JPH0656559A - 反応焼結炭化珪素質材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低摩擦性に優れた反応焼結炭化珪素質材料を
得る。 【構成】 反応焼結炭化珪素焼結体の表面に多数の気孔
を形成し、この気孔に潤滑剤を注入することにより表面
の摩擦係数を低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業の利用分野】本発明は、高速摺動用途に使用され
る摺動部材等として適用することができる表面の低摩擦
性に優れた反応焼結炭化珪素質材料及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】反応焼結炭化珪素焼結体は、通常炭化珪
素と炭素又は炭素源となり得る有機物質とを含む成形体
に溶融金属珪素を浸透させ、成形体中の炭素源と該金属
珪素とを反応させて炭化珪素を生成させると同時に、こ
の生成した炭化珪素で成形体中に当初より原料として含
有されている炭化珪素を包囲固定することにより製造さ
れる。

【０００３】この場合、溶融金属珪素は炭素源と反応し
て炭化珪素を生成するのに必要な量以上に供給され、こ
のため炭素源と反応して炭化珪素を占める空隙を埋め尽
くし、かつ成形体に含まれている炭化珪素粉末を包囲す
ることは勿論、生成した炭化珪素をも包囲する。しか
も、溶融金属珪素は凝固時に約９％の体積膨張を伴うた
めに気孔の認められない焼結体が得られるもので、この
反応焼結炭化珪素焼結体は、耐熱性、耐衝撃性、耐摩耗
性、耐腐食性などに優れるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、反応焼結炭化
珪素焼結体を摺動部材として用いる場合、上記方法で得
られた反応焼結炭化珪素焼結体の表面に機械加工を施す
ことにより焼結体表面の摩擦係数を低下させて表面を更
に低摩擦化することが行われるが、このような機械加工
処理では、高速摺動用途に用いる場合に十分対応しきれ
ない場合があり、高速摺動時に破損したり、他の部材を
傷付けたり、また摺動運動の運動効率を低下させる原因
となる場合があった。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、表面の摩擦係数が低く、高速摺動用途にも好適に用
いられる反応焼結炭化珪素質材料及びその製造方法を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、反応焼
結炭化珪素焼結体表面を苛性ソーダ溶液、弗酸・硝酸混
合液等で処理するなどの方法により該焼結体表面層の金
属珪素部分を選択的にエッチングして焼結体表面層に多
数の気孔を形成し、該気孔中に潤滑剤を注入して表面の
摩擦係数を低下させることにより、焼結体の強度を大き
く低下させることなく、表面が良好に低摩擦化された反
応焼結炭化珪素質材料が得られ、この反応焼結炭化珪素
質材料により高速摺動用途にも良好に対応することがで
きる摺動部材が得られることを見出し、本発明を完成し
たものである。

【０００７】従って、本発明は、反応焼結炭化珪素焼結
体の表面に多数の気孔を形成すると共に、該気孔中に潤
滑剤を注入したことを特徴とする反応焼結炭化珪素質材
料、及び反応焼結炭化珪素焼結体素材表面の金属珪素を
選択的にエッチングして該素材表面に多数の気孔を形成
し、該気孔中に潤滑剤を注入することを特徴とする反応
焼結炭化珪素質材料の製造方法を提供するものである。

【０００８】以下、本発明につき更に詳しく説明する
と、本発明の反応焼結炭化珪素質材料は、上述したよう
に、反応焼結炭化珪素焼結体の表面に多数の気孔を形成
し、該気孔に潤滑剤を注入したものであるが、この場合
反応焼結炭化珪素焼結体素材としては特に制限はなく、
通常の反応焼結法、即ち炭化珪素粉末と炭素粉末又は炭
素源となり得る有機物質との混合粉末に有機質バインダ
ーを添加して加圧成形法等により成形し、この成形体を
仮焼した後、仮焼体に溶融金属珪素を浸透させる方法に
より得られた反応焼結炭化珪素焼結体を好適に用いるこ
とができる。

