(57)【要約】【課題】室温から８００℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦であり、且つ、コストの点でも問題の小さい自己潤滑性複合材料及びその製造方法を提供する。【解決手段】３０質量％のイットリア安定化ジルコニア粉末，２０質量％のアルミナ粉末，及び５０質量％の硫酸ストロンチウム粉末を混合し、その混合粉末を温度１２００℃、加圧力４０ＭＰａの条件で加圧焼結した。イットリア安定化ジルコニア中のイットリアの含有量は、３ｍｏｌ％とした。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
イットリア安定化ジルコニア，アルミナ，及び硫酸ストロンチウムで構成され、アルミ
ナの含有量が１０質量％以上２０質量％以下、硫酸ストロンチウムの含有量が２０質量％
以上５０質量％以下であり、残部はイットリア安定化ジルコニアであることを特徴とする
自己潤滑性複合材料。
【請求項２】
前記イットリア安定化ジルコニアは、２ｍｏｌ％以上４ｍｏｌ％以下のイットリアを含
有するジルコニアであることを特徴とする請求項１に記載の自己潤滑性複合材料。
【請求項３】
前記イットリア安定化ジルコニア及び前記アルミナの粒径が１μｍ以下であることを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の自己潤滑性複合材料。
【請求項４】
イットリア安定化ジルコニア粉末，アルミナ粉末，及び硫酸ストロンチウム粉末の混合
粉末から自己潤滑性複合材料を製造する方法において、
前記混合粉末の１０質量％以上２０質量％以下をアルミナ粉末、２０質量％以上５０質
量％以下を硫酸ストロンチウム粉末、残部をイットリア安定化ジルコニア粉末とし、この
混合粉末を温度１０００℃以上１２５０℃以下、加圧力２０ＭＰａ以上７０ＭＰａ以下の
条件で加圧焼結することを特徴とする自己潤滑性複合材料の製造方法。
【請求項５】
アルミナ，硫酸鉛，及びシリカで構成され、硫酸鉛の含有量が２０質量％以上５０質量
％以下、シリカの含有量が４質量％以上８質量％以下であり、残部はアルミナであること
を特徴とする自己潤滑性複合材料。
【請求項６】
前記アルミナの粒径が２２．５μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の自己
潤滑性複合材料。
【請求項７】
アルミナ粉末，硫酸鉛粉末，及びシリカ粉末の混合粉末から自己潤滑性複合材料を製造
する方法において、
前記混合粉末の２０質量％以上５０質量％以下を硫酸鉛粉末、４質量％以上８質量％以
下をシリカ粉末、残部をアルミナ粉末とし、この混合粉末を温度８００℃以上９００℃以
下、加圧力２０ＭＰａ以上７０ＭＰａ以下の条件で加圧焼結することを特徴とする自己潤
滑性複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自己潤滑性複合材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３００℃以下の低温環境下（例えば自動車用エンジン）においては、摺動部の低摩擦を
実現する潤滑剤として、黒鉛，二硫化モリブデン等の固体潤滑剤や潤滑油が使用されてい
る。
一方、近年においては、エンジンの高効率化等の目的から、高温で過酷な環境下でも使
用可能な固体潤滑剤及びそのような潤滑剤を含有する自己潤滑性複合材料が求められてい
る。そして、室温から８００℃までの温度域において使用可能な固体潤滑剤としては、Ａ
ｇ，ＢａＣｒＯ4 ，ＢａＳＯ4 等が知られている。
【特許文献１】特許第２５９０４４４号公報
【非特許文献１】津谷裕子編集，「固体潤滑ハンドブック」，幸書房，ｐ．４５６〜４５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、黒鉛，二硫化モリブデン等の固体潤滑剤や潤滑油は、３００℃を超える
高温環境下では酸化や蒸発により潤滑性能が低下するため使用できない。また、Ａｇは室
温から８００℃までの温度域において固体潤滑剤として機能するものの、コストの点で問
題があるため、使用しにくいという問題点があった。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、室温から８００℃
までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦であり、且つ、コストの点でも問題の小
さい自己潤滑性複合材料及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る
