(57)【要約】【課題】高強度用炭素基材の所定部位（摺動部分）の表層部にＳｉＣ層が深めに形成されてなる、摺動封止用部材に適した新規な炭素−炭化ケイ素複合材料を提供する。【解決手段】高強度用炭素基材の少なくとも相手材と接する部分（摺動部分）の表層部をケイ化処理してなる炭素−炭化ケイ素複合材料であって、該表層部の炭化ケイ素層が少なくとも１ｍｍ以上の深さに形成されると共に、該炭化ケイ素層における炭化ケイ素質部分の均一分散性が深さ方向に沿っても確保されてなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度用炭素基材の少なくとも相手材と接する部分（摺動部分）の表層部をケイ化処理してなる炭素−炭化ケイ素複合材料であって、
該表層部の炭化ケイ素層が少なくとも１ｍｍ以上の深さに形成されると共に、該炭化ケイ素層における炭化ケイ素質部分の均一分散性が深さ方向に沿っても確保されてなることを特徴とする炭素−炭化ケイ素複合材料。
【請求項２】
前記炭素基材の特性が、少なくとも嵩密度にして１．７７(ｇ／ｃｍ３）以上、平均細孔半径が１．５（μｍ）以下、曲げ強度が４５０（ｋｇｆ／ｃｍ２)以上である請求項１記載の炭素−炭化ケイ素複合材料。
【請求項３】
前記炭素基材の特性が、少なくとも嵩密度にして１．８０(ｇ／ｃｍ３）以上、平均細孔半径が１．２（μｍ）以下、曲げ強度が７００（ｋｇｆ／ｃｍ２)以上である請求項１記載の炭素−炭化ケイ素複合材料。
【請求項４】
前記炭素基材及び前記摺動部分の表層部の炭化ケイ素層に樹脂が含浸されたものである請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の炭素−炭化ケイ素複合材料。
【請求項５】
前記炭素基材及び前記摺動部分の表層部の炭化ケイ素層に金属が含浸されたものである請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の炭素−炭化ケイ素複合材料。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の炭素−炭化ケイ素複合材料を用いてなる摺動封止用部材。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の炭素−炭化ケイ素複合材料を用いてなるメカニカルシール部材。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の炭素−炭化ケイ素複合材料を用いてなる軸受部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な複合材料、特に摺動封止用部材として好適な複合材料に関するものであり、さらに詳しくは、高強度用炭素基材の少なくとも相手材と接する部分の表層部をケイ化処理してなる新規な炭素−炭化ケイ素複合材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような複合材料は、耐摩耗性が要求される摺動封止用部材、例えばメカニカルシール部材、軸受、シャフト軸、ピストンシリンダー内壁、ピストンリング、スラスト板、バルブ摺動部構成部品、ベーン等に適用される。
【０００３】
摺動封止用部材には、従来から炭素基材が多く用いられるが、炭素基材の硬度、耐摩耗性を改善する手法として、その表面をより硬く、より耐摩耗性の高い炭化ケイ素質に転換、改質することが行われている。
【０００４】
炭素基材の表面を炭化ケイ素で被覆する方法としては、一般に化学蒸着法（ＣＶＤ法）や転換法（ＣＶＲ法）が採用されている。即ち、ＣＶＤ法は、ケイ素化合物の熱分解と化学反応を利用して炭化ケイ素を生成させ、これを炭素基材の表面に蒸着させる方法である。一方、ＣＶＲ法は、二酸化ケイ素に炭素又はケイ素を反応させることにより、生成させた一酸化ケイ素ガスを、炭素基材表面の炭素と直接反応させて、炭化ケイ素からなる被覆層を形成する方法である。また、これらの方法以外にも、炭素基材の表層部にケイ素粉末をのせて熱処理し、炭素基材の気孔中にケイ素を浸透させて炭化ケイ素に転化させる方法が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の方法で炭素基材の表層部に形成された炭化ケイ素層（以下、「ＳｉＣ層」と略記する。）