JPH10212182A

JPH10212182A - 炭素−炭化ケイ素複合材料及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10212182A
Application number: JP9031114A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsumoto; 喬松本
Original assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Current assignee: Toyo Tanso Co Ltd
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 1998-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】高強度用炭素基材の所定部位（摺動部分）の
表層部にＳｉＣ層が深めに形成されてなる、摺動封止用
部材に適した新規な炭素−炭化ケイ素複合材料及びその
製造方法を提供する。【解決手段】高強度用炭素基材の少なくとも相手材と
接する部分（摺動部分）の表層部をケイ化処理してなる
炭素−炭化ケイ素複合材料であって、該表層部の炭化ケ
イ素層が少なくとも１ｍｍ以上の深さに形成されると共
に、該炭化ケイ素層における炭化ケイ素質部分の均一分
散性が深さ方向に沿っても確保されてなることを特徴と
する。また、製造方法は、高強度用炭素基材の前記摺動
部分の表面にケイ素粉末、炭化ホウ素粉末及びバインダ
ーからなるスラリーを塗布し、乾燥した後、１０Ｔｏｒ
ｒ以下の非酸化性雰囲気中で１５００°Ｃ以上に熱処理
するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な複合材料、
特に摺動封止用部材として好適な複合材料及びその製造
方法に関するものであり、さらに詳しくは、高強度用炭
素基材の少なくとも相手材と接する部分の表層部をケイ
化処理してなる新規な炭素−炭化ケイ素複合材料及びそ
の新規なる製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような複合材料は、耐摩耗性が要求
される摺動封止用部材、例えばメカニカルシール部材、
軸受、シャフト軸、ピストンシリンダー内壁、ピストン
リング、スラスト板、バルブ摺動部構成部品、ベーン等
に適用される。

【０００３】摺動封止用部材には、従来から炭素基材が
多く用いられるが、炭素基材の硬度、耐摩耗性を改善す
る手法として、その表面をより硬く、より耐摩耗性の高
い炭化ケイ素質に転換、改質することが行われている。

【０００４】炭素基材の表面を炭化ケイ素で被覆する方
法としては、一般に化学蒸着法（ＣＶＤ法）や転換法
（ＣＶＲ法）が採用されている。即ち、ＣＶＤ法は、ケ
イ素化合物の熱分解と化学反応を利用して炭化ケイ素を
生成させ、これを炭素基材の表面に蒸着させる方法であ
る。一方、ＣＶＲ法は、二酸化ケイ素に炭素又はケイ素
を反応させることにより、生成させた一酸化ケイ素ガス
を、炭素基材表面の炭素と直接反応させて、炭化ケイ素
からなる被覆層を形成する方法である。また、これらの
方法以外にも、炭素基材の表層部にケイ素粉末をのせて
熱処理し、炭素基材の気孔中にケイ素を浸透させて炭化
ケイ素に転化させる方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法で炭素基材
の表層部に形成された炭化ケイ素層（以下、「ＳｉＣ
層」と略記する。）は、確かに緻密で硬い組織層を呈し
ている。しかし、このＳｉＣ層を支える炭素基材そのも
のは、ＣＶＤ法やＣＶＲ法という製法を円滑に実施させ
る関係でいずれも平均細孔半径が比較的大きくて嵩比重
が小さいという性質、つまり機械的強度に弱いという性
質を有している。しかも、ＳｉＣ層の厚みとしては、比
較的薄いもの（数十〜数百μｍ程度のもの）しか形成さ
れないという実状がある。このため、製品としての摺動
封止用部材に仕上げるための表面加工（切削加工）時に
表層部のＳｉＣ層に割れ（クラック）や欠けを生じやす
いという問題が起きており、またその表面加工時の加工
代が僅かしかとれず、その加工作業を非常に困難なもの
としている。さらに、上述のようにＳｉＣ層の厚みその
ものが薄いため、摺動封止用部材としては安全性の面で
不安が残る。

