JPH1160329A - 高親水性・低摩擦セラミツクス材料 - Google Patents

高親水性・低摩擦セラミツクス材料

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JPH1160329A
JPH1160329A JP9228834A JP22883497A JPH1160329A JP H1160329 A JPH1160329 A JP H1160329A JP 9228834 A JP9228834 A JP 9228834A JP 22883497 A JP22883497 A JP 22883497A JP H1160329 A JPH1160329 A JP H1160329A
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JP
Japan
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composite oxide
ceramic material
low friction
oxide particles
alumina
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Pending
Application number
JP9228834A
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English (en)
Inventor
Takamoto Suzuki
隆元 鈴木
Kazuo Osumi
和生 大角
Tetsuya Isshiki
鉄也 一色
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Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的強度と耐久性と水存在下での摩擦特性
とに優れた、高親水性・低摩擦セラミツクス材料を得
る。 【解決手段】 αアルミナ(α-Al2O3)の母相20に、
亜鉛(Zn)とアルミニウム(Al)を主成分とする針状お
よび/または板状の複合酸化物粒子21,22を均一に
分散させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水道の蛇口などの開
閉弁に使用される高親水性・低摩擦セラミツクス材料に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、特開平6-93277 号公報や特開平7-
108774号公報などに開示されるように、水中における摩
擦係数を低減するための摺動摩擦材料として、アルミナ
材料の表面にダイヤモンドライクカーボンを被覆したも
の、アルミナ材料の表面に炭化ケイ素とカーボンとの混
合物を被覆したもの、水溜めとなる多数の気孔が均一に
分散するセラミツクス、固体潤滑剤が分散するセラミツ
クス、油を含浸したセラミツクスなどが知られている。
しかし、従来の摺動摩擦材料は、材料の強度が不十分で
あり、潤滑の役目を果たす被覆が剥がれやすい、製造単
価が高いなどの難点がある。
【0003】また、上述の問題を解決するために酸化亜
鉛(ZnO )を添加したアルミナ材料では、親水性を有す
るZnAl2O4 の複合酸化物粒子が長期間の摺動摩擦で脱落
し、摩擦特性が損われるという問題がある。
【0004】
【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、機械的強度と耐久性と水存在下での摩擦特
性とに優れた、高親水性・低摩擦セラミツクス材料を提
供することにある。
【0005】
【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αアルミナ(α-Al2O3)の母相中
に、亜鉛(Zn)とアルミニウム(Al)を主成分とする針
状および/または板状の複合酸化物粒子を均一に分散さ
せたことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明では材料の親水性と強度と
靭性と摩擦係数とを満足するために、αアルミナ(α-A
l2O3)の母相に、ZnO・nAl2O3の針状複合酸化物粒子と、
ZnAl2O4 の複合酸化物粒子とを均一に分散させる。
【0007】水を強く吸収する特性を有するスピネル型
結晶構造を有するZnAl2O4 の複合酸化物粒子は、材料の
親水性を高める。ZnO・nAl2O3の針状複合酸化物粒子は、
材料の強度と靭性を確保する。
【0008】
【実施例】本発明による高親水性・低摩擦セラミツクス
材料は、αアルミナ(α-Al2O3)母相中に、亜鉛(Zn)
とアルミニウム(Al)を主成分とする針状または板状の
複合酸化物粒子が均一に分散している。針状または板状
の複合酸化物粒子は、主成分の亜鉛(Zn),アルミニウ
ム(Al)を酸化物に換算した場合の組成比 ZnO:Al2O3
の平均が1:3以上である。針状の複合酸化物粒子のア
スペクト比(細長比)は3以上である。
【0009】また、本発明による高親水性・低摩擦セラ
ミツクス材料は、α-Al2O3の母相中に、亜鉛(Zn)とア
ルミニウム(Al)を主成分とするZnO・nAl2O3からなる針
状または板状の複合酸化物粒子と、ZnAl2O4 のスピネル
型結晶構造を有する複合酸化物粒子とが均一に分散して
いる。本発明による高親水性・低摩擦セラミツクス材料
に含まれるZnAl2O4 のスピネル型結晶構造を有する複合
酸化物粒子の含有率は30wt%以下である。本発明によ
