JPH06663B2 - Method for producing glassy carbon composite material - Google Patents
Method for producing glassy carbon composite materialInfo
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- JPH06663B2 JPH06663B2 JP61300577A JP30057786A JPH06663B2 JP H06663 B2 JPH06663 B2 JP H06663B2 JP 61300577 A JP61300577 A JP 61300577A JP 30057786 A JP30057786 A JP 30057786A JP H06663 B2 JPH06663 B2 JP H06663B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガラス状カーボン複合材料の製造に利用する。
さらに詳しくは、ガラス状カーボンを主成分とし、耐摩
耗性が高く摩擦係数の小さい、精密加工部品の素材とし
て優れた複合材料の製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention is used for producing a glassy carbon composite material.
More specifically, the present invention relates to a method for producing a composite material containing glassy carbon as a main component and having excellent wear resistance and a small friction coefficient, which is excellent as a material for precision processed parts.
本発明は、ガラス状カーボンを主成分とする複合材料の
製造方法において、 液状の熱硬化性樹脂の硬化前駆体に補強繊維成分のウィ
スカを均一に混合することにより、 摺接する相手材との摩擦抵抗が少なく、相手材を損傷さ
せず、自身の耐摩耗性および耐久性が優れたガラス状カ
ーボン複合材料を提供するものである。The present invention provides a method for producing a composite material containing glassy carbon as a main component, in which a whisker as a reinforcing fiber component is uniformly mixed with a hardening precursor of a liquid thermosetting resin so that friction with a mating material in sliding contact is obtained. It is intended to provide a glassy carbon composite material which has low resistance, does not damage a counterpart material, and has excellent wear resistance and durability of itself.
現在、磁性層を有するシートやフィルム等、あるいは紙
を記録媒体に用いて記録再生を行うための種々の装置が
市販されている。これらの記録再生装置には、常時また
は一時的に記録媒体に相対して摺接する部品が多数含ま
れている。この種の部品としては、フレキシブルディス
クのヘッドスライダ、ハードディスクの浮上スライダ、
感熱式印刷ヘッド、磁気ヘッド等がある。これらの部品
は、耐久性に優れ、しかもその部品と相対的に摺接する
記録媒体を損傷させない特性が要求される。また、これ
らの部品、特に磁気ヘッドでは、数ミクロンないし数十
ミクロンの超精密加工が必要であり、素材の精密加工特
性が要求される。At present, various devices for recording and reproducing by using a sheet or film having a magnetic layer or paper as a recording medium are commercially available. These recording / reproducing devices include a large number of parts which are constantly or temporarily slidably in contact with the recording medium. As parts of this kind, flexible disk head slider, hard disk flying slider,
There are thermal print heads, magnetic heads and the like. These parts are required to have characteristics of excellent durability and not damaging a recording medium which is in sliding contact with the parts. Further, these parts, especially the magnetic head, require ultra-precision processing of several microns to several tens of microns, and the precision processing characteristics of the material are required.
このような部品の材質として、二酸化ケイ素、アルミ
ナ、炭化ケイ素、硬質ガラス、アルミナ系セラミック、
フェライト、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム等
が一般に使用されている。しかし、これらの材料は精密
部品に適しているが、硬度が高く記録媒体との摺動性が
悪いため、記録媒体を損傷させる可能性がある。Materials for such parts include silicon dioxide, alumina, silicon carbide, hard glass, alumina-based ceramics,
Ferrite, calcium titanate, barium titanate and the like are commonly used. However, although these materials are suitable for precision parts, they have high hardness and poor slidability with respect to the recording medium, and therefore may damage the recording medium.
また、極めて摺動性のよい材料として黒鉛材料が知られ
ているが、摩耗性が大きく、長期間にわたり安定した同
一形状に保持することが困難である。また、構成粒のた
めに十分な緻密さを得ることができず、精密部品として
の使用には適していない。Further, a graphite material is known as a material having extremely good slidability, but it has a large abrasion property and it is difficult to maintain the same shape stably for a long period of time. In addition, because of the constituent grains, sufficient denseness cannot be obtained, which is not suitable for use as a precision part.
そこで本発明者らは、上記欠点を解決するため種々検討
を行い、ガラス状カーボンが上記欠点を解決することを
見出して先に出願した。この出願は、特開昭59-84325号
公報および特開昭59-144019号公報として公開されてい
る。Therefore, the present inventors have conducted various studies in order to solve the above-mentioned drawbacks, and have found that glassy carbon can solve the above-mentioned drawbacks, and filed a patent application earlier. This application is published as Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 59-84325 and 59-144019.
ガラス状カーボンは適度の減摩性をもつ材料であり、相
手材と摺動するときに、この相手材かへ損傷するまえに
ガラス状カーボン自身が先に摩耗する性質をもつ。Glassy carbon is a material having an appropriate antifriction property, and when it slides on a mating material, the glassy carbon itself has a property of being worn before it is damaged.
しかし、さらに試験を行った結果、ガラス状カーボンだ
けでは相手材の表面の粗さや硬度により耐摩耗性が不十
分となる場合があることがわかった。However, as a result of further tests, it was found that the glass-like carbon alone may cause insufficient wear resistance due to the roughness and hardness of the surface of the mating material.
