KR900007078B1 - 고강도 · 고내마모성 슬라이딩부재와 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 따른 고강도·고내마모성 슬라이딩부재의 미세질화규소입자와 입자경계층을 확대시켜서 나타낸 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 미세질화규소임자 2 : 입자경계층
본 발명은 고강도·고내마모성 슬라이딩부재와 그의 제조방법에 관한 것이다.
종래에 고온에서 사용되어지는 베어링재와 같은 슬라이딩부재로서는 질화규소 소결체로 형성된 것이 알려져 있었으나, 이러한 슬라이딩부재의 특성은 상기 질화규소 소결체의 내마모성에 따라 결정되는 것으로서,이 내마모성은 질화규소표면의 거치름이나 기구 등에 의해 영향을 받기 쉬우므로 안정된 내마모성을 갖는 질화규소 소결체를 얻기란 쉽지 않았다. 특히, 건식상태하에서 사용되는 슬라이딩부재의 경우에 있어서는 악조건하에서 사용되므로 실제 사용에 적당한 질화규소 소결체를 얻기란 더욱 어려웠다.
따라서, 본 발명자들은 질화규소 소결체로 된 슬라이딩부재의 강도 및 내마모성을 향상시키고자 연구한 결과, 질화규소 소결체내의 주구성성분으로 존재하는 미세한 질화규소입자가 긴 기둥모양을 하고 있으면서 이들 입자의 치밀도를 높게 하는 경우에 고강도·고내마모성의 슬라이딩부재가 얻어질 수 있다는 것을 발견하게 되었다.
본 발명은 이와 같은 발견을 기초로 한 것으로서, 고강도·고내마모성의 슬라이딩부재와 그의 제조방법을제공하는 데 그 목적이 있는 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 긴 기둥모양을 갖는 β상형 미세질화규소입자와 전체에 대해 15중량％이하로 상기 미세질화규소입자를 둘러싸고 있는 입자경계층으로 되어 있되, 상기 미세질화규소입자의 직경은 60μm이하이고, 그입자의 가로길이와 세로길이의 비가 5이상이며, 치밀도가 98% 이상인 고강도·고내마모성 슬라이딩부재임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 슬라이딩부재를 제조하는데 있어서, 희토류원소의 산화물을 10중량％이하, 산화알루미늄을 10중량%이하, 질화알루미늄을 5중량％이하, 산화티단을 10중량％이하로 함유시키되 희토류원소의 산화물과 산화알루미늄은 반드시 함유시키면서, 희토류원소의 산화물에 대한 산화알루미늄의 비가 0.5 내지 10이 되도록 질화규소분말과 혼합시킨 다음, 불활성분위기하에서 1650 내지 1850℃의 온도로 소결시켜서 됨을특징으로 하는 고강도·고내마모성의 슬라이딩부재의 제조방법인 것이다.
이와 같은 본 발명을 예시된 도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명에 따른 고강도·고내마모성의 슬라이딩부재의 구성성분들을 확대시켜서 나타낸 도면으로서, 도면에서 부호 1은 β상형미세질화규소입자이고, 부호 2는 입자경 계층을 나타낸다. 이와 같은 도면에서 β상형질화규소입자의 직경, 즉, 부호 A로 표시된 부분의 길이는 60μm이하이며, 입자의 가로와 세로의 비, 즉, 부호 A로 표시된 부분의 길이와 부호 B로 표시된 부분의 길이의 비는 5이상이다.
또한, 상기의 미세질화규소입자는 β상형 질화규소로 되어 있고, 입자경계층은 전체의 15중량%이하, 좋기로는 1 내지 10중량％를 차지하고 있으며, 전체의 치밀도(상대밀도)는 98%이상으로 되어 있다.
이때, 상기의 구성성분이 상기의 범위를 벗어난다면, 강도 및 내마모성이 떨어지므로 바람직하지 못하며,상기의 입자경계층에는 산화이트륨 같은 희토류원소(稀土類元素)의 산화물과 산화알루미늄을 함유시키는 것이 좋다.
본 발명에 따르면 이와 같은 고강도·고내마모성의 슬라이딩부재는 희토류원소의 산화물을 10중량％이하,산화알루미늄(Al2O3)을10중량％6이하, 질화알루미늄(AlN)을 5중량％이하, 산화티단(TiO2)을10중량％이하로 함유되도록 하되, 이때 희토류원소의 산화물과 산화알루미늄은 반드시 함유되도록 하며, 희토류원소의 산화물에 대한 산화알루미늄의 비는 0.5 내지 10이 되게 함유되도록 하고, 질화알루미늄을 함유시키는 경우에는 질화알루미늄에 대한 산화알루미늄의 비가 0.1 내지 5가 되게 혼합시키고 이것을 질화규소분말과 혼합시킨 다음 불활성조건하에서 1650 내지 1850℃의 온도로 소결시키면 본 발명에 따른 고강도·고내마모성이 슬라이딩부재가 제조되게 된다.
이때, 상기의 희토류원소의 산화물로서는 산화이트륨이 적당하고, 질화규소분말로서는 이산화규소(SiO2)를 환원시켜 얻어진 α형의 것이 바람직하다.