る高親水性・低摩擦セラミツクス材料は、水存在下にて
優れた耐久性と低摩擦性を発揮する。
【0010】[実施例1]主原料であるαアルミナ(α
-Al2O3)粉末に、亜鉛(Zn)とアルミニウム(Al)を成
分とするZnO・nAl2O3の針状複合酸化物粉末と、少量の焼
結助剤粉末とを添加してなる混合物から、所定形状の成
形体を作製した。該成形体を大気中にて焼成を行い、焼
結体としてのセラミツクス材料(試料)Aを得た。図1
は得られたセラミツクス材料Aの組織を模式的に表す組
織図である。本発明のセラミツクス材料Aはαアルミナ
(α-Al2O3)の母相20に、亜鉛(Zn)とアルミニウム
(Al)を主成分とするZnO・nAl2O3の針状および/または
板状の複合酸化物粒子21が均一に分散している。本発
明のセラミツクス材料Aから直径35mm、厚さ5mm
の円板状の試験片を作製し、該試験片の平面を平滑度R
max0.4以下に、ラツプ仕上げにより平滑にした。
得られた2枚の試験片を重ね合せて、温度25℃の水中
にて摺動摩擦試験を行い、摩擦係数を測定した。
【0011】図2から明らかなように、本発明のセラミ
ツクス材料Aはαアルミナ(α-Al2O3)の母相20にZn
O・nAl2O3の針状複合酸化物21を形成させたことにより
摩擦係数が低下し、高い水吸着性を発揮し、水中で低摩
擦性を呈することが確認された。
【0012】本発明のセラミツクス材料Aが水中で低摩
擦性を示す理由は、ZnO・nAl2O3の針状複合酸化物21が
スピネル型に似た結晶構造を有し、スピネル型結晶構造
物と同様に空孔が存在しかつ極性をもつので強く水を吸
着することによる。
【0013】次に、主原料であるαアルミナ(α-Al
2O3)粉末に対するZnO・4Al2O3の複合酸化物粉末の添加
量を種々変えた9種類のセラミツクス材料(試料)A
を、上述と同様の方法で作製し、同セラミツクス材料の
強度と破壊靭性を上述と同様の方法で測定した。図3に
示すように、本発明のセラミツクス材料Aの強度はZnO・
nAl2O3の複合酸化物粉末の添加量を変えても殆ど変化し
ないが、図4に示すように、本発明のセラミツクス材料
Aの破壊靭性値はZnO・4Al2O3からなる針状の複合酸化物
粒子21が材料中に存在することにより、主原料である
αアルミナ(α-Al2O3)粉末にZnO・4Al2O3の複合酸化物
粉末を添加しないセラミツクス材料に比べ著しく高くな
る。
【0014】なお、実施例1において、主原料であるα
アルミナ(α-Al2O3)粉末に、ZnAl2O4 からなるスピネ
ル型結晶構造の針状複合酸化物粉末と、少量の焼結助剤
粉末とを添加してなる混合物から、所定形状の成形体を
作製し、該成形体を上述と同様の方法で焼成して得たセ
ラミツクス材料でも、同様の特性が得られることを確認
できた。
【0015】[実施例2]主原料であるαアルミナ(α
-Al2O3)粉末に、酸化亜鉛(ZnO )粉末と、少量の焼結
助剤粉末とを添加してなる混合物から、所定形状の成形
体を作製した。該成形体を温度1500℃の大気中にて
3時間焼成し、焼結体としてのセラミツクス材料(試
料)Bを得た。図5は得られたセラミツクス材料Bの組
織を模式的に表す組織図である。本発明のセラミツクス
材料Bはαアルミナ(α-Al2O3)の母相20に、亜鉛
(Zn)とアルミニウム(Al)を主成分とするZnO・nAl2O3
の針状または板状の複合酸化物粒子21と、ZnAl2O4
スピネル型結晶構造を有する複合酸化物粒子22とが均
一に分散している。本発明のセラミツクス材料Bから直
径35mm、厚さ5mmの円板状の試験片を作製し、該
試験片の平面を平滑度Rmax0.4以下に、ラツプ仕
上げにより平滑にした。得られた2枚の試験片を重ね合
せて、温度25℃の水中にて摺動摩擦試験を行い、摩擦
係数を測定した。
【0016】図6から明らかなように、セラミツクス材
料Bはαアルミナ(α-Al2O3)を母相20として、ZnAl
2O4 の複合酸化物粒子22とZnO・nAl2O3の針状複合酸化
物粒子21とを均一に分散させることにより摩擦係数が
さらに低下し、高い水吸着性を有し、水中で低摩擦性を
示すことが確認された。
【0017】本発明のセラミツクス材料Bが高い親水性
と低摩擦性を呈する理由は、ZnAl2O4 の複合酸化物粒子
22がスピネル型の結晶構造を有し、空孔が存在しかつ
極性をもつので、ZnO・nAl2O3の針状複合酸化物粒子21
よりも強く水を吸着することによる。
【0018】次に、上述のセラミツクス材料Bにおい
て、αアルミナ(α-Al2O3)粉末に対するZnAl2O4 の複
合酸化物粉末の添加量を0〜50wt%に変えたセラミツ
クス材料(試料)Bを上述と同様の方法で作製し、同セ
ラミツクス材料Bの摩擦係数を上述と同様の方法で測定
した。図7に示すように、ZnAl2O4 の複合酸化物の添加
量を多くするとセラミツクス材料Bの摩擦係数が小さく
なることが分つた。しかし、ZnAl2O4 の複合酸化物粉末
の添加量が30wt%を超えると、摩擦係数が急激に大き
くなることが分つた。これは、セラミツクス材料Bの表
面から脱落する脆いZnAl2O4 の複合酸化物粒子22の量
が増加することによる。
【0019】次に、上述した本発明の実施例1,2によ
るセラミツクス材料(試料)A,Bと従来のアルミナ材
料(試料)とについて、耐摩耗性を評価するために、水
中での往復摺動摩擦試験を行つた。図8に示すように、
本発明の各セラミツクス材料A,Bは、従来のアルミナ
材料に比べて、摩耗量を約20%低減できることが分か
つた。また、本発明の各セラミツクス材料A,Bは、従
