(57)【要約】【課題】分割型メカニカルシールの、自然割分割面の粗さを小さく、かつ、うねりを大きくすることを解決すべき課題とし、分割面ズレによる漏洩を防止し、かつ、締め付け時に分割面の摺動面における欠けの発生を防止した、メカニカルシール用炭化ケイ素を提供すること。【解決手段】５μｍ以上の厚さのＳｉＣの殻で覆われた、２〜１４０μｍの粒子径のカーボン粒子が、分割面１ｍｍ2当たり５０〜４００個存在している組織構造を有する、メカニカルシールの摺動材用炭化ケイ素。【選択図】図６−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
５μｍ以上の厚さのＳｉＣの殻で覆われた、２〜１４０μｍの粒子径のカーボン粒子が、分割面１ｍｍ2当たり５０〜４００個存在している組織構造を有する、メカニカルシールの摺動材用炭化ケイ素。
【請求項２】
自然割り面で分割して適用するメカニカルシールの摺動材用炭化ケイ素であって、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って測定される自然割り分割面の算術平均粗さＲａが２．５μｍ以下であり、かつＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って測定される自然割り分割面の算術平均うねりＷａが２μｍ以上である、請求項１に記載の炭化ケイ素。
【請求項３】
自然割り面で分割して適用するメカニカルシールの摺動材用炭化ケイ素であって、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って測定される自然割り分割面の算術平均粗さＲａが０．５〜２．５μｍであり、かつＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って自然割り分割面の測定される算術平均うねりＷａが２〜１２μｍである、請求項１又は２に記載の炭化ケイ素。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の炭化ケイ素から構成されているメカニカルシール用摺動材。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項記載の炭化ケイ素から構成されている摺動材を含むメカニカルシール。
【請求項６】
炭化ケイ素粉末とＳｉとの反応性が小さいカーボン粒子を含む焼結体を溶融Ｓｉと反応させて反応焼結させることを含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の炭化ケイ素の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メカニカルシールの摺動材用炭化ケイ素及びその製造方法、並びに該炭化ケイ素より構成される摺動材及び該摺動材を含むメカニカルシールに関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルシールは、ポンプや攪拌機等の回転軸周りを封止する手段として広く用いられている。回転軸への取り付け及び回転軸からの取り外しを容易にするため、回転軸方向に構成部品を分割した、分割型のメカニカルシールが開発されている。
しかし、非分割型と比較すると、分割面（破面、割面ともいう）からオイルや水などの流体が漏洩する恐れが高い。この問題に対処するために、これまで、分割面の一方の面にフッ素系樹脂からなるコート層を、他方の面にフッ素系樹脂からなるコート層と弾性接着層との積層を適用したり（特許文献１）、分割面の少なくとも一方の面に、ゴム又は樹脂材層のシール層を適用したり（特許文献２）、といった取り組みがなされてきた。
ここで、メカニカルシールを構成する脆性材料からなる摺動材の分割方法としては、摺動材の一つの直径線上の２箇所の内外周につけた微小な切り欠き溝から亀裂を進展させることにより、分割面が不規則且つ微細な凹凸面となる自然割（特許文献３）が広く用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−９７７８１号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０５８３０６号