本発明は、摺接する相手材の表面に潤滑剤を塗布するこ
となく、また相手材の表面に保護膜を設けることなし
に、 相手材との摩擦抵抗が少なく、 相手材を損傷させず、 自身の耐摩耗性および耐久性が優れた 摺接部品を製造できる複合材料の製造方法を提供するこ
とを目的とする。The present invention has a low frictional resistance with a mating material, does not damage the mating material, without applying a lubricant to the surface of the mating material in sliding contact and without providing a protective film on the surface of the mating material. It is an object of the present invention to provide a method for producing a composite material capable of producing a sliding contact component having excellent wear resistance and durability.
本発明のガラス状カーボン複合材料の製造方法は、熱硬
化性樹脂の硬化前駆体に、炭化ケイ素ウィスカ、窒化ケ
イ素ウィスカおよび黒鉛ウィスカから選ばれる一種以上
のウィスカを混合し、この樹脂を硬化させ、さらに不活
性雰囲気中で800℃以上、好ましくは1000℃以上の温度
で炭化焼成するガラス状カーボン複合材料の製造方法に
おいて、上記硬化前躯体はそれ自体液状であることを特
徴とする。The manufacturing method of the glassy carbon composite material of the present invention, a curing precursor of a thermosetting resin, silicon carbide whiskers, silicon nitride whiskers and one or more whiskers selected from graphite whiskers are mixed, and the resin is cured, Furthermore, in the method for producing a glassy carbon composite material, which is carbonized and baked at a temperature of 800 ° C. or higher, preferably 1000 ° C. or higher in an inert atmosphere, the precursor before curing is characterized in that it is in a liquid state.
本発明はガラス状カーボン中にウィスカを均一に分散さ
せるために、液状の熱硬化性樹脂を使用する。この熱硬
化性樹脂として、フラン樹脂、フェノール樹脂、フェノ
ール・フラン樹脂等から液状のものを選択する。特に、
初期縮合物の状態で20重量%以上の水を含みうる熱硬化
性樹脂を使用することが望ましい。The present invention uses a liquid thermosetting resin to uniformly disperse the whiskers in the glassy carbon. As the thermosetting resin, a liquid resin is selected from furan resin, phenol resin, phenol-furan resin and the like. In particular,
It is desirable to use a thermosetting resin that can contain 20% by weight or more of water in the form of an initial condensate.
本発明の方法は、この液状の熱硬化性樹脂にウィスカを
添加し、物理的な高剪断力によりウィスカを樹脂中に均
一に分散させる。物理的な高剪断力を得るためには、例
えばボールミル、ニーダ、サンドミル等を用いるが、特
にサンドミルが望ましい。According to the method of the present invention, whiskers are added to the liquid thermosetting resin, and the whiskers are uniformly dispersed in the resin by physically high shearing force. In order to obtain a physical high shearing force, for example, a ball mill, a kneader, a sand mill or the like is used, but a sand mill is particularly preferable.
さらに、ウィスカの混合時に水溶性の界面活性剤を添加
することにより、樹脂中にウィスカをより均一に分散さ
せることができる。Furthermore, by adding a water-soluble surfactant at the time of mixing the whiskers, the whiskers can be more uniformly dispersed in the resin.
水溶性の界面活性剤としては、非イオン性界面活性剤お
よびポリビニルピロドリンがある。非イオン性界面活性
剤には、ポリエチレンクリコール型非イオン性界面活性
剤、多価アルコール型非イオン性界面活性剤が含まれ
る。Water-soluble surfactants include nonionic surfactants and polyvinylpyrrolidrin. Nonionic surfactants include polyethylene glycol type nonionic surfactants and polyhydric alcohol type nonionic surfactants.
具体的な界面活性剤としては、ポリエチレングリコー
ル、オキシエチレンオキシプロピレンブロックポリマ、
ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオ
キシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリビニルピ
ロドリンを用いる。Specific surfactants include polyethylene glycol, oxyethylene oxypropylene block polymer,
Polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, and polyvinyl pyrrodrine are used.
これらの水溶性界面活性剤は、エーテル接合を有し、水
溶液中でエーテル結合の酸素原子に水分子が水素結合
し、親水性を示す。したがって、エチレンオキサイドの
モル数の増大が親水性の増大に寄与する。These water-soluble surfactants have an ether bond, and a water molecule is hydrogen-bonded to an oxygen atom of an ether bond in an aqueous solution to exhibit hydrophilicity. Therefore, the increase in the number of moles of ethylene oxide contributes to the increase in hydrophilicity.
また、ポリビニルポロリドンのように、エチレンオキサ
イドを含まなくても水分子を吸収して親水性を示す界面
活性剤を用いることができる。Further, it is possible to use a surfactant that absorbs water molecules and exhibits hydrophilicity, such as polyvinylporolidone, even if it does not contain ethylene oxide.
界面活性剤の吸水硬化により、液状の熱硬化性樹脂に水
溶性界面活性剤を添加したときに、系全体の粘度が増大
し、ウィスカの沈降および凝集を防止することができ
る。さらに、物理的な高剪断力によりウィスカを均一に
分散させることが望ましい。The water absorption curing of the surfactant increases the viscosity of the entire system when the water-soluble surfactant is added to the liquid thermosetting resin, and prevents whiskers from settling and aggregating. Further, it is desirable to evenly disperse the whiskers by physically high shearing forces.
