JPH0987029A - 炭化けい素基複合材料および同材料を用いた耐摩耗摺動部品 - Google Patents
炭化けい素基複合材料および同材料を用いた耐摩耗摺動部品Info
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- JPH0987029A JPH0987029A JP7276858A JP27685895A JPH0987029A JP H0987029 A JPH0987029 A JP H0987029A JP 7276858 A JP7276858 A JP 7276858A JP 27685895 A JP27685895 A JP 27685895A JP H0987029 A JPH0987029 A JP H0987029A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高硬度を維持しつつ摺動特性に優れ、相手材に
対して損傷を生じさせない炭化けい素基複合材料を提供
する。 【解決手段】炭化けい素マトリックス４中に、平均粒径
が５μｍ以上の炭素粒子６を重量パーセントで２％以上
５０％以下の割合で分散させてなる。材料の内部にセラ
ミックス繊維２を配列する。
対して損傷を生じさせない炭化けい素基複合材料を提供
する。 【解決手段】炭化けい素マトリックス４中に、平均粒径
が５μｍ以上の炭素粒子６を重量パーセントで２％以上
５０％以下の割合で分散させてなる。材料の内部にセラ
ミックス繊維２を配列する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化けい素マトリ
ックス中にカーボン粒子を分散させた炭化けい素基複合
材料および同材料を用いた耐摩耗摺動部品に関するもの
である。
ックス中にカーボン粒子を分散させた炭化けい素基複合
材料および同材料を用いた耐摩耗摺動部品に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般にセラミックス焼結体は、高温まで
強度低下が少なく、金属材料に比較して硬度、耐摩耗
性、耐腐食性等の諸特性が優れており、しかも軽量であ
ることから、航空機、車両、産業機械等の構造用材料と
して、広い分野において使用されている。
強度低下が少なく、金属材料に比較して硬度、耐摩耗
性、耐腐食性等の諸特性が優れており、しかも軽量であ
ることから、航空機、車両、産業機械等の構造用材料と
して、広い分野において使用されている。
【０００３】セラミックスの中でも、炭化けい素（Ｓｉ
Ｃ）材料は特に優れた耐摩耗性および耐腐食性を有する
ことから、ポンプ等のメカニカルシールあるいは各種軸
受等の摺動部品として最適とされている。
Ｃ）材料は特に優れた耐摩耗性および耐腐食性を有する
ことから、ポンプ等のメカニカルシールあるいは各種軸
受等の摺動部品として最適とされている。
【０００４】さらに最近では、炭化けい素に他の材料を
複合させて、特定の性質、機能性の向上を図った複合材
料が開発されている。例えば特開平５−１６３０６５号
では炭素質材料の多孔体中に溶融けい素を含浸させて、
けい素を含有しない炭化けい素複合材料の製造技術、お
よび炭化けい素およびけい化モリブデンの溶浸形成性複
合材料等についての技術が開示されている。そして、こ
のような複合材料によって耐酸化性、耐クリープ性また
は高温強度の向上等が図られている。
複合させて、特定の性質、機能性の向上を図った複合材
料が開発されている。例えば特開平５−１６３０６５号
では炭素質材料の多孔体中に溶融けい素を含浸させて、
けい素を含有しない炭化けい素複合材料の製造技術、お
よび炭化けい素およびけい化モリブデンの溶浸形成性複
合材料等についての技術が開示されている。そして、こ
のような複合材料によって耐酸化性、耐クリープ性また
は高温強度の向上等が図られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来か
ら炭化けい素基複合材料については機能性向上のために
種々の開発がなされているが、高硬度という特性が逆に
欠点となる場合がある。
ら炭化けい素基複合材料については機能性向上のために
種々の開発がなされているが、高硬度という特性が逆に
欠点となる場合がある。
【０００６】例えばメカニカルシールや軸受等の摺動部
品として適用する場合、硬度が高過ぎると相手材に対す
る攻撃性が生じて、相手材を損耗させることがある。
品として適用する場合、硬度が高過ぎると相手材に対す
る攻撃性が生じて、相手材を損耗させることがある。
【０００７】また、表面が炭化けい素のみであるとシー
ル性が劣るとともに、脆性材料であるため、亀裂等が生
じた場合に破壊が一気に進行してしまうという問題もあ
る。
ル性が劣るとともに、脆性材料であるため、亀裂等が生
じた場合に破壊が一気に進行してしまうという問題もあ