【０００６】摺動封止用部材の寿命を長くするための一
つの方法としては、炭素基材の機械的強度を高めること
が挙げられ、この観点から、本発明者は先に、炭素基材
の表層部をケイ化処理し、さらに該基材に金属を含浸さ
せることにより、耐久性のある摺動封止用部材に適した
新規な炭素−炭化ケイ素−金属複合材料の開発に成功
し、特許出願を行っている（特開平８−１０９０８３号
公報）。しかし、この新規な炭素−炭化ケイ素−金属複
合材料においても、仕様条件によっては炭素基材の機械
的強度不足のために使用範囲が限定されていた。

【０００７】そこで、本発明者は、炭素基材の強度の向
上と基材表層部のＳｉＣ層の増深を同時に満足できるよ
うな技術を開発すべく、引き続き研究を重ねてきた。こ
の際、従来では機械的強度の弱い炭素基材しか使用でき
なかったものを機械的強度の高いものに変えて使用し、
かつその機械的強度の高い炭素基材の所定部位（摺動部
分）の表層部にＳｉＣ層を深めに形成することができる
ような技術を開発すれば、上記の諸問題（クラック，欠
けの発生，表面加工の困難性、短命という問題）を一挙
に解決できると考えた。さらに進めて、そのような技術
であれば、本発明者による先の開発技術のうち、仕様条
件によっては金属含浸作業の省略を可能とし、生産性の
改善にも寄与できるとの指針が得られた。そして、この
指針に沿って、そのような技術を見い出すべく種々実験
を行い、検討を重ねてきた。

【０００８】即ち、本発明の目的は、高強度用炭素基材
の表層部にＳｉＣ層が深めに形成されてなる新規な炭素
−炭化ケイ素複合材料及びその製造方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明（請求項１記載の発明）の炭素─炭化ケイ素複合材
料とは、高強度用炭素基材、特に特性として少なくとも
嵩密度が１．７７(g/cm³）以上、平均細孔半径が１．５
（μｍ）以下、曲げ強度が４５０（kgf/cm²)以上である
炭素基材、より好ましくは少なくとも嵩密度が１．８０
(g/cm³）以上、平均細孔半径が１．２（μｍ）以下、曲
げ強度が７００（kgf/cm²)以上である炭素基材の少なく
とも相手材と接する部分（摺動部分）の表層部をケイ化
処理してなる炭素−炭化ケイ素複合材料であって、該表
層部の炭化ケイ素層が少なくとも１ｍｍ以上の深さに形
成されると共に、該炭化ケイ素層における炭化ケイ素質
部分の均一分散性が深さ方向に沿っても確保されてなる
ことを基本的特徴とする。

【００１０】さらに、上記目的を達成し得た本発明の複
合材料の製造方法とは、上記の高強度用炭素基材の前記
摺動部分の表面にケイ素粉末、炭化ホウ素粉末及びバイ
ンダーからなるスラリー（スラリー中の炭化ホウ素粉末
の含有量は少なくとも５重量％以上）を塗布し、乾燥し
た後、１０Ｔｏｒｒ以下の非酸化性雰囲気中で１５００
°Ｃ以上に熱処理することを特徴とする。

【００１１】本発明をさらに詳しく説明する。（１）本発明で使用される高強度用炭素基材の製造には
通常の炭素材の製造方法を用いて行えば良く、用いる炭
素基材としては、一般黒鉛材、等方性黒鉛材等が挙げら
れる。また、高強度用炭素基材の特性としては、嵩密度
が１．７７ｇ／ｃｍ³以上、平均細孔半径が１．５μｍ
以下、曲げ強度が４５０（ｋgf/cm²）以上のものが望ま
しい。炭素基材の嵩密度が１．７７ｇ／ｃｍ³未満のも
のや、平均細孔半径が１．５μｍを超えるもの、又は曲
げ強度が４５０（ｋgf/cm²）未満のものである場合に
は、炭素基材の機械的強度の低下が目立ち、もはや高強
度用炭素基材とは言えなくなり、製品化された摺動封止
用部材の強化及び安全面での信頼性の確保を図るという
初期の目的が果たせなくなってしまうからである。