本発明により製造されるガラス状カーボン複合材料中の
主成分であるガラス状カーボンは、フラン樹脂、フェノ
ール樹脂等の熱硬化性樹脂を炭素化して得られるガラス
状カーボン、フェノール樹脂等の熱硬化するように共重
合や共縮合等により変性された樹脂を炭素化して得られ
るガラス状カーボンである。The glassy carbon as the main component in the glassy carbon composite material produced by the present invention is a glassy carbon obtained by carbonizing a thermosetting resin such as a furan resin or a phenol resin, or a thermosetting resin such as a phenol resin. It is a glassy carbon obtained by carbonizing a resin modified by such copolymerization or cocondensation.
特に、初期縮合物の状態で20%以上の水を含む熱硬化性
樹脂を原料として得られる無孔性のガラス状カーボン、
すなわち特開昭60-171208号公報、特開昭60-171209号公
報特開昭60-171210号公報および特開昭60-171211号公報
に開示されたガラス状カーボンであることが望ましい。In particular, non-porous glassy carbon obtained from a thermosetting resin containing 20% or more of water in the state of an initial condensation product as a raw material,
That is, the glassy carbon disclosed in JP-A-60-171208, JP-A-60-171209, JP-A-60-171210 and JP-A-60-171211 is preferable.
これらのガラス状カーボンは非結晶状態の材料であり、
適度の減摩性をもち、記録媒体が摺動するときに、この
記録媒体の表面膜が損傷する前に自分自身が先に摩耗す
る材料である。These glassy carbons are amorphous materials,
It is a material that has an appropriate level of antifriction property and that, when the recording medium slides, it self-wears before the surface film of the recording medium is damaged.
また、ここでいうウィスカとは、固体からの自然成長、
蒸気の凝縮、化学反応、共晶の一方向性凝固、電着等に
より成長する針状結晶であり、ひげ結晶とも呼ばれるも
のである。その太さは0.05μm以下のものから10μm程
度に及ぶものが知られている。ウィスカの最大の特徴
は、結晶内部の転移や欠陥が極めて少ないことであり、
皆無のものもある。このため、ウィスカの強度はその結
晶の理想値に近い。Also, whisker here means natural growth from solid,
It is a needle-like crystal that grows by vapor condensation, chemical reaction, eutectic unidirectional solidification, electrodeposition, etc., and is also called whiskers. It is known that its thickness ranges from 0.05 μm or less to about 10 μm. The biggest feature of whiskers is that there are very few dislocations and defects inside the crystal,
Some have nothing. Therefore, the whisker strength is close to the ideal value of the crystal.
ウィスカのアスペクト比(太さと長さとの比)には特に
規定はないが、一般にアスペクト比の大きいものほどそ
れを含む複合材料の強度が大きくなる。本発明のガラス
状カーボン複合材料では、アスペクト比が10以上、さら
には50以上のウィスカを用した場合に効果が得られた。Although the aspect ratio (ratio between thickness and length) of whiskers is not particularly specified, generally, the higher the aspect ratio, the higher the strength of the composite material containing it. In the glassy carbon composite material of the present invention, the effect was obtained when the whiskers having an aspect ratio of 10 or more, further 50 or more were used.
ウィスカの含有率は、ガラス状カーボンに対して体積比
で0.005〜0.2の範囲が望ましく、さらには0.005〜0.1の
範囲が望ましい。この範囲の場合には、精密加工性、耐
摩耗性および摩擦係数の点で優れている。ウィスカの含
有率が少ない場合には、混入による効果が得られない。
また、多すぎる場合には、精密加工性が低下し、摩擦係
数が大きくなってしまう。The content of whiskers is preferably in the range of 0.005 to 0.2, and more preferably in the range of 0.005 to 0.1, by volume ratio with respect to the glassy carbon. Within this range, precision workability, wear resistance and friction coefficient are excellent. If the whisker content is low, the effect of mixing cannot be obtained.
On the other hand, if the amount is too large, the precision workability is deteriorated and the friction coefficient is increased.
液状の熱硬化性樹脂にウィスカを混合することにより、
ウィスカが均一に分散したガラス状カーボン複合材料を
製造できる。さらに、ウィスカの混合時に水溶性の界面
活性剤を添加すると、ウィスカをより均一に分散させる
ことができる。本発明の製造方法により、ガラス状カー
ボン複合材料の曲げ強度を増大させ、さらに材料の破壊
における信頼性を高めることができる。すなわち、材料
の欠け、チッピング等の破損を防止することができる。By mixing whiskers with liquid thermosetting resin,
A glassy carbon composite material in which whiskers are uniformly dispersed can be manufactured. Furthermore, when a water-soluble surfactant is added at the time of mixing the whiskers, the whiskers can be dispersed more uniformly. According to the manufacturing method of the present invention, the bending strength of the glassy carbon composite material can be increased, and the reliability in breaking the material can be increased. That is, it is possible to prevent breakage of the material such as chipping and chipping.