る。
【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、高硬度を維持しつつ摺動特性に優
れ、相手材に対して損傷を生じさせない炭化けい素基複
合材料を提供することにある。
もので、その目的は、高硬度を維持しつつ摺動特性に優
れ、相手材に対して損傷を生じさせない炭化けい素基複
合材料を提供することにある。
【０００９】本発明の他の目的は、上述した炭化けい素
基複合材料を用いて摺動特性およびその高強度を有する
耐摩耗摺動部品、とりわけメカニカルシールを提供する
ことにある。
基複合材料を用いて摺動特性およびその高強度を有する
耐摩耗摺動部品、とりわけメカニカルシールを提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の炭化けい素基複
合材料は基本的に、炭化けい素マトリックス中にカーボ
ン粒子を分散させたカーボン分散型の複合材料である。
合材料は基本的に、炭化けい素マトリックス中にカーボ
ン粒子を分散させたカーボン分散型の複合材料である。
【００１１】この複合材料を製造する場合には、反応焼
結法によって製造することができる。即ち、炭化けい素
の反応焼結においては、骨材としての炭化けい素粉末と
カーボン粉末（Ｃ）との混合物を成形した後に１４２０
〜１５００℃の高温度で溶融けい素（Ｓｉ）（融点１４
１４℃）を成形体中に含浸させる。含浸したけい素は、
一部の余剰分を残し成形体中の炭素と反応して炭化けい
素を生成し、緻密なマトリックス焼結体を形成する。こ
の際、反応焼結による寸法変化は非常に小さく、複雑形
状品に適用する複合材料の製造に有利である。
結法によって製造することができる。即ち、炭化けい素
の反応焼結においては、骨材としての炭化けい素粉末と
カーボン粉末（Ｃ）との混合物を成形した後に１４２０
〜１５００℃の高温度で溶融けい素（Ｓｉ）（融点１４
１４℃）を成形体中に含浸させる。含浸したけい素は、
一部の余剰分を残し成形体中の炭素と反応して炭化けい
素を生成し、緻密なマトリックス焼結体を形成する。こ
の際、反応焼結による寸法変化は非常に小さく、複雑形
状品に適用する複合材料の製造に有利である。
【００１２】ここで反応焼結セラミックスマトリックス
の靭性を高めるためにセラミックス繊維を所定量複合す
ることが有効である。その場合、セラミックス繊維と、
炭化けい素およびカーボン粉末との積層体に、溶融シリ
コンを含浸させるようにする。また、セラミックス繊維
の材質は、特に限定されるものではなく、マトリックス
の構成材料と同様なセラミックス材料を用いることがで
きる。このようなセラミックス繊維の具体例としては、
炭化けい素系繊維（ＳｉＣ，Ｓｉ−Ｃ−Ｏ，Ｓｉ−Ｔｉ
−Ｃ−Ｏ等），ＳｉＣ被覆繊維（芯線は例えばＣ），ア
ルミナ繊維，ジルコニア繊維，炭素繊維，ボロン繊維，
窒化けい素系繊維，Ｓｉ3 Ｎ4 被覆繊維（芯線は例えば
Ｃ）およびムライト繊維等から選択された少なくとも一
種を使用するとよい。
の靭性を高めるためにセラミックス繊維を所定量複合す
ることが有効である。その場合、セラミックス繊維と、
炭化けい素およびカーボン粉末との積層体に、溶融シリ
コンを含浸させるようにする。また、セラミックス繊維
の材質は、特に限定されるものではなく、マトリックス
の構成材料と同様なセラミックス材料を用いることがで
きる。このようなセラミックス繊維の具体例としては、
炭化けい素系繊維（ＳｉＣ，Ｓｉ−Ｃ−Ｏ，Ｓｉ−Ｔｉ
−Ｃ−Ｏ等），ＳｉＣ被覆繊維（芯線は例えばＣ），ア
ルミナ繊維，ジルコニア繊維，炭素繊維，ボロン繊維，
窒化けい素系繊維，Ｓｉ3 Ｎ4 被覆繊維（芯線は例えば
Ｃ）およびムライト繊維等から選択された少なくとも一
種を使用するとよい。
【００１３】このように、炭素成分の表面が反応焼結に
よって炭化けい素に転化し、例えばＳｉＣ−Ｃ複合材ま
たはＳｉＣ−Ｃ−Ｓｉ複合材料が得られる。
よって炭化けい素に転化し、例えばＳｉＣ−Ｃ複合材ま
たはＳｉＣ−Ｃ−Ｓｉ複合材料が得られる。
【００１４】ここで本発明では、炭化けい素マトリック
スの炭素割合が２％以上５０％以下の重量パーセントで
あるようにする。
スの炭素割合が２％以上５０％以下の重量パーセントで
あるようにする。
【００１５】即ち、炭素成分は硬度を低下させて接合材
とのシール性を高める要素となるものであり、この炭素
成分が２％を下回るとシール性が劣化する。また、炭素
成分が５０％を超えると複合材料の強度が低下する。
とのシール性を高める要素となるものであり、この炭素
成分が２％を下回るとシール性が劣化する。また、炭素
成分が５０％を超えると複合材料の強度が低下する。
【００１６】本発明において、特に望ましい炭素成分割
合は１０％以上２０％以下である。これによって最も優
れたシール性と高強度が得られる。
合は１０％以上２０％以下である。これによって最も優