請求項１の自己潤滑性複合材料は、イットリア安定化ジルコニア，アルミナ，及び硫酸ス
トロンチウムで構成され、アルミナの含有量が１０質量％以上２０質量％以下、硫酸スト
ロンチウムの含有量が２０質量％以上５０質量％以下であり、残部はイットリア安定化ジ
ルコニアであることを特徴とする。
このような構成であれば、高温下における強度及び耐酸化性が優れているため、室温か
ら８００℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦（摩擦係数が０．１以上０．
２５未満）である。また、コストの点でも問題が小さい。
【０００５】
上記のように硫酸ストロンチウム（ＳｒＳＯ4 ）の含有量は２０質量％以上５０質量％
以下である必要があるが（すなわち、イットリア安定化ジルコニアとアルミナ（Ａｌ2 Ｏ
3 ）の合計の含有量は５０質量％以上８０質量％以下）、硫酸ストロンチウムの含有量が
２０質量％未満であると、潤滑性に寄与する硫酸ストロンチウムの量が少ないために、摩
擦係数が大きくなる場合がある。一方、硫酸ストロンチウムの含有量が５０質量％超過で
あると、強度に寄与するイットリア安定化ジルコニア及びアルミナの量が少ないために、
自己潤滑性複合材料の強度が不十分となるおそれがある。また、脆く、割れやすくなるお
それがある。このような不都合がより生じにくくするためには、硫酸ストロンチウムの含
有量は３０質量％以上５０質量％以下とすることがより好ましい。
【０００６】
また、アルミナの含有量が１０質量％未満であると、マトリックス相の強度や耐摩耗性
が不十分となるおそれがあり、２０質量％超過であると、緻密な自己潤滑性複合材料を得
るために焼結温度を高くする必要が生じ、それに伴って硫酸ストロンチウムの熱分解量が
増大するおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、アルミナの含
有量は、１０質量％以上１５質量％以下とすることがより好ましい。
【０００７】
また、本発明に係る請求項２の自己潤滑性複合材料は、請求項１に記載の自己潤滑性複
合材料において、前記イットリア安定化ジルコニアは、２ｍｏｌ％以上４ｍｏｌ％以下の
イットリアを含有するジルコニアであることを特徴とする。
ジルコニア（ＺｒＯ2 ）は、１０００℃付近で体積変化を伴う相転移（結晶構造変化）
を起こすため、高温用材料として不適である場合があるが、イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）を添
加し分散固溶させると体積変化の問題が起こりにくくなり、さらにイットリアの含有量を
少量に抑えると高靭性となる。また、イットリア安定化ジルコニアにアルミナを混合し焼
結すると、強度及び耐摩耗性が向上する。
【０００８】
イットリア安定化ジルコニア中のイットリアの含有量が２ｍｏｌ％未満であると、加圧
焼結後の冷却時に体積変化を起こす単斜晶ジルコニア相の体積比が大きくなりすぎて、割
れやすくなる。一方、４ｍｏｌ％超過であると、イットリア安定化ジルコニアの強度が不
十分となる。このような不都合がより生じにくくするためには、イットリアの含有量は２
．５ｍｏｌ％以上３．５ｍｏｌ％以下とすることがより好ましい。
【０００９】
さらに、本発明に係る請求項３の自己潤滑性複合材料は、請求項１又は請求項２に記載
の自己潤滑性複合材料において、前記イットリア安定化ジルコニア及び前記アルミナの粒
径が１μｍ以下であることを特徴とする。
このような構成の自己潤滑性複合材料は、緻密さが優れている。イットリア安定化ジル
コニア及びアルミナの粒径が１μｍ超過であると、焼結による製造時に焼結性が不十分と
なるため、緻密な自己潤滑性複合材料が得られにくい。緻密な自己潤滑性複合材料を得る
ためには焼結温度を高くする必要が生じ、それに伴って硫酸ストロンチウムの熱分解量が
増大するおそれがある。
【００１０】
さらに、本発明に係る請求項４の自己潤滑性複合材料の製造方法は、イットリア安定化
ジルコニア粉末，アルミナ粉末，及び硫酸ストロンチウム粉末の混合粉末から自己潤滑性
複合材料を製造する方法において、前記混合粉末の１０質量％以上２０質量％以下をアル
ミナ粉末、２０質量％以上５０質量％以下を硫酸ストロンチウム粉末、残部をイットリア
安定化ジルコニア粉末とし、この混合粉末を温度１０００℃以上１２５０℃以下、加圧力
２０ＭＰａ以上７０ＭＰａ以下の条件で加圧焼結することを特徴とする。
【００１１】
このような製造方法によれば、高温下における強度及び耐酸化性が優れ、室温から８０
０℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦（摩擦係数が０．１以上０．２５未
満）である自己潤滑性複合材料を製造することができる。焼結温度が１０００℃未満であ
ると、緻密な自己潤滑性複合材料が得られにくく、１２５０℃超過であると、硫酸ストロ
ンチウムが分解・消失するおそれがある。また、加圧力が２０ＭＰａ未満であると、焼結
が十分に進行しないおそれがあり、７０ＭＰａ超過であると、焼結に用いる型（例えば黒
鉛製の型）が壊れてしまうおそれがある。このような不都合がより生じにくくするために
は、焼結温度は１１５０℃以上１２５０℃以下、加圧力は４０ＭＰａ以上７０ＭＰａ以下
とすることがより好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る請求項５の自己潤滑性複合材料は、アルミナ，硫酸鉛，及びシリ
カで構成され、硫酸鉛の含有量が２０質量％以上５０質量％以下、シリカの含有量が４質
量％以上８質量％以下であり、残部はアルミナであることを特徴とする。
このような構成であれば、高温下における強度及び耐酸化性が優れているため、室温か
ら８００℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦（摩擦係数が０．２以上０．
４未満）である。また、コストの点でも問題が小さい。
【００１３】
上記のように硫酸鉛（ＰｂＳＯ4 ）の含有量は２０質量％以上５０質量％以下である必
要があるが（すなわち、シリカ（ＳｉＯ2 ）とアルミナの合計の含有量は５０質量％以上
８０質量％以下）、硫酸鉛の含有量が２０質量％未満であると、潤滑性に寄与する硫酸鉛
の量が少ないために、摩擦係数が大きくなる場合がある。一方、硫酸鉛の含有量が５０質
量％超過であると、強度に寄与するアルミナの量が少ないために、自己潤滑性複合材料の
強度が不十分となるおそれがある。また、脆く、割れやすくなるおそれがある。このよう
な不都合がより生じにくくするためには、硫酸鉛の含有量は３０質量％以上５０質量％以
下とすることがより好ましい。
【００１４】
また、シリカは硫酸鉛とアルミナとのバインダーとして作用し、８００℃以上９００℃
以下では緻密に焼結できないアルミナの緻密化を促進する。シリカの含有量が４質量％未
満であると、緻密な自己潤滑性複合材料が得られにくく、８質量％超過であると、バイン
ダーとして消費されずに残存したシリカが自己潤滑性複合材料の靭性を低下させるおそれ
がある。このような不都合がより生じにくくするためには、シリカの含有量は５質量％以
上６質量％以下とすることがより好ましい。
【００１５】
さらに、本発明に係る請求項６の自己潤滑性複合材料は、請求項５に記載の自己潤滑性
複合材料において、前記アルミナの粒径が２２．５μｍ以下であることを特徴とする。
このような構成の自己潤滑性複合材料は、緻密さが優れている。アルミナの粒径が２２
．５μｍ超過であると、焼結による製造時に焼結性が不十分となるため、緻密な自己潤滑
性複合材料が得られにくい。
【００１６】
さらに、本発明に係る請求項７の自己潤滑性複合材料の製造方法は、アルミナ粉末，硫
酸鉛粉末，及びシリカ粉末の混合粉末から自己潤滑性複合材料を製造する方法において、
前記混合粉末の２０質量％以上５０質量％以下を硫酸鉛粉末、４質量％以上８質量％以下
をシリカ粉末、残部をアルミナ粉末とし、この混合粉末を温度８００℃以上９００℃以下
、加圧力２０ＭＰａ以上７０ＭＰａ以下の条件で加圧焼結することを特徴とする。
【００１７】
このような製造方法によれば、高温下における強度及び耐酸化性が優れ、室温から８０
０℃までの温度域において自己潤滑性を示して低摩擦（摩擦係数が０．２以上０．４未満
）である自己潤滑性複合材料を製造することができる。焼結温度が８００℃未満であると
、緻密な自己潤滑性複合材料が得られにくく、９００℃超過であると、硫酸鉛が分解する
おそれがある。また、加圧力が２０ＭＰａ未満であると、焼結が十分に進行しないおそれ
があり、７０ＭＰａ超過であると、焼結に用いる型（例えば黒鉛製の型）が壊れてしまう
おそれがある。このような不都合がより生じにくくするためには、加圧力は４０ＭＰａ以
上７０ＭＰａ以下とすることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の自己潤滑性複合材料は、室温から８００℃までの温度域において自己潤滑性を
示して低摩擦であり、且つ、Ａｇ系の固体潤滑剤と比較してコストの点でも問題が小さい
。また、本発明の自己潤滑性複合材料の製造方法は、前述のような自己潤滑性複合材料を