【特許文献３】特開２００８−８４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
メカニカルシールを構成する摺動材として、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を常圧焼結して製造される常圧焼結ＳｉＣが広く使われている。一般的な緻密で均一な組織の常圧焼結ＳｉＣの自然割り時の破面表面は、粗さが小さく分割面に巨視的な凹凸（うねり）が少ないことが分かった（図１）。自然割分割面のうねりが少ないと、誤った分割面の位置でも摺動材が合体してしまうことから、分割面からの漏洩が防止できる正しい位置で摺動材を固定することが困難である。分割面にコート層ないしシール層を適用したとしても、分割面のズレによる漏洩の可能性は依然として存在する。
摺動材には、潤滑性及び耐摩耗性を向上させるために、ＳｉＣに黒鉛を分散させることがある。本発明者らが検討した結果、黒鉛を分散させて常圧焼結したＳｉＣの自然分割面は、粗さが大きく、うねりも大きいことがわかった（図２）。うねりが大きいことから分割面がずれにくく、分割面ズレによる漏洩を防止できると考えられる。しかし、分割された摺動材を締め付けて合体するときに、粗い分割面同士が擦れ合い、分割面の摺動面に欠けが発生してその部分から漏洩が発生するという新たな問題が発生した。
以上のことから、自然割り分割面における表面粗さを小さく、かつ、表面うねりを大きくすれば、分割型のメカニカルシールを構成する摺動材における分割面同士のズレによる漏洩と、締め付け時に分割面における欠けの発生とを同時に防止できると考えられる。
【０００５】
本発明は、分割型メカニカルシールを構成する摺動材の、自然割分割面の粗さを小さく、かつ、うねりを大きくすることを解決すべき課題とし、分割面ズレによる漏洩を防止し、かつ、締め付け時に分割面における欠けの発生を防止した、メカニカルシール用炭化ケイ素及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、前記炭化ケイ素から構成される摺動材及び該摺動材を含むメカニカルシールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らが鋭意検討した結果、生コークス粒子を分散させたＳｉＣを反応焼結すると、自然割破面の表面粗さが小さいが、うねりが大きいＳｉＣを得られることを見出し、この知見に基づき本発明を完成した。すなわち、本発明により、以下のメカニカルシール用ＳｉＣ及びメカニカルシールを提供する。
〔１〕５μｍ以上の厚さのＳｉＣの殻で覆われた、２〜１４０μｍの粒子径のカーボン粒子が、分割面１ｍｍ2当たり５０〜４００個存在している組織構造を有する、メカニカルシールの摺動材用炭化ケイ素。
〔２〕自然割り面で分割して適用するメカニカルシールの摺動材用炭化ケイ素であって、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って測定される自然割り分割面の算術平均粗さＲａが２．５μｍ以下であり、かつＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って測定される自然割り分割面の算術平均うねりＷａが２μｍ以上である、前記〔１〕項に記載の炭化ケイ素。
〔３〕自然割り面で分割して適用するメカニカルシールの摺動材用炭化ケイ素であって、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って測定される自然割り分割面の算術平均粗さＲａが０．５〜２．５μｍであり、かつＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って自然割り分割面の測定される算術平均うねりＷａが２〜１２μｍである、前記〔１〕又は〔２〕項に記載の炭化ケイ素。
〔４〕前記〔１〕〜〔３〕のいずれか１項記載の炭化ケイ素から構成されているメカニカルシール用摺動材。
〔５〕前記〔１〕〜〔３〕のいずれか１項記載の炭化ケイ素から構成されている摺動材を含むメカニカルシール。
