(57)【要約】【課題】本発明は、摺動時の負荷応力に対するクッション性を発揮し、また水や油等の潤滑条件下では潤滑剤の担持性を良好にすることによって、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を低減できるとともに、特に大気中無潤滑下での摺動性に優れ、メカニカルシール等の摺動部材として最適な炭化珪素複合焼結体を提供することを目的とする。【解決手段】炭化珪素に炭素粉末を分散させた炭化珪素複合焼結体であって、前記炭素粉末は表面の少なくとも一部が炭化被膜で被覆された多孔質炭化粉末であり、前記炭素粉末の配合量は前記炭化珪素１００質量部に対して３〜１７質量部である構成を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素に炭素粉末を分散させた炭化珪素複合焼結体であって、
前記炭素粉末は、表面の少なくとも一部が炭化被膜で被覆された多孔質炭化粉末であり、前記炭素粉末の配合量は、前記炭化珪素１００質量部に対して３〜１７質量部であることを特徴とする炭化珪素複合焼結体。
【請求項２】
請求項１に記載の炭化珪素複合焼結体であって、
前記炭化被膜の平均厚みは、前記炭素粉末の平均粒径の１／２０〜１／５であることを特徴とする炭化珪素複合焼結体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の炭化珪素複合焼結体であって、
前記多孔質炭化粉末は、平均径０．５〜５μｍの気孔を有することを特徴とする炭化珪素複合焼結体。
【請求項４】
請求項１乃至３の内いずれか１に記載の炭化珪素複合焼結体であって、
前記炭素粉末は、麩糠類と熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂などの合成樹脂とを混練し造粒して得た造粒物を、常圧下不活性ガス雰囲気中又は減圧下空気雰囲気中において７００〜１１００℃の温度で炭化させて得た炭化物であることを特徴とする炭化珪素複合焼結体。
【請求項５】
炭化珪素に炭素粉末を分散させた炭化珪素複合焼結体の製造方法であって、
表面の少なくとも一部が炭化被膜で被覆された多孔質炭化粉末からなる炭素粉末と炭化珪素粉末とを混合して混合粉末を得る混合工程と、前記混合粉末を成形して成形体を得る成形工程と、前記成形体を６００〜１１００℃の温度で加熱・脱脂して脱脂成形体を得る脱脂工程と、前記脱脂成形体を冷間等方圧加圧法で加圧する加圧工程と、前記加圧工程で加圧された脱脂成形体を１８００〜２２００℃で加熱・焼結させて焼結体を得る焼結工程と、を備えていることを特徴とする炭化珪素複合焼結体の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の炭化珪素複合焼結体の製造方法であって、
前記炭素粉末の配合量は、前記炭化珪素１００質量部に対して３〜１７質量部であることを特徴とする炭化珪素複合焼結体の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の炭化珪素複合焼結体の製造方法であって、
前記炭化被膜の平均厚みは、前記炭素粉末の平均粒径の１／２０〜１／５であることを特徴とする炭化珪素複合焼結体の製造方法。
【請求項８】
請求項５乃至７の内いずれか１に記載の炭化珪素複合焼結体の製造方法であって、
前記多孔質炭化粉末は、平均径０．５〜５μｍの気孔を有することを特徴とする炭化珪素複合焼結体の製造方法。
【請求項９】
請求項５乃至８の内いずれか１に記載の炭化珪素複合焼結体の製造方法であって、
前記炭素粉末は、麩糠類と熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂などの合成樹脂とを混練し造粒して得た造粒物を、常圧下不活性ガス雰囲気中又は減圧下空気雰囲気中において７００〜１１００℃の温度で炭化させて得た炭化物であることを特徴とする炭化珪素複合焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素に炭素粉末を分散させた炭化珪素複合焼結体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、炭化珪素は硬度、耐熱性、耐食性に優れるため、構造部材としての応用が検討されている。特に水中での摺動性が良いことから、メカニカルシール等に一部実用化されている。しかしながら、炭化珪素は大気中無潤滑下での摩擦係数が大きく、摺動相手部材への攻撃性（以下、相手材攻撃性と称する）が高く、また潤滑油膜切れを生じ易いので、その使用範囲は限定されている。
