JPS638262A - 炭化珪素焼結体からなる摺動部材およびその製造方法 - Google Patents

炭化珪素焼結体からなる摺動部材およびその製造方法

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JPS638262A
JPS638262A JP61150124A JP15012486A JPS638262A JP S638262 A JPS638262 A JP S638262A JP 61150124 A JP61150124 A JP 61150124A JP 15012486 A JP15012486 A JP 15012486A JP S638262 A JPS638262 A JP S638262A
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JP
Japan
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silicon carbide
weight
sliding member
temperature
sintered body
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JP61150124A
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English (en)
Inventor
衣笠 比佐志
向江 伸人
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Nippon Pillar Packing Co Ltd
Original Assignee
Nippon Pillar Packing Co Ltd
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は耐熱性、耐摩耗性及び耐腐食性等に優れた特性
を有し、耐熱高温材料及び軸封部の封止用摺動材料とし
て期待される超緻密化した炭化珪素焼結体からなる摺動
部材およびその製造方法に関する。
(従来の技術) 炭化珪素焼結体は耐熱性、耐摩耗性及び耐腐食性等に優
れた特性を有し、したがって、高温かつ高応力の条件が
要求される例えばガスタービンの摺動構成部材として、
また摩耗量が小さく、高い熱伝導率を要求される例えば
軸受やメカニカルシール等の摺動部材として活用される
。
炭化珪素焼結体からなる摺動部材は炭化珪素に焼結助材
としてホウ素及び炭素を添加してなる組成物を不活性雰
囲気中において、2000℃以上の高温かつ常圧で焼結
する常圧焼結法によって得られる。
しかし、常圧焼結法では気孔や不純物(主として焼結剤
)が粒界に偏析することから、その特性は、曲げ強度が
40〜80Kg/ m rrI′、密度が95% 〜9
8χ、熱伝導率が0.2 ca文/cues番℃程度に
制限される。
しかし、この程度の曲げ強度では、少なくとも70Kg
/mゴの曲げ強度を要求されるガスタービン摺動構成部
材のような熱機関部品として強度的に不満足である。ま
た、メカニカルシールや軸受等の摺動部材において、耐
摩耗性とともに要求される熱伝導率の点でも、炭化珪素
の単結晶が高い熱伝導率1.2 cal/c鳳・S・℃
を有しているにもかかわらず、気孔や不純物及び粒界等
が熱伝導をつかさどる格子振動の伝搬を妨げることによ
り前述の値に低下する。しかも、巨大粒成長にともない
耐摩耗性の低下を招くおそれがある。
したがって、炭化珪素焼結体の強度、v、度、熱伝導率
、耐摩耗性等の向上を図るために、高温加圧焼結法が奨
拘られるけれども、この方法は生産性に劣り大量生産に
適しない、また焼結体の形状に制約をうけるため、例え
ばガスタービンロータのような羽根部を有する複雑な形
状の焼結体を得ることが困難である。
そこで、HIP処理(熱間静水圧プレス法)により高強
度、高密度及び高熱伝導率を有し、かつ耐摩耗性に優れ
た焼結体を得る技術が特開昭80−255672号公報
により提案された。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、前記従来の旧P処理では1850〜2000℃
の温度で!00気圧以上の処理条件が要求される。
このような高温を要求される)IIP %理では、極め
て高い高温強度を有するHIP処理炉が必要であり、処
理装置の価格が高価格化する。
また、2000℃付近の高温領誠の温度測定には、高価
なWRe系の熱電対が用いられるけれども、熱劣化が激
しく数サイクル程度の使用で使用不能になり、それにと
もなうトラブルやメンテナンス上の弊害を招き1元来、
比較的高いとされているHIP処理のランニングコスト
をさらに高める要因になっている。
そのために、炭化珪素焼結体の旧P処理を可及的低温で
行うことが要請されるけれども、焼結助材としてホウ素
や炭素系のものを用いる場合は、拡散クリープによって
緻密化されるところから。
1850℃以上、好ましくは2000℃以上の高温で処
理せざるを得ない。
本発明者らは、前記従来技術の背景に鑑み鋭意研究の結
果、炭化珪素にホウ素、アルミニウム又はアルミニウム
化合物及び非結合炭素とからなる焼結助剤を添加した混
合物からなる組成を一定組成範囲とするとともに、これ
らを一定温度範囲において前焼成することで、密度95
%以上の炭化珪素前焼成体を得たのち、この炭化珪素前
焼成体を1650〜1850℃未満の低温領域で100
0気圧以上の圧力を加えて、HIP処理することにより
、相対密度100%に近い超微密化した高強度な炭化珪
素焼結体からなる摺動部材が得られることを見出した。
(問題点を解決するための手段) 本発明に係る炭化珪素焼結体からなる摺動部材では、炭
化珪素に0.03〜4重量2のホウ素、 O,OS〜2
重量工のアルミニウム又はアルミニウム化合物及び0.