〔６〕炭化ケイ素粉末とＳｉとの反応性が小さいカーボン粒子を含む焼結体を溶融Ｓｉと反応させて反応焼結させることを含む、前記〔１〕〜〔３〕のいずれか１項記載の炭化ケイ素の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＳｉＣは、自然割時に、強固なＳｉＣの殻で覆われたカーボン粒子により破面のうねりが形成されるため、分割されたメカニカルシールを合体するときに段差がある状態で破面が合うことはなく、破面のずれの修正が容易にできる。本発明のＳｉＣの分割面はまた、ＳｉＣの殻自身の表面は強固で滑らかとなっているため、破面が擦れ合っても分割面に欠けが発生し難い。したがって、本発明により、漏洩が生じ難いメカニカルシールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、参考例１で製造した常圧焼結ＳｉＣの分割面の表面粗さＲａ及び表面うねりＷａを示す。
【図２】図２は、参考例２で製造した、黒鉛を分散させた常圧焼結ＳｉＣの分割面の表面粗さＲａ及び表面うねりＷａを示す。
【図３−１】図３−１は、実施例１で製造した、生コークス粒子を分散させた反応焼結ＳｉＣの分割面の表面粗さＲａ及び表面うねりＷａを示す。
【図３−２】図３−２は、実施例２で製造した、生コークス粒子を分散させた反応焼結ＳｉＣの分割面の表面粗さＲａ及び表面うねりＷａを示す。
【図３−３】図３−３は、実施例３で製造した、生コークス粒子を分散させた反応焼結ＳｉＣの分割面の表面粗さＲａ及び表面うねりＷａを示す。
【図４】図４は、参考例１で製造した常圧焼結ＳｉＣの顕微鏡観察による組織観察写真である。
【図５】図５は、参考例２で製造した常圧焼結ＳｉＣの顕微鏡観察による組織観察写真である。
【図６−１】図６−１は、実施例１で製造した反応焼結ＳｉＣの顕微鏡観察による組織観察写真である。黒色の粒子が生コークス由来のＳｉとの反応性が低いカーボンであり、その周りの薄い灰色の領域がＳｉＣの殻である。薄い灰色の領域がＳｉである。濃い灰色のバルク領域がＳｉＣ骨材である。
【図６−２】図６−２は、実施例２で製造した反応焼結ＳｉＣの顕微鏡観察による組織観察写真である。
【図６−３】図６−３は、実施例３で製造した反応焼結ＳｉＣの顕微鏡観察による組織観察写真である。
【図７】図７は、参考例１，２で製造した常圧焼結ＳｉＣ及び実施例１で製造した反応焼結ＳｉＣの水の漏洩量を示すグラフである。
【図８】図８は、参考例１で製造した常圧焼結ＳｉＣから２つ割りシールを形成し、分割した両シールを合体したときに発生した分割面ズレによる段差を示す。図中、白線で囲った部分が段差である。
【図９】図９は、参考例２で製造した、黒鉛を分散させた常圧焼結ＳｉＣから２つ割シールを形成し、分割した両シールを合体したときに発生した摺動面の欠損を示す。図中、白線で囲った部分が欠損である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の炭化ケイ素材料は、反応焼結法により製造できる。一般に反応焼結法は、骨材のＳｉＣ粉末と炭素（Ｃ）粉末からなる圧粉体に、溶融した金属ケイ素（Ｓｉ）を含浸させてＳｉＣを生成するとともに、その周りの隙間を遊離Ｓｉで埋めることにより、緻密な焼結体を得るプロセスである。本発明では、Ｃ粉末として、生コークス等のSiとの反応性が低いカーボン粒子を用いる。カーボン粒子表面においてＣとＳｉとが反応し、ＳｉＣ殻を生成する。生成したＳｉＣ殻はカーボン粒子と一体となって、前記粒子の周囲に殻のように存在する。図６−１は、実施例１で製造したＳｉＣ材料の組織写真であるが、２〜１００μｍの粒子径の黒色の粒子が生コークス由来のカーボンであり、その周りの５〜２０μｍの厚さの薄い灰色の領域がＳｉＣの殻である。大部分を占める濃い灰色の領域がＳｉＣ骨材であり、薄い灰色の領域がＳｉである。ＳｉＣ殻とＳｉＣ骨材とは、密度が異なるため、自然割りするとその境界で割れる。分割面には、ＳｉＣ殻が飛び出すことにより形成される凸部と、それ以外の凹部が存在する。しかし、分割面は滑らかである。したがって、分割した摺動材を合体するときに力が掛かっても、欠けの発生を抑制できる。
【００１０】
〔原料〕
本発明において炭素材料として用いることができる生コークスとは、結炭，ピッチ，石油，石油残渣あるいは他の炭素質物質の乾留または分解蒸留によって得られる、結着性，多孔質の固形残渣であって、炭素を主成分とし，無機物質や揮発性物質を含む物質である。生コークス以外にも、Ｓｉとの反応性が低いカーボン粒子であれば使用できる。例えば、フェノール樹脂炭素化物粒子（例えば、ガラス状炭素粒子）、１５５０℃以下で焼成されたコークス等があげられる。焼成時の結着性のため、生コークスが好ましい。原料である生コークス粒子等の炭素材料の平均粒径は１７〜２３μｍ程度のものを用いるのが好ましい。焼結前の生コークス粒子等の炭素材料の平均粒径はレーザー粒度計により測定できる。