は、確かに緻密で硬い組織層を呈している。しかし、このＳｉＣ層を支える炭素基材そのものは、ＣＶＤ法やＣＶＲ法という製法を円滑に実施させる関係でいずれも平均細孔半径が比較的大きくて嵩比重が小さいという性質、つまり機械的強度に弱いという性質を有している。しかも、ＳｉＣ層の厚みとしては、比較的薄いもの（数十〜数百μｍ程度のもの）しか形成されないという実状がある。このため、製品としての摺動封止用部材に仕上げるための表面加工（切削加工）時に表層部のＳｉＣ層に割れ（クラック）や欠けを生じやすいという問題が起きており、またその表面加工時の加工代が僅かしかとれず、その加工作業を非常に困難なものとしている。さらに、上述のようにＳｉＣ層の厚みそのものが薄いため、摺動封止用部材としては安全性の面で不安が残る。
【０００６】
摺動封止用部材の寿命を長くするための一つの方法としては、炭素基材の機械的強度を高めることが挙げられ、この観点から、本発明者は先に、炭素基材の表層部をケイ化処理し、さらに該基材に金属を含浸させることにより、耐久性のある摺動封止用部材に適した新規な炭素−炭化ケイ素−金属複合材料の開発に成功し、下記特許文献１に係る特許出願を行っている。しかし、この新規な炭素−炭化ケイ素−金属複合材料においても、仕様条件によっては炭素基材の機械的強度不足のために使用範囲が限定されていた。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１０９０８３号公報
【０００８】
そこで、本発明者は、炭素基材の強度の向上と基材表層部のＳｉＣ層の増深を同時に満足できるような技術を開発すべく、引き続き研究を重ねてきた。この際、従来では機械的強度の弱い炭素基材しか使用できなかったものを機械的強度の高いものに変えて使用し、かつその機械的強度の高い炭素基材の所定部位（摺動部分）の表層部にＳｉＣ層を深めに形成することができるような技術を開発すれば、上記の諸問題（クラッ、欠けの発生、表面加工の困難性、短命という問題）を一挙に解決できると考えた。さらに進めて、そのような技術であれば、本発明者による先の開発技術のうち、仕様条件によっては金属含浸作業の省略を可能とし、生産性の改善にも寄与できるとの指針が得られた。そして、この指針に沿って、そのような技術を見出すべく種々実験を行い、検討を重ねてきた。
【０００９】
即ち、本発明の目的は、高強度用炭素基材の表層部にＳｉＣ層が深めに形成されてなる新規な炭素−炭化ケイ素複合材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１０】
上記目的を達成し得た本発明の炭素─炭化ケイ素複合材料とは、高強度用炭素基材、特に特性として少なくとも嵩密度が１．７７(ｇ／ｃｍ３）以上、平均細孔半径が１．５（μｍ）以下、曲げ強度が４５０（ｋｇｆ／ｃｍ２)以上である炭素基材、より好ましくは少なくとも嵩密度が１．８０(ｇ／ｃｍ３）以上、平均細孔半径が１．２（μｍ）以下、曲げ強度が７００（ｋｇｆ／ｃｍ２)以上である炭素基材の少なくとも相手材と接する部分（摺動部分）の表層部をケイ化処理してなる炭素−炭化ケイ素複合材料であって、該表層部の炭化ケイ素層が少なくとも１ｍｍ以上の深さに形成されると共に、該炭化ケイ素層における炭化ケイ素質部分の均一分散性が深さ方向に沿っても確保されてなることを基本的特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、高強度用炭素基材に対してもその所定部位（摺動部分）にＳｉＣ層を深めにかつ均質な組織（Ｃ−ＳｉＣ組成）で形成することができるようになった。この結果、摺動封止用部材の良好な摺動特性の維持はもちろん、メカニカルシール部材や軸受部材等の摺動封止用部材として安全性の面でも十分な信頼性を確保することができる。この結果、摺動封止用部材の用途の一層の拡大を図ることができる。また、仕様条件によっては、従来の金属含浸作業を省略可能とし、生産性の向上にも寄与することができる。さらに、摺動特性に対して要求される仕様が非常に高い場合でも、樹脂や金属を付加的に含浸させることにより、簡単かつ確実に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明をさらに詳しく説明する。