【０００９】なお、この方法により焼結体を得る場合、
特に制限されるものではないが、原料炭化珪素粉末とし
ては、平均粒子径０．１〜１０μｍのものが好適に用い
られ、また炭素粉末としては、平均粒子径０．１〜５μ
ｍのものが好適に用いられる。更に、炭素源となり得る
有機物質としては、フェノールレジン等を挙げることが
でき、また有機質バインダーとしては、熱分解により炭
素源又は炭化珪素を生じる熱硬化性のものであればよ
く、具体的にはフェノール樹脂などを挙げることがで
き、これらはエチルアルコールやアセトン等の有機溶剤
に溶解して使用することができる。また、この反応焼結
炭化珪素焼結体素材は、上記成形時において使用用途に
応じた所望の形状に成形することができる。

【００１０】この反応焼結炭化珪素焼結体素材表面に形
成する気孔層は、気孔率を６〜１２％、特に８〜１０％
とすることが好ましい。気孔率が６％未満であると潤滑
剤の永久保持能力を確保することができず、摺動部材と
して使用した場合その使用中に摩擦係数の上昇を生じる
場合がある。一方、気孔率が１２％を超えると焼結体の
機械的強度が低下し、摺動部材として十分な強度特性が
得られなくなる場合がある。

【００１１】次に、この気孔に注入する潤滑剤として
は、特に限定されるものではないが、フッ素系潤滑剤が
好適に用いられる。本発明の反応焼結炭化珪素質材料
は、この潤滑剤により良好な低摩擦性が得られたもので
あり、この場合該潤滑剤が上記気孔内に安定的に保持さ
れ、高速摺動する摺動部材として用いた場合でも良好な
低摩擦性を半永久的に保持することができるものであ
る。

【００１２】本発明の反応焼結炭化珪素質材料は、上記
反応焼結炭化珪素焼結体素材表面の金属珪素を選択的に
エッチングして除去することにより該焼結体素材表面に
多数の気孔を形成し、該気孔に上記潤滑剤を注入するこ
とにより得ることができる。

【００１３】この製造法により本発明の反応焼結炭化珪
素質材料を得る場合は、まず材料素材である反応焼結炭
化珪素焼結体にエッチング処理を施すものであるが、こ
の際エッチング処理前に焼結体表面に機械加工を施すこ
とが好ましく、この場合機械加工による摺動面の処理に
おいては、仕上げ精度が表面粗さ０．１〜１μｍ程度と
なるように機械加工処理を行うことが好ましい。

【００１４】エッチング処理としては、焼結体を７０〜
８０℃に加温した２０〜３０％の苛性ソーダ溶液、又は
２０〜４０℃の弗酸約１０〜１５％・硝酸約１０〜１５
％混合液に浸漬する方法が好適に採用され、この場合浸
漬時間は通常２０〜１００時間程度とされる。この処理
により、焼結体の表面層における金属珪素が選択的に除
去され、該表面層に多数の気孔が形成される。なお、焼
結体表面のエッチング処理層の厚さは、０．１〜１ｍ
ｍ、特に０．４〜０．５ｍｍ程度とすることが好まし
い。処理層の厚さが１ｍｍを超えると焼結体の機械的強
度が低下する場合があり、一方厚さが０．１ｍｍ未満で
あると、良好な低摩擦化が達成されない場合がある。

【００１５】次に、上記エッチング処理を施した反応焼
結炭化珪素焼結体素材表面の気孔に上記潤滑剤を注入す
る。この場合、潤滑剤の注入方法は特に限定されるもの
ではないが、減圧下において上記素材を３０Ｔｏｒｒ程
度に脱気した後、上記潤滑剤に浸漬する方法が好適に採
用される。

【００１６】

【実施例】以下、実施例を示して本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に制限されるものではな
い。