한편, 상기의 희토류원소의 산화물, 산화알루미늄, 질화알루미늄 및 산화티단은 소결촉진제로서 작용하고, 희토류원소의 산화물, 산화알루미늄 및 산화티탄의 조성비는 각각 10중량%이하로서 함유되도록 하는것이 좋은데, 그 이유는 만일, 함유량이 10중량%이상이 되면 고강도·고내마모성 슬라이딩부재의 기계적강도 및 내열충격성이 저하되기 때문이다.
또, 상기 희토류원소의 산학물에 대한 산화알루미늄의 비는 0.5 내지 10인 것이 적당하고, 질화알루미늄을 함유하는 경우에는 질화알루미늄에 대한 산화알루미늄의 비가 0.1 내지 5가 되도록 할 필요가 있다. 만일 이 범위 이상이 되면 미세질화규소입자의 가로 대 세로의 비가 5미만이 되기 쉽기 때문에 좋지 않다.
뿐만 아니라, 소결은 1650 내지 1850℃의 온도범위내에서 하는 것이 바람직한데, 만일 상기 온도범위를 벗어나게 되면 β상형 미세질화규소입자의 형성이 어려워지게 되므로 좋지 않다. 이때 열처리분위기는 불활성가스분위기하에서 이루어지는 것이 바람직한 바, 그 이유는 소결이 산화성 분위기하에서 이루어지는 경우에는 상기와 같은 고온시에 질화규소가 산화되어 산학규소로 변화되므로 제조하고자 하는 고강도·고내마모성의 슬라이딩부재가 얻어지지 않게 되기 때문이다.
여기서, 소결은 상압의 로(爐) 소결로 실시하여도 좋으나, 분위기 가압에 의한 소결도 적용할 수도 있고, 고압(Hot Press)으로 소결할 경우에도 바람직하며, 소결체에 열간정압법(HIP)을 적용하면 치밀도가 더욱높은 것이 얻어지게 된다.
이하 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예
85%의 α상형 질화규소를 함유하는 평균입자크기가 l.2μm인 질화규소분말에 평균입자크기가 1μm인 산화이트륨분말, 평균입자크기가 0.5μm인 산화알루미늄분말, 평균입자크기가 1.5μm인 질화알루미늄분말, 평균입자크기가 1μm인 산화티탄분말을 다음 표 1에서와 같은 조성비(중량％)로 배합시키고 볼밀(ballmil1)로 각각 10시간동안 혼합시킨 다음 원료가 되는 분말을 만들었다.
이렇게 하여 제조된 원료분말에 유기결합제를 7중량％ 첨가혼합시키고 700kg/cm2의 성형압력을 가해 길이가 60mm이고, 폭이 40mm이며, 두께가 10mm인 봉상(棒狀)의 성형체를 형성시킨 다음, 상기의 성형체를 질소가스중에서 1550℃의 온도로 열처리시킨 후, 다시 질소가스분위기의 1700℃의 온도하에서 2시간동안 상압소결시켜서 질화규소 세라믹스소결체를 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 세라믹스 소결체를 상온 및 1300℃에서 1000시간 동안 산화시킨 후, 항절강도를 측정하였다. 또 각각의 시료에 대하여 암슬러시험기(Amsler universal testing machine)를 이용하여 내마모성을 측정한 결과 내마모성이 뛰어난것으로 나타났다.
또한, 3점굽힘강도시험으로 구성강도값을구했는 바, 이때의 시료크기는3mm×3mm×40mm이며, 시험조건은 크로스헤드속도가 0.5mm/분이고, 2개의 받침대사이의 폭이 20mm이었다.
뿐만아니라, 항절강도 측정시 사용되어진 시료의 파단면을 전자현미경으로 관찰하고, 이러한 파단면에 있어서, 질화규소입자의 형상 및 입자경계층의 상태를 측정하였다. 이러한 측정결과는 다음표 1과 같다.
[표 1]
상기의 표 1에서 시료 7번과 시료 8번은 다른 시료와 서로 비교되도록 하기 위해서 나타낸 것이다.
상기의 표 1로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 고강도·고내마모성의 슬라이딩부재는 상압소결에 의해서도 뛰어난 강도와 내마모성이 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 고강도·고내마모성의 슬라이딩부재는 고강도·고내마모성을 띠며 이러한 특성을 필요로 하는 곳에 사용될 수가 있고, 또한 본 발명에 따른 제조방법에 의하면 상압소결에 의해서도 고강도·고내마모성이 우수한 슬라이딩부재가 제조될 수가 있다.
Claims (2)
- 미세한 질화규소입자와 그 질화규소입자를 둘러싸고 있는 입자경계층으로 구성되어 고강도·고내마모성 슬라이딩부재에 있어서, 주구성성분인 긴 기둥모양의 β상형 미세 질화규소입자와 전체에 대해 15중량％이하로 상기 미세 질화규소 입자를 둘러싸고 있는 입자경계층으로 되어 있되 상기 미세 질화규소입자의 직경(A)은 60μm 이하이고, 그 입자의 가로길이와 세로길이의 비가 5이상이며, 치밀도가 98% 이상인 것을 특징으로 하는 고강도·고내마모성의 슬라이딩부재.
- 제1항에 있어서, 입자경계층은 산화이트륨 및 산화알루미늄을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩부재.
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