本発明の方法により得られるガラス状カーボン複合材料
は、ガラス状カーボンに無機ウィスカを分散させること
により、ガラス状カーボンのもつ低摩擦性を維持しなが
ら、耐摩耗性を向上させた材料である。したがって、こ
の複合材料を用いて、相手材との摩擦抵抗が少なく、相
手材を損傷させず、自身の耐摩耗性および耐久性が優れ
た摺接部品を製造できる。The glassy carbon composite material obtained by the method of the present invention is a material in which inorganic whiskers are dispersed in glassy carbon to improve wear resistance while maintaining the low friction property of glassy carbon. Therefore, by using this composite material, it is possible to manufacture a sliding contact component that has a low frictional resistance with the mating material, does not damage the mating material, and has excellent wear resistance and durability of itself.
相手材はその摺接部品の用途により異なる。例えば摺接
部品を磁気ヘッド、フロッピィディスクのヘッドスライ
ダまたはハードディスクの浮上スライダで使用する場合
には、相手材はフロッピィディスク、ハードディスクま
たは磁気テープ等であり、感熱式印刷ヘッドで使用する
場合には相手材は紙またはポリマシートであり、ベアリ
ングのボールリテーナとして使用する場合にはSUJ2
等の鋼である。このように、相手材は平面、曲面または
糸状のどの形状でもよく、形状が変形しないものでも、
可撓性のものでもよい。The mating material differs depending on the application of the sliding contact part. For example, when the sliding contact part is used with a magnetic head, a head slider of a floppy disk, or a flying slider of a hard disk, the mating material is a floppy disk, a hard disk, a magnetic tape, etc. The material is paper or polymer sheet, and when used as a ball retainer for bearings, SUJ2
Etc. steel. In this way, the mating material may have any shape such as a flat surface, a curved surface or a thread shape, and even if the shape does not change,
It may be flexible.
この材料を例えば記録媒体との摺接部品に使用する場合
には、記録媒体との間に潤滑剤を用いることがなく、潤
滑性を長時間持続させることができ、記録媒体の表面を
損傷させず、しかも材料自身の摩耗が少ない利点があ
る。When this material is used, for example, in a sliding contact part with a recording medium, it is possible to maintain the lubricity for a long time without using a lubricant between the recording medium and to damage the surface of the recording medium. Moreover, there is an advantage that the wear of the material itself is small.
また、ガラス状カーボンの導電性により静電気が発生せ
ず、ディスク記録媒体と接触する部分および記録媒体そ
のものに塵埃が付着しにくい効果がある。In addition, the conductivity of the glassy carbon does not generate static electricity, and dust is less likely to adhere to the portion in contact with the disk recording medium and the recording medium itself.
本発明のガラス状カーボン複合材料は、具体的には、フ
レキシブルディスクのヘッドスライダ、ハードディスク
の浮上スライダ、感熱式印刷ヘッド、磁気ヘッド等の摺
接部品や、ベアリングのボールリテーナ、高速撚糸用の
リング、ベーンポンプのブレード、各種のボビンおよび
ガイドに利用できる。これらの部品は、その全体を本発
明のガラス状カーボン複合材料だけで構成してもよく、
あるいは記録媒体等の相手材との摺接部分だけを本発明
のガラス状カーボン複合材料で構成してもよい。The glassy carbon composite material of the present invention is specifically, a sliding contact part such as a flexible disk head slider, a hard disk floating slider, a thermal print head, a magnetic head, a ball retainer of a bearing, and a ring for high-speed twisting. Available for vane pump blades, various bobbins and guides. These parts may be entirely composed only of the glassy carbon composite material of the present invention,
Alternatively, only the sliding contact portion with a mating material such as a recording medium may be made of the glassy carbon composite material of the present invention.
さらに、本発明のガラス状カーボン複合材料は強度的に
も優れているので、燃料電池セパレータ、機械部品、各
種値治具等にも使用できる。Furthermore, since the glassy carbon composite material of the present invention is excellent in strength, it can be used for fuel cell separators, machine parts, various value jigs and the like.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、
以下の例はあくまで一例であり、これにより本発明の技
術範囲を限定するものではない。また、実施例中で
「部」とあるのは、すべて「重量部」を示す。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
The following example is merely an example and does not limit the technical scope of the present invention. Further, "parts" in the examples all mean "parts by weight".
(比較例1) フルフリルアルコール500部と92%パラホルムアルデヒ
ド480とを80℃で撹拌して溶解させ、撹拌下でフェノー
ル520部、水酸化ナトリウム8.8部および水45の混合液を
滴下した。滴下終了後、80℃で3時間反応させた。この
後、フェノール80部、水酸化ナトリウム8.8部および水4
5部の混合液をさらに添加し、80℃で4.5時間反応させ
た。30℃まで冷却した後に、70%パラトルエンスルホン
酸で中和した。この中和物を減圧下で脱水して150部の
水を除去し、500部のフルフリルアルコールを添加し
た。得られた樹脂の粘度は25℃で680cpsであった。この
樹脂が含むことのできる水量を測定したところ38%であ
った。(Comparative Example 1) Furfuryl alcohol 500 parts and 92% paraformaldehyde 480 were stirred and dissolved at 80 ° C, and a mixed liquid of phenol 520 parts, sodium hydroxide 8.8 parts and water 45 was added dropwise under stirring. After completion of dropping, the mixture was reacted at 80 ° C. for 3 hours. This is followed by 80 parts phenol, 8.8 parts sodium hydroxide and 4 parts water.
