JP2002338358A

JP2002338358A - 炭化珪素焼結部品並びにその炭化珪素焼結部品を用いたメカニカルシール及びその製造方法

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Publication number: JP2002338358A
Application number: JP2001154399A
Authority: JP
Inventors: Akira Kani; 明可児
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: JP4417584B2

Abstract

(57)【要約】【課題】炭化珪素の結晶組織の改良により耐摩耗性と
耐食性向上させた上で摺動面の摩擦係数を低減する炭化
珪素焼結部品を得ることにある。【解決手段】二種の粉末の炭化珪素を焼結して結晶粒
の大きさを０．０１０から０．０３０ｍｍの範囲の結晶
組織に形成すると共に、この結晶粒界の間に沿って黒鉛
結晶層を形成するものある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素焼結部品
並びにその部品を用いるメカニカルシール及びその製造
方法に係わるものである。更に詳しくは、摩擦抵抗の小
さい摺動部品、耐食部品、耐摩耗部品と成る炭化珪素焼
結部品と、その炭化珪素焼結部品の密封環を設けたメカ
ニカルシールと、炭化珪素の微粉末と大粉末と黒鉛とを
配合して造られた炭化珪素の結晶粒界の間に黒鉛が介在
する結晶組織であって、耐食性と低摩擦とを発揮する炭
化珪素焼結部品の製造方法の技術分野に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】本発明の炭化珪素焼結部品の先行技術と
して、特公平５−６９０６６号公報（対応する米国特許
第５，０８０，３７８号明細書も存在する）が存在す
る。この米国特許明細書及び図面には、図５に示すメカ
ニカルシールが開示されている。

【０００３】図５はポンプ及び冷凍機などに用いられて
いるメカニカルシール１００の半断面図である。図５に
於いて、回転軸１３０とケーシング１４０との間にはメ
カニカルシール１００が配置されている。そして、この
メカニカルシール１００は、ポンプ又は冷凍機などに用
いられて水などの液体をシールするものである。

【０００４】メカニカルシール１００は、多孔質炭化珪
素焼結製のシールリング１０１が回転軸１３０に嵌合し
ている。この回転環１０１には、側面にシール面１０２
が設けられている。更に、回転環１０１における内径面
の段部１０３には、回転軸１３０との間をシールするた
めにパッキング１２０Ａ、１２０Ｂが設けられている。
このパッキング１２０Ａ、１２０Ｂは、押えリング１
０５により押さえられて回転軸１３０と回転環１０１と
の間をシールする。更に、ソケットねじ１０８により回
転軸１３０に固定された支持リング１０９は、ばね装置
１０６を支持すると共に、ばね装置１０６を介して押さ
えリング１０５を弾発に支持している。

【０００５】又、シール面１０２と密接摺動する対向シ
ール面１１１が、固定リング１１０に設けられている。
この固定リング１１０は、ケーシング１４０に於ける回
転軸１３０が貫通する孔に、Ｏリング１１５、１１５を
介して、固着されている。この固定リング１１０の材質
はカーボンである。この様に構成された従来のメカニカ
ルシール１００は、シールリング１０１と固定リング１
１０との密接により高圧Ｐ１側と低圧Ｐ２側とをシール
する。このシールリング１０１は、球状をした平均気孔
径が０．０１０から０．０４０ｍｍの気孔が結晶組織内
に点在して摺動特性を改良した炭化珪素焼結体である。

【０００６】次に、この先行技術には、炭化珪素焼結体
についての技術も開示されている。この摺動面に有する
気孔は、焼結前にポリスチレンビーズを添加し、仮焼結
時に分解・昇華して気孔を形成するものであるから、結
晶粒内に気孔が点在する欠点を有し、又、焼結によりポ
リスチレンビーズを分解するものであるから、焼結部品
の摺動リングとして強度に問題がある、

