JPS59137375A - 摺動特性にすぐれた窒化珪素質焼結体 - Google Patents

摺動特性にすぐれた窒化珪素質焼結体

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JPS59137375A
JPS59137375A JP1115383A JP1115383A JPS59137375A JP S59137375 A JPS59137375 A JP S59137375A JP 1115383 A JP1115383 A JP 1115383A JP 1115383 A JP1115383 A JP 1115383A JP S59137375 A JPS59137375 A JP S59137375A
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JP
Japan
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silicon nitride
sintered body
surface layer
base
sliding properties
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Pending
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JP1115383A
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Inventor
西尾 賢一
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は窒化■」素質焼結体の改良にがかる0のである
。窒化珪素焼結体(、1耐熱性、高強度であり、かつ、
耐摩耗性に優れた411′:1として注「1されている
。、しかし、金属等と開動させた場合、窒化珪素焼結体
自体の摩耗は少ないが、相手祠への攻撃性が高く、相手
月を人ぎく摩耗J−るという欠点がある。
本発明は、かかる窒化珪素v1焼結体のもつ摺動特性を
改善し、高耐熱性、高強度の(まかに摺動特性の優れた
窒化珪素′d焼結体を提供りるものである.。
?Iなわら、本発明の摺動特性に優れた窒化珪素質焼結
体は、窒化珪素を主体ど1る窒化珪素質焼結体よりなる
基部と、該基部と一体的に焼結さ4′1た1回動iff
iを形成づる窒化硼M2巾呈%以上を含む窒化珪素′l
t焼結体よりなる表層部ど【{14成されていることを
特徴とづるムので・゛ある。
本発明の窒化珪素粉末れ1j体を構成力る基部は従来の
窒化珪素質焼結体そのものど同一である。本発明の窒化
11累貿焼結体は従来の窒化11累貿焼結体に摺動特性
の擾れた表層部を形成したしのである。したがって、基
部は従来と同様に窒化珪素粉末J3よび焼結助剤を含む
原わ1粉末を成形焼結したものである。
本発明の特色を成1表層部は、窒化硼素を2重量%以−
[含む窒化珪素741焼結体で474成され−(いる。
この表層811は窒化硼素が2中111%以上含まれ(
いるために、窒化laI素のもつ優れた回動¥j性が発
揮され、本発明の窒化珪素質焼結体の摺動特性は飛躍的
に向上リ−4)。なお、この表層部の優れた摺動特性は
窒化(醐素のもつ自己潤滑性に基づくbのと考えられる
。
表層部中の窒化硼素の配合■は、2〜64τロ量%が好
ましい。窒化硼素の配合割合が増大づるはど摺動特性、
例えば摩擦係数とか相手拐に対勺る攻撃性は小さくなる
。しかし、逆に表層部の機械的t!l?4、例えば強度
等は低下ηる。この表層部(、L窒化珪素がマトリック
を形成し、窒化硼素が海に浮かISS島状に窒化珪素マ
トリックス中に分散している構造をもつものが好ましい
。なJ′3、表層部を構成Jる2重量%以」−の窒1L
園素を含む窒化珪素質焼結体どして(,1、基部と同様
に、窒化珪素粉末、窒化IIan素粉末おJ:び焼結助
剤を含む原わ1粉末を焼結して1[Iられる3゜ 本発明の窒化珪素質焼結体では−に記した基部と表層部
とが一体的に曽1枯されCいる。ぞして、基部は十とし
く窒化珪素質焼結体の1幾械的強曵を受りもち、表層部
は主として周動’li’i性を受りもつものである。基
部と表層部(は、その主要成分がともに窒化珪素である