【００１２】さらに言えば、炭素基材としては、特性に
して少なくとも嵩密度が１．８０（ｇ／cm³)以上、平均
細孔半径が１．２μｍ以下、曲げ強度が７００（ｋgf/c
m²）以上のものを使用することが望ましい。より機械的
強度の高い炭素基材に対してＳｉＣ層を実用可能な範囲
の厚みを確保するように形成できれば、摺動封止用部材
としての諸特性（不浸透性、機械的強度、耐摩耗性等）
を一層高めることができ、従来と同一の使用条件下では
一層の延命化を図ることができ、より厳しい使用条件下
でも十分実用的に対応できるからである。

【００１３】（２）使用するバインダーとしては、一般
に造膜性が高く、かつ残炭率が低い樹脂を使用し、例え
ばポリアミドイミド、ポリビニルアルコール、ポリアミ
ド樹脂の内より選ばれたものが特に好ましい。中でもポ
リアミドイミドが更に望ましく、ジメチルアセトアミ
ド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキサイド、
Ｎメチル−２ピロリドン等の溶媒に溶解させて使用す
る。

【００１４】（３）この溶液に平均粒径が約３０〜５０
μｍのケイ素粉末（Ｓｉ）と平均粒径が約４〜２０μｍ
の炭化ホウ素粉末（Ｂ）とを混合分散してスラリーとす
る。ケイ素粉末と炭化ホウ素粉末を樹脂で混合する場
合、ケイ素粉末９５〜５０重量％に対して炭化ホウ素粉
末が５〜５０重量％が望ましい。

【００１５】炭化ホウ素粉末が５重量％未満では、炭化
ホウ素粉末の混合による効果が少ないからである。具体
的には、高温下の真空炉内で処理した場合、溶融Ｓｉが
黒鉛の気孔中に完全には浸透せず、冷却後黒鉛の表面に
金属Ｓｉとなって固着した状態で残ってしまい、しかも
この固着物は取り除くことが非常に困難となるからであ
る。一方、炭化ホウ素粉末を少なくとも５重量％以上含
有させた場合は、溶融Ｓｉが黒鉛の気孔中に深くまで浸
透し、黒鉛との反応が進みＳｉＣ化され、深めのＳｉＣ
層が形成される。即ち、本発明は炭化ホウ素が有する焼
成時における被焼成物内部の濡れ性改善機能に着目して
なされたものであり、炭化ホウ素粉末を少なくとも５重
量％以上含有させておくことで、初めてかかる機能を有
効に発揮させ、ＳｉＣ層の増深を達成することができ
る。

【００１６】この場合、黒鉛の表面には金属Ｓｉとして
の残留物は存在せず、使用した樹脂の炭化物，ＳｉＣ，
Ｂ₄Ｃの成分の残留物が残るが、容易に取り除くことが
できるため、特に問題となることはない。但し、炭化ホ
ウ素粉末が５０重量％を超えると、ケイ化反応に関与す
るケイ素の絶対量そのものが少なくなり、結果的にＳｉ
Ｃ層を実用可能な深さまで形成できなくなるので望まし
くない。

【００１７】（４）上記のように調製されたスラリーを
はけ塗り、手塗り等の適宜な手段で炭素基材の必要な部
分（ケイ化を望む部分）にのみ塗布する。塗布された部
分に相当する炭素基材の表層部が、後述の乾燥から熱処
理までの一連の処理を経て深めのＳｉＣ層に転化すると
ころである。（５）この後約３００°Ｃで２時間乾燥することによ
り、溶媒は揮散し、樹脂は完全に硬化する。

【００１８】（６）上記（１）〜（５）のようにして得
られた材料を、１０Ｔｏｒｒ以下の不活性ガス雰囲気中
で高温熱処理する。昇温速度は約４００°Ｃ／時間と
し、約１５５０〜１６００°Ｃに達した後３０分間保持
する。加熱手段は特に限定されるものではなく、適当な
手段で行えばよい。この操作によって、ケイ素成分は溶
融し、樹脂の炭化層を通って炭素基材の細孔内に深く侵
入し、炭素と反応してＳｉＣ化する。