（１）本発明で使用される高強度用炭素基材の製造には通常の炭素材の製造方法を用いて行えば良く、用いる炭素基材としては、一般黒鉛材、等方性黒鉛材等が挙げられる。また、高強度用炭素基材の特性としては、嵩密度が１．７７ｇ／ｃｍ３以上、平均細孔半径が１．５μｍ以下、曲げ強度が４５０（ｋｇｆ／ｃｍ２）以上のものが望ましい。炭素基材の嵩密度が１．７７ｇ／ｃｍ３未満のものや、平均細孔半径が１．５μｍを超えるもの、又は曲げ強度が４５０（ｋｇｆ／ｃｍ２）未満のものである場合には、炭素基材の機械的強度の低下が目立ち、もはや高強度用炭素基材とは言えなくなり、製品化された摺動封止用部材の強化及び安全面での信頼性の確保を図るという初期の目的が果たせなくなってしまうからである。
【００１３】
さらに言えば、炭素基材としては、特性にして少なくとも嵩密度が１．８０（ｇ／ｃｍ３)以上、平均細孔半径が１．２μｍ以下、曲げ強度が７００（ｋｇｆ／ｃｍ２）以上のものを使用することが望ましい。より機械的強度の高い炭素基材に対してＳｉＣ層を実用可能な範囲の厚みを確保するように形成できれば、摺動封止用部材としての諸特性（不浸透性、機械的強度、耐摩耗性等）を一層高めることができ、従来と同一の使用条件下では一層の延命化を図ることができ、より厳しい使用条件下でも十分実用的に対応できるからである。
【００１４】
（２）使用するバインダーとしては、一般に造膜性が高く、かつ残炭率が低い樹脂を使用し、例えばポリアミドイミド、ポリビニルアルコール、ポリアミド樹脂の内より選ばれたものが特に好ましい。中でもポリアミドイミドが更に望ましく、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキサイド、Ｎメチル−２ピロリドン等の溶媒に溶解させて使用する。
【００１５】
（３）この溶液に平均粒径が約３０〜５０μｍのケイ素粉末（Ｓｉ）と平均粒径が約４〜２０μｍの炭化ホウ素粉末（Ｂ）とを混合分散してスラリーとする。ケイ素粉末と炭化ホウ素粉末を樹脂で混合する場合、ケイ素粉末９５〜５０重量％に対して炭化ホウ素粉末が５〜５０重量％が望ましい。
【００１６】
炭化ホウ素粉末が５重量％未満では、炭化ホウ素粉末の混合による効果が少ないからである。具体的には、高温下の真空炉内で処理した場合、溶融Ｓｉが黒鉛の気孔中に完全には浸透せず、冷却後黒鉛の表面に金属Ｓｉとなって固着した状態で残ってしまい、しかもこの固着物は取り除くことが非常に困難となるからである。一方、炭化ホウ素粉末を少なくとも５重量％以上含有させた場合は、溶融Ｓｉが黒鉛の気孔中に深くまで浸透し、黒鉛との反応が進みＳｉＣ化され、深めのＳｉＣ層が形成される。即ち、本発明は炭化ホウ素が有する焼成時における被焼成物内部の濡れ性改善機能に着目してなされたものであり、炭化ホウ素粉末を少なくとも５重量％以上含有させておくことで、初めてかかる機能を有効に発揮させ、ＳｉＣ層の増深を達成することができる。
【００１７】
この場合、黒鉛の表面には金属Ｓｉとしての残留物は存在せず、使用した樹脂の炭化物、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃの成分の残留物が残るが、容易に取り除くことができるため、特に問題となることはない。但し、炭化ホウ素粉末が５０重量％を超えると、ケイ化反応に関与するケイ素の絶対量そのものが少なくなり、結果的にＳｉＣ層を実用可能な深さまで形成できなくなるので望ましくない。
【００１８】
（４）上記のように調製されたスラリーをはけ塗り、手塗り等の適宜な手段で炭素基材の必要な部分（ケイ化を望む部分）にのみ塗布する。塗布された部分に相当する炭素基材の表層部が、後述の乾燥から熱処理までの一連の処理を経て深めのＳｉＣ層に転化するところである。
（５）この後約３００°Ｃで２時間乾燥することにより、溶媒は揮散し、樹脂は完全に硬化する。
【００１９】
（６）上記（１）〜（５）のようにして得られた材料を、１．３３３×１０３Ｐａ以下の非酸化性雰囲気中で高温熱処理する。昇温速度は約４００°Ｃ／時間とし、約１５５０〜１６００°Ｃに達した後３０分間保持する。加熱手段は特に限定されるものではなく、適当な手段で行えばよい。この操作によって、ケイ素成分は溶融し、樹脂の炭化層を通って炭素基材の細孔内に深く侵入し、炭素と反応してＳｉＣ化する。
【００２０】