A mixed solution of 5 parts was further added, and the mixture was reacted at 80 ° C. for 4.5 hours. After cooling to 30 ° C., it was neutralized with 70% paratoluenesulfonic acid. The neutralized product was dehydrated under reduced pressure to remove 150 parts of water, and 500 parts of furfuryl alcohol was added. The viscosity of the obtained resin was 680 cps at 25 ° C. The amount of water that this resin can contain was measured and found to be 38%.
この熱硬化性樹脂初期縮合物に直径0.05〜1.5μm、長
さ20〜200μm、比重3.18のβ型炭化ケイ素ウィスカ
(タテホ化学工業(株)製炭化ケイ素ウィスカSCW)
を2重量%および5重量%の割合で加え、サンドミルで
分散混合した。得られた混合物の粘度は、25℃で、ウィ
スカを2重量%加えたものは700cps、5重量%加えたも
のは800cpsであった。この混合物を厚さ5mmの短冊状の
型に注入して減圧脱泡した。次に、50〜60℃で3時間、
さらに900℃で5日間加熱した。これにより得られた短
冊状の材料を管状炉に入れ、窒素気流中にて毎時2〜5
℃の昇温速度で1200℃まで加熱し、この温度で2時間保
持した後に冷却した。得られた試料をX線回折により測
定したところ、β型炭化ケイ素とガラス状カーボンとの
複合体であった。This thermosetting resin initial condensate has a β-type silicon carbide whisker having a diameter of 0.05 to 1.5 μm, a length of 20 to 200 μm and a specific gravity of 3.18 (silicon carbide whisker SCW manufactured by Tateho Chemical Industry Co., Ltd.).
Was added at a ratio of 2% by weight and 5% by weight, and dispersed and mixed by a sand mill. The viscosity of the resulting mixture was 25 ° C., 700 cps with 2% by weight of whiskers and 800 cps with 5% by weight. This mixture was poured into a strip-shaped mold having a thickness of 5 mm and degassed under reduced pressure. Then, at 50-60 ° C for 3 hours,
It was further heated at 900 ° C. for 5 days. The strip-shaped material obtained by this is put into a tubular furnace, and 2-5 hourly in a nitrogen stream.
It was heated to 1200 ° C. at a temperature rising rate of ° C., held at this temperature for 2 hours, and then cooled. When the obtained sample was measured by X-ray diffraction, it was a complex of β-type silicon carbide and glassy carbon.
(実施例1) 比較例1で得られた熱硬化性樹脂に、β型炭化ケイ素ウ
ィスカを2重量%、5重量%の割合で加えた。さらに、
水溶性界面活性剤として、ポリエチレンオキサイド(分
子量60〜110万)を0.25重量%の割合で添加し、サンド
ミルで分散混合した。得られた混合物の25℃における粘
度は、ウィスカを2重量%加えたものは3200cps、5重
量%加えたものは3600cpsであった。この後、比較例1
と同様に、この材料を硬化後1200℃で焼成した。(Example 1) To the thermosetting resin obtained in Comparative Example 1, β-type silicon carbide whiskers were added at a ratio of 2% by weight and 5% by weight. further,
As a water-soluble surfactant, polyethylene oxide (molecular weight: 600 to 1.1 million) was added at a ratio of 0.25% by weight, and dispersed and mixed by a sand mill. The viscosity of the obtained mixture at 25 ° C. was 3200 cps when 2% by weight of whiskers were added and 3600 cps when 5% by weight was added. After this, Comparative Example 1
This material was cured and calcined at 1200 ° C.
(実施例2) 比較例1で得られた熱硬化性樹脂に、β型炭化ケイ素ウ
ィスカを2重量%、5重量%の割合で加えた。さらに、
水溶性界面活性剤として、オキシエチレンオキシプロピ
レンブロックポリマ(分子量10800、EOモル数8550)
を1.0重量%の割合で添加し、サンドミルで分散混合し
た。得られた混合物の25℃における粘度は、ウィスカを
2重量%加えたものは2500cps、5重量%加えたものは2
800cpsであった。この後、比較例1と同様に、この材料
を硬化後1200℃で焼成した。(Example 2) To the thermosetting resin obtained in Comparative Example 1, β-type silicon carbide whiskers were added in a proportion of 2% by weight and 5% by weight. further,
As a water-soluble surfactant, oxyethylene oxypropylene block polymer (molecular weight 10800, EO mole number 8550)
Was added at a ratio of 1.0% by weight and dispersed and mixed by a sand mill. The viscosity of the resulting mixture at 25 ° C was 2500 cps with 2% by weight of whiskers and 2 with 5% by weight of whiskers.
It was 800 cps. Then, as in Comparative Example 1, the material was cured and then baked at 1200 ° C.