【００１９】上記操作で１０Ｔｏｒｒ以下の条件は、下
記の考察及び実験結果に基づいて採用し得たものであ
る。即ち、本発明者による先の開発技術の場合、熱処理
後の炭素−炭化ケイ素複合材料の表面にはケイ素と樹脂
の極めて硬い炭化物が付着して残るが、この付着物を分
析したところ、ケイ素の含有量が非常に高い炭化物であ
ることが分かった。この原因としては、熱処理中の雰囲
気圧が約２０Ｔｏｒｒ近くにも達しており、上位のＳｉ
成分はこの圧力のために気化できず、また下位のＳｉ成
分も、より下位のＳｉ成分が基材の細孔へスムーズに浸
透しないこともあって、身動きできない余剰のケイ素成
分が樹脂の炭化層に高濃度に蓄積するためであると推察
された。

【００２０】そこで本発明者は、樹脂の炭化層にとどま
るケイ素成分が少なくなるような手段を採用し、同時に
樹脂に炭化ホウ素成分を添加することにより、基本的に
炭素基材の所定部位（摺動部分）の表層部の化学構造を
安定させて濡れ性を改善することによりケイ素成分が細
孔内へ浸透しやすくし、さらにその際に、基材表層部に
停滞する余剰のケイ素成分が気化できる雰囲気の条件に
してやれば、ケイ素成分が気化した分だけ表層部に占め
る炭化ホウ素成分の相対的割合が増加し、濡れ性のさら
なる改善によりケイ素成分の浸透が一層深く進みやすく
なり、ＳｉＣ層の増深化を実現できるはずとの考えに立
って、種々の実験を行った。この結果、１０Ｔｏｒｒ以
下、望ましくは２〜５Ｔｏｒｒの条件下で熱処理すれ
ば、種々の高強度用炭素基材の所定部位（摺動部分）の
表層部にＳｉＣ層を深めに形成できることを見い出した
ものである。

【００２１】（７）なお、得られた炭素−炭化ケイ素複
合材料は、樹脂の炭化物が炭素基材の表面に付着してい
るため、これを取り除く。

【００２２】なお、摺動封止用部材として要求される仕
様条件によっては、さらに樹脂（例えばフラン樹脂、フ
ェノール樹脂、エポキシ樹脂等）を含浸させたり、金属
含浸を行い、摺動封止用部材としてより一層の不浸透
性、機械的強度、耐熱性、耐摩耗性の向上を企図するこ
とも可能である。含浸方法は、本発明者が既に開示して
いる（特開平８−１０９０８３号公報）が、概略は以下
に従えばよい。即ち、含浸に使用される金属としては、
例えばＳｎ，Ｃｕ，Ｓｂ，Ａｇ，Ｚｎ又はこれらを主成
分として含む合金が挙げられるが、２００°Ｃ以上の融
点を持ち、炭素と反応して炭化物を形成しにくいものを
使用することが好ましい。炭素−炭化ケイ素複合材料へ
の金属含浸方法は、まず含浸する金属を含浸装置内に入
れ、１〜５Ｔｏｒｒで減圧加熱し、金属を溶解させる。
この中に上記（１）〜（７）までの工程で調製した材料
を入れ、５０〜１００ｋｇ／ｃｍ²に加圧して３０分間
以上保持し、含侵を行えばよい。

【００２３】本発明で得られる炭素−炭化ケイ素複合材
料は、高強度用炭素基材の摺動部分に炭化ケイ素の被覆
層が深めに形成された構造のものである。このため、摺
動特性が優れたものであることはもちろん、メカニカル
シール部材や軸受部材等の摺動封止用部材として安全性
の面でも十分な信頼性を確保することができ、また仕様
条件によっては従来の金属含浸作業を省略可能とし、生
産性の向上にも寄与することができる。さらに、摺動特
性に対して要求される仕様が非常に高い場合には、Ｓｉ
Ｃ層に樹脂や金属を付加的に含浸させることにより、確
実に対応することができる。