れたシール性と高強度が得られる。
【００１７】また、本発明の複合材料において、炭化け
い素マトリックス中に分散するカーボン粒子の粒径は、
５μｍ以上に設定する。ここで、カーボン粒子は出発原
料としての炭素粉末の粒径を５μｍ以上とすることで得
られるものであり、球状黒鉛として炭化けい素マトリッ
クス中に分散状態で残存する。粒径が５μｍ未満である
と、良好なシール特性が得られない。
い素マトリックス中に分散するカーボン粒子の粒径は、
５μｍ以上に設定する。ここで、カーボン粒子は出発原
料としての炭素粉末の粒径を５μｍ以上とすることで得
られるものであり、球状黒鉛として炭化けい素マトリッ
クス中に分散状態で残存する。粒径が５μｍ未満である
と、良好なシール特性が得られない。
【００１８】なお、以上の本発明に係る炭化けい素基複
合材料においては、炭素割合が多くなると強度が低下す
る。そこで、本発明では、炭素割合が多い場合には複合
材料中にセラミックス繊維を配列して、繊維強化複合材
料とすることが望ましい。
合材料においては、炭素割合が多くなると強度が低下す
る。そこで、本発明では、炭素割合が多い場合には複合
材料中にセラミックス繊維を配列して、繊維強化複合材
料とすることが望ましい。
【００１９】逆に炭化けい素基複合材料中の炭素割合が
少ない場合には、繊維を含まないモノリシック材料とし
ても十分な強度を得ることができる。
少ない場合には、繊維を含まないモノリシック材料とし
ても十分な強度を得ることができる。
【００２０】以上のカーボン粒子が分散した炭化けい素
基複合材料は、シール製および潤滑性の優れたものであ
り、しかも十分な硬度を有するので、摺動面をこの材料
で構成した場合に他部材との摺動時に相手材料に対する
攻撃性が小さく、耐摩耗摺動部品として有効に適用でき
る。
基複合材料は、シール製および潤滑性の優れたものであ
り、しかも十分な硬度を有するので、摺動面をこの材料
で構成した場合に他部材との摺動時に相手材料に対する
攻撃性が小さく、耐摩耗摺動部品として有効に適用でき
る。
【００２１】特にポンプ等におけるメカニカルシール、
または軸受等として適用することにより、優れた効果が
奏される。
または軸受等として適用することにより、優れた効果が
奏される。
【００２２】
（実施例１（図１および図２））本実施例では、多孔質
炭素成形体を出発原料としたものである。
炭素成形体を出発原料としたものである。
【００２３】即ち、図１に模式的に示したように、粒径
１０μｍの球状の高密度炭素粒子の成形体１と、セラミ
ックス繊維（ＳｉＣ繊維）２とを積層して積層体３を作
成した。
１０μｍの球状の高密度炭素粒子の成形体１と、セラミ
ックス繊維（ＳｉＣ繊維）２とを積層して積層体３を作
成した。
【００２４】次に、上記の積層体３に、真空中で１４８
０℃に加熱した溶融けい素を含浸させ、この状態を１時
間保持した。
０℃に加熱した溶融けい素を含浸させ、この状態を１時
間保持した。
【００２５】これによって、溶融けい素が積層体３中に
含浸しつつ、炭素成分表面で反応焼結して炭化けい素に
転化し、ＳｉＣ−Ｃ−Ｓｉ複合材料を得た。
含浸しつつ、炭素成分表面で反応焼結して炭化けい素に
転化し、ＳｉＣ−Ｃ−Ｓｉ複合材料を得た。
【００２６】この結果、拡大図である図２に示したよう
に、ＳｉＣマトリックス４中に、Ｓｉ層５と、炭素粒子
６とが分散し、セラミックス繊維２で強化された材料が
得られた。この得られた複合材料の特性を調べた結果、
硬度はＨｖ＝９７０kg／mm2、また摩擦係数は０．０
２、曲げ強度は１００ＭＰａであった。
に、ＳｉＣマトリックス４中に、Ｓｉ層５と、炭素粒子
６とが分散し、セラミックス繊維２で強化された材料が
得られた。この得られた複合材料の特性を調べた結果、
硬度はＨｖ＝９７０kg／mm2、また摩擦係数は０．０
２、曲げ強度は１００ＭＰａであった。
【００２７】（実施例２（図３））本実施例では、セラ
ミックス繊維（ＳｉＣ繊維）を複数層積み重ねた積層体
に、炭化けい素粉末および粒径１０μｍの球状炭素粒子
を配合したスリップを、真空もしくは加圧含浸によって
浸透させ、石こう型で一定形状の固形体として成形し
た。
ミックス繊維（ＳｉＣ繊維）を複数層積み重ねた積層体
に、炭化けい素粉末および粒径１０μｍの球状炭素粒子
を配合したスリップを、真空もしくは加圧含浸によって
浸透させ、石こう型で一定形状の固形体として成形し
た。
【００２８】この成形体に、真空中１４８０℃に加熱し
た溶融けい素を含浸させて１時間保持するとともに、炭
素成分表面および炭化けい素成分の反応焼結を行わせて
炭化けい素に転化させ、ＳｉＣ−Ｃ複合材料を得た。
た溶融けい素を含浸させて１時間保持するとともに、炭
素成分表面および炭化けい素成分の反応焼結を行わせて
炭化けい素に転化させ、ＳｉＣ−Ｃ複合材料を得た。
【００２９】得られた材料は、図３に模式的に示すよう