上記操作で１．３３３×１０３Ｐａ以下の条件は、下記の考察及び実験結果に基づいて採用し得たものである。即ち、本発明者による先の開発技術の場合、熱処理後の炭素−炭化ケイ素複合材料の表面にはケイ素と樹脂の極めて硬い炭化物が付着して残るが、この付着物を分析したところ、ケイ素の含有量が非常に高い炭化物であることが分かった。この原因としては、熱処理中の雰囲気圧が約２．６６６×１０３Ｐａ近くにも達しており、上位のＳｉ成分はこの圧力のために気化できず、また下位のＳｉ成分も、より下位のＳｉ成分が基材の細孔へスムーズに浸透しないこともあって、身動きできない余剰のケイ素成分が樹脂の炭化層に高濃度に蓄積するためであると推察された。
【００２１】
そこで本発明者は、樹脂の炭化層にとどまるケイ素成分が少なくなるような手段を採用し、同時に樹脂に炭化ホウ素成分を添加することにより、基本的に炭素基材の所定部位（摺動部分）の表層部の化学構造を安定させて濡れ性を改善することによりケイ素成分が細孔内へ浸透しやすくし、さらにその際に、基材表層部に停滞する余剰のケイ素成分が気化できる雰囲気の条件にしてやれば、ケイ素成分が気化した分だけ表層部に占める炭化ホウ素成分の相対的割合が増加し、濡れ性のさらなる改善によりケイ素成分の浸透が一層深く進みやすくなり、ＳｉＣ層の増深化を実現できるはずとの考えに立って、種々の実験を行った。この結果、１．３３３×１０３Ｐａ以下、望ましくは２．６６６×１０２Ｐａ〜６．６６６×１０２Ｐａの条件下で熱処理すれば、種々の高強度用炭素基材の所定部位（摺動部分）の表層部にＳｉＣ層を深めに形成できることを見出したものである。
【００２２】
（７）なお、得られた炭素−炭化ケイ素複合材料は、樹脂の炭化物が炭素基材の表面に付着しているため、これを取り除く。
【００２３】
なお、摺動封止用部材として要求される仕様条件によっては、さらに樹脂（例えばフラン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等）を含浸させたり、金属含浸を行い、摺動封止用部材としてより一層の不浸透性、機械的強度、耐熱性、耐摩耗性の向上を企図することも可能である。含浸方法は、本発明者が既に開示している（特開平８−１０９０８３号公報）が、概略は以下に従えばよい。即ち、含浸に使用される金属としては、例えばＳｎ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｚｎ又はこれらを主成分として含む合金が挙げられるが、２００°Ｃ以上の融点を持ち、炭素と反応して炭化物を形成しにくいものを使用することが好ましい。炭素−炭化ケイ素複合材料への金属含浸方法は、まず含浸する金属を含浸装置内に入れ、１．３３３×１０２Ｐａ〜６．６６６×１０２Ｐａで減圧加熱し、金属を溶解させる。この中に上記（１）〜（７）までの工程で調製した材料を入れ、５０〜１００ｋｇ／ｃｍ２に加圧して３０分間以上保持し、含侵を行えばよい。
【００２４】
本発明で得られる炭素−炭化ケイ素複合材料は、高強度用炭素基材の摺動部分に炭化ケイ素の被覆層が深めに形成された構造のものである。このため、摺動特性が優れたものであることはもちろん、メカニカルシール部材や軸受部材等の摺動封止用部材として安全性の面でも十分な信頼性を確保することができ、また仕様条件によっては従来の金属含浸作業を省略可能とし、生産性の向上にも寄与することができる。さらに、摺動特性に対して要求される仕様が非常に高い場合には、ＳｉＣ層に樹脂や金属を付加的に含浸させることにより、確実に対応することができる。
【実施例】
【００２５】
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
炭素基材として、嵩密度が１．７７ｇ／ｃｍ３、平均細孔半径が１．５μｍ、曲げ強度が４５０ｋｇｆ／ｃｍ２の等方性黒鉛（東洋炭素（株）製）をφ５２．５／φ４２．５の製品形状に加工した。なお、平均細孔半径は、水銀圧入法による測定値（水銀と試料との接触角１４１．３°、最大圧力１０００ｋｇ／ｃｍ３のときの累積気孔容積の半分の値）を採用した。また、バインダーとしてのポリアミドイミド樹脂がＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した２０重量％溶液（小原化工製、「ＡＩ−１０」）を分散媒とした。ケイ素粉末（和光純薬工業製、平均粒度４０μｍ）と炭化ホウ素粉末（電気化学工業製、品種ＡＦＩ平均粒度５μｍ）を重量比で８０：２０の比率に混合し、分散媒中に混合分散させてスラリーとした。このスラリーを炭素基材の必要部分（摺動部分）の表面にはけで塗布した後、乾燥機の中で３００°Ｃで溶媒を蒸発させ、さらに４．０００×１０２ＰａのＮ２ガス雰囲気下、誘導加熱炉において１６００°Ｃまで４時間で昇温し、３０分間保持した後、冷却して取り出した。その後、７５０℃、１２０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下でアンチモンを含浸した。