【００２４】

【実施例】以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明
する。（実施例１）炭素基材として、嵩密度が１．７７ｇ／ｃ
ｍ³、平均細孔半径が１．５μｍ、曲げ強度が４５０ｋ
ｇｆ／ｃｍ²の等方性黒鉛（東洋炭素（株）製）をφ５
２．５／φ４２．５の製品形状に加工した。なお、平均
細孔半径は、水銀圧入法による測定値（水銀と試料との
接触角１４１．３°、最大圧力１０００ｋｇ／ｃｍ³の
ときの累積気孔容積の半分の値）を採用した。また、バ
インダーとしてのポリアミドイミド樹脂がＮ−メチル−
２−ピロリドンに溶解した２０重量％溶液（小原化工
製、「ＡＩ−１０」）を分散媒とした。ケイ素粉末（和
光純薬工業製、平均粒度４０μｍ）と炭化ホウ素粉末
（電気化学工業製、品種ＡＦＩ平均粒度５μｍ）を重量
比で８０：２０の比率に混合し、分散媒中に混合分散さ
せてスラリーとした。このスラリーを炭素基材の必要部
分（摺動部分）の表面にはけで塗布した後、乾燥機の中
で３００°Ｃで溶媒を蒸発させ、さらに３ＴｏｒｒのＮ
₂ガス雰囲気下、誘導加熱炉において１６００°Ｃまで
４時間で昇温し、３０分間保持した後、冷却して取り出
した。その後、７５０℃、１２０ｋｇ／ｃｍ²の圧力下
でアンチモンを含浸した。

【００２５】（実施例２）嵩密度が１．８２ｇ／ｃ
ｍ³、平均細孔半径が１．０μｍ、曲げ強度が７８０ｋ
ｇｆ／ｃｍ²の等方性黒鉛（東洋炭素（株）製）を用
い、以下製造方法は実施例１と同様にして該黒鉛基材の
所定部位（摺動部分）をＳｉＣ層を転化した。その後、
常温にて、２０ｋｇ／ｃｍ²の圧力下でフェノール樹脂
を含浸した。（実施例３）嵩密度が１．９０ｇ／ｃｍ³、平均細孔半
径が０．１５μｍ、曲げ強度が９５０ｋｇｆ／ｃｍ²の
等方性黒鉛（東洋炭素（株）製）を用いて、上記実施例
と同様、該黒鉛基材の所定部位（摺動部分）をＳｉＣ層
に転化した。その後、常温にて、２０ｋｇ／ｃｍ²の圧
力下でフェノール樹脂を含浸した。

【００２６】（比較例１）実施例１と同一材質，同一形
状の等方性黒鉛（東洋炭素（株）製）を使用する一方、
炭化ホウ素粉末を添加せずに同様に調製したスラリーを
使用し、また常圧真空下で誘導加熱する条件以外は同様
の製造方法に従って黒鉛基材の所定部位（摺動部分）を
ＳｉＣ層に転化した。その後、７５０℃、１２０ｋｇ／
ｃｍ²の圧力下でアンチモンを含浸した。（比較例２）実施例２と同一材質，同一形状の等方性黒
鉛（東洋炭素（株）製）を使用する一方、炭化ホウ素粉
末を添加せずに同様に調製したスラリーを使用し、また
常圧真空下で誘導加熱する条件以外は同様の製造方法に
従って黒鉛基材所定部位（摺動部分）をＳｉＣ層に転化
した。その後、常温にて、２０ｋｇ／ｃｍ²の圧力下で
フェノール樹脂を含浸した。（比較例３）実施例３と同一材質，同一形状の等方性黒
鉛（東洋炭素（株）製）を使用する一方、炭化ホウ素粉
末を添加せずに同様に調製したスラリーを使用し、また
常圧真空下で誘導加熱する条件以外は同様の製造方法に
従って黒鉛基材の所定部位（摺動部分）をＳｉＣ層に転
化した。しかし、ＳｉＣ層は全く形成されていなかっ
た。

【００２７】上記実施例１〜３及び比較例１〜２で得ら
れた試料について、その縦断面及び横断面について観察
し、ＳｉＣ層の形成深さ及びケイ化部分の成分組成を調
べ、比較評価した。なお、成分組成は、顕微鏡写真及び
面分析法（コンピュータによる画像積算法）により調べ
た。さらに、その後すべての試料について摺動性能試験
を行った。

【００２８】まず、ＳｉＣ層の形成深さの調査結果を表
１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１に基づき、使用した炭素基材の特性値
と得られた複合材料のＳｉＣ層の深さとの関係をグラフ
にしたものを図１に示す。横軸に嵩密度及び曲げ強度を
示し、縦軸にＳｉＣ層の深さを示している。図１より明
らかなように、平均細孔半径が０．１５以上１．２未満
で曲げ強度が７００〜１０００（ kgf/cm²）程度の高強
度用炭素基材を使用しても、この炭素基材の摺動部分に
実用上要求される少なくとも１ｍｍ以上の深さのＳｉＣ
層を確実に形成できることはもちろん、条件によっては
３〜４ｍｍ程度の深さまでＳｉＣ層の形成が可能である
ことが分かる。

