JPH1053469A - セラミツクス摺動材料および同材料を用いた湯水混合栓用止水弁 - Google Patents

セラミツクス摺動材料および同材料を用いた湯水混合栓用止水弁

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JPH1053469A
JPH1053469A JP22175596A JP22175596A JPH1053469A JP H1053469 A JPH1053469 A JP H1053469A JP 22175596 A JP22175596 A JP 22175596A JP 22175596 A JP22175596 A JP 22175596A JP H1053469 A JPH1053469 A JP H1053469A
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JP
Japan
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silicon
sliding material
hot
water
ceramic sliding
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JP22175596A
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English (en)
Inventor
Yasuaki Unno
泰明 海野
Hidenori Kita
英紀 北
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面に被膜を形成しなくても水中での耐摩耗
性と摩擦特性に優れたセラミツクス摺動材料および同材
料を用いた湯水混合栓用止水弁を得る。 【解決手段】 セラミツクス摺動材料として、アルミナ
からなる母相2の内部に、炭化珪素,窒化珪素の内の少
くとも1つの珪素化合物粒子3を5〜30wt%分散させ
る。珪素化合物粒子3の表面を予め酸化珪素の被膜4に
より被覆する。母相2と酸化珪素の被膜4との間にアル
ミニウムと珪素と酸素との化合物層5を介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水中での耐摩耗性と
摩擦特性に優れたセラミツクス摺動材料および同材料を
用いた湯水混合栓用止水弁に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の湯水混合栓用止水弁には特開平6
−93277号公報などに開示されるようなアルミナ材
料が用いられているが、固定弁座と可動弁体の両方にア
ルミナ材料を用いる場合には、摺動性を高めるためにグ
リースを必要とし、グリースが消失すると湯水混合栓用
止水弁の開閉操作トルクが著しく高くなる。上述のよう
な問題を解決するために、非晶質カーボンの被膜または
非晶質ダイヤモンドの被膜により表面が覆われたセラミ
ツクス摺動材料が開発されている。しかし、このセラミ
ツクス摺動材料は高温高湿の厳しい条件で被膜の剥離が
生じやすく、被膜が剥離すると湯水混合栓用止水弁の開
閉操作トルクが著しく高くなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上述の
問題に鑑み、表面に被膜を形成しなくても水中での耐摩
耗性と摩擦特性に優れたセラミツクス摺動材料および同
材料を用いた湯水混合栓用止水弁を提供することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の構成はアルミナからなる母相の内部に、炭
化珪素,窒化珪素の内の少くとも1つの珪素化合物粒子
が5〜30wt%分散し、該珪素化合物粒子の表面が予め
酸化珪素の被膜により被覆され、前記母相と前記酸化珪
素の被膜との間にアルミニウムと珪素と酸素との化合物
層が存在することを特徴とする。
【0005】また、本発明の構成はアルミナからなる母
相の内部に、炭化珪素,窒化珪素の内の少くとも1つの
珪素化合物粒子が5〜30wt%分散し、該珪素化合物粒
子の表面が予め酸化珪素の被膜により被覆され、前記母
相と前記酸化珪素の被膜との間にアルミニウムと珪素と
酸素との化合物層が存在するセラミツクス摺動材料を湯
水混合栓用止水弁に用いたことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明によるセラミツクス摺動材
料は、主として湯水混合栓用止水弁に用いるものであ
り、アルミナからなる母相の内部に、珪素化合物の粒子
が分散した構造の焼結体である。分散相である珪素化合
物粒子は、水と反応して表面に珪素水和物を生成し、こ
の珪素水和物が潤滑被膜として働くので、セラミツクス
摺動材料として低い摩擦係数を呈する。
【0007】母相と珪素化合物相との結合力を高め、安
定した潤滑被膜を維持するには、分散相として硬い窒化
珪素粒子や炭化珪素粒子を用い、これらの珪素化合物粒
子の表面に酸化処理などにより予め酸化珪素の被膜を形
成する。
【0008】
