずれかに記載の焼結体である固定リング並びに回
転リングからなる機械パッキン。 【請求項8】 少なくとも1つの摩擦部材又はその一部
が請求項1〜6のいずれかの物体からなるスラスト軸
受、軸受、又はスライド装置。
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