に、ＳｉＣマトリックス４中に、炭素粒子６が分散し、
セラミックス繊維２で強化されていた。得られた製品の
特性を調べた結果、硬度はＨｖ＝１０８０kg／mm2 、摩
擦係数は０．０２、曲げ強度は１８０ＭＰａであった。
に、ＳｉＣマトリックス４中に、炭素粒子６が分散し、
セラミックス繊維２で強化されていた。得られた製品の
特性を調べた結果、硬度はＨｖ＝１０８０kg／mm2 、摩
擦係数は０．０２、曲げ強度は１８０ＭＰａであった。
【００３０】（実施例３〜６（図４〜図１１））これら
の実施例３〜６では実施例２と略同様の方法で炭化けい
素複合材料を製造した。この場合、実施例３では炭素粒
子の粒径を１５０μｍとした。得られた材料の顕微鏡写
真を図４および図５に示す。図４は実物の６倍、図５は
２４倍である。これらの図に示すように、白色部分であ
る炭化けい素マトリックス（ＳｉＣ，Ｓｉ）中に、黒色
部分であるカーボン粒子が分散配置していた。
の実施例３〜６では実施例２と略同様の方法で炭化けい
素複合材料を製造した。この場合、実施例３では炭素粒
子の粒径を１５０μｍとした。得られた材料の顕微鏡写
真を図４および図５に示す。図４は実物の６倍、図５は
２４倍である。これらの図に示すように、白色部分であ
る炭化けい素マトリックス（ＳｉＣ，Ｓｉ）中に、黒色
部分であるカーボン粒子が分散配置していた。
【００３１】実施例４では、炭素粒子の粒径を３００μ
ｍとした。得られた材料の顕微鏡写真を図６および図７
に示す。各図の倍率は実施例３と同様である。
ｍとした。得られた材料の顕微鏡写真を図６および図７
に示す。各図の倍率は実施例３と同様である。
【００３２】実施例５では、炭素粒子の粒径を６５０μ
ｍとした。得られた材料の顕微鏡写真を図８および図９
に示す。各図の倍率は実施例３と同様である。
ｍとした。得られた材料の顕微鏡写真を図８および図９
に示す。各図の倍率は実施例３と同様である。
【００３３】実施例６では、炭素粒子の粒径を１mmとし
た。得られた材料の顕微鏡写真を図１０および図１１に
示す。各図の倍率は実施例３と同様である。
た。得られた材料の顕微鏡写真を図１０および図１１に
示す。各図の倍率は実施例３と同様である。
【００３４】以上の実施例に係る炭化けい素基複合材料
によれば、炭化けい素マトリックス中に残留する炭素源
として炭素粉末を採用することで、反応焼結条件によ
り、材料中に任意の粒径および分散状態の炭素成分を得
ることができ、得られた材料の摺動特性が向上できるこ
とが確認された。
によれば、炭化けい素マトリックス中に残留する炭素源
として炭素粉末を採用することで、反応焼結条件によ
り、材料中に任意の粒径および分散状態の炭素成分を得
ることができ、得られた材料の摺動特性が向上できるこ
とが確認された。
【００３５】また、カーボン粒子の分散による強度低下
は、繊維補強によって向上できた。
は、繊維補強によって向上できた。
【００３６】
【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれ
ば、高硬度を維持しつつ摺動特性に優れ、相手材に対し
て損傷を生じさせない炭化けい素基複合材料を提供する
ことができる。
ば、高硬度を維持しつつ摺動特性に優れ、相手材に対し
て損傷を生じさせない炭化けい素基複合材料を提供する
ことができる。
【００３７】また、上述した炭化けい素基複合材料を用
いて摺動特性およびその高強度を有する耐摩耗摺動部
品、とりわけメカニカルシールを提供することができ
る。
いて摺動特性およびその高強度を有する耐摩耗摺動部
品、とりわけメカニカルシールを提供することができ
る。
【図１】本発明の実施例１の成形前状態を示す模式図。
【図２】上記実施例１の成形後の状態を示す拡大図。
【図３】本発明の実施例２の模式図。
【図４】本発明の実施例３の顕微鏡写真。
【図５】本発明の実施例３の顕微鏡写真。
【図６】本発明の実施例４の顕微鏡写真。
【図７】本発明の実施例４の顕微鏡写真。
【図８】本発明の実施例５の顕微鏡写真。
【図９】本発明の実施例５の顕微鏡写真。
【図１０】本発明の実施例６の顕微鏡写真。
【図１１】本発明の実施例６の顕微鏡写真。
１ 成形体 ２ セラミックス繊維 ３ 積層体 ４ ＳｉＣマトリックス ５ Ｓｉ層 ６ 炭素粒子
Claims (5)
- 【請求項１】 炭化けい素マトリックス中に、平均粒径
が５μｍ以上のカーボン粒子を重量パーセントで２％以
上５０％以下の割合で分散させてなることを特徴とする
炭化けい素基複合材料。 - 【請求項２】 請求項１記載の炭化けい素基複合材料に
おいて、その内部にセラミックス繊維を配列したことを
特徴とする炭化けい素基複合材料。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の炭化けい
素基複合材料で摺動面を構成したことを特徴とする耐摩