このような問題を解決するため、母材となる炭化珪素セラミックスに炭素を複合することにより摺動特性を改善する技術が開発されている。
従来の技術としては、（特許文献１）に「炭化珪素１００重量部に対し炭素を１０〜５０重量部含有し、５〜５０容量％の開放気孔（平均直径０．０５〜１０μｍ）を有する炭化珪素−炭素複合材料の開放気孔部に、潤滑性を有する物質が開放気孔部容量のうち１０容量％以上に充填された摺動性複合材料」が開示されている。
（特許文献２）には、「平均粒径が０．００１〜０．０８０ｍｍの大きさで、かつ、気孔を有するカーボン粉末を３〜３０ｖｏｌ％含有し、残部が炭化珪素と焼結助剤を含有する焼結体に形成されて前記焼結体の摺動面に点在するカーボンが凹部に形成されている摺動部材」が開示されている。
（特許文献３）には、「互いに相対摺動する焼結体の摺動部品であって、前記摺動部品の前記摺動面に点在するカーボン粒子を有すると共に前記カーボン粒子の表面に前記摺動面より凹部に形成された気孔を有し、前記気孔の底面の前記カーボン粒子に微細気孔部を有する摺動部品」が開示されている。
【特許文献１】特開平９−１６５２８１号公報
【特許文献２】特開２００３−４２３０５号公報
【特許文献３】特開２００４−１１６５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来の技術においては、以下のような課題を有している。
（１）（特許文献１）に開示の技術は、炭化珪素−炭素複合材料の開放気孔に潤滑剤を含浸・充填させるのに真空含浸若しくは高圧含浸等の含浸方法を使用するため、生産性が低いという課題を有している。
（２）（特許文献２）及び（特許文献３）に開示の技術は、潤滑油等の液体が焼結体中の気孔を有するカーボン粉末に染み込み、摺動中長期に渡り摺動面に潤滑油等を供給して潤滑機能を発揮するが、潤滑油がカーボン粉末に染み込む量にばらつきがあるため、摺動時の安定性に欠けるという課題を有している。
（３）（特許文献３）に開示の技術は、カーボン粉末が点在する摺動面を大気雰囲気中で加熱し、カーボン粉末の表面を燃焼して多数の微細気孔を形成させるため、製造工程が煩雑で生産性が低いという課題を有している。
（４）（特許文献１）乃至（特許文献３）に開示の技術は、炭化珪素と複合化させるカーボン粉末は軟質で硬度が低いため、焼結体の製造時、特に、炭化珪素とカーボン粉末とを混合する際に破壊して微細化し易く、得られた複合焼結体が、カーボン粉末による負荷応力の緩和効果や相手材攻撃性の緩和効果に欠けるという課題を有している。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、摺動時の負荷応力に対するクッション性を発揮し、また水や油等の潤滑条件下では潤滑剤の担持性を良好にすることによって、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を低減できるとともに、特に大気中無潤滑下での摺動性に優れる炭化珪素複合焼結体を提供することを目的とする。
また本発明は、脱脂成形体を、一旦、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）にて加圧した後に焼結させることで、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）やホットプレス法（ＨＰ）などの大掛かりな設備を必要とせず、高密度の複合焼結体を常圧焼結で製造できる炭化珪素複合焼結体の製造方法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】
【０００５】
上記従来の課題を解決するために本発明の炭化珪素複合焼結体及びその製造方法は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の発明は炭化珪素に炭素粉末を分散させた炭化珪素複合焼結体であって、前記炭素粉末は表面の少なくとも一部が炭化被膜で被覆された多孔質炭化粉末であり、前記炭素粉末の配合量は前記炭化珪素１００質量部に対して３〜１７質量部であることを特徴とする。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）炭素粉末は、多孔質炭化粉末の表面の少なくとも一部が炭化被膜で被覆されているので、炭化珪素複合焼結体の製造時、特に、炭化珪素と混合する際に多孔質炭化粉末が破壊されて微細化するのを防止する。その結果、炭素粉末を含む炭化珪素複合焼結体を摺動部材として用いた場合、多孔質炭化粉末が摺動時の負荷応力に対するクッション性を発揮し、また水や油等の潤滑条件下では潤滑剤の担持性を良好にするため、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を緩和することができる。