来のアルミナ材料に比べ、高い破壊靭性値を有するの
で、耐摩耗性が向上される。
【0020】また、上述した本発明のセラミツクス材料
A,Bと従来のアルミナ材料とについて、耐摩耗性を評
価するために、各材料の摺動面に酸化鉄粉末を塗布し、
水中での往復摺動摩擦試験を行つた。図9に示すよう
に、本発明の各セラミツクス材料A,Bは、従来のアル
ミナ材料に比べて、摩耗量を約30%低減できることが
分かつた。上述の往復摺動摩擦試験での摩耗の形態は、
アグレツシブ摩耗に属し、各材料A,Bの摩耗量Wsは
次の式で表されるように、破壊靭性値と硬度に反比例す
る。
【0021】Ws=E4/5×KIc-1/2×HV-57/40 ただし、 E:ヤング率 KIc :破壊靭性値 HV:硬度 したがつて、本発明の実施例1によるセラミツクス材料
Aは、従来のアルミナ材料に比べて、高い破壊靭性値を
有することから耐摩耗性が向上された。また、本発明の
セラミツクス材料Aは、セラミツクス材料Bに比べて、
耐摩耗性にやや劣るZnAl2O4 の複合酸化物粒子22が生
成しないことと、破壊靭性値が高いことから、耐摩耗性
がさらに向上された。
【0022】
【発明の効果】本発明は上述のように、焼結体としてα
アルミナ(α-Al2O3)の母相に、亜鉛(Zn)とアルミニ
ウム(Al)を主成分とする針状および/または板状の複
合酸化物粒子を均一に分散させたことにより、高い親水
性を有し水存在下において低摩擦性と低摩耗性を有する
アルミナ系セラミツクス材料が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高親水性・低摩擦セラミツクス材
料の組織図である。
【図2】同セラミツクス材料と従来のアルミナ材料との
摩擦特性を表す線図である。
【図3】同セラミツクス材料におけるZnO・nAl2O3の添加
量と強度との関係を表す線図である。
【図4】同セラミツクス材料におけるZnO・nAl2O3粒子の
アスペクト比と強度との関係を表す線図である。
【図5】本発明の第2実施例に係る高親水性・低摩擦セ
ラミツクス材料の組織図である。
【図6】同セラミツクス材料と従来のアルミナ材料との
摩擦特性を表す線図である。
【図7】同セラミツクス材料におけるZnAl2O4 の添加量
と摩擦特性を表す線図である。
【図8】本発明のセラミツクス材料と従来のアルミナ材
料との耐摩耗性を表す線図である。
【図9】本発明のセラミツクス材料と従来のアルミナ材
料との耐摩耗性を表す線図である。
【符号の説明】
20:母相 21:針状(板状)複合酸化物粒子 2
2:スピネル型結晶構造の複合酸化物粒子

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】αアルミナ(α-Al2O3)の母相中に、亜鉛
    (Zn)とアルミニウム(Al)を主成分とする針状および
    /または板状の複合酸化物粒子を均一に分散させたこと
    を特徴とする、高親水性・低摩擦セラミツクス材料。
  2. 【請求項2】前記針状および板状の複合酸化物粒子は、
    主成分の亜鉛(Zn),アルミニウム(Al)を酸化物に換
    算したときの組成比ZnO:Al2O3の平均が1:3以上であ
    る、請求項1に記載の高親水性・低摩擦セラミツクス材
    料。
  3. 【請求項3】前記針状の複合酸化物粒子のアスペクト比
    は3以上である、請求項1に記載の高親水性・低摩擦セ
    ラミツクス材料。
  4. 【請求項4】αアルミナ(α-Al2O3)の母相中に、亜鉛
    (Zn)とアルミニウム(Al)を主成分とする針状および
    /または板状の複合酸化物粒子と、ZnAl2O4 のスピネル
    型結晶構造を有する複合酸化物粒子とを均一に分散させ
    たことを特徴とする、高親水性・低摩擦セラミツクス材
    料。
  5. 【請求項5】前記ZnAl2O4 のスピネル型結晶構造を有す
    る複合酸化物粒子の含有率は30wt%以下である、請求
    項4に記載の高親水性・低摩擦セラミツクス材料。
  6. 【請求項6】前記セラミツクス材料は水存在下において
    使用される、請求項1,4に記載の高親水性・低摩擦セ
    ラミツクス材料。
JP9228834A 1997-08-11 1997-08-11 高親水性・低摩擦セラミツクス材料 Pending JPH1160329A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1006090A1 (en) * 1998-12-01 2000-06-07 Isuzu Ceramics Research Co., Ltd. Highly hydrophilic and low friction ceramic sliding member
JP2006062921A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Kyocera Corp アルミナ・ジルコニア系セラミックスおよびその製法

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EP1006090A1 (en) * 1998-12-01 2000-06-07 Isuzu Ceramics Research Co., Ltd. Highly hydrophilic and low friction ceramic sliding member
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