耗摺動部品。 - 【請求項４】 請求項１記載の炭化けい素基複合材料で
摺動面を構成し、他の部分を請求項２記載の材料で構成
したことを特徴とする耐摩耗摺動部品。 - 【請求項５】 請求項３または４記載の耐摩耗摺動部品
で構成したことを特徴とするメカニカルシール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7276858A JPH0987029A (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 炭化けい素基複合材料および同材料を用いた耐摩耗摺動部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7276858A JPH0987029A (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 炭化けい素基複合材料および同材料を用いた耐摩耗摺動部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0987029A true JPH0987029A (ja) | 1997-03-31 |
Family
ID=17575399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7276858A Pending JPH0987029A (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 炭化けい素基複合材料および同材料を用いた耐摩耗摺動部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0987029A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7348286B2 (en) | 2003-10-29 | 2008-03-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ceramic composite material and method of its manufacture |
| WO2009091061A1 (ja) * | 2008-01-18 | 2009-07-23 | Kyocera Corporation | 真空吸着ノズル |
| US7723248B2 (en) | 2003-10-29 | 2010-05-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ceramic composite material and method for producing same |
| US8193109B2 (en) * | 2006-06-08 | 2012-06-05 | Audi Ag | Ceramic materials containing spherical shaped carbon particles |
| CN104355621A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-02-18 | 安徽省皖捷液压科技有限公司 | 一种纳米碳化硅增韧陶瓷喷嘴及其制作方法 |
| WO2016093360A1 (ja) * | 2014-12-12 | 2016-06-16 | 国立大学法人京都大学 | 炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素複合材料 |
-
1995
- 1995-09-29 JP JP7276858A patent/JPH0987029A/ja active Pending
Cited By (11)
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| EP3527547A3 (en) * | 2014-12-12 | 2019-11-20 | Kyoto University | Silicon carbide fiber reinforced silicon carbide composite material |
| JP2020100559A (ja) * | 2014-12-12 | 2020-07-02 | 国立大学法人京都大学 | 炭化ケイ素繊維強化炭化ケイ素複合材料 |
| US11142483B2 (en) | 2014-12-12 | 2021-10-12 | Kyoto University | Silicon carbide fiber reinforced silicon carbide composite material |
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