【００１７】α−炭化珪素粉末（平均粒子径５μｍ）８
０重量％と炭素粉末（平均粒子径０．２μｍ）２０重量
％とからなる混合粉末に、レゾールタイプのフェノール
樹脂を溶解したアセトン溶液をフェノール樹脂が混合粉
末１００重量部に対して２０重量部となるように加え、
磁製ボールミルで４時間混合してスラリ状の混合物と
し、この混合物を金型プレスを用いて１トン／ｃｍ²の
成形圧で直径５ｃｍの円板状成形体２０個を成形した。
これらの成形体を非酸化性雰囲気において５００℃で１
時間加熱して仮焼体とし、これら仮焼体をあらかじめ金
属珪素を充填した焼結炉内に収容して非酸化性雰囲気で
加熱し、灼熱部が１５００℃に到達した時点で仮焼体に
溶融した金属珪素を浸透させて反応焼結させ、反応焼結
炭化珪素焼結体とした。

【００１８】これら焼結体の表面を機械加工によって表
面粗さ０．５μｍ程度に仕上げた後、８０℃に加温した
３０％の苛性ソーダ溶液に１００時間浸漬して表面の金
属珪素をエッチングし、１００℃で乾燥した。得られた
焼結体の表面には多数の気孔が形成されていた。なお、
エッチング層の厚さは約０．５ｍｍ、気孔率は約１０
％、であった。

【００１９】この焼結体を密閉容器に収容し、該容器内
を真空チャンバーで３０Ｔｏｒｒに減圧した後、容器内
にフッ素系潤滑剤（ダイキン工業（株）製、商品名ダイ
フロイル１０）を注入して焼結体の気孔に該潤滑剤を注
入し、円板状の反応焼結炭化珪素焼結体製摺動部材を得
た。

【００２０】得られた摺動部材につき、下記方法により
摩擦係数（μ）の経時変化と耐摩耗性を調べた。結果を
表１及び表２にそれぞれ示す。なお、比較として上記エ
ッチング及び潤滑剤注入を行わなかった以外は同様にし
て得た既存の反応焼結炭化珪素焼結体により形成した摺
動部材についても同様の試験を行なった。結果を表１及
び表２にそれぞれ併記する。

【００２１】摩擦係数の経時変化 図１に示すように試験試料１上に該試料と同様の方法に
より製造した回転環２を荷重１ｋｇ／ｃｍ で密着さ
せ、周速０．５ｍ／ｓｅｃで回転させて摩擦係数の経時
変化を調べた。なお、試験は乾燥雰囲気中で行った。

【００２２】耐摩耗性 図２に示したように試験試料１上に該試料と同様の方法
により製造した丸棒３（４．７ｍｍφ）を荷重３ｋｇ／
ｃｍ で押しつけ、周速１２ｍ／ｓｅｃで試料を回転さ
せて摩耗量を調べた。なお、試験は乾燥雰囲気中で行っ
た。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】表１及び表２に示した結果から明らかなよ
うに、本発明の反応焼結炭化珪素質材料は、既存の材料
に比べて摩擦係数が小さく、かつ耐摩耗性に優れたもの
であった。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の反応焼結
炭化珪素質材料は、表面の摩擦係数が低く、かつ耐摩耗
性に優れ、高速摺動用途にも好適に用いられるものであ
る。

【００２７】また、本発明の製造方法によれば、上記低
摩擦性に優れた反応焼結炭化珪素質材料を確実に得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例において行った摩擦係数の経時変化を測
定するための方法を説明する断面図である。

【図２】実施例において行った耐摩耗性を測定するため
の方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 試験試料 ２ 回転環 ３ 丸棒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応焼結炭化珪素焼結体の表面に多数の
   気孔を形成すると共に、該気孔中に潤滑剤を注入したこ
   とを特徴とする反応焼結炭化珪素質材料。
2. 【請求項２】 反応焼結炭化珪素焼結体素材表面の金属
   珪素を選択的にエッチングして該素材表面に多数の気孔
   を形成し、該気孔中に潤滑剤を注入することを特徴とす
   る反応焼結炭化珪素質材料の製造方法。