【０００７】この先行技術に開示されている気孔径と気
孔率は、炭化珪素焼結体自身の機能を向上させる特性に
基づく数字から形成されたものではない。この気孔径
０．０１０〜０．０４０ｍｍの限定は、０．０１０ｍｍ
の下限が、起動時に於いて気孔内に浸透している潤滑液
が外表面に短時間にはみ出す目安であり、０．０４０ｍ
ｍの上限が、貫通気孔による漏洩を無くする範囲から決
められたものであり、更には、相手の摺動密封環がカー
ボンの場合には、弱いカーボンを炭化珪素焼結体の気孔
径により荒削りさせない範囲から決められたものであ
り、その根拠が炭化珪素の配合粉末の大きさや、材質と
はあまり関係しない技術である。従って、摺動部品特有
の炭化珪素の配合割合から生起する機能とか、焼結温度
によってもたらされるとかの技術的根拠から決められた
ものではなく、潤滑油の点から決められた技術である。

【０００８】又、気孔率についても、油溜まりとしての
作用が生起すると思われる程度の大きさであって、しか
も、連続気孔になっていない独立気孔として存在する範
囲であることが必要であるとして、この数字が決められ
ている。つまり、気孔率が３ｖｏｌ％未満では、油溜ま
りの潤滑効果が見られないとしており、又、気孔率が１
３％を越えると強度の大幅な低下を来すと共に、液漏れ
の原因となる連続気孔に形成される可能性が強いとする
ものである。実際に、仮焼き工程中に樹脂粉末を分解消
滅する方法は、気孔の形状を球形にして、しかも、独立
気孔にすることは圧縮成形が伴うので困難である。

【０００９】更に、この先行技術の製法に於いても、、
多孔質炭化珪素としての気孔の形成は、粒子径が０．０
２０ｍｍ前後のポリスチレンビーズを添加し、このポリ
スチレンビーズにより焼結中に気孔を形成するものであ
る。このポリスチレンビーズは粒子径が０．０２０ｍｍ
と大きいのに対し、母材の炭化珪素粒子は０．０００４
５ｍｍと小さく、成形上問題を惹起する。又、この炭化
珪素粉末は全体が微粉末であるから、コスト高になる問
題がある。更には、この様にして形成される気孔の存在
は、炭化珪素焼結体の強度を低下させることにる。更
に、炭化珪素粉末にこの粉末より大きい粉末粒子径のポ
リスチレンビーズを混入するために、粉末圧縮成形にお
いて品質が不安定になる問題が存在し、更に、ポリスチ
レンビーズを分解・昇華させるために仮焼結工程等が増
加してコストが増加する問題がある。

【００１０】更に、他の先行技術として、例えば、特開
昭５９−１０２８７２号公報が存在する。この炭化珪素
・黒鉛複合焼結体は、０．０００８ｍｍ以下の微細な炭
化珪素粉末に、微細なカーボン粉末を配合して焼結する
ものである。この炭化珪素粉末の大きさは従来技術と何
ら相違しない微粉末である。又、カーボンブラックは焼
結助剤として配合される粉末径の大きさであり、その作
用効果も従来知られている範囲である。従来と相違する
点は配合量であるから、このカーボンブラックの添加
は、潤滑作用を発揮させるものである。ただ、炭化珪素
の結晶を改善せずにカーボンブラックにより潤滑効果を
発揮させようとすると界面からの破壊の問題が惹起す
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、先行
技術の炭化珪素焼結体は、摺動時の摩擦を気孔に含油さ
せた潤滑油が摺動時の摩擦熱で容易に滲み出させて低減
するものである。又、黒鉛を結晶粒界の間に介在させる
のみでは破壊や腐食の問題が解決しない。このため、摺
動面における過酷な挙動状態では、多くの問題が惹起す
る。例えば、摺動面の摩擦熱により発生する熱応力によ
り疲労破壊の問題、更に、摺動面の摩擦熱による潤滑油
の爆裂反応による破損の問題、更に又、摺動面の高温に
伴う腐食の問題等が惹起する。