（２）炭素粉末の配合量を特定の範囲に調整するので、本発明の炭化珪素複合焼結体は大気中無潤滑下での摺動性に優れる。
【０００６】
本発明の炭素粉末は、表面の少なくとも一部が炭化被膜で被覆された多孔質炭化粉末であれば特に限定しないが、例えば後述するように、脱脂糠や麩等の麩糠類と熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂などの合成樹脂とを混練・造粒して得た造粒物を焼成して得た炭化物が好ましい。
麩糠類と熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂などの合成樹脂とからなる造粒物を炭化させることにより、麩糠類由来の多孔質の炭化物（多孔質炭化粉末）の表面が合成樹脂由来のガラス状炭化層（炭化被膜）で被覆された構造を有する炭素粉末が得られる。
炭化被膜には多孔質炭化粉末の破壊を抑制する効果がある。従って、炭化被膜が多孔質炭化粉末の少なくとも一部を被覆するのが好ましいが、その効果をより大きくするためには多孔質炭化粉末の略全面乃至全面を被覆するのがより好ましい。
【０００７】
炭素粉末の配合量は、炭化珪素１００質量部に対し３〜１７質量部が好ましい。炭素粉末の配合量が３質量部より少ないと、複合焼結体の大気中無潤滑下における摺動性が低下し、１５質量部より多いと、複合焼結体の強度や剛性が低下するので比磨耗量が増大する。より好ましい炭素粉末の配合量は、５〜１５質量部である。
【０００８】
炭素粉末の平均粒径は、１０〜１００μｍが好ましい。平均粒径が１０μｍより小さいと摺動時の負荷応力に対するクッション性や潤滑剤の担持性が低下し、１００μｍより大きいと炭化珪素との焼結性が低下するため複合焼結体の機械的強度が低下して比磨耗量が増大する。より好ましい平均粒径は、２０〜８０μｍである。
【０００９】
炭化珪素は特に限定されず、α型，β型のどちらの結晶型も使用することができる。炭化珪素の純度は、複合焼結体の密度の低下や強度、破壊靭性値の劣化を防止する等の理由から９０質量％以上が好ましく、より好ましくは９５質量％以上である。
炭化珪素の平均粒径は、０．０５〜１０μｍが好ましい。平均粒径が１０μｍより大きいと機械的強度が低下して摺動時に脱粒し、摺動性が損なわれる。また、平均粒径が０.０５μｍより小さいと粒子が凝集し、取扱性が低下する。より好ましい平均粒径は、０.１〜５μｍである。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は請求項１に記載の炭化珪素複合焼結体であって、前記炭化被膜の平均厚みは、前記炭素粉末の平均粒径の１／２０〜１／５であることを特徴とする。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）炭化被膜の平均厚みを特定の範囲に限定するので、多孔質炭化粉末が炭化珪素複合焼結体中に微細化することなくより安定して充分に存在するので、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を一層緩和する炭化珪素複合焼結体が得られる。
【００１１】
炭化被膜の平均厚みは、前記炭素粉末の平均粒径の１／２０〜１／５が好ましい。炭化被膜の平均厚みが、炭素粉末の平均粒径の１／２０より薄いと炭化被膜の硬度が低下し、複合焼結体の製造時、特に、炭化珪素と混合する際に破壊して微細化し易い。また、炭化被膜の平均厚みが炭素粉末の平均粒径の１／５より厚いと、相対的に多孔質炭化粉末の粒径が小さくなり、摺動時の負荷応力に対するクッション性や潤滑剤の担持性が低下する。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は請求項１又は２に記載の炭化珪素複合焼結体であって、前記多孔質炭化粉末は、平均気孔径０．５〜５μｍの気孔を有することを特徴とする。
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）多孔質炭化粉末が特定の平均気孔径の気孔を有するので、炭化珪素複合焼結体は摺動時における負荷応力に対するクッション性や潤滑剤の担持性により優れる。
【００１３】
多孔質炭化粉末が有する気孔の平均気孔径は０．５〜５μｍが好ましい。平均気孔径が０．５μｍより小さいと、複合焼結体の、摺動時における負荷応力に対するクッション性や潤滑剤の担持性が低下し、平均気孔径が５μｍより大きいと、多孔質炭化粉末の機械的強度や硬度が低下して、摺動時に炭素粉末が破壊し易くなる。