【００１１】
生コークス粒子は、キノリン不溶分が９４〜９８％であるのがより好ましい。キノリン不溶分がこのような範囲にあると、焼成時の結着性が高いので好ましい。
生コークス粒子は、灰分が０．５％未満であるのが好ましい。灰分がこのような範囲にあると、不純物が少ないので好ましい。
【００１２】
骨材となるＳｉＣ粉末は、反応焼結ＳｉＣを製造するのに通常用いられているものを用いることができるが、強度の観点から、平均粒径が、好ましくは１〜２０μｍ、より好ましくは５〜１０μｍのものを用いるのが好ましい。骨材ＳｉＣ粉末の平均粒径は、レーザー粒度計により測定できる。
金属Ｓｉは、反応焼結によりＳｉＣ骨材の隙間に溶浸されるため、反応により溶融できる大きさである限り、反応前の粒径は特に限定されない。例えば、１ｃｍ程度の大きさの塊から、１μｍ程度の微粉まで使用可能である。
本発明のＳｉＣ材料を製造するにあたり、バインダーを用いてもよい。バインダーとしては、常温で液状であるか、又は、常温では固体であるが、混合時に加熱や混合熱で液状であるフェノール樹脂、ポリビニルアルコール等の慣用のものを用いることができるが、常温で液状であるフェノール樹脂が好ましい。
【００１３】
〔製法〕
本発明の炭化ケイ素製造の第１工程は、骨材のＳｉＣ粉末と、生コークス粒子等のＳｉとの反応性が低いカーボンと、必要により用いるバインダーとを混合する工程である。反応焼結等の条件により異なるが、骨材ＳｉＣと、Ｓｉとの反応性が低いカーボンとを、質量比が、およそ、９０：１０〜５０：５０となる割合で混合すると、焼結体におけるＳｉＣ（骨材由来のＳｉＣと反応により生じたＳｉＣとを合わせたもの）と生コークス等由来のカーボン粒子との質量比が、ＳｉＣ：カーボン粒子＝９９：１〜９０：１０である炭化ケイ素が得られる。焼結体におけるＳｉＣと生コークス等由来のカーボン粒子との質量比が上記範囲内にあると、強度が優れるので好ましい。なお、焼結体におけるＳｉＣとカーボン粒子との質量比は、焼結体を粉砕し、ＪＩＳ  Ｒ１６１６に準じた方法により測定することができる。
【００１４】
先ず、ＳｉＣ骨材粉末と生コークス粒子等とを十分に混合し、必要によりバインダーを加え、十分、混練する。これを、金型プレス、冷間等方圧プレス、押し出し成形などを用いて所定の形状に成形する。次いで、得られた成形体を焼成する。焼成は多段階、例えば２段階で行うこともできる。得られた焼成体のカサ密度が１．２〜２．０ｇ/ｃｍ3程度であると、反応焼結性の点で好ましい。その後、減圧下（例えば１００Ｐａ以下）又は不活性ガス（例えばアルゴンガス）雰囲気下、金属Ｓｉの融点以上の温度に加熱し、溶融した金属Ｓｉを成形体に含浸し、反応焼結させる。反応焼結の際の温度は、Siの融点の観点から、１４２０〜１８００℃であるのが好ましく、１４３０〜１５００℃であるのがより好ましい。反応焼結の時間は、炉温度均一性の観点から、１〜５時間であるのが好ましく、１〜３時間であるのがより好ましい。
【００１５】
生コークス粒子の表面で金属Ｓｉが反応し、生コークス粒子を覆う殻のようにＳｉＣが形成される。このＳｉＣ殻は、周辺を取り囲んでいるＳｉＣよりも緻密な構造を有する。破面のうねりの発生のため、ＳｉＣ殻の厚さが５μｍ以上であり、１０μｍ以上であるのが好ましい。ＳｉＣ殻の厚さの上限は特に限定されるものではないが、反応焼結時の欠陥発生を防ぐために、２０μｍ以下であるのが好ましい。
【００１６】
焼結体における生コークス由来のカーボン粒子の平均粒径は２〜１４０μｍであり、２〜１００μｍであるのが好ましく、１０〜５０μｍであるのがより好ましい。焼結体における生コークス粒子の平均粒径がこのような範囲にあると、焼結体の強度が保たれるので好ましい。なお、焼結後の生コークス粒子の平均粒径は、焼結体の組織構造を顕微鏡観察することにより、測定できる。カーボン粒子は大略球形となるが、それ以外の形状、例えば扁平でもよい。焼結後の生コークス粒子の平均粒径は、最も長い辺の長さを指す。
【００１７】