【００１２】更に、炭化珪素焼結自体の機能に於いて
も、炭化珪素焼結部品の気孔を炭化珪素の粉末にポリス
チレンビーズを添加し、仮焼結時に消滅させて形成させ
るものにあっては、潤滑油を保持するために、単に気孔
を形成させる手段に過ぎないから、外部、使用環境条件
による耐酸性、耐熱性、耐食性、そして、強度向上を期
待することは困難である。特に、高温の過酷な条件に於
ける摩擦係数の低減や、耐食性を従来の技術に期待する
ことは困難である。

【００１３】本発明は上述のような問題点に鑑み成され
たものであって、発明が解決しようとする課題は、炭化
珪素焼結部品の耐食性を向上させると共に、摩擦係数を
低減して耐摩耗性を向上させることにある。同時に、炭
化珪素焼結部品の強度を向上させることにある。更に、
多孔質の炭化珪素焼結部品に構成しても強度が低下しな
いようにして耐熱部品、或いは耐酸化性部品、又は、耐
食性部品として利用できるようにすることにある。そし
て、具体的な用途として、メカニカルシールの回転用及
び固定用密封環として採用できるようにすることにあ
る。更には、その炭化珪素焼結部品の製造方法を得るこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
技術的課題を解決するために成されたものであって、そ
の解決するための手段は、以下のように構成されてい
る。

【００１５】請求項１に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品は、炭化珪素結晶粒の平均径が０．０１０ｍｍから
０．０３０ｍｍに形成された結晶粒界の間に結晶粒平均
径が０．００５から０．０５０ｍｍの大きさの黒鉛を面
積比で２から１５％含有するものである。

【００１６】請求項１に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品では、炭化珪素結晶粒の平均径が０．０１０ｍｍから
０．０３０ｍｍで前記結晶粒界の間に結晶粒平均径が
０．００５から０．０５０ｍｍの大きさの黒鉛を面積比
で２から１５％含有する結晶組織に形成されている。こ
のため、従来の結晶粒径よりも大きい結晶粒径を持つ焼
結組織として、単位面積あたりの結晶粒の粒界長さが短
く構成される。従って、結晶粒界の腐食が少なく、高温
高圧の熱水又はアンモニア水であっても耐食性を発揮す
ることが期待できる。更に、炭化珪素の大粉末の結晶粒
は、焼結組織の中にあって結晶が粗大化せず強靱性を発
揮する

【００１７】請求項２に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品は、平均粒径が０．０００３から０．０００９ｍｍの
大きさの炭化珪素微粉末を８０から９５重量％と、平均
粒径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大きさの炭化珪
素大粉末を５から２０重量％との配合割合から形成され
る炭化珪素結晶粒の平均径が０．０１０ｍｍから０．０
３０ｍｍの結晶粒界の間に結晶粒平均径が０．００５か
ら０．０５０ｍｍの大きさの黒鉛を面積比で２から１５
％含有するものである。

【００１８】請求項２に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品では、平均粒径が０．０００３から０．０００９ｍｍ
の大きさの炭化珪素微粉末が８０から９５重量％に対
し、平均粒径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大きさ
の炭化珪素大粉末が５から２０重量％の配合割合に構成
されている。このため、大粉末の粒子径は、粉砕工程が
少ないためにほぼ均一に形成される。更に、粒子径が大
きいほど比面積が小さくなるから、これに付着する焼結
助剤の量も少なくなる。その結果、大粉末に付着する焼
結助剤の濃度も低濃度となり、焼結の際の拡散が抑制さ
れて結晶粒子の成長が粗大化することもないので強靱さ
を発揮する。

【００１９】これに対し、相対に粒子径の小さい炭化珪
素微粉末は、比面積が大きいため、これに付着する焼結
助剤の量も多くなる。このために０．０００３から０．
０００９ｍｍの炭化珪素微粉末は、付着する焼結助剤の
濃度が高濃度になるので、大粉末に比べて結晶粒が拡散
し成長する。このため結晶組織により耐食性を発揮す
る。しかし、黒鉛は微粉末と混合しているから結晶粒が
粗大化するのは、黒鉛により適度に抑制される。