5〜15重量2の非結合炭素を添加した混合物からなる
成形体を焼結させ、さらに)IIP処理したことを要旨
とする炭化珪素焼結体からなる摺動部材であり、アルミ
ニウム又はアルミニウム化合物を添加することによって
、低温)11P処理を可能とならしめこれによって相対
密度tooxに近い超′/&密化した摺動部材が得られ
る。
また、本発明に係る炭化珪素焼結体の製造方法は、炭化
珪素に0.03〜4重量tのホウ素、 0.05〜2重
量2のアルミニウム又はアルミニウム化合物及び0.5
〜15重量2の非結合炭素を添加した混合物からなる成
形体を形成し、この成形体を不活性雰囲気中1750〜
1850℃の温度で前焼成体密度が952以上になるよ
うに前焼成し、その後不活性雰囲気中1650〜185
0度未満の温度と1000気圧以上の圧力でHIP処理
するようにしている。
(作 用) 本発明においては、炭化珪素粒内へのアルミニウム又は
アルミニウム化合物の固溶拡散と、1000気圧以上の
高圧力によって拡散クリープが促進され、低温HIP処
理にもかかわらず相対密度が1002に近い超微密化し
た高強度の炭化珪素焼結体からなる摺動部材が得られる
。
(実施例) 平均粒径IJL11以下のα型もしくIよβ型炭イヒ珪
素の微粉末を原料として、この原料に対し焼結助剤とし
てのホウ素を0.03〜4重量2 (好まし゛〈1士0
o05〜0.15重量%)、アルミニウム又はアルミニ
ウム化合物を0.05〜2重量2 (好ましくは0.1
〜0.5重量2)及び非結合炭素を0.5〜15重量2
の範囲の量だけ添加し、充分に混合して成形用原料を得
る。
しかるのち、この原料をプレス成形し、この成形体を不
活性雰囲気(例えばアルゴン雰囲気)中で下記第1表に
示す前焼成温度で前焼成した。つづいて、前焼成によっ
て得た前焼成体を不活性雰囲気(例えばアルゴン雰囲気
)中で第1表に示す)+IP処理条件にてHIP処理を
行い、第1表に示すNo、l〜No、11及びNo、1
5の試料を得、さらに焼結助剤としてA文を添加しない
比較試料、つまり従来技術の試料をNo、12〜No、
14に示す。
(以下余白) 前記第1表において、試料No、2.No、3.Na4
.No。
10、No、11及びNo、15は本発明範囲内のもの
で)IIP処理として1000気圧以上、温度が185
0℃未満の低温でも相対密度が10ozに近い超高密度
焼結体が得られ、曲げ強度も70Kg/mrn’以上を
確保した。
これに比べて、試料No、1.No、8.No、+2で
示す比較品の如< HIP処理温度を1850℃以上(
特に1900℃〜2000℃)の高温にした場合、異常
な粒子成長が見られ、さらにA文を焼結助剤として添加
しない従来技術の試料No、12〜No、 14におい
ては。
HIP処理条件として、2000気圧、1900℃以上
の温度にしないと密度があがらず、試料No、+2では
、粒子成長が見られ、逆に試料No、14の如く、18
50℃では、!&密化が不足していることが確認された
。
さらに、試料N006〜N008の比較品では、1(I
P処理条件として、圧力を1000気圧未満(300気
圧)にした場合、相対密度が低下する傾向にあり好まし
くない、また、試料No、5の比較品のように、HIP
処理条件として温度を1650℃を下回る場合も、相対
密度の低下が認められた。
第1図はHIP返理温度と)IIP処理後の密度との関
係を試料N001〜No、5 、 No、6〜No、8
及びNo、12〜No、14のそれぞれについて示して
いる。同図において1本発明範囲内の試料Nc+、2.