生コークス由来のカーボン粒子の平均粒径は、生コークスの結着性と混合条件により制御可能である。生コークスの結着性が強ければ、混合時に集合して集合体を形成するため、生成するカーボン粒子の粒径は大きくなる。生コークス粒子の結着を抑制する混合条件であれば、生コークス粒子は集合体を形成しないか、又は形成しても比較的小さな集合体となるため、生成するカーボン粒子の粒径は小さくなる。
【００１８】
〔分割表面の特性〕
本発明のＳｉＣは、５μｍ以上の厚さのＳｉＣの殻で覆われた、２〜１４０μｍの粒子径のカーボン粒子が、分割面１ｍｍ2当たり５０〜４００個存在している組織構造を有する。５μｍ以上の厚さのＳｉＣの殻で覆われた、２〜１４０μｍの粒子径のカーボン粒子が分割面１ｍｍ2当たり５０〜４００個存在すると、自然割時に、強固なＳｉＣの殻で覆われたカーボン粒子により破面のうねりが形成されるため、分割されたメカニカルシールを合体するときに段差がある状態で破面が合うことはなく、破面のずれの修正が容易にできる。１０〜２０μｍの厚さのＳｉＣの殻で覆われた、１０〜５０μｍの粒子径のカーボン粒子が分割面１ｍｍ2当たり５０〜２００個存在するのがより好ましい。なお、「分割面１ｍｍ2」は、平面図における面積を意味する。カーボン粒子の分割面１ｍｍ2当たりの数が上記範囲内にあると、強度が優れるので好ましい。
【００１９】
本発明の焼結体の分割面の表面うねりＷａは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１（２００１年改正）で定義される、算術平均高さＷａをいう。本発明のＳｉＣのＷａは２μｍ以上であり、好ましくは２〜１２μｍであり、より好ましくは４〜１２μｍである。Ｗａが２μｍ以上であると、メカニカルシール合体時に自然割破面のずれを効果的に防止できる。なお、Ｗａは、Ｓｉとの反応性が低いカーボン粒子の粒子径により制御可能である。
【００２０】
本発明の焼結体の分割面の表面粗さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１年改正）で定義される、算術平均高さＲａをいう。本発明のＳｉＣのＲａは２．５μｍ以下であり、好ましくは０．５〜２．５μｍであり、より好ましくは０．５〜２μｍであり、さらに好ましくは１〜２μｍであり、最も好ましくは１．１〜１．７μｍである。Ｒａを２．５μｍ以下にすると、メカニカルシール合体時の欠けを効果的に防止できる。なお、Ｒａは、ＳｉＣ骨材の粒子径により制御可能である。
【００２１】
特に、Ｒａが１〜２μｍであり、かつＷａが４〜１２μｍであるのが好ましい。
【００２２】
本発明の焼結体はまた、強度の観点から、カサ密度が、２．８ｇ/ｃｍ3〜３．２ｇ/ｃｍ3であるのがより好ましい。
本発明の焼結体はまた、強度の観点から、ビッカース硬さが、２０００ＨＶ以上であるのがより好ましい。
本発明の焼結体はまた、強度の観点から、曲げ強さが、３５０Ｎ／ｍｍ2以上であるのがより好ましい。
本発明の焼結体はまた、強度の観点から、ヤング率が、３５０×１０3Ｎ／ｍｍ2以上であるのがより好ましい。
本発明の焼結体はまた、強度の観点から、破壊靱性が、２．５ＭＮ／ｍ3/2以上であるのがより好ましい。
【００２３】
本発明の炭化ケイ素は、メカニカルシール摺動材として用いることができる。
【実施例】
【００２４】
参考例の炭化ケイ素材料を製造するのに用いた材料は以下のとおりである：
〔炭素粉末〕
・鱗片状黒鉛粉
〔ＳｉＣ〕
・ＳｉＣ粉末（平均粒径０．４μｍ）
〔バインダー〕
・ポリビニルアルコール
【００２５】
実施例の炭化ケイ素材料を製造するのに用いた材料は以下のとおりである：
〔炭素粉末〕
・生コークス粉末（平均粒径１８μｍ、キノリン不溶分９６％、灰分０．２％。なお、平均粒径の測定はレーザー粒度計による。キノリン不溶分、及び灰分の測定は、ＪＩＳ  Ｋ２４２５による）
〔ＳｉＣ〕・ＳｉＣ粉末（平均粒径７μｍ）
〔バインダー〕
・液状フェノール樹脂
〔金属ケイ素〕
・金属Ｓｉ粉末（平均粒径０．６ｍｍ）
【００２６】
参考例１