(実施例3) 比較例1で得られた熱硬化性樹脂に、β型炭化ケイ素ウ
ィスカを2重量%、5重量%の割合で加えた。さらに、
水溶性界面活性剤として、ポリオキシエチレンソルビタ
ン脂肪酸エステル(H.L.B.16.7)を1.0重量%の割合で添
加し、サンドミルで分散混合した。この混合物の25℃に
おける粘度は、ウィスカを2重量%加えたものは2400cp
s、5重量%加えたものは2600cpsであった。この後、比
較例1と同様に、この材料を硬化後1200℃で焼成した。(Example 3) To the thermosetting resin obtained in Comparative Example 1, β-type silicon carbide whiskers were added at a ratio of 2% by weight and 5% by weight. further,
As a water-soluble surfactant, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester (HLB16.7) was added at a ratio of 1.0% by weight, and dispersed and mixed by a sand mill. The viscosity of this mixture at 25 ° C is 2400 cp when 2% by weight of whisker is added.
s, 5% by weight was 2600 cps. Then, as in Comparative Example 1, the material was cured and then baked at 1200 ° C.
(実施例4) 比較例1で得られた熱硬化性樹脂に、β型炭化ケイ素ウ
ィスカを2重量%、5重量%の割合で加えた。さらに、
水溶性界面活性剤として、ポリビニルピロリドン(M.W.4
0000)を1.0重量%の割合で添加し、サンドミルで分散混
合した。得られた混合物の25℃における粘度は、ウィス
カを2重量%加えたものは2500cps、5重量%加えたも
のは2700cpsであった。この後、比較例1と同様に、こ
の材料を硬化後1200℃で焼成した。(Example 4) To the thermosetting resin obtained in Comparative Example 1, β-type silicon carbide whiskers were added at a ratio of 2% by weight and 5% by weight. further,
As a water-soluble surfactant, polyvinylpyrrolidone (MW4
0000) was added at a ratio of 1.0% by weight, and dispersed and mixed by a sand mill. The viscosity of the obtained mixture at 25 ° C. was 2500 cps when 2% by weight of whiskers were added and 2700 cps when 5% by weight of whiskers were added. Then, as in Comparative Example 1, the material was cured and then baked at 1200 ° C.
(比較例2) 球状半硬化フェノール樹脂粉末(鐘紡(株)製ベルパー
ル)およびノボラック樹脂粉末の混合物100部に、比較
例1で用いたβ型炭化ケイ素ウィスカを2重量部および
5重量部混合し、加熱プレス装置により加熱成形し、短
冊状の複合硬化樹脂を得た。この複合硬化樹脂を窒素気
流中にて毎時2〜5℃の昇温速度で1200℃まで昇温し、
この温度で2時間保持した後に冷却した。Comparative Example 2 To 100 parts of a mixture of spherical semi-cured phenol resin powder (Bellpearl manufactured by Kanebo Co., Ltd.) and novolac resin powder, 2 parts by weight and 5 parts by weight of the β-type silicon carbide whisker used in Comparative Example 1 were mixed. Then, it was heat-molded by a heat press machine to obtain a strip-shaped composite cured resin. The composite cured resin is heated to 1200 ° C. at a heating rate of 2 to 5 ° C./hour in a nitrogen stream,
It was kept at this temperature for 2 hours and then cooled.
(試験例) 以上の実施例1〜4および比較例1,2で得られたガラ
ス状カーボン複合材料について、ガラス状カーボン中の
ウィスカの分散性、曲げ強度、ワイブル係数、材料の摩
擦係数および摩耗量について試験を行った。(Test Example) Regarding the glassy carbon composite materials obtained in the above Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, whisker dispersibility in glassy carbon, bending strength, Weibull coefficient, friction coefficient of material and wear. The quantity was tested.
(i)分散性、曲げ強度およびワイブル係数 ガラス状カーボン中のウィスカの分散性を調べるため、
試料を研磨し、顕微鏡による観察およびX線マイクロア
ナライザ(XMA)によるSi原子(炭化ケイ素または
窒化ケイ素ウィスカに含まれている)の分布を観察し、
その表面性を調べた。(i) Dispersibility, bending strength and Weibull coefficient To investigate the dispersibility of whiskers in glassy carbon,
Polishing the sample, observing with a microscope and observing the distribution of Si atoms (contained in silicon carbide or silicon nitride whiskers) by X-ray microanalyzer (XMA),
The surface property was investigated.
さらに、曲げ強度およびワイブル係数について、JIS
K7203の方法により測定した。Furthermore, regarding bending strength and Weibull coefficient, JIS
It was measured by the method of K7203.
(ii)摩擦係数 第1図は摩擦係数の測定に用いた試験片の形状を示す。
これらの試験片は、上記の実施例1〜4および比較例
1,2で得られた試料を縦aが4.0mm、横bが6.0mm、高
さhが3.0mmの直方体に切り出し、摺動面Aを粗研磨か
ら徐々に微細研磨して、最終的にエメリ紙#15000で鏡
面仕上げを行った。さらに、この直方体の摺接面Aを囲
む陵部分を、定番号のエメリ紙で面取りし、さらに、徐
々に高番号のエメリ紙を用いて最終的に半径0.2〜0.3mm
のまるみを付けて摩擦係数測定用の試験片とした。(ii) Coefficient of friction Fig. 1 shows the shape of the test piece used to measure the coefficient of friction.
