JPH0551555B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、軸受、メカニカルシールなどの摺動
部材に関し、さらに詳しくは、摺動特性にすぐれ
た摺動部材の製造方法に関する。

〔発明の背景〕

一般に炭素質材料は自己潤滑性、耐食性、耐熱
性においてすぐれた特性を有することから、コー
クスもしくは黒鉛を主成分として、タール、ピツ
チなどの結合材（バインダー）を配合し、混練
し、成形し、焼成されたものが、軸受、メカニカ
ルシールなどの摺動部材として古くから利用され
ている。

ところが、最近、使用条件の苛酷化、用途の多
様化に伴い、耐摩耗性、および機械的強度の一層
向上した摺動部材が要求される様になつて来た。
この様な要求に応えるために種々の提案がなされ
ている。

たとえば、○イ耐摩耗性の向上が図られた摺動部
材としては、従来、コークスもしくは黒鉛粉末に
炭化珪素ウイスカーあるいは窒化珪素ウイスカー
を添加もしくは混合し、さらにフエノール系樹脂
などのバインダーとともに混練、加圧成形した
後、加熱処理して得られる摺動部材（特開昭58−
172266号公報）がある。

また、○ロ機械的強度が向上した成形焼結体もし
くは成形複合材を製造する方法としては、従来、
コークス、カーボンブラツクなどの無定形の炭素
粉末に金属珪素および（または）炭化珪素粉末と
焼結助剤としての硼素化合物を添加混合し、加圧
下で加熱成形することにより成形焼結体を製造す
る方法（特公昭60−9980号公報）が知られてい
る。

上記○イの方法は、コークス、黒鉛などの炭素質
材料が具備する炭素質材料固有の自己潤滑性を損
わず、さらに炭化珪素ウイスカーなどを添加する
ことによつて、炭素質材料の欠点である耐摩耗性
を改善した点ですぐれている。しかしながら、機
械的強度の点では必ずしも満足のいくものではな
く、また、バインダーが摺動特性に悪影響をおよ
ぼすという問題もある。さらに製造工程におい
て、バインダーを用いて混練したのち、成形を行
なうなど、実際の製造にあたつて工程が複雑とな
り、経済的にも不利である。

また、上記○ロの方法は炭素系材料の機械的強度
の向上または改善された材料として優れていると
いえるが、しかしながら摺動部材としての摺動特
性の点では必ずしも満足のいくものではない。

周知のように苛酷な条件下で用いる摺動部材
は、非常にすぐれた摺動特性すなわち耐摩耗性、
潤滑性があり、さらに緻密で機械的強度にすぐれ
ていることが必要である。

一般に、炭素質材料は、その結晶構造の特徴
からＣ軸方向の結合力が弱いため結晶の六角網面
のすべりによつて自己潤滑性が与えられるが、高
度に配向した結晶構造を有する程、その性能はす
ぐれている。したがつて高度に配向した結晶構造
を有する程、すぐれた摺動特性が発揮されること
になる。また、緻密化の点では、自己焼結性に
すぐれている程、高密度の焼結体が得られやす
く、機械的強度の向上にもつながる。したがつ
て、苛酷な条件下で使用される摺動部材としては
上記およびの特性の双方を有することが肝要
である。

しかしながら、前記○ロで製造された焼結体は機
械的強度の改善された材料ではあるが、結晶構造
が発達していないコークス、カーボンブラツクな
どの無定形の炭素粉末を基材としているため、こ
の焼結体を摺動部材として使用した場合、苛酷な
条件下で必要とされるすぐれた摺動特性が望めな
い。また、製造工程においても、自己焼結性を有
しないコークスやカーボンブラツク粉末と難焼結
性である炭化珪素粉末とを原料基材とした場合、
焼結助剤が必要になるとともに加圧下で加熱焼結
させる必要があることから、製造コストの増大、
製造工程の複雑化につながるだけでなく、さらに
大形の製品化が困難になるなどの問題が生じ、技
術的、経済的に不利がある。

〔発明の概要〕

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであ
り、摺動特性すなわち耐摩耗性、潤滑性にすぐれ
るとともに緻密かつ機械的強度の向上した摺動部
材を得る方法を提供すること、を目的とする。