ＳｉＣ粉末１０ｋｇ、焼結助剤としてＢ4Ｃ粉末５０ｇを混合し、そこに、ポリビニルアルコール水溶液を固形分換算で１．５ｗｔ％添加した。それらをボールミルに入れ２４時間混合した。均一に混合したスラリーを、スプレードライヤーを用いて噴霧乾燥して顆粒化した。顆粒を成型用金型に充填して２５０ｋｇ／ｃｍ2の圧力にて予備成形した後、冷間静水圧成型法にて３０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で本成形を行い、成形体とした。成形体は所定寸法に加工した。この加工済み成形体を不活性雰囲気中、昇温速度５℃／分で２２００℃まで昇温し４時間保持し、焼結を完了した。得られたＳｉＣ材料を加工し、メカニカルシールを構成する摺動材を得た。
【００２７】
参考例２
ＳｉＣ粉末１０ｋｇ、焼結助剤としてＢ4Ｃ粉末５０ｇ、鱗片状黒鉛粉２０００ｇを混合し、そこに、ポリビニルアルコール水溶液を固形分換算で１．５ｗｔ％添加した。それらをボールミルに入れ２４時間混合した。均一に混合したスラリーを、スプレードライヤーを用いて噴霧乾燥して顆粒化した。顆粒を成型用金型に充填して２５０ｋｇ／ｃｍ2の圧力にて予備成形した後、冷間静水圧成型法にて３０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で本成形を行い、成形体とした。成形体は所定寸法に加工した。この加工済み成形体を不活性雰囲気中、昇温速度５℃／分で２２００℃まで昇温し４時間保持し、焼結を完了した。得られたＳｉＣ材料を加工し、メカニカルシールを構成する摺動材を得た。
【００２８】
実施例１
生コークス粉末１．１５ｋｇ及びＳｉＣ粉末３．８５ｋｇを混合し、そこに、バインダー８８０ｇを投入して混練した。４０℃で１時間乾燥後、成形用金型に充填し、２００ＭＰａの圧力において２０秒間プレスすることにより成形した。この成形体を、不活性雰囲気中、昇温速度１５℃／時間で１０００℃まで昇温し、１０００℃において１時間保持することにより、１次焼成した。１次焼成体を、不活性雰囲気中、昇温速度２５℃／時間で１５００℃まで昇温し、１５００℃において１時間保持することにより、２次焼成した。２次焼成体を所定寸法に加工した後、金属Ｓｉ粉末と共に１４５０℃において反応焼結した。得られたＳｉＣ材料を加工し、メカニカルシールを構成する摺動材を得た。
【００２９】
実施例２
生コークス粉末１．４ｋｇ及びＳｉＣ粉末３．６ｋｇを混合し、そこに、バインダー７１０ｇを投入して混練した。４０℃で１時間乾燥後、成形用金型に充填し、２００ＭＰａの圧力において２０秒間プレスすることにより成形した。この成形体を、不活性雰囲気中、昇温速度１５℃／時間で１０００℃まで昇温し、１０００℃において１時間保持することにより、１次焼成した。１次焼成体を、不活性雰囲気中、昇温速度２５℃／時間で１５００℃まで昇温し、１５００℃において１時間保持することにより、２次焼成した。２次焼成体を所定寸法に加工した後、金属Ｓｉ粉末と共に１４５０℃において反応焼結した。得られたＳｉＣ材料を加工し、メカニカルシールを構成する摺動材を得た。
【００３０】
実施例３
生コークス粉末１．１５ｋｇ及びＳｉＣ粉末３．８５ｋｇを混合し、そこに、バインダー５００ｇを投入して混練した。４０℃で１時間乾燥後、成形用金型に充填し、２００ＭＰａの圧力において２０秒間プレスすることにより成形した。この成形体を、不活性雰囲気中、昇温速度１５℃／時間で１０００℃まで昇温し、１０００℃において１時間保持することにより、１次焼成した。１次焼成体を、不活性雰囲気中、昇温速度２５℃／時間で１５００℃まで昇温し、１５００℃において１時間保持することにより、２次焼成した。２次焼成体を所定寸法に加工した後、金属Ｓｉ粉末と共に１４５０℃において反応焼結した。得られたＳｉＣ材料を加工し、メカニカルシールを構成する摺動材を得た。
【００３１】
＜試験＞
１．表面粗さＲａ及びうねりＷａの測定
表面性状測定機（株式会社 ミツトヨ社製、「ＳＶ−３１００」）を用い、測定した。結果を表１及び図１、図２，図３−１，図３−２，図３−３に示す。
【００３２】
【表１】
2020063806.tif 000003
【００３３】
２．組織像観察
顕微鏡により、自然割り割面を機械加工し研磨した面の組織像を観察した。結果を表２及び図４、図５，図６−１，図６−２，図６−３に示す。なお、図６−１とは別の場所では、１３３μｍのカーボン粒子が存在した（図示せず）。また、実施例２及び３のＳｉＣ：カーボン粒子の質量比は、実施例１の結果に基づき、実施例２及び３の原料の配合条件から推定した。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