For these test pieces, the samples obtained in the above Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were cut into a rectangular parallelepiped having a length a of 4.0 mm, a width b of 6.0 mm, and a height h of 3.0 mm, and sliding. The surface A was gradually polished from fine to fine, and finally mirror-finished with emery paper # 15000. Further, the ridge portion surrounding the sliding contact surface A of this rectangular parallelepiped is chamfered with a fixed number of emery paper, and then gradually increased to a radius of 0.2 to 0.3 mm using high number emery paper.
A test piece for measuring the coefficient of friction was provided by rounding off.
これらの試験片を用いて、いわゆる「ピンディスク法」
により摩擦係数の測定を行った。すなわち、摩擦係数測
定用の試験片をフロッピイディスク用駆動装置に用いる
ジンバルスプリングに装着し、その上から約20gの荷重
を加え、任意の速度で回転するスピンドルおよび回転板
に取り付けたフロッピイディスクと摩擦摺動させた。こ
のとき、この装置のアームに取り付けた歪ゲージにより
摩擦力を求め、摩擦係数μを算出した。Using these test pieces, the so-called "pin disk method"
The friction coefficient was measured by. That is, a test piece for measuring the friction coefficient was attached to a gimbal spring used in a floppy disk drive, and a load of about 20 g was applied from the test piece to the floppy disk attached to a spindle and a rotating plate that rotate at an arbitrary speed. And frictionally slid it. At this time, the frictional force μ was calculated by obtaining the frictional force with a strain gauge attached to the arm of this device.
(iii)摩耗量 第2図は摩耗量の測定に用した試験片の形状を示す。こ
れらの試験片は、摩擦係数の測定に用いた試料片の摺動
面Aに、スライシングマシンにより、横方向に幅wが0.
5mmで深さdが数μm溝入れを行ったものである。この
溝の端からの距離rは2.0mmである。精密粗さ測定器
((株)小坂研究所製HIPOSS ET-10)を使用して溝の断
面曲線を求め、溝深さを測定した。この試験片をジンバ
ルスプリングに装着し、フロッピイディスク駆動装置の
ヘッド部分に取り付けた。この試験片に20gの荷重をか
けてフロッピイディスクと摩擦摺動させ、ヘッドをフロ
ッピイディスク1回転につき1トラックずつ移動させて
試験片を摩耗させた。(iii) Amount of Wear FIG. 2 shows the shape of the test piece used for measuring the amount of wear. These test pieces have a width w of 0 in the lateral direction on the sliding surface A of the sample piece used for measuring the coefficient of friction by a slicing machine.
A groove having a depth d of 5 μm and a depth of several μm was formed. The distance r from the end of this groove is 2.0 mm. Using a precision roughness measuring instrument (HIPOSS ET-10 manufactured by Kosaka Laboratory Ltd.), the sectional curve of the groove was obtained and the groove depth was measured. This test piece was attached to a gimbal spring and attached to the head portion of a floppy disk drive. A load of 20 g was applied to this test piece to cause frictional sliding with the floppy disk, and the head was moved one track per rotation of the floppy disk to wear the test piece.
試験片の溝深さを経時的に測定して摩耗深さを測定し
た。The wear depth was measured by measuring the groove depth of the test piece over time.
フロッピイディスクはCo-Crスパッタディスクであり、
摩耗量について100時間後の摩耗の深さを測定した。The floppy disk is a Co-Cr sputter disk,
Regarding the amount of wear, the depth of wear after 100 hours was measured.
(試験結果) 実施例1〜4および比較例1,2において5重量%のウ
ィスカを混入したガラス状カーボン複合材料の試験結果
を表に示す。(Test Results) Tables show the test results of the glassy carbon composite materials containing 5% by weight of whiskers in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.
表に示すように、液状の熱硬化性樹脂にウィスカを混入
することにより、表面性が良好となり、ワイブル係数が
大きくなる。特に、水溶性の界面活性剤を添加すること
により、大きな強度およびワイブル係数が得られ、摩耗
量も減少する。As shown in the table, by mixing the whiskers in the liquid thermosetting resin, the surface properties are improved and the Weibull coefficient is increased. In particular, by adding a water-soluble surfactant, a large strength and Weibull coefficient can be obtained, and the amount of wear is also reduced.
〔発明の効果〕 本発明のガラス状カーボン複合材料の製造方法は、液状
の熱硬化性樹脂および水溶性界面活性剤の使用により、
ウィスカをガラス状カーボン中に均一に分散させること
ができる。 [Effects of the Invention] The method for producing the glassy carbon composite material of the present invention comprises the use of a liquid thermosetting resin and a water-soluble surfactant,
Whiskers can be uniformly dispersed in glassy carbon.
ガラス状カーボン中のウィスカの分散性は、曲げ強度お
よびワイブル係数に影響を及ぼす。均一に分散させるほ
ど曲げ強度が増大する。また、ワイブル係数は破壊確率
のバラツキを示すもので、この係数が大きいほど材料の
非破壊応力の最大値のバラツキが少なくなるので、すな
わち、分散性の良好なものほどワイブル係数が増大す
る。したがって、分散性を高めることによりワイブル係
数が増大し、材料の破壊における信頼性を高めることが
できる。The dispersibility of whiskers in glassy carbon affects flexural strength and Weibull modulus. Bending strength increases with more uniform distribution. Further, the Weibull coefficient shows the variation of the fracture probability. The larger this coefficient is, the smaller the variation of the maximum value of the non-destructive stress of the material is. That is, the better the dispersibility is, the more the Weibull coefficient is increased. Therefore, by increasing the dispersibility, the Weibull coefficient is increased, and the reliability in breaking the material can be increased.