【実施例】本発明によるセラミツクス摺動材料は、アル
ミナ(Al2O3 )からなる母相の内部に、5〜30wt%の
炭化珪素(SiC ),窒化珪素(Si3N4 )の内の少くとも
1つの珪素化合物粒子を分散させ、該珪素化合物粒子の
表面に予め酸化珪素(SiO2)の被膜を形成しておき、前
記母相と前記酸化珪素の被膜との間に、アルミニウムと
珪素と酸素との化合物層Al2O3・SiO2を備えたものであ
る。以下、具体的な実施例について説明する。
【0009】[実施例1]平均粒径1μmの炭化珪素
(SiC )粉末を温度1500℃の大気中にて熱処理し、
炭化珪素(SiC )粒子の表面に酸化珪素(SiO2)の被膜
を形成した。次いで、平均粒径1μmのアルミナ(Al2O
3 )粉末79wt%に、予め酸化珪素(SiO2)の被膜を形
成した炭化珪素(SiC )粉末を20wt%添加し、さらに
焼結助剤としての酸化カルシウム(CaO )粉末を0.5
wt%と、酸化マグネシウム(MgO )粉末を0.5wt%と
を添加した。
【0010】これらの混合粉末を原料として、所定形状
の成形体をプレス成形し、該成形体を温度約1500℃
の大気中で約3時間焼成してセラミツクス摺動材料を得
た。得られたセラミツクス摺動材料の構造を調べた結
果、図1に示すように、アルミナ(Al2O3 )の母相2の
内部に、酸化珪素(SiO2)の被膜4で覆われた炭化珪素
(SiC )粒子3が分散しており、アルミナ(Al2O3 )の
母相2と炭化珪素(SiC)粒子3の界面には、アルミナ
(Al2O3 )と酸化珪素(SiO2)の化合物層5が存在して
いた。上述のセラミツクス摺動材料から、湯水混合栓用
止水弁の可動弁体と固定弁座(これらを本発明品とす
る)を作製した。
【0011】また、比較例1としてアルミナ(Al2O3
材料から可動弁体と固定弁座を作製した。さらに、比較
例2として非晶質ダイヤモンドの被膜を備えたアルミナ
質の材料から固定弁座を作製した。
【0012】本発明の実施例1,2のセラミツクス摺動
材料を用いた湯水混合栓用止水弁と、上述の比較例1,
2の材料を用いた湯水混合栓用止水弁とについて、「1
0℃の水を流水、止水、80℃の湯水を流水、止水」の
開閉操作を繰り返し、操作トルク(摺動トルク)の変動
を測定した。図2に線14,15で示すように、本発明
によるセラミツクス摺動材料からなる湯水混合栓用止水
弁は操作トルクが小さく、耐久性にも優れていることが
分つた。
【0013】本発明によるセラミツクス摺動材料に含ま
れる炭化珪素(SiC )粒子3の表面には、水中において
次の反応により酸化珪素(SiO2)の被膜4が生成され
る。
【0014】SiC + 2H2O→SiO2 + CH4 生成された酸化珪素(SiO2)の被膜4には、水の水酸基
(OH)によりアタツクされ、表面に珪素水和物が生成さ
れ、この珪素水和物が潤滑被膜として働くので、本発明
によるセラミツクス摺動材料が湯水混合栓用止水弁とし
て、操作トルクが小さく、耐久性に優れるものと考えら
れる。
【0015】なお、アルミナ(Al2O3 )の母相に酸化珪
素(SiO2)粒子を分散させた材料では、酸化珪素(Si
O2)粒子が炭化珪素(SiC )粒子や窒化珪素(Si3N4
粒子に比べて摩耗しやすく、したがつて、酸化珪素(Si
O2)粒子が表面に露出する部分が他の部分よりも摩耗し
ていることが分つた。
【0016】また、アルミナ(Al2O3 )の母相に酸化処
理をしてない窒化珪素(Si3N4 )粒子や炭化珪素(SiC
)粒子を分散させた材料でも、上述の反応式に基づき
潤滑被膜が生成され、摩擦係数が小さくなる。しかし、
この材料ではアルミナ(Al2O3)の母相と窒化珪素(Si3
N4 )粒子や炭化珪素(SiC )粒子との結合が不十分で
あるので、珪素化合物相が脱落しやすく、潤滑被膜が不
安定であつた。
【0017】[実施例2]実施例1と同様にして、平均
粒径1μmのアルミナ(Al2O3 )粉末に、焼結助剤とし
ての酸化カルシウム(CaO )粉末を0.5wt%と、酸化
マグネシウム(MgO )粉末とを0.5wt%とを添加し、
酸化珪素(SiO2)の被膜を形成した炭化珪素(SiC )粉
末の添加量を変えたものから、所定形状の成形体を成形
し、該成形体を実施例1と同様の方法で焼成してセラミ
ツクス摺動材料を作製した。このセラミツクス摺動材料
から湯水混合栓用止水弁の可動弁体と固定弁座を作製
し、湯水混合栓用止水弁の操作トルクを測定した。測定
結果を表す図3から明らかなように、本発明によるセラ
ミツクス摺動材料に対する炭化珪素(SiC )粉末の添加
量は、5〜30wt%が望ましいことが分つた。
【0018】セラミツクス摺動材料に対する炭化珪素
(SiC )粉末の添加量が5wt%以下では操作トルクの低
減効果は得られず、セラミツクス摺動材料に対する炭化
珪素(SiC )粉末の添加量が30wt%以上では焼結性が
阻害され、セラミツクス摺動材料に気孔が残存し、この
気孔がセラミツクス摺動材料の表面に凸凹を形成し、操
作トルクを高めるものと考えられる。
【0019】[実施例3]実施例1のセラミツクス摺動
材料において、炭化珪素(SiC )粉末の代わりに窒化珪
