JPH03290367A - 黒鉛―炭化硅素系複合材料の製造方法 - Google Patents
黒鉛―炭化硅素系複合材料の製造方法Info
- Publication number
- JPH03290367A JPH03290367A JP2088641A JP8864190A JPH03290367A JP H03290367 A JPH03290367 A JP H03290367A JP 2088641 A JP2088641 A JP 2088641A JP 8864190 A JP8864190 A JP 8864190A JP H03290367 A JPH03290367 A JP H03290367A
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- Japan
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- silicon carbide
- silicon
- eutectic
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- Pending
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
黒鉛−炭化硅素系複合材料の製造方法に関し、機械的強
度が高く、潤滑性を有する成型体を製造することを目的
とし、 黒鉛粉末からなる圧粉成型体に硅素が組成比の大部分を
占める共晶合金を加圧溶浸して反応せしめ、前記圧粉成
型体との界面に炭化硅素層を形成すると共に、硅素を主
成分とする金属間化合物を析出させることを特徴として
黒鉛−炭化硅素系複合材料の製造方法を構成する。
度が高く、潤滑性を有する成型体を製造することを目的
とし、 黒鉛粉末からなる圧粉成型体に硅素が組成比の大部分を
占める共晶合金を加圧溶浸して反応せしめ、前記圧粉成
型体との界面に炭化硅素層を形成すると共に、硅素を主
成分とする金属間化合物を析出させることを特徴として
黒鉛−炭化硅素系複合材料の製造方法を構成する。
本発明は黒鉛−炭化硅素系複合材料の製造方法に関する
。
。
機械装置において回転軸を支える軸受なとの材料には金
属やセラミックスが使用されており、金属の場合は減摩
合金あるいは耐摩合金とも言われ、摩擦係数が小なく、
摩減量が少なく、潤滑油などに対する耐蝕性が優れた材
料が使用されている。
属やセラミックスが使用されており、金属の場合は減摩
合金あるいは耐摩合金とも言われ、摩擦係数が小なく、
摩減量が少なく、潤滑油などに対する耐蝕性が優れた材
料が使用されている。
そして、青銅系や鉄系の焼結体が用いられ、潤滑油を含
浸して使用されている。
浸して使用されている。
また、グラファイトなどを含ませて構威し、自己潤滑性
をもたせた無給油軸受もある。
をもたせた無給油軸受もある。
本発明はこのように機械的強度が高く、且つ潤滑性が必
要な用途に使用するセラミックス構造体に関するもので
ある。
要な用途に使用するセラミックス構造体に関するもので
ある。
軸受など機械的強度が高く、且つ潤滑性が必要な用途に
は上記の合金以外に複合セラミックスが使用されている
。
は上記の合金以外に複合セラミックスが使用されている
。
例えば、アルミナ（Ａｊ！２０３）や炭化硅素（ＳｉＣ
）などのセラミックスよりなるマトリックスの内部にチ
タン（Ｔｉ）やアルミニウム（＾Ｉｌ）のような金属粒
子を強化物質として分散した材料が知られている。
）などのセラミックスよりなるマトリックスの内部にチ
タン（Ｔｉ）やアルミニウム（＾Ｉｌ）のような金属粒
子を強化物質として分散した材料が知られている。
そして、強化用の金属粒子を分散させたセラ旦ツク材料
粉末を成型し焼結を行うことにより複合セラミックスが
作られている。
粉末を成型し焼結を行うことにより複合セラミックスが
作られている。
然し、焼結体であるために孔（ポア）が多く存在し、こ
れが原因で強度の変動が大きく、実用に供するには高い
安全係数の確保が必要である。
れが原因で強度の変動が大きく、実用に供するには高い
安全係数の確保が必要である。
また、セラミックスの焼結温度は１５００℃以上の高温
となることから強化用金属粒子の酸化が起こり易く、こ
れも強度の変動が大きい原因となっている。
となることから強化用金属粒子の酸化が起こり易く、こ
れも強度の変動が大きい原因となっている。
以上のように、従来よりセラミックス複合材料が知られ
ているが、強度の変動が大きいなどの理由から余り使用
されていない。
ているが、強度の変動が大きいなどの理由から余り使用
されていない。
そこで、強度が高くて変動が少なく、更に潤滑性を備え
た新規の複合セラくソクス構造材料を提供することが課
題である。
た新規の複合セラくソクス構造材料を提供することが課
題である。
上記の課題は黒鉛（以下略してＣ）粉末からなる圧粉成
型体に硅素（以下Ｓｉ）が組成比の大部分を占める共晶
合金を加圧溶浸して反応せしめ、圧粉成型体との接合面
に炭化硅素（以下５ｉＣ）層を形成すると共に、硅素を
主成分とする金属間化合物を析出させることを特徴とし
てＣ−５ｉ系複合材料の製造方法を構成することにより
解決することができる。
型体に硅素（以下Ｓｉ）が組成比の大部分を占める共晶
合金を加圧溶浸して反応せしめ、圧粉成型体との接合面
に炭化硅素（以下５ｉＣ）層を形成すると共に、硅素を
主成分とする金属間化合物を析出させることを特徴とし