【００２０】この炭化珪素の二つの組合せの結晶組織に
より耐食性を発揮する。一方、第３の粉末として黒鉛が
炭化珪素結晶粒界の間に介在するので、結晶粒界の谷間
に沿って黒鉛が微細で均一に結晶として結合する。その
結果、炭化珪素の結晶粒による強度、耐摩耗の向上と共
に、耐食性が発揮される。同時に、介在する黒鉛により
潤滑効果を長期に渡り発揮する。そして、過酷な条件、
例えば高温高圧の蒸気雰囲気中でも、強度が低下するこ
ともなく、耐食性を発揮する。

【００２１】請求項３に係わる本発明のメカニカルシー
ルは、炭化珪素焼結部品が固定密封環又は回転密封環と
して有するものである。

【００２２】請求項３に係わる本発明のメカニカルシー
ルでは、炭化珪素焼結部品の固定用密封環と回転用密封
環は、強度が付与されて、摺動中に摺動面が摩耗や損傷
するのを防止する。更に、炭化珪素大粉末が結晶した結
晶間に微粉末の結晶が成長して介在し、同時に、この結
晶粒界に微細な黒鉛層として介在する黒鉛が摺動抵抗を
低減する。又、炭化珪素の焼結組織は黒鉛を保護しなが
ら、黒鉛により摺動抵抗を低減するように作用し、且
つ、高温蒸気雰囲気中でも、耐腐食性能力を発揮すると
共に、摺動面の摩耗を防止する。

【００２３】請求項４に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品の製造方法は、平均粒径が０．０００３から０．００
０９ｍｍの大きさの炭化珪素微粉末を８０から９５重量
％と、平均粒径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大き
さの炭化珪素大粉末を５から２０重量％とを配合すると
共に、焼結助剤を添加して造粒粉を形成し、この造粒粉
を成形型内で加圧成形し、次いで、この成形体を焼結す
るものである。

【００２４】請求項４に係わる本発明の炭化珪素焼結部
品の製造方法では、平均粒径が０．０００３から０．０
００９ｍｍの大きさの炭化珪素微粉末を８０から９５重
量％と、平均粒径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大
きさの炭化珪素大粉末を５から２０重量％とを配合する
と共に、焼結助剤を添加して造粒粉を形成し、これを圧
縮成形するので、大きな粉末の間に微粉末が介在して圧
縮成形されると、微粉末が大きな粉末の間に介在して焼
結時に結晶粒に成長し、焼結助剤と共に結合力を高め
る。従って、結合強度を向上させることがでる。特に、
結晶粒界の腐食が防止されて耐食性を発揮する。又、高
温に於いても強度が低下することなく、耐熱性、耐食性
を発揮する。

【００２５】又、炭化珪素の結晶粒界の間に黒鉛が均一
に介在するから長期に渡り摺動抵抗を低減することが可
能になる。又、炭化珪素の粉末平均径が大きい程比表面
積が小さくなるから、この大きい炭化珪素粉末に付着す
る焼結助剤の量が少なくなり、焼結助剤濃度を低下させ
ることができる。このために結晶粒度の粗大成長を抑え
ることができるので、強度を維持することができる。

【００２６】これに対して、炭化珪素粉末の平均径が小
さい微粉末ほど比表面積が大きくなるから、炭化珪素微
粉末に付着する焼結助剤の量も多くなる。このために焼
結助剤濃度が高濃度となって大粉末に比較して結晶粒度
が成長するが、黒鉛がこの成長を適度に抑制し、結晶粒
の結合力と強度とを促進する効果が期待できる。

【００２７】又、従来の製法に於いては、炭化珪素の微
粉末を１００％使用していたが、この微粉末は約０．０
３０ｍｍ前後の炭化珪素の粉末を粉砕・分級して製造す
るためにコストが上昇していた。しかし、粉砕しないま
まの大きい炭化珪素の粉末を添加するために、その分工
程が少なくなり、炭化珪素の材料を安価にすることが可
能になる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の炭化
珪素焼結部品並びにそれを用いたメカニカルシール及び
その製造方法について詳述する。