本発明者らは、重質油を熱処理して得られるバ
ルクメソフエースが、自己焼結性にすぐれるとと
もに高度に配向した結晶構造を有し自己潤滑性の
点でもすぐれた特性を有していること、さらに炭
化珪素は、難焼結性であるが耐熱性、耐摩耗性に
すぐれているという特性に着目し、これら双方の
特性を兼ね備えた摺動部材を得る方法について鋭
意研究した結果、バルクメソフエース粉末と炭化
珪素粉末とを効果的に混合・焼成することによつ
てこれらの材料が有するすぐれた特性を相乗的に
発揮させて、極めてすぐれた摺動特性を有する摺
動部材が得られることを見出した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので
ある。すなわち、本発明に係る摺動部材の製造方
法は、重質油を熱処理することによつて得られる
バルクメソフエースの粉末と炭化珪素粉末とを混
合し、この混合物をバインダーを用いないで成形
し、次いで焼成することを特徴とする。

〔発明の具体的説明〕

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明に用いるバルクメソフエースとは、石油
の常圧残油、減圧残油、接触分解のデカントオイ
ル、熱分解タールなど石油系重質油、石炭ター
ル、オイルサンド油などの炭化水素重質油を400
〜500℃の温度に加熱処理した際に熱処理ピツチ
中に生成するメソフエース小球体を凝集合体させ
て母相ピツチから分離したものを意味し、化学
的、物理的な活性に富む物質である。

このようなバルクメソフエースの製造方法につ
いては本出願人に係る特開昭57−200213号公報ま
たは特開昭59−30887号公報等に開示されており、
重質油を400〜500℃の温度に加熱し重縮合反応を
行なわせてメソフエース小球体を含有するピツチ
を得たのち、該ピツチを250〜400℃に冷却し、乱
流を付与することによりメソフエース小球体を凝
集合体させ、これを母相から分離することにより
バルクメソフエースが得られる。なお、このよう
なバルクメソフエースを製造するための装置は、
本出願人に係る特開昭59−30887号公報に開示さ
れている。

このようにして製造されたバルクメソフエース
は、軽度の加熱処理を施して用いてもよく、加熱
処理を施さないで用いてもよいが、成形直前の粒
径が約10μ以細であることが好ましい。

炭化珪素粉末はベーター形でもアルフアー形で
もよく一般市販品のものを入手して用いることが
出来るが、粒径は約10μ以細が好ましい。

次いで上記バルクメソフエース粉末と炭化珪素
粉末とをバインダーを用いないで混合し、成形
し、焼成を行なうが、バルクメソフエース粉末に
対する炭化珪素粉末の混合割合が少なくてもまた
多くても、さらに焼成温度が低すぎてもまた高す
ぎても、すぐれた摺動特性を得るには到らない。

すなわち、本発明の方法においては、バルクメ
ソフエース粉末に対する炭化珪素粉末の混合割合
ならびに焼成温度を経験的に求められる最終条件
に設定して、混合、焼成を行なうことが肝要であ
る。

バルクメソフエース粉末に対する炭化珪素粉末
の混合割合は、バルクメソフエース粉末の炭素原
子と水素原子の原子比によつても異なるが、炭化
珪素の含有量が、10〜70重量％の範囲内であるこ
とが好ましい。

たとえば、バルクメソフエースの炭素原子と水
素原子の原子比がＣ／Ｈが約2.18の場合は、炭化
珪素の含有量は、55〜65重量％が好ましく、焼成
温度は、2000℃〜2200℃の範囲が好ましい。ま
た、原子比Ｃ／Ｈが、約2.31の場合は、炭化珪素
の含有量は、45〜55重量％が好ましく、焼成温度
は、1800℃〜2000℃の範囲が好ましい。さらにま
た、原子比Ｃ／Ｈが、約2.37の場合にあつては、
炭化珪素の含有量は、25〜35重量％が好ましく、
焼成温度は、1900℃〜2100℃の範囲が好ましい。

バルクメソフエース粉末と炭化珪素粉末の混合
方法は、バルクメソフエースをあらかじめジエツ
トミル又は振動ボールミルなどの粉砕機により約
10μ以細に粉砕したのち、振動ボールミル、ライ
カイ機、などの混合機により混合物するか、ある
いは、粗粉砕（約60メツシユ以下）したバルクメ
ソフエース粗粒粉末と炭化珪素粉末を軽度に加
熱・混合処理したのち、この混合物を約10μ以細
に粉砕して用いてもよい。この場合、バルクメソ
フエース粉末と炭化珪素粉末をむらなく均一に混
合することが重要である。