てＣ−５ｉ系複合材料の製造方法を構成することにより
解決することができる。
本発明は圧粉成型したＣと溶融したＳｉ合金とを反応さ
せることによりＣよりなり多孔質である圧粉成型体の表
面に強度の高いＳｉＣ皮膜を形成すると共に、その隙間
をＳｉを主成分とする金属間化合物で充填する方法をと
ることにより機械的強度が高く、且つ潤滑性をもつ複合
セラミックスを実現するものである。
せることによりＣよりなり多孔質である圧粉成型体の表
面に強度の高いＳｉＣ皮膜を形成すると共に、その隙間
をＳｉを主成分とする金属間化合物で充填する方法をと
ることにより機械的強度が高く、且つ潤滑性をもつ複合
セラミックスを実現するものである。
第１図はこの原理図であって、圧粉成型したＣ１には各
粒子間に隙間があるが、この隙間に高温でＳｉの組成比
が大部分（８０重量％以上）を占める共晶合金２の溶融
体を浸透させることにより、Ｃ１と共晶合金２を構成す
るＳｉとを反応させて炭化硅素（ＳｉＣ）層３を形成し
つ覧、未反応のＳｉによって金属間化合物を析出させる
ものである。
粒子間に隙間があるが、この隙間に高温でＳｉの組成比
が大部分（８０重量％以上）を占める共晶合金２の溶融
体を浸透させることにより、Ｃ１と共晶合金２を構成す
るＳｉとを反応させて炭化硅素（ＳｉＣ）層３を形成し
つ覧、未反応のＳｉによって金属間化合物を析出させる
ものである。
こ覧で、本発明に通用可能の共晶合金としてはＳｉ−Ｍ
ｏ（モリブデン）合金、５ｉ−Ｎｂ（ニオブ）合金。
ｏ（モリブデン）合金、５ｉ−Ｎｂ（ニオブ）合金。
５ｉ−Ｔａ（タンタル）合金などがある。
参考として第２図に５ｔ−１’ｌｏ合金の状態図を、ま
た第３図に５ｉ−Ｎｂ合金の状態図を示した。
た第３図に５ｉ−Ｎｂ合金の状態図を示した。
こ−で共晶組成を用いる理由は融点が低下すると共に、
金属間化合物を形成させるためであり、これにより作業
性が改善できること＼、Ｓｉの酸化を少なくする点に特
徴がある。
金属間化合物を形成させるためであり、これにより作業
性が改善できること＼、Ｓｉの酸化を少なくする点に特
徴がある。
次に、使用する共晶合金のＳｉ含有料が８０重量％以上
とする理由は、実験の結果、これ以下の含有量の場合は
Ｃとの反応が不充分でＳｉＣの形成量が不足し、強度が
低下するためである。
とする理由は、実験の結果、これ以下の含有量の場合は
Ｃとの反応が不充分でＳｉＣの形成量が不足し、強度が
低下するためである。
本発明は第２図においては５ｉｅＪｏ＋＋組成（融点１
４１０″Ｃ）の共晶合金を、また第３図においては５１
ａｅＮｂ＋ｚ（融点１３００℃）の共晶合金を使用する
。
４１０″Ｃ）の共晶合金を、また第３図においては５１
ａｅＮｂ＋ｚ（融点１３００℃）の共晶合金を使用する
。
このような共晶合金をＣよりなる圧粉成型体の中に溶浸
させて表面層をＳｉＣに変えると、共晶合金の組成はｓ
ｉｎ戒比の少ない方にずれ、Ｘ５ｉｚ（ＸはＭｏ或いは
Ｎｂ）の金属間化合物が生威し、この金属間化合物が強
度の向上に寄与する。
させて表面層をＳｉＣに変えると、共晶合金の組成はｓ
ｉｎ戒比の少ない方にずれ、Ｘ５ｉｚ（ＸはＭｏ或いは
Ｎｂ）の金属間化合物が生威し、この金属間化合物が強
度の向上に寄与する。
なお、成型体の中に溶浸させるためには加圧雰囲気を使
用する必要がある。
用する必要がある。
本発明は硬度の低いＣの表面に硬度の高いＳｉＣを被覆
すると共に、粒子間の隙間を硬度の高い金属間化合物２
で充填するもので、この材料を用いて例えば軸受を構成
する場合、摩耗によって部分的に中のＣが現れることか
ら、強度が高く、かつ潤滑性のよい複合セラミックスを
実現するものである。
すると共に、粒子間の隙間を硬度の高い金属間化合物２
で充填するもので、この材料を用いて例えば軸受を構成
する場合、摩耗によって部分的に中のＣが現れることか
ら、強度が高く、かつ潤滑性のよい複合セラミックスを
実現するものである。
Ｃとしては平均粒径が１０μｍの鱗片状のものを用い、
この粉末を成型圧力３融／ｃｍ”の条件で５Ｘ １０
Ｘ ５０ｍの板状にプレス底形した。
この粉末を成型圧力３融／ｃｍ”の条件で５Ｘ １０
Ｘ ５０ｍの板状にプレス底形した。
この密度は７８％であった。
次に、重量Ｕ威がＳｉａｖＭｏ＋ｓとなるようにＳｉと
Ｍ。
Ｍ。
を混合した後、アルミナ坩堝に入れ、高周波溶解炉を用
い、窒素（Ｎ、）気流中で共晶温度である１３００℃よ
りも２０℃高い１３２０℃に加熱して溶解し、均一な合
金とした。
い、窒素（Ｎ、）気流中で共晶温度である１３００℃よ
りも２０℃高い１３２０℃に加熱して溶解し、均一な合
金とした。
この溶解した合金を鋳型に鋳造し、ＣｔＦ、型体と同一
寸法に切り出した。
寸法に切り出した。
この合金をＣ成型体の上に置き、圧力１００気圧のＮ２
雰囲気中で１３００℃で１０分間加熱することにより内
部へ溶浸させると共にＣと反応させてＳｉＣを形成した
。
雰囲気中で１３００℃で１０分間加熱することにより内
部へ溶浸させると共にＣと反応させてＳｉＣを形成した
。
得られた試料の断面観察を行った結果、気孔率は０％で
あり、成型体の気孔部には総て溶融合金が含浸されてお
り、Ｃの表面にはＳｉＣが一様に形成され、気孔部に残
存した溶融合金はＭｏ５ｉｚとして析出していた。
あり、成型体の気孔部には総て溶融合金が含浸されてお
り、Ｃの表面にはＳｉＣが一様に形成され、気孔部に残
存した溶融合金はＭｏ５ｉｚとして析出していた。
次に、この試料について曲げ強度を測定したところ、約