【００２９】本発明の炭化珪素焼結部品は、粒子平均径
が０．０１０から０．０３０ｍｍの大きさの炭化珪素大
粉末を５から２０重量％と、粒子平均径が０．０００３
から０．０００９ｍｍの大きさの炭化珪素微粉末を８０
から９５重量％の配合割合で含有する。そして、この２
種類の炭化珪素粉末を配合して炭化珪素粉末を１００重
量部を製造する。

【００３０】この炭化珪素粉末１００重量部に対し、粒
径が０．０１０から０．０４０ｍｍの黒鉛、例えば、鱗
状黒鉛を３から１０重量部添加する。更に、焼結助剤と
して炭化硼素粉末０．２から０．４重量部と、カーボン
ブラック粉末０．６から２．０重量部と、アルミナ粉末
０．５から２重量部とを配合するものである。更に、結
合材として、ポリビニルアルコール１から５重量部を添
加する。

【００３１】これらの配合した粉末に水を加えて３０か
ら５０％濃度、好ましくは４０％前後の濃度のスラリー
を造り、ボールミルの中で約１０時間撹拌混合した後
に、スプレードライヤにより平均粒径０．０７０から
０．０９０ｍｍ、好ましくは０．０８０ｍｍ前後の造粒
粉を得る。この造粒分を成形型に充填して成形プレスに
より１１０から１８０ＭＰａ、好ましくは１２０ＭＰａ
前後の圧力でプレス成形する。

【００３２】この成形体を不活性雰囲気中、例えばアル
ゴンガス（この他、Ｎ_２などが利用される）で約２１
００°Ｃの温度で約２時間に渡り焼結する。この結晶組
織は、炭化珪素の結晶粒径の大きさが、０．０１０から
０．０２０ｍｍとなると共に、黒鉛の面積比率は２から
１５％、好ましくは８％前後になる。となる。この様に
して得られた炭化珪素焼結部品は、必要に応じて機能面
を研削加工する。又は、取付箇所に応じて機械加工す
る。そして、焼結体の炭化珪素の結晶粒界の間には、微
細な黒鉛が粒界にそって全面に渡り均一に分布形成され
ている。

【００３３】炭化珪素の大粉末と微粉末との混合による
互いの比表面積の相違から、各粉末に付着する結晶助剤
の濃度を大粉末では低濃度になると共に、微粉末では高
濃度になるので、焼結の際に、高濃度に比例して結晶の
成長を促進させるので、微粉末の方の結晶が促進され
る。これに対して大粉末の結晶は、粗大成長を抑制して
最適な結晶組織に構成する。そして、黒鉛が微少粉末の
成長を適度に抑制する働きもする。その結果、結晶組織
の強度を効果的に強化する働きをする。このため、耐食
性、耐熱性、更に、摩擦係数を小さくして耐摩耗性を向
上させる。

【００３４】次に、本発明に係わる実施の形態のメカニ
カルシール１を図面に基づいて詳述する。図１は、本発
明の炭化珪素焼結部品を密封環として取り付けたメカニ
カルシール１の断面図である。

【００３５】図１は、ハウジング６０と回転軸８０との
間の中空部６５に本発明のメカニカルシール１を装着し
た断面図である。図１に於いて、１はメカニカルシール
である。メカニカルシール１のシール部は、固定用相対
密封環５０と、回転用密封環３から構成されている。こ
のメカニカルシール１を構成する一方のシール装置２に
は、密封環３が設けられている。尚、この密封環３と相
対密封環５０は、共に本発明の炭化珪素焼結部品を取り
付けたものである。又、この密封環の一方を必要に応じ
て、カーボン材製や、耐酸化性の成分を含有する含有層
を設けたカーボン材製にすることもできる。この含有層
を有する密封環は、特開平９−８７０６７号公報に記載
された耐酸化性カーボン材等を利用したものである。