No、3 、No、4は1700℃〜1850℃の低温
領域において、相対密度100tに近い値を得ることが
判る。
さらに、第2表に本発明により製造された炭化珪素焼結
体からなる摺動部材をメカニカルシールのシールリング
としてテストした結果を示す。
(以下余白) 前記第2表において熱伝導率が従来の2〜3倍に向上し
、かつ粒界強度が向上した結果優れた摺動特性を有する
ことが明らかとなった。
炭化珪素焼結体は、へき開性の強い結晶であるから、従
来の常圧焼結法によって得た炭化珪素焼結体をメカニカ
ルシールの摺動部材として用いた場合、しばしば摺動面
に雲母のような薄片状の摩耗脱落を認め、摺動という熱
剪断応力によって炭化珪素焼結体粒子のへき開摩耗を生
じることが明らかであり、特に常圧焼結法によって得た
炭化珪素焼結体の異常粒成長組織の場合、その現象が最
も著しい。
しかし、本発明に係るHIP処理を施した炭化珪素焼結
体からなる摺動部材をメカニカルシールに用いた場合、
自らは勿論、相手材である焼結カーボンをもS耗させな
い、また摺動トルクが従来に比べて低く、しかも非常に
安定である等、優れた特性を示す。
一方、HIP処理された炭化珪素焼結体からなる摺動部
材でも、巨大粒成長した場合1強度低下が認められるけ
れども、この炭化珪素焼結体からなる摺動部材をメカニ
カルシールに使用した場合、従来の常圧焼結法によって
得た炭化珪素焼結体の場合のような摺動性衡の低下を認
めない。
この事実は、HIP処理によって熱伝導性が向上すると
ともに、粒界隙間が狭められることによって、粒界強度
が向上し、粒子のへき開摩耗が抑制されるためと考えら
れる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、焼結助剤として
所定量のホウ素及び非結合炭素の他にアルミニウム又は
アルミニウム化合物を添加混合した成形体を形成し、こ
の形成体を不活性雰囲気中1750〜1850℃の温度
で前焼成体密度が95z以上になるように前焼成し、そ
の後不活性雰囲気中に1650〜1850℃未満の温度
と1000気圧以上の圧力で)II’P処理するように
製造されて、得られた摺動部材は、炭化珪素粒内へのア
ルミニウム又はアルミニウム化合物の固溶拡散と、10
00気圧以上の高圧力によって拡散クリープが促進され
るから、低温処理であるのにもかかわらず、超!lkS
化した高強度な特性と、高い熱伝導率及び優れた摺動特
性を有する炭化珪素焼結体からなる摺動部材を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は旧P処理温度と)IIP処理後の密度との関係
を示すグラフである。 特許出願人    日木ピラー工業株式会社代 理 人
    弁理士  鈴江 孝−の 手続補正書 1、 事件の表示 特願昭61−150124号 2、 発明の名称 炭化珪素焼結体からなる摺動部材およびその製造方法3
、 補正をする者 事件との関係    特許出願人 日本ピラー工業株式会社 4、 代理人 住所  大阪市北区神山町8番1号 梅田辰已ビル明細
書の特許請求の範囲の欄および図面(1) 明細書の特
許請求の範囲の欄の記載を別のと差し替える。 以上 特許請求の範囲 (1) 炭化珪素に0.03〜4重量2のホウ素。 0.05〜2重量%のアルミニウム又はアルミニウム化
合物及び0.5〜15重量2の非結合炭素を添加した混
合物からなる成形体を焼結させ、さらに)IIP処理し
たことを特徴とする炭化珪素焼結体からなる摺動部材。 (2) 炭化珪素に0.03〜4重Mzのホウ素。 0.05〜2重量%のアルミニウム又はアルミニウム化
合物及び0.5〜15重量2の非結合炭素を添加した混
合物からなる成形体を形成し、この成形体を不活性雰囲
気中1750〜1950  ℃の温度で前焼成体密度が
95X以上になるように前焼成し、その後不活性雰囲気
中1850−1850℃未満の温度と1000気圧以上
の圧力でHIP処理することを特徴とする炭化珪素焼結
体からなる摺動部材の製造方法。 8      の

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭化珪素に0.03〜4重量%のホウ素、0.0
    5〜2重量%のアルミニウム又はアルミニウム化合物及
    び0.5〜15重量%の非結合炭素を添加した混合物か
    らなる成形体を焼結させ、さらにHIP処理したことを
    特徴とする炭化珪素焼結体からなる摺動部材。
  2. (2)炭化珪素に0.03〜4重量%のホウ素、0.0
    5〜2重量%のアルミニウム又はアルミニウム化合物及
    び0.5〜15重量%の非結合炭素を添加した混合物か
    らなる成形体を形成し、この成形体を不活性雰囲気中1
    750〜950℃の温度で前焼成体密度が95%以上に
    なるように前焼成し、その後不活性雰囲気中1650〜
    1850℃未満の温度と1000気圧以上の圧力でHI
    P処理することを特徴とする炭化珪素焼結体からなる摺
    動部材の製造方法。
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