８０ Ｋｇ／ｍ”の値を示し、値の変動は僅かであった
。
８０ Ｋｇ／ｍ”の値を示し、値の変動は僅かであった
。
また、摩耗試験を行った結果、ＳｉＣ単体と比較して摩
耗量は約１／８に減少していた。
耗量は約１／８に減少していた。
本発明によれば、強度が高く、その変動が少なく、また
潤滑性に富んだ複合セラＧ ７クスを作ることができ、
構造用部品への適用が可能である。
潤滑性に富んだ複合セラＧ ７クスを作ることができ、
構造用部品への適用が可能である。
第１図は本発明に係る複合セラミ・ノクス材料の原理図
、 第２図はＳｔ−Ｍｏ合金の状態図、 第３図は５ｉ−Ｎｂ合金の状態図、 である。 図において、 １はＣ（グラファイト）、 ２は共晶合金（金属間化合物）、 ３はＳｉＣ層、 である。 ベニ＝シ１ 重 量 （’／、）Ｓ Ｍ。 昂千量（Ｘ） Ｓｉ Ｓ；−Ｍｏ合金の状態図 兜２図 １ ４１５−
、 第２図はＳｔ−Ｍｏ合金の状態図、 第３図は５ｉ−Ｎｂ合金の状態図、 である。 図において、 １はＣ（グラファイト）、 ２は共晶合金（金属間化合物）、 ３はＳｉＣ層、 である。 ベニ＝シ１ 重 量 （’／、）Ｓ Ｍ。 昂千量（Ｘ） Ｓｉ Ｓ；−Ｍｏ合金の状態図 兜２図 １ ４１５−
Claims (1)
- 黒鉛粉末からなる圧粉成型体に硅素が組成比の大部分
を占める共晶合金を加圧溶浸して反応せしめ、前記圧粉
成型体との界面に炭化硅素層を形成すると共に、硅素を
主成分とする金属間化合物を析出させることを特徴とす
る黒鉛−炭化硅素系複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2088641A JPH03290367A (ja) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | 黒鉛―炭化硅素系複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2088641A JPH03290367A (ja) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | 黒鉛―炭化硅素系複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03290367A true JPH03290367A (ja) | 1991-12-20 |
Family
ID=13948448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2088641A Pending JPH03290367A (ja) | 1990-04-03 | 1990-04-03 | 黒鉛―炭化硅素系複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03290367A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2413794A (en) * | 2004-05-03 | 2005-11-09 | Snecma Propulsion Solide | A method of manufacturing an impervious thermostructural composite material |
| US10040724B2 (en) * | 2015-12-11 | 2018-08-07 | University Of The Witwatersrand, Johannesburg | Ceramic composite and method to prepare the composite |
-
1990
- 1990-04-03 JP JP2088641A patent/JPH03290367A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2413794A (en) * | 2004-05-03 | 2005-11-09 | Snecma Propulsion Solide | A method of manufacturing an impervious thermostructural composite material |
| GB2413794B (en) * | 2004-05-03 | 2009-07-01 | Snecma Propulsion Solide | A method of manufacturing a part out of impervious thermostructural composite material |
| US7736554B2 (en) | 2004-05-03 | 2010-06-15 | Snecma Propulsion Solide | Method of manufacturing a part out of impervious thermostructural composite material |
| US10040724B2 (en) * | 2015-12-11 | 2018-08-07 | University Of The Witwatersrand, Johannesburg | Ceramic composite and method to prepare the composite |
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