なお、多孔質炭化粉末の平均気孔径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、炭化被膜で被覆されていない炭素粉末（多孔質炭化粉末）の表面若しくは炭素粉末（多孔質炭化粉末）の断面などの気孔径分布を測定することによって求めることができる。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は請求項１乃至３の内いずれか１に記載の炭化珪素複合焼結体であって、前記炭素粉末は、麩糠類と熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂などの合成樹脂とを混練し造粒して得た造粒物を、常圧下不活性ガス雰囲気中又は減圧下空気雰囲気中において７００〜１１００℃の温度で炭化させて得た炭化物であることを特徴とする。
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）炭素粉末は、内部に適度な径の気孔を有する麩糠類とガラス化して硬質な炭化皮膜となる合成樹脂との造粒物を所定の条件で炭化させることによって得られるので、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量をより一層緩和する炭化珪素複合焼結体が得られる。
（２）従来、大量に廃棄されていた麩糠類を工業材料として有効活用することができるため、省資源性に優れる。
【００１５】
麩糠類は、米糠油を搾油した後の脱脂糠、小麦を挽いて粉にしたときに皮屑として残る麩、コーンスターチを製造したときの残渣であるグルテンフィード、籾、蕎麦、大豆等の穀類を加工処理する過程で発生する皮殻、及びそれらを粉砕処理したものが好ましい。
合成樹脂は、熱硬化性フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や、熱可塑性フェノール樹脂、タール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂を単独又は組み合わせて使用するのが好ましく、中でも特に、硬質な炭化被膜を得るために炭化率が４０％以上のタール、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアクリロニトリルなどを使用するのが好ましい。
また、合成樹脂は粉末状、液状のものをいずれも使用することができるが、多孔質炭化粉末と炭化被膜とが強固に接着し、かつ炭化被膜による多孔質炭化粉末表面の被覆がより均一になる点で、特に液状のものが好ましい。
【００１６】
熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂などの合成樹脂の配合割合は、合成樹脂と麩糠類との総量１００質量％に対して８０質量％以下が好ましい。
配合割合が８０質量％より多いと、得られる炭化被膜の平均厚みが厚くなるので相対的に多孔質炭化粉末の粒径が小さくなり、複合焼結体の摺動時における負荷応力に対するクッション性や潤滑剤の担持性が低下する。
麩糠類と合成樹脂との配合割合を調整することによって、得られる炭化被膜の平均厚みは調整することができる。
【００１７】
得られる炭素粉末の粒径を整えるため、造粒物の大きさは、１２メッシュ（目開き１．４ｍｍ）以下が好ましく、２０メッシュ（目開き８５０μｍ）以下がより好ましい。
なお、造粒の際、造粒物の成形性と強度を向上させるため、必要に応じて、粘結剤を添加することができる。粘結剤の種類は特に限定しないが、例えば、澱粉、糖蜜、リグニン、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、パルプ廃液等の有機類、水等を用いることができる。粘結剤の添加量は特に限定しないが、添加効果やコスト等を考慮すると、麩糠類と合成樹脂の総量１００質量％に対して０．５〜１０質量％が好ましい。
【００１８】
造粒物を、麩糠類や合成樹脂が焼失しないように窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中又は減圧下空気雰囲気中において、７００〜１１００℃、より好ましくは８００〜１０００℃の温度で炭化させる。炭化温度が７００℃より低いか又は１１００℃より高いと、得られた炭素粉末の硬度が低下する。なお、麩糠類等の分解に伴い多量のガスが発生するため、炭化温度が７００℃以上に達するまでは１〜５℃／分の緩やかな速度で昇温・加熱するのが好ましい。
【００１９】