素(Si3N4 )粉末を用いて、実施例1と同様の方法でセ
ラミツクス摺動材料を作製した。
【0020】つまり、平均粒径1μmの窒化珪素(Si3N
4 )粉末を温度1500℃の大気中にて熱処理し、窒化
珪素(Si3N4 )粒子の表面に酸化珪素(SiO2)の被膜を
形成した。次いで、平均粒径1μmのアルミナ(Al2O3
)粉末79wt%に、酸化珪素(SiO2)の被膜を形成し
た窒化珪素(Si3N4 )粉末を20wt%添加し、さらに焼
結助剤としての酸化カルシウム(CaO )粉末を0.5wt
%と、酸化マグネシウム(MgO )粉末を0.5wt%とを
添加した混合粉末から、所定形状の成形体を成形し、該
成形体を実施例1と同様の方法で焼成してセラミツクス
摺動材料を作製した。
【0021】得られたセラミツクス摺動材料から湯水混
合栓用止水弁の可動弁体と固定弁座を作製し、湯水混合
栓用止水弁の操作トルクを測定した。その結果、本実施
例によるセラミツクス摺動材料を用いた湯水混合栓用止
水弁は、実施例1の炭化珪素(SiC )を用いたものと同
様に、従来品に比べて操作トルクが小さく、耐久性にも
優れていることが分つた。
【0022】[実施例4]湯水混合栓用止水弁として、
固定弁座に実施例1のセラミツクス摺動材料を用い、可
動弁体に何も添加してない炭化珪素(SiC )材料を用い
たものについて摩擦試験を行つた。試験の結果、本実施
例の材料の組合せの摩擦係数は、実施例1の何れの材料
の組合せの摩擦係数よりも小さいことが分つた。
【0023】以上説明した各実施例のセラミツクス摺動
材料について水の接触角を測定したところ、本発明の実
施例によるセラミツクス摺動材料は水の接触角が小さい
のに対し、炭化珪素(SiC )は水の接触角が大きく、濡
れ性が悪いことが分つた。
【0024】固定弁座に用いた実施例1のセラミツクス
摺動材料では、表面に水が吸着して潤滑被膜が形成され
る一方、可動弁体に用いた何も添加してない炭化珪素
(SiC)材料は水との結合性が弱いために、剪断力が小
さく、摩擦係数も小さくなるものと考えられる。
【0025】
【発明の効果】本発明は上述のように、セラミツクス摺
動材料として、アルミナからなる母相の内部に、炭化珪
素,窒化珪素の内の少くとも1つの珪素化合物粒子が5
〜30wt%分散し、該珪素化合物粒子の表面が予め酸化
珪素の被膜により被覆され、前記母相と前記酸化珪素の
被膜との間にアルミニウムと珪素と酸素との化合物層が
存在することを特徴とするものであり、水との反応によ
り低摩擦係数を有する潤滑被膜が材料表面に生成される
ので、湯水混合栓用止水弁の材料に適し、本発明のセラ
ミツクス摺動材料を用いた湯水混合栓用止水弁は、グリ
ースを塗らないでも止水弁の開閉操作が軽快であり、材
料表面の改質によらないで優れた耐久性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るセラミツクス摺動材料の組織を表
す断面図である。
【図2】同セラミツクス摺動材料を用いた湯水混合栓用
止水弁の耐久特性を表す線図である。
【図3】同セラミツクス摺動材料の成分量と湯水混合栓
用止水弁の動作特性を表す線図である。
【符号の説明】
2:母相 3:珪素化合物粒子 4:酸化珪素の被膜
5:化合物層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミナからなる母相の内部に、炭化珪
    素,窒化珪素の内の少くとも1つの珪素化合物粒子が5
    〜30wt%分散し、該珪素化合物粒子の表面が予め酸化
    珪素の被膜により被覆され、前記母相と前記酸化珪素の
    被膜との間にアルミニウムと珪素と酸素との化合物層が
    存在することを特徴とするセラミツクス摺動材料。
  2. 【請求項2】前記セラミツクス摺動部材を湯水混合栓用
    止水弁に用いたことを特徴とする湯水混合栓用止水弁。
  3. 【請求項3】前記湯水混合栓用止水弁を構成する可動弁
    体と固定弁座の内の一方が前記セラミツク摺動材料から
    構成され、他方が前記セラミツク摺動材料よりも水の濡
    れ性が悪い材料から構成されている、請求項2に記載の
    湯水混合栓用止水弁。
  4. 【請求項4】前記セラミツク摺動材料よりも水の濡れ性
    が悪い材料が炭化ケイ素である、請求項3に記載の湯水
    混合栓用止水弁。
JP22175596A 1996-08-05 1996-08-05 セラミツクス摺動材料および同材料を用いた湯水混合栓用止水弁 Pending JPH1053469A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001099160A (ja) * 1999-09-30 2001-04-10 Kyocera Corp 摺動装置
JP2008089091A (ja) * 2006-10-02 2008-04-17 Canon Machinery Inc 摺動面構造

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