【００２６】
（実施例２）
嵩密度が１．８２ｇ／ｃｍ３、平均細孔半径が１．０μｍ、曲げ強度が７８０ｋｇｆ／ｃｍ２の等方性黒鉛（東洋炭素（株）製）を用い、以下製造方法は実施例１と同様にして該黒鉛基材の所定部位（摺動部分）をＳｉＣ層に転化した。その後、常温にて、２０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下でフェノール樹脂を含浸した。
（実施例３）
嵩密度が１．９０ｇ／ｃｍ３、平均細孔半径が０．１５μｍ、曲げ強度が９５０ｋｇｆ／ｃｍ２の等方性黒鉛（東洋炭素（株）製）を用いて、上記実施例と同様、該黒鉛基材の所定部位（摺動部分）をＳｉＣ層に転化した。その後、常温にて、２０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下でフェノール樹脂を含浸した。
【００２７】
（比較例１）
実施例１と同一材質、同一形状の等方性黒鉛（東洋炭素（株）製）を使用する一方、炭化ホウ素粉末を添加せずに同様に調製したスラリーを使用し、また常圧下で誘導加熱する条件以外は同様の製造方法に従って黒鉛基材の所定部位（摺動部分）をＳｉＣ層に転化した。その後、７５０℃、１２０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下でアンチモンを含浸した。
【００２８】
（比較例２）
実施例２と同一材質、同一形状の等方性黒鉛（東洋炭素（株）製）を使用する一方、炭化ホウ素粉末を添加せずに同様に調製したスラリーを使用し、また常圧下で誘導加熱する条件以外は同様の製造方法に従って黒鉛基材所定部位（摺動部分）をＳｉＣ層に転化した。その後、常温にて、２０ｋｇ／ｃｍ２の圧力下でフェノール樹脂を含浸した。
【００２９】
（比較例３）
実施例３と同一材質、同一形状の等方性黒鉛（東洋炭素（株）製）を使用する一方、炭化ホウ素粉末を添加せずに同様に調製したスラリーを使用し、また常圧下で誘導加熱する条件以外は同様の製造方法に従って黒鉛基材の所定部位（摺動部分）をＳｉＣ層に転化した。しかし、ＳｉＣ層は全く形成されていなかった。
【００３０】
上記実施例１〜３及び比較例１〜２で得られた試料について、その縦断面及び横断面について観察し、ＳｉＣ層の形成深さ及びケイ化部分の成分組成を調べ、比較評価した。なお、成分組成は、顕微鏡写真及び面分析法（コンピュータによる画像積算法）により調べた。さらに、その後すべての試料について摺動性能試験を行った。
【００３１】
まず、ＳｉＣ層の形成深さの調査結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１に基づき、使用した炭素基材の特性値と得られた複合材料のＳｉＣ層の深さとの関係をグラフにしたものを図１に示す。横軸に嵩密度及び曲げ強度を示し、縦軸にＳｉＣ層の深さを示している。図１より明らかなように、平均細孔半径が０．１５以上１．２未満で曲げ強度が７００〜１０００（ｋｇｆ／ｃｍ２）程度の高強度用炭素基材を使用しても、この炭素基材の摺動部分に実用上要求される少なくとも１ｍｍ以上の深さのＳｉＣ層を確実に形成できることはもちろん、条件によっては３〜４ｍｍ程度の深さまでＳｉＣ層の形成が可能であることが分かる。
【００３４】
この点を、図中の破線領域に存在する従来品と比較すると、従来品では上記の特性範囲にある高強度用炭素基材上に１ｍｍ以上のＳｉＣ層を形成させたものはほとんど見当たらない。本発明品では、ＳｉＣ層を少なくとも１ｍｍ以上確実に形成させたものである点に、最大の技術的意義を有するものである。また、高強度用炭素基材として、嵩密度が１．７７(ｇ／ｃｍ３）、平均細孔半径が１．５（μｍ）、曲げ強度が４５０（ｋｇｆ／ｃｍ２)のものを使用した場合について言えば、従来品のＳｉＣ層の深さは２．８ｍｍであるのに対し、本発明品ではＳｉＣ層の形成深さは５．８ｍｍにも達しており、同一の摺動性能が得られるとした場合、本発明品は従来品よりも実に２倍以上の寿命を有することができる。