空気雰囲気中における炭化時の減圧条件は、１〜１００Ｐａが好ましい。圧力が１Ｐａより低いと真空ポンプが大型化するとともに減圧に時間を要するため生産性が低下し、１００Ｐａより高いと残留空気によって麩糠類や合成樹脂が焼失する。
【００２０】
本発明の請求項５に記載の発明は炭化珪素に炭素粉末を分散させた炭化珪素複合焼結体の製造方法であって、表面の少なくとも一部が炭化被膜で被覆された多孔質炭化粉末からなる炭素粉末と炭化珪素とを混合して混合粉末を得る混合工程と、前記混合粉末を成形して成形体を得る成形工程と、前記成形体を６００〜１１００℃の温度で加熱・脱脂して脱脂成形体を得る脱脂工程と、前記脱脂成形体を冷間等方圧加圧法で加圧する加圧工程と、前記加圧工程で加圧された脱脂成形体を１８００〜２２００℃で加熱・焼結させて焼結体を得る焼結工程と、を備えていることを特徴とする。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）炭素粉末は、多孔質炭化粉末の表面の少なくとも一部が炭化被膜で被覆されているので、炭化珪素複合焼結体の製造時、特に、炭化珪素と混合する際に多孔質炭化粉末が破壊されて微細化するのを防止する。その結果、炭素粉末を含む炭化珪素複合焼結体を摺動部材として用いた場合、多孔質炭化粉末が摺動時の負荷応力に対するクッション性を発揮し、また水や油等の潤滑条件下では潤滑剤の担持性を良好にするため、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を緩和することができる。
（２）脱脂成形体を、一旦、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）にて加圧した後に焼結させるので、高密度の炭化珪素複合焼結体を常圧焼結にて製造できる。
（３）熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）やホットプレス法（ＨＰ）などでも高密度の複合焼結体を製造することは可能であるが、本発明の製造方法ではそのような大掛かりな設備を必要としない点で経済的効果に優れる。
【００２１】
混合工程においては、炭素粉末が炭化珪素と均一に混合できれば、どのような条件で混合してもよいが、混合する際、炭素粉末が破壊して微細になり難いような条件で混合するのが好ましい。具体的な混合機の例としては、ボールミル、Ｖ型混合機等を使用するのが好ましい。
また、必要に応じて、成形性を高めるための有機バインダーやホウ素化合物等の焼結助剤などを添加することもできる。
【００２２】
成形工程においては、従来から公知の種々の成形方法を用いることができるが、例えば、鋳込み成形法、押出成形法、一軸加圧成形法、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）、射出成形法等の成形方法を用いるのが好ましい。
【００２３】
脱脂工程においては、成形体を減圧下空気雰囲気中又は常圧下不活性ガス雰囲気中で６００〜１１００℃、より好ましくは７００〜１０００℃の温度で加熱・脱脂して脱脂成形体を得る。この脱脂処理により、炭素粉末中の水分や未分解の有機化合物は分解及びガス化するので、最終的に複合焼結体の相対密度を９４〜９９％の高密度にすることができる。
脱脂工程における雰囲気条件及び圧力条件に関しては、炭素粉末を焼失させずに未分解の有機化合物の分解を促進させることができるという点で、空気雰囲気で６０Ｐａ以下が特に好ましい。圧力が６０Ｐａより高いと分解ガスの蒸発・散失が促進されず、炭素粉末が焼失し易くなる。
温度条件に関しては、脱脂温度が６００℃より低いと、炭素粉末に含まれる未分解の有機化合物の分解不足により焼結工程においてガスが発生するため、複合焼結体の密度が低下し、また脱脂温度が１１００℃より高いと炭素粉末が分解し焼失する。
【００２４】
加圧工程においては、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）の圧力は、１００〜２００ＭＰａが好ましい。圧力が１００ＭＰａより低いと加圧による密度の増加が小さく、反対に、圧力が２００ＭＰａより高くてもそれ以上の密度の増加は小さく、その割に加圧装置の耐用年数が短くなるといったデメリットが生じる。より好ましい圧力は１３０〜１８０ＭＰａである。
【００２５】
焼結工程においては、加圧工程で得られた脱脂成形体をアルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスを用いた常圧下不活性ガス雰囲気又は減圧下空気雰囲気にて焼結させる方法が好ましい。
空気雰