混合物は、モールド成形、CIP成形などの周知
の方法によつて、所望の大きさ、形状に成形する
ことが出来る。成形物は常法によつて焼成される
が、焼成温度は、前述したように、バルクメソフ
エース粉末と炭化珪素粉末の混合割合およびバル
クメソフエース粉末の炭素元素と水素元素の原子
比によつても異なり、1800〜2200℃の温度範囲内
で最適値が選ばれる。

このようにして得られた本発明の摺動部材は、
高品質炭素摺動部材に比べ、1/5〜1/6の摩耗量お
よび２〜３倍の曲げ強度を有するとともにすぐれ
た摺動特性を有するものである。

〔発明の実施例〕

実施例 １ 石油の接触分解油から得たバルクメソフエース
を、熱処理を施すことなくジエツトミルで粉砕
し、Ｃ／H2.18、平均粒度3.0μのバルクメソフエ
ース粉末を調整した。

このバルクメソフエース粉末を40部とイビデン
（社）製、平均粒径0.3μのベーター形炭化珪素粉
末60部とをライカイ機を用いて均一に混合し、こ
の混合物50ｇをCIP成形して、径30mm、高さ30mm
の成形体を得た。

次いで得られた成形体を不活性ガス雰囲気中、
2100℃で焼成し、かさ密度1.92ｇ／cm³、曲げ強度
1000Kg／cm²の摺動部材(A)を試作した。

実施例 ２ 実施例−１で用いたバルクメソフエースを熱処
理してＣ／Ｈ比2.31のバルクメソフエースを得た
のち、実施例−１と同様に調整した平均粒径3.0μ
のバルクメソフエース粉末50部と実施例−１で用
いた炭化珪素粉末50部を実施例−１と同様に混
合・成形して成形体を得た。

次いで得られた成形体を不活性ガス雰囲気中、
1900℃で焼成し、かさ密度2.0ｇ／cm³、曲げ強度
1420Kg／cm²の摺動部材(B)を試作した。

実施例 ３ 実施例−２と同様に熱処理・調整したＣ／Ｈ比
2.37、平均粒径3.0μのバルクメソフエース粉末70
部と実施例−１で用いた炭化珪素粉末30部を実施
例−１と同様に混合・成形して成形体を得た。

次いで得られた成形体を不活性ガス雰囲気中、
2000℃で焼成し、かさ密度2.02ｇ／cm³、曲げ強度
1140Kg／cm²の摺動部材(C)を試作した。

実施例 ４ 実施例−１で用いたバルクメソフエースを熱処
理を施すことなく60メツシユ以下に粗粉砕したバ
ルクメソフエース粗粒粉末と、実施例−１で用い
た炭化珪素粉末とを加熱・混合処理し、この加
熱・混合処理によつて、バルクメソフエースの
Ｃ／Ｈ比2.35、バルクメソフエースと炭化珪素と
の混合比70／30部の混合物を調製した。この混合
物をジエツトミルで平均粒径3.0μに粉砕し、実施
例−１と同様にCIP成形して成形体を得た。

次いで得られた成形体を不活性ガス雰囲気中、
2000℃で焼成し、かさ密度2.05ｇ／cm³、曲げ強度
1150Kg／cm²の摺動部材(D)を試作した。

摺動試験例 実施例１〜３で試作した(A)、(B)、(C)の各摺動部
材について、摺動試験機を用いて、摺動試験を行
なつた結果、いづれにおいも、その摩耗量は高品
位炭素材料に比べ1/5〜1/6であり、かつ非常にす
ぐれた摺動特性が認められた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、自己焼結性に優れるととも
に、さらに高度に配向した結晶構造を有し自己潤
滑性にすぐれたバルクメソフエースを原料として
用いているため、バインダーを用いることなく、
摺動特性すなわち耐摩耗性にすぐれるとともに緻
密かつ機械的強度の向上した摺動部材が得られ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 重質油を熱処理することによつて得られるバ
   ルクメソフエースの粉末と炭化珪素粉末とを混合
   し、この混合物をバインダーを用いないで成形
   し、次いで焼成することを特徴とする、摺動部材
   の製造方法。