【００３５】
面分析は、代表例として実施例３について行い、まず前処理として試料のＳｉＣ化処理部分をＭＭＡ（メチルメタアクリレート）にて埋め込んだ後硬化し、その後観察したい面を研摩し、さらにその研磨表面に炭素蒸着を施した。測定条件としては、加速電圧２０ＫＶ、試料電流０．６ｍＡ、測定時間２００ｓｅｃとし、装置はＥＭＡＸ−２７００（堀場製）を使用した。Ｓｉの面分析写真を図２に示す。但し、図２中白い部分はＳｉＣ質の部分、斜線の部分は炭素質の部分を示す。また、面積比率は表２の通りであった。さらに、実施例１、実施例２及び実施例３のそれぞれについて、ＳｉＣ層形成部における縦断面の顕微鏡写真を図３、図４及び図５に示す。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
上記表１、図１〜図５及び表２から以下の事実が明らかとなった。即ち、嵩密度が１．９ｇ／ｃｍ３で平均細孔半径が０．１５μｍという、従来ではＳｉＣ層の形成そのものが全く不可能とされていた機械的強度の極めて高い炭素基材を使用しても、その所定部位（摺動部分）にＳｉＣ層を実用的な深さ（少なくとも１ｍｍ）を超えて十分信頼できる深さまで形成できることが確認できた。また、同一炭素基材の所定部位（摺動部分）をＳｉＣ層に転化する際、本発明方法によれば非常に深く（少なくとも２倍以上）形成することができ、同時に深さ方向にも均質な成分組成（Ｃ−ＳｉＣ組成）を形成できることが確認できた。特に図３〜図５の縦断面顕微鏡写真からその事実がよく理解できる。
【００３８】
次に、実施例１〜３及び比較例１〜３のそれぞれの試料について中空円筒体（外径５２．５ｍｍφ×内径４２．５ｍｍφ×高さ２６．０ｍｍ）を成形し、上面側を不浸透化処理としてフェノール樹脂を含浸した後に、同一条件下に摺動性能試験機にてその摺動性能を比較評価した。試験条件は下記（（１）〜（９））のように設定した。
（１）試験機  メカニカルシール用試験機を利用
（２）流体圧力  １０ｋｇｆ／ｃｍ２
（３）流体  水
（４）回転数  ３６００ｒ．ｐ．ｍ
（５）相手材  ＳｉＣ
（６）試験時間  １００ｈｒ
（７）流体温度  ＲＴ〜３０°Ｃ
（８）試験品寸法  φ５２．５／４２．５×２６．０ｍｍ
（９）バランス比  １．２２
【００３９】
試験結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】
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【００４１】
表３からも明らかなように、実施例１〜３の試料は比較例１〜３のものに比べて良好な摺動特性を極めて長時間保持できるものであることが分かる。
【００４２】
（実施例５〜７）
本発明の複合材料の用途例について説明する。中空円筒部材の端面を本発明の方法に従ってケイ化処理してなるメカニカルシール部材を装着した実機の運転の結果、従来型メカニカルシール部材を装着した実機の運転の場合に比べて、良好な摺動封止特性をより長時間保持できることが確認できた。また中空円筒体の内周面を同様にケイ化処理してなるスラスト軸受部材及びラジアル軸受部材を装着した実機の運転の結果、従来型軸受部材を装着した実機の運転の場合に比べて、良好な摺動特性をより長時間保持できることが確認できた。
【００４３】
なお、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で設計変更できるものであり、上記実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の複合材料おける炭素基材の嵩密度と表層部のＳｉＣ層の深さとの関係を示すグラフである。
【図２】面分析図である。
【図３】実施例１のＳｉＣ層形成部における縦断面の顕微鏡写真図である。
【図４】実施例２のＳｉＣ層形成部における縦断面の顕微鏡写真図である。
【図５】実施例３のＳｉＣ層形成部における縦断面の顕微鏡写真図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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