３．漏洩量の測定
漏洩量は、メカニカルシールの摺動材を軸上で試験機に組込後、流体を導入し、１．０ＭＰａＧで３０分間保持し、漏洩量（つまり、メカニカルシールから漏洩した流体が集まるドレーン孔から出てくる流体の体積）を測定した。実験条件は以下のとおりである。
流体：水
温度：常温
圧力（静圧）：１．０ＭＰａ
材質組合せ ： 参考例１，２及び実施例１において製造したＳｉＣ材料をシールリングとして用い、ロータリーリング（株式会社タンケンシールセーコウ製、Ｃ４０）と組み合わせて使用した。
サンプル数 ： 各 ２ 組
参考例１，２及び実施例１で得られた摺動材を自然割りし、軸上で試験機に組込後、流体を導入し、１．０ＭＰａＧで３０分間保持し、漏洩量を測定した。結果を図７に示す。参考例１及び２で多量の漏洩が見られた。多量漏洩が見られた摺動材にはずれ（図８）と欠け（図９）が見られた。
【００３６】
４．かさ密度
ＪＩＳ Ｒ１６３４  真空法を用いて、かさ密度を測定した。
５．ビッカース硬さ
ＪＩＳ  Ｒ１６１０  ビッカース硬さ試験方法を用いて、ビッカース硬さを測定した。
６．曲げ強さ
ＪＩＳ  Ｒ１６０１  ３点曲げ強さ測定方法を用いて、曲げ強さを測定した。
７．ヤング率
ＪＩＳ  Ｒ１６０２  静的弾性率試験方法を用いて、ヤング率を測定した。
８．破壊靱性
ＪＩＳ  Ｒ１６０７  予き裂導入破壊試験法を用いて、破壊靱性を測定した。
【００３７】
参考例１，２及び実施例１〜３で得られたＳｉＣ材料の強度試験結果及び組織像を表３に示す。
【表３】
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【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図６−３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月29日(2019.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５μｍ以上であって２０μｍ以下の平均厚さの炭化ケイ素（ＳｉＣ）の殻で覆われた、２〜３０μｍの平均粒子径のカーボン粒子が、分割面１ｍｍ2当たり５０〜２００個、全体に分布している組織構造を有する炭化ケイ素から構成されており、自然割り面で分割して適用するメカニカルシール用摺動材。
【請求項２】
カーボン粒子を分散させた炭化ケイ素（ＳｉＣ）を反応焼結させてなるメカニカルシール用摺動材であって、摺動材中のカーボン粒子が、５μｍ以上であって２０μｍ以下の平均厚さのＳｉＣの殻で覆われた、２〜３０μｍの平均粒子径の粒子であり、かつ分割面１ｍｍ2当たり５０〜２００個存在しており、自然割り面で分割して適用する前記摺動材。
【請求項３】
ＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って測定される自然割り分割面の算術平均粗さＲａが２．５μｍ以下であり、かつＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って測定される自然割り分割面の算術平均うねりＷａが２μｍ以上である、請求項１又は２に記載の摺動材。
【請求項４】
ＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って測定される自然割り分割面の算術平均粗さＲａが０．５〜２．５μｍであり、かつＪＩＳ  Ｂ０６０１に従って自然割り分割面の測定される算術平均うねりＷａが２〜１２μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摺動材。
【請求項５】
ＳｉＣとカーボン粒子との質量比が、ＳｉＣ：カーボン粒子＝９９：１〜９０：１０である、請求項１〜４のいずれか１項記載の摺動材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の摺動材を含むメカニカルシール。
【請求項７】
炭化ケイ素粉末とＳｉとの反応性が小さいカーボン粒子を含む焼結体を溶融Ｓｉと反応させて反応焼結させることを含む、請求項１〜６のいずれか１項記載の炭化ケイ素から構成されているメカニカルシール用摺動材の製造方法。