製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る自己潤滑性複合材料及びその製造方法の実施の形態を、図面を参照しなが
ら詳細に説明する。
〔実施例１〕
イットリア安定化ジルコニア粉末３０質量％と、アルミナ粉末２０質量％と、硫酸スト
ロンチウム粉末５０質量％と、を混合して、その混合粉末を例えば黒鉛製の型に充填し、
温度１２００℃、加圧力４０ＭＰａ、保持時間５分の条件で加圧焼結した。すると、高温
下における強度及び耐酸化性が優れる自己潤滑性複合材料が得られた。この自己潤滑性複
合材料は、イットリア安定化ジルコニア−アルミナ混合相をマトリックス相とし、潤滑性
を有する硫酸ストロンチウムを分散相とするものである。
【００２０】
イットリア安定化ジルコニアとしては、３ｍｏｌ％のイットリアを含有するジルコニア
を用いた。また、イットリア安定化ジルコニア粉末及びアルミナ粉末は、粒径が１μｍ以
下のものを用いた。
なお、上記３種の粉末の含有量は上記の例に限定されるものではなく、アルミナ粉末の
含有量が１０質量％以上２０質量％以下、硫酸ストロンチウム粉末の含有量が２０質量％
以上５０質量％以下であり、残部がイットリア安定化ジルコニア粉末であればよい。また
、本発明の目的を損なわないならば、上記３種以外の成分を混合して焼結し、自己潤滑性
複合材料を製造してもよい。
【００２１】
〔実施例２〕
アルミナ粉末４５質量％と、硫酸鉛粉末５０質量％と、シリカ粉末５質量％と、を混合
して、その混合粉末を例えば黒鉛製の型に充填し、温度８００℃、加圧力４０ＭＰａ、保
持時間５分の条件で加圧焼結した。すると、高温下における強度及び耐酸化性が優れる自
己潤滑性複合材料が得られた。この自己潤滑性複合材料は、アルミナ相をマトリックス相
とし、潤滑性を有する硫酸鉛を分散相とするものである。アルミナ粉末は、粒径が２２．
５μｍ以下のものを用いた。
【００２２】
なお、上記３種の粉末の含有量は上記の例に限定されるものではなく、硫酸鉛粉末の含
有量が２０質量％以上５０質量％以下、シリカ粉末の含有量が４質量％以上８質量％以下
であり、残部がアルミナ粉末であればよい。また、本発明の目的を損なわないならば、上
記３種以外の成分を混合して焼結し、自己潤滑性複合材料を製造してもよい。
実施例１，２の自己潤滑性複合材料は、室温から８００℃までの温度域において自己潤
滑性を示して低摩擦（摩擦係数が０．１以上０．４未満）である。また、コストの点でも
問題が小さい。よって、このような自己潤滑性複合材料で摺動面を構成すれば、自己潤滑
性複合材料から硫酸ストロンチウム又は硫酸鉛が固体潤滑剤として摺動面に供給されるた
め、摺動面は低摩擦となる。
【００２３】
次に、実施例１，２の自己潤滑性複合材料で作製した試験片について、往復摺動形式の
ボールオンディスク摩擦試験を行い、室温から８００℃までの温度域における摩擦係数を
測定した。なお、摩擦試験の条件は、荷重４．９Ｎ、振幅１０ｍｍ、周波数１Ｈｚである
。また、相手材は、直径９．５３ｍｍのアルミナ製のボール（アルミナの純度は９９％、
光洋精工株式会社製）である。
【００２４】
なお、比較例として、粒径２２．５μｍのアルミナ粉末と高温用固体潤滑剤として知ら
れているＢａＣｒＯ4 粉末との混合粉末（両者の質量比は５０：５０）を、加圧焼結（焼
結温度１１００℃、加圧力４０ＭＰａ、保持時間５分）して得た比較材についても同様の
摩擦試験を行った。
摩擦試験により得られた摩擦係数を、図１に示す。図１から分かるように、実施例１，
２の自己潤滑性複合材料は、室温から８００℃までの温度域において、比較材とほぼ同等
又はそれより低い摩擦係数（０．１以上０．４未満）を示した。
また、実施例１の自己潤滑性複合材料の摩擦係数の時間変化を、図２に示す。図２から
分かるように、室温から８００℃までの各測定温度において、安定して低い摩擦係数を示
した。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の自己潤滑性複合材料は、黒鉛等の固体潤滑剤や潤滑油が使用できない過酷な条
件下（例えば、大気中高温下）においても、摺動材料として好適に使用可能であり、特に
、航空機用エンジン，自動車用エンジン等の高温摺動部への適用も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】自己潤滑性複合材料の摩擦試験の結果を示すグラフである。
【図２】実施例１の自己潤滑性複合材料について、摩擦係数の時間変化を示すグラフである。
【図１】
2006265081.tif 000002
【図２】
2006265081.tif 000003