ことから両者の親fil l!1.g tまlり<、表
層部が基部にり剥離する等の恐れ(,1少ない。なa′
3、表層部の厚さは比較的薄いしので良い。実用的には
0.01〜3mm程度が適当である。表層部が薄い場合
には表層部の厚耗により優れた摺動特性が失われる。逆
に表層部が厚いと開動特性は艮+111に渡り肩1持で
きるが、焼結体どじでの(幾械的強度が低下する、。
本発明の窒化珪素質焼結体を装造り−る方法は、従来の
窒化■」素質焼結体の製造方法と基本的に同一である。
F!体的には、従来ど同様に窒化珪素質焼結体の原料粉
末を所定の形状に成形し、その成形体の、優れた摺動1
h性を必要とりる表面に窒化硼素2中徂%Jメ上を含む
原料粉末のスラリーを刷毛等で塗りつ(ノ、一定厚さの
未焼結の表層部を形成りる。この成形体を従来の窒化珪
素の成形体と同様に焼結し、基部と表層部とを同時に焼
結(J、本発明の窒化珪素T(焼結体を1↓するもので
ある。
窒化珪素質焼結体の原料粉末には、優れlζ焼結助剤と
して知られでいるアルミナマクネシアスビネル(、M(
toΔl  203>、イツ1〜リア<Yz03)とマ
グネシア’ (MgO) a>よびアルミナ(AI  
203)笠を添加づることかできる。また、窒化珪素粉
末、焼結助剤粉末は共に粒径が細か(・)れば細かい稈
曖れた焼結体が得られる12表層部を作る原料粉末につ
いても、上記基部を4M成する原1’1粉末とほぼ同一
で、基部をつくる原料粉末に窒1ヒ(11素を配合した
もので゛ある。なお、窒化■累の2:S+径は0.2μ
〜2μ稈度が好ましい、g:iζ、基部の成形方法につ
いC−は、スリップ−1−17スフインク、樹脂を)R
合して可塑性をノjえた原料をq1出成形、押出成形を
しC一定形状のものを成形し、次いで脱脂する方法、金
型内で原料粉末をプレスして圧密体と<Jる方法等を採
用ぐきる。また、比較的厚い表層部を必要とりる場合に
ついては、基部と41−る成形体と表層部となる成形体
を別々に成形し、両者を合わUで最終的な成形体を$7
.髪成りることができる。1また、成形体を液体を通さ
ないフィルム等で包み、アイソスタティックプレ299
0強圧し、均等に基部と表層部とを一体的に圧縮するこ
とら非常に好J、しい方法である。
焼結系1′1は従来の窒化珪素質焼結体の焼結条件と同
様である。りなわら、焼成温度としては1650゛C〜
1800℃、窒素ガス雰囲気化で焼結づることがて′き
る。
以下、実験例を承り。
1i均’A:<1径0.8ミク1]ンの窒化珪素粉末9
2重帛%にり・1して、焼結助剤としくマグネシアアル
ミノスピネル(平均粒径1ミクロン〉を2重量%とイツ
トリア粉末(平均粒径1ミク[Jン)2重世%とをプラ
スチック製ボールミル中でアルコールを加えて湿式混合
した。最後にご3%のポリビニルアルコールを含む水溶
液を添加し、スプレードライア−により乾燥して顆粒状
としIこ。これを金型ブレスにて角棒の形状に成形し、
基部成形体とした。
この基部成形体に、」二記した同じ原料粉末に窒化)州
素粉末を2〜64重量%配合した混合粉末を、上記と同
様に■デルアルコールを含む湿式混合し、また、3%ポ
リビニルノ1ル:J−ル水溶液を添加しく゛スラリー状
どした。このスラリーを用い(,1−開基部成形体の表
面に刷毛塗りし、その後乾燥さけ、さらに刷毛塗り、乾
燥を繰り返し、その厚さが0.5mmになるまで刷毛塗
りを行なった。このようにして表層部成形体を基部成形
体の表面に形成した。その後、この成形体をゴム袋に包
み水中に沈め、800 It(1/ cm 2の水圧を
均等にイ」加した。
次に、この圧密化された成形体を1750’CC4時間
9気圧の窒素雰囲気中で焼成した。1!lられた焼結体
は角棒の形状をもつものであった3、この焼結体を用い
てブロック形状の摩耗試験1)を製イ′[シI、:。ま
た、摩耗試験の相手材としては軸受鋼で作られた外径/
10mm、内径35mm、厚さ6+11111のリング
を使用した。試験条件は、相手材を1分間180回転で
回転させ、その上側側面に荷重180 kqC上記した
焼結体製の摩耗試験片を押し′=〕す、モータオイル潤
滑油(商標名キトツスル副イル10w / 30 )を
使用した潤滑17粍で111.l1間の1.、 F W
原振試験をおこなった3、このIFW<回転りる円筒の
側面に、回転す111に対し直角に角状ゾ[1ツクの側