【００３１】この点を、図中の破線領域に存在する従来
品と比較すると、従来品では上記の特性範囲にある高強
度用炭素基材上に１ｍｍ以上のＳｉＣ層を形成させたも
のはほとんど見当たらない。本発明品では、ＳｉＣ層を
少なくとも１ｍｍ以上確実に形成させたものである点
に、最大の技術的意義を有するものである。また、高強
度用炭素基材として、嵩密度が１．７７(g/cm³）、平均
細孔半径が１．５（μｍ）、曲げ強度が４５０（kgf/cm
²)のものを使用した場合について言えば、従来品のＳｉ
Ｃ層の深さは２．８ｍｍであるのに対し、本発明品では
ＳｉＣ層の形成深さは５．８ｍｍにも達しており、同一
の摺動性能が得られるとした場合、本発明品は従来品よ
りも実に２倍以上の寿命を有することができる。

【００３２】面分析は、代表例として実施例３について
行い、まず前処理として試料のＳｉＣ化処理部分をＭＭ
Ａ（メチルメタアクリレート）にて埋め込んだ後硬化
し、その後観察したい面を研摩し、さらにその研磨表面
に炭素蒸着を施した。測定条件としては、加速電圧２０
ＫＶ、試料電流０．６ｎＡ、測定時間２００ｓｅｃと
し、装置はＥＭＡＸ−２７００（堀場製）を使用した。
Ｓｉの面分析写真を図２に示す。但し、図２中白い部分
はＳｉＣ質の部分、斜線の部分は炭素質の部分を示す。
また、面積比率は表２の通りであった。さらに、実施例
１、実施例２及び実施例３のそれぞれについて、ＳｉＣ
層形成部における縦断面の顕微鏡写真を図３、図４及び
図５に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】上記表１、図１〜図５及び表２から以下の
事実が明らかとなった。即ち、嵩密度が１．９ｇ／ｃｍ
³で平均細孔半径が０．１５μｍという、従来ではＳｉ
Ｃ層の形成そのものが全く不可能とされていた機械的強
度の極めて高い炭素基材を使用しても、その所定部位
（摺動部分）にＳｉＣ層を実用的な深さ（少なくとも１
ｍｍ）を超えて十分信頼できる深さまで形成できること
が確認できた。また、同一炭素基材の所定部位（摺動部
分）をＳｉＣ層に転化する際、本発明方法によれば非常
に深く（少なくとも２倍以上）形成することができ、同
時に深さ方向にも均質な成分組成（Ｃ−ＳｉＣ組成）を
形成できることが確認できた。特に図３〜図５の縦断面
顕微鏡写真からその事実がよく理解できる。

【００３５】次に、実施例１〜３及び比較例１〜３のそ
れぞれの試料について中空円筒体（外径５２．５ｍｍφ
×内径４２．５ｍｍφ×高さ２６．０ｍｍ）を成形し、
上面側を不浸透化処理としてフェノール樹脂を含浸した
後に、同一条件下に摺動性能試験機にてその摺動性能を
比較評価した。試験条件は下記（〜）のように設定
した。試験機メカニカルシール用試験機を利用流体圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ² 流体水回転数３６００ｒ．ｐ．ｍ相手材ＳｉＣ試験時間１００ｈｒ流体温度ＲＴ〜３０°Ｃ試験品寸法 φ５２．５／４２．５×２６．０ｍ
ｍバランス比１．２２