【００３６】そして、この密封環３を外周ケース１２か
ら離脱しないように保持すると共に、シール面６が対抗
シール面５１に接面するように保持されている。この密
封環３を案内するＴ形状の案内支持部１３は、密封環３
の外周の対称を成す両側に外周ケース１２と一体で図示
左側へ突出する形に設けられている。更に、密封環３を
弾発に押圧する弾発手段１５を内装した金属材製の外周
ケース１２が回転軸８０に嵌着状態に取り付けられてい
る。

【００３７】密封環３は、内周面が回転軸８０と摺動自
在に嵌通する嵌合面１０に形成されている。この嵌合面
１０のＯリング溝７に第１Ｏリング８が装着されて密封
環３と回転軸８０との嵌合面間をシールしている。又、
密封環３のシール面６は、対向する相対密封環５０の相
対シール面５１と摺動可能に密接して中空部６５の流体
領域６５Ａと大気領域６５Ｂとをシールする。

【００３８】更に、密封環３のシール面６側外周には、
フランジ５が形成されている。このフランジ５には、ほ
ぼ対称を成す２カ所の位置に、側面から見て軸方向へ貫
通する溝部９と溝部９より幅のある段状凹部１１との組
み合わせによるＴ型溝に形成された連結係止部４が一対
を成すように設けられている。そして、このＴ形溝の連
結係止部４に案内支持部１３の先端のＴ形部１４が係合
し、密封環３が弾発手段１５により押圧されて移動して
も先端部で両者が係止するものである。この密封環３は
強度があるためにこのようにして直接外周ケース１２に
取り付けることが出来る。

【００３９】これに対し、固定用の相対密封環５０に設
けられた相対シール面５１が対向するシール面６と密封
接触する。そして、この相対密封環５０は、ハウジング
６０取付孔に第２Ｏリン５５を介して密封するように固
着されている。この密封環３と相対密封環５０は、結晶
粒平均径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大きさに形
成されてその結晶組織の結晶粒界の間に沿って黒鉛の結
晶が均一に分配結合している。そして、炭化珪素の大き
な結晶粒により耐摩耗性を発揮すると共に、結晶粒界の
緻密な結合により耐食性の効果を奏し、結晶粒界に沿っ
て介在する黒鉛により摺動抵抗を低減する。

【００４０】この様に構成されたメカニカルシール１
は、高温高圧等の雰囲気中の過酷な状態で摺動しても、
密封面３と相対密封面５１との摺動面が黒鉛により摩擦
抵抗を低減し、耐摩耗性を発揮する。更に、高温の乾燥
摩擦状態に於いても低摩擦状態を継続することが可能に
なる。更に又、高温蒸気雰囲気中においても耐食性を発
揮する。

【００４１】

【実施例１】以下に本発明の実施例を述べる。平均粒径
が０．０００６ｍｍの炭化珪素部微粉末９０％と、平均
粒径が０．０１５ｍｍの炭化珪素大粉末１０％を配合し
て炭化珪素１００重量部を製造した。この炭化珪素１０
０重量部に対し、０．０１０から０．０４０ｍｍの大き
さの天然黒鉛の１種のである鱗状黒鉛を５部を添加して
混練し、焼結助剤である炭化硼素粉末０．３重量部と、
アルミナ粉末１．０重量部と、カーボンブラック粉末
１．０重量部を配合した。これに結合材としてポリビニ
ルアルコール３．０重量部を添加すると共に、水を加え
て撹拌し、４０％濃度のスラリーを製造した。このスラ
リーをスプレイドライヤを用いて平均粒径が０．０８０
ｍｍの造粒に形成した。この造粒を成形型に充填してプ
レス成形し、粉末成形体に加工した。この成形圧力は１
２０ＭＰａである。そして、これらの粉末成形体を温度
２１００°Ｃのアルゴン雰囲気中で２時間かけて焼結
し、炭化珪素焼結部品を製造した。