面を押f」け、滑り摩擦を行なう)摩耗試験にJ、って
測定された結果を第1表に承り。第1表より、窒化硼素
を2重量%以ト含む表層部をもつ焼結体は、淳1察係数
が低く、しかも相手(A−(あるリングのIIf!耗吊
が非常に少ないことが認められる。まlζ、この摩擦係
数、相手材の摩耗量は窒化硼素か増えるにつれ、低くか
つ少なくなりその特性【ユ良好となる。
なJ3、上記の摩耗試験とともに/l 1lInlを 
j〃どりる断面、良さ3Q、mlnの角柱状の形状をも
つ曲げ拭動i )’+を作成し、スパン20 mm、荷
at度0 、 !i mm/minの条+’l <−3
点曲げ試験を7うなった。その結束を同じく第1表に合
わけて示゛す、1曲げ強度は、表層部にお(Jる窒化硼
素の配合串の増大にJ、す、若干強度の低下が認められ
るが、人きな低下は’、’K < 、はぼ窒化口糸7i
焼結体と同稈1σの曲(J強度をイjりることが認めら
れる。
表層部の厚さに対−りる影響を見るために、上記と全く
同一の方法で表層部の厚さを0.05”−5nilηの
範囲で変えた焼結体をM造した3、なd5、表層nli
の19さが211n+を越えるものに−)い−では表層
部成形体を金型プレスで圧縮成形したものを用いた。
なd3、この実験では表層部の窒化硼素の配合割合は1
6重量%どした。これらの成形体を前と同しh法で成形
し、焼結し、さらに同様に摩1察淳耗試験、曲げ試験を
実施した。・ぞの結果を第2表に示Jo摩耗試験によっ
て、摺動層の厚さが0.05mmのもの(No、8)が
、ぞの摺動面に基部露出lノでいるのが観察された。で
の他のものはリペて表層部でIG(粍がJ3こなわれて
いl、:。1習動而に基部がでたNo、8の試A′31
についでは、摩擦係数、1りr耗早としに高いが、表層
部で18動が行なわれたNO,9へ・NO,1/lの試
わ1はIf I*ご係数が0.03〜0.0/I、相手
攻撃性を示すリング摩耗■GJ 0 。
7〜0.8mg、)]」ツク1q耗吊は0.8〜0.9
ミク1]ンであった。一方曲げ強度は摺動層厚さの増加
とともに若干曲げ強度が低くなっている。18動層のJ
jPさが5mmのものは20 kg、/ mm ?と非
常に低下し−Cいるのがわかる。この結果、t、す1躍
動層の厚さ【10.05〜3mmが適当であるJとが明
らかになった。
特π1出願人  1ヘヨタ自動車株式会社代理人  弁
理士  大川 宏 同   弁理上  評容 修 同   弁理」−丸山明大 38

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)窒化珪素を主体どづ−る窒化珪素τ′1焼結体よ
    りイ劣る基部と、該基部と一体的に焼結された1習動而
    を形成Jる窒化硼素2千m%を含む窒化珪素質焼結体よ
    りイ劣る表層部とで構成されでいることを特徴とする1
    M動特性に1ぐれた窒化珪素質焼結体。 〈2)表層部のWさは0.01−3mmであるqjj許
    請求の範囲第1項記載の焼結体、。 (33)表層部中に含まれる窒化硼素の2111合は2
    −6/1重量%である特許請求の範囲第1拍記載の焼結
    体。
JP1115383A 1983-01-25 1983-01-25 摺動特性にすぐれた窒化珪素質焼結体 Pending JPS59137375A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6071581A (ja) * 1983-09-29 1985-04-23 工業技術院長 耐熱耐摺動損傷無機系構造材料
JPS6432003A (en) * 1987-07-28 1989-02-02 Mazda Motor Apex seal of rotary piston engine and manufacture thereof
JPH01157487A (ja) * 1987-12-11 1989-06-20 Koransha Co Ltd 窒化物系複合セラミックス
JPH05221756A (ja) * 1992-02-05 1993-08-31 Hitachi Ltd 摺動用セラミックス材及びその製造方法と用途

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