また、ウィスカを均一に分散させることで、ガラス状カ
ーボンの摩耗性を改善し、摩耗量を減少させることがで
きる。Further, by uniformly dispersing the whiskers, it is possible to improve the wear property of the glassy carbon and reduce the wear amount.
本発明により製造されるガラス状カーボン複合材料は、
耐摩耗性に優れ、摩耗係数が小さく、精密加工が可能な
材料である。また、強度的にも優れている。The glassy carbon composite material produced by the present invention,
It is a material with excellent wear resistance, a small wear coefficient, and precision processing. It is also excellent in strength.
このガラス状カーボン複合材料を用いて摺接部品を製造
した場合には、相手材との間に潤滑剤を用いることなし
で潤滑性を長時間持続させることができ、相手材の表面
を損傷させず、しかも材料自身の摩耗が少ない優れた効
果が得られる。また、主成分のガラス状カーボンに導電
性があるため静電気が発生せず、相手材およびその接触
する部分に塵埃が付着しにくい効果がある。When a sliding contact part is manufactured using this glassy carbon composite material, the lubricity can be maintained for a long time without using a lubricant between the mating material and the surface of the mating material is damaged. In addition, the excellent effect of less wear of the material itself can be obtained. In addition, since the glassy carbon as the main component has conductivity, static electricity is not generated, and dust is less likely to adhere to the mating material and its contacting portion.
また、本発明により製造されるガラス状カーボン複合材
料は、その強度を利用して、燃料天地セパレータ、機械
部品、各種治具等にも使用できる。Further, the glassy carbon composite material produced according to the present invention can be used for fuel separators, machine parts, various jigs, etc. by utilizing its strength.
第1図は摩擦係数の測定に用いた試験片の形状を示す
図。 第2図は摩耗量の測定に用いた試験片の形状を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a shape of a test piece used for measuring a friction coefficient. FIG. 2 is a diagram showing the shape of a test piece used for measuring the amount of wear.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸根 延幸 栃木県宇都宮市石井町2990番地2 (56)参考文献 特開 昭62−108768(JP,A) 特開 昭58−194777(JP,A) 特開 昭60−145952(JP,A) 特開 昭59−169915(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Nobuyuki Kishine 2990 2990 Ishii-cho, Utsunomiya City, Tochigi Prefecture (56) References JP 62-108768 (JP, A) JP 58-194777 (JP, A) JP-A-60-145952 (JP, A) JP-A-59-169915 (JP, A)
Claims (1)
イ素ウィスカ、窒化ケイ素ウィスカおよび黒鉛ウィスカ
から選ばれる一種以上のウィスカを混合し、 この樹脂を硬化させ、 さらに不活性雰囲気中で1000℃以上の温度で炭化焼成す
る ガラス状カーボン複合材料の製造方法において、ウィス
カの混合時に、非イオン性界面活性剤およびポリビニル
ピロドリンからなる群より選ばれた一以上の水溶性界面
活性剤を添加する ことを特徴とするガラス状カーボン複合材料の製造方
法。1. A liquid thermosetting resin curing precursor is mixed with one or more whiskers selected from silicon carbide whiskers, silicon nitride whiskers, and graphite whiskers, and the resin is cured, and then 1000 wt% in an inert atmosphere. In the method for producing a glassy carbon composite material which is carbonized and baked at a temperature of ℃ or higher, at least one water-soluble surfactant selected from the group consisting of a nonionic surfactant and polyvinylpyrrolidrin is added when whiskers are mixed. A method for producing a glassy carbon composite material, comprising:
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5220086 | 1986-03-10 | ||
| JP61-52200 | 1986-03-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6311568A JPS6311568A (en) | 1988-01-19 |
| JPH06663B2 true JPH06663B2 (en) | 1994-01-05 |
Family
ID=12908141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61300577A Expired - Lifetime JPH06663B2 (en) | 1986-03-10 | 1986-12-17 | Method for producing glassy carbon composite material |
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|---|---|
| JP (1) | JPH06663B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0214880A (en) * | 1988-07-01 | 1990-01-18 | Tokai Carbon Co Ltd | Manufacturing method of glassy carbon composite material |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58194777A (en) * | 1982-05-11 | 1983-11-12 | 東海カ−ボン株式会社 | Method for manufacturing whisker-reinforced carbonaceous composite material |
| JPS59169915A (en) * | 1983-03-09 | 1984-09-26 | Kao Corp | Production of vitreous carbon material |
| JPS60145952A (en) * | 1984-01-09 | 1985-08-01 | 昭和電工株式会社 | Manufacture of glassy carbon material |
| JPS62108768A (en) * | 1985-11-08 | 1987-05-20 | 日本軽金属株式会社 | Manufacture of whisker-containing carbon composite material |
-
1986
- 1986-12-17 JP JP61300577A patent/JPH06663B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6311568A (en) | 1988-01-19 |
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