【００３６】試験結果を表３に示す。

【００３７】

【表３】

【００３８】表３からも明らかなように、実施例１〜３
の試料は比較例１〜３のものに比べて良好な摺動特性を
極めて長時間保持できるものであることが分かる。

【００３９】

【実施例５〜７】本発明の複合材料の用途例について説
明する。中空円筒部材の端面を本発明の方法に従ってケ
イ化処理してなるメカニカルシール部材を装着した実機
の運転の結果、従来型メカニカルシール部材を装着した
実機の運転の場合に比べて、良好な摺動封止特性をより
長時間保持できることが確認できた。また中空円筒体の
内周面を同様にケイ化処理してなるスラスト軸受部材及
びラジアル軸受部材を装着した実機の運転の結果、従来
型軸受部材を装着した実機の運転の場合に比べて、良好
な摺動特性をより長時間保持できることが確認できた。

【００４０】

【発明の効果】本発明の炭素−炭化ケイ素複合材料及び
その製造方法は以上の様に構成されており、高強度用炭
素基材に対してもその所定部位（摺動部分）にＳｉＣ層
を深めにかつ均質な組織（Ｃ−ＳｉＣ組成）で形成する
ことができるようになった。この結果、摺動封止用部材
の良好な摺動特性の維持はもちろん、メカニカルシール
部材や軸受部材等の摺動封止用部材として安全性の面で
も十分な信頼性を確保することができる。この結果、摺
動封止用部材の用途の一層の拡大を図ることができる。
また、仕様条件によっては、従来の金属含浸作業を省略
可能とし、生産性の向上にも寄与することができる。さ
らに、摺動特性に対して要求される仕様が非常に高い場
合でも、樹脂や金属を付加的に含浸させることにより、
簡単かつ確実に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合材料おける炭素基材の嵩密度と表
層部のＳｉＣ層の深さとの関係を示すグラフである。

【図２】面分析図である。

【図３】実施例１のＳｉＣ層形成部における縦断面の顕
微鏡写真図である。

【図４】実施例２のＳｉＣ層形成部における縦断面の顕
微鏡写真図である。

【図５】実施例３のＳｉＣ層形成部における縦断面の顕
微鏡写真図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｊ 15/34 Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高強度用炭素基材の少なくとも相手材と
接する部分（摺動部分）の表層部をケイ化処理してなる
炭素−炭化ケイ素複合材料であって、該表層部の炭化ケ
イ素層が少なくとも１ｍｍ以上の深さに形成されると共
に、該炭化ケイ素層における炭化ケイ素質部分の均一分
散性が深さ方向に沿っても確保されてなることを特徴と
する炭素−炭化ケイ素複合材料。
【請求項２】前記炭素基材の特性が、少なくとも嵩密
度にして１．７７(g/cm³）以上、平均細孔半径が１．５
（μｍ）以下、曲げ強度が４５０（kgf/cm²)以上である
請求項１記載の炭素−炭化ケイ素複合材料。
【請求項３】前記炭素基材の特性が、少なくとも嵩密
度にして１．８０(g/cm³）以上、平均細孔半径が１．２
（μｍ）以下、曲げ強度が７００（kgf/cm²)以上である
請求項１記載の炭素−炭化ケイ素複合材料。
【請求項４】前記炭素基材及び前記摺動部分の表層部
の炭化ケイ素層に樹脂が含浸されたものである請求項１
乃至請求項３のいずれか一項に記載の炭素−炭化ケイ素
複合材料。
【請求項５】前記炭素基材及び前記摺動部分の表層部
の炭化ケイ素層に金属が含浸されたものである請求項１
乃至請求項３のいずれか一項に記載の炭素−炭化ケイ素
複合材料。
【請求項６】請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載の炭素−炭化ケイ素複合材料を用いてなる摺動封止
用部材。
【請求項７】請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載の炭素−炭化ケイ素複合材料を用いてなるメカニカ
ルシール部材。
【請求項８】請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載の炭素−炭化ケイ素複合材料を用いてなる軸受部
材。
【請求項９】請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
記載の炭素基材の前記摺動部分の表面にケイ素粉末、炭
化ホウ素粉末及びバインダーからなるスラリーを塗布
し、乾燥した後、１０Ｔｏｒｒ以下の非酸化性雰囲気中
で１５００°Ｃ以上に熱処理することを特徴とする炭素
−炭化ケイ素複合材料の製造方法。
【請求項１０】前記スラリー中の炭化ホウ素粉末の含
有量が少なくとも５重量％以上である請求項９記載の発
明の炭素−炭化ケイ素複合材料の製造方法。