【００４２】この炭化珪素焼結部品の測定結果は、炭化
珪素の結晶粒径が０．０１０から０．０２０ｍｍであ
る。又、炭化珪素の結晶組織の結晶粒界間に介在する黒
鉛の結晶層は全体の面積比で８％前後である。又、ビッ
カース圧子で炭化珪素焼結部品の圧痕及び亀裂を測定し
た。そして、押し込み加重、圧痕の対角線長さ、亀裂の
長さ及び弾性率から破壊靭性値を求めるＩＦ法により、
この炭化珪素焼結部品の破壊靭性値を測定した結果は
３．０ＭＰａｍ^１／２である。この値は従来のものに
対して高い値である。

【００４３】この炭化珪素焼結部品を３×４×３７の直
方体に加工し、３００°Ｃで４０ＭＰａの３０ｗｔ％ア
ンモニア水中に１００時間浸積させて浸食度試験を実施
した。その結果は、浸食度は０．０５％の重量減少であ
る。

【００４４】

【比較例１】一方、比較例として、平均粒径０．０００
６ｍｍの炭化珪素微粉末１００重量部に対し気孔形成用
のポリスチレンビーズを３重量部を混合して実施例と同
様な製造方法で焼結した。この焼結部品は０．００２か
ら０．００８ｍｍの結晶粒径である。

【００４５】この比較例１について、実施例１と同一の
浸食度試験をしたところ０．１３％の重量減少が生じ
た。

【００４６】

【実施例２】次に、炭化珪素焼結部品を固定密封環と回
転密封環に加工し、図２に示す摩擦摩耗試験器に取り付
けて、以下の条件で試験を実施した。１）被密封流体は、：水２）摺動面の周速度は、：７．８ｍ／ｓ３）摺動した時間は、：１００時間４）被密封流体の温度は、：９０°Ｃ５）被密封流体の圧力は、：０．７ＭＰａ６）試験結果。（ａ）平均した摩擦係数は、：０．０４（ｂ）固定用摺動部品の摩耗量は、：０．０００２ｍｍ（ｃ）回転用摺動部品の摩耗量は、：０．０００２ｍｍ

【００４７】この図２は、以上の試験に利用した摩擦摩
耗試験機の断面図である。図３に於いて、２０は、摩擦
摩耗試験機である。摩擦摩耗試験機２０は試験用の高温
水が入れられた液槽２５が設けられており、液槽２５の
上部に回転軸２２が設けられていると共に、下部に保持
部２３が設けられている。そして、回転軸２２に炭化珪
素焼結部品である回転用摺動部品２１Ａを取り付けると
共に、回転用摺動部品２１Ａに対向する位置の保持部２
３に炭化珪素焼結部品の固定用摺動部品２１Ｂが取り付
けられている。尚、回転軸２２側に取り付けられた回転
用摺動部品２１Ａが実施例のテスト用摺動部品である。
液槽２５内には熱電対２６が設けられている。又、固定
用摺動部品２１Ｂ側の保持部２３には、ロードセル２７
とカンチレバ２８が設けられている。そして、２４は軸
受である。

【００４８】

【比較例２】結晶粒径が０．０１０から０．０２０ｍｍ
のもので、気孔径が０．００３ｍｍ、気孔率が１．２容
量％の焼結部品を固定用摺動部品と回転用摺動部品に加
工し、上述と同様に図２の摩擦摩耗試験機を用いて実験
をした。その結果は、１）摩擦係数は、：０．０８２）固定用摺動部品の摩耗量：０．０００４ｍｍ３）回転用摺動部品の摩耗量：０．０００４ｍｍ

【００４９】

【発明の効果】本発明に係わる炭化珪素焼結部品によれ
ば、以下のような効果を奏する。二種類の炭化珪素粉末
が結晶組織となった炭化珪素焼結部品の結晶粒平均径が
０．０１０から０．０３０ｍｍの大きさに形成されるの
で、焼結部品の強度を向上させると共に、耐食性に優れ
た効果を奏する。特に、高温高圧蒸気の雰囲気中でも優
れた耐食性を発揮する。

【００５０】更に、炭化珪素の大粉末と、微粉末とを圧
縮するので大粉末の介在により、効果的に圧縮成形され
て成形寸法を高めることが期待できる。焼結時に炭化珪
素の微粉末の結晶粒を設定通りの大きさの結晶組織に成
長させるので、大粉末の焼結時の結晶と協同して結合力
を高め、炭化珪素焼結部品の強度を向上させる効果を奏
する。そして、結晶粒界環には黒鉛が均等にして微細に
介在した組織になるので、強度を阻害することなく潤滑
能力を付与する効果が期待できる。

【００５１】又、メカニカルシールの密封環に於いて
も、従来品のように炭化珪素粉末に混入した樹脂粉末を
焼結時に消却して気孔を形成するものに比べて、強度の
向上と共に、耐食性と耐摩耗性を向上させる効果を奏す
る。特に、摺動摩擦熱の発生状態、又は、高温高圧環境
状態に於ても耐食性と共に、耐摩耗性が向上する。又、
高温の乾燥摩擦状態でも、摩擦係数を小さく押さえてカ
ジリによる損傷や摩耗が防止できる効果を奏する。この
ため、炭化珪素焼結部品は、メカニカルシールの密封環
として優れた効果を発揮する。更に、乾燥摩擦状態に於
いてもメカ鳴きを効果的に防止する。

【００５２】又、製造方法に於いても、炭化珪素の混合
粉末は、コストの安い大粉末を添加するから、大粉末の
配合により生産コストを低減できる効果を奏する。又、
大粉末の添加により粉末成形を容易にし、成形不良を低
減する効果が期待できる。更に、炭化珪素の結晶粒の大
きさが設定されるから、焼結温度の管理が用になり、品
質管理を容易にさせる効果が期待できる。又、焼結気孔
形成のための樹脂粉末の添加やその仮焼結を省略できる
ので、生産工程が簡素化できる。更に、炭化珪素の結晶
粒の大きさの設定により機能設計が容易になる。そし
て、炭化珪素の大粉末と微粉末との配合により設定され
た結晶組織にすることにより、耐摩耗性、耐食性を発揮
する効果を奏すると共に、摩擦抵抗を低減する効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるメカニカルシールの断面図であ
る。

【図２】本発明に係わる炭化珪素焼結部品を試験した摩
擦摩耗試験機の断面図である。

【図３】従来のメカニカルシールの断面図である。

【符号の説明】

１メカニカルシール２シール装置３密封環４連結係止部５フランジ６シール面７Ｏリング溝８第１Ｏリング９溝部１０嵌合面１１段状凹部１２外周ケース１３案内支持部１４Ｔ型部１５弾発手段５０対向密封環５１対向シール面５５第２Ｏリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化珪素結晶粒の平均径が０．０１０ｍ
ｍから０．０３０ｍｍの大きさに形成された結晶粒界の
間に結晶粒平均径が０．００５から０．０５０ｍｍの大
きさの黒鉛を面積比で２から１５％含有することを特徴
とする炭化珪素焼結部品。
【請求項２】平均粒径が０．０００３から０．０００
９ｍｍの大きさの炭化珪素微粉末を８０から９５重量％
と、平均粒径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大きさ
の炭化珪素大粉末を５から２０重量％との配合割合から
形成される炭化珪素結晶粒の平均径が０．０１０ｍｍか
ら０．０３０ｍｍの結晶粒界の間に結晶粒平均径が０．
００５から０．０５０ｍｍの大きさの黒鉛を面積比で２
から１５％含有することを特徴とする炭化珪素焼結部
品。
【請求項３】前記炭化珪素焼結部品が固定密封環又は
回転密封環として有することを特徴とするメカニカルシ
ール。
【請求項４】平均粒径が０．０００３から０．０００
９ｍｍの大きさの炭化珪素微粉末を８０から９５重量％
と、平均粒径が０．０１０から０．０３０ｍｍの大きさ
の炭化珪素大粉末を５から２０重量％とを配合した炭化
珪素粉末１００重量部に対し黒鉛２から１５重量部を混
合すると共に焼結助剤を添加して造粒粉を形成し、この
造粒粉を成形型内で加圧成形し、次いで、この成形体を
焼結することを特徴とする炭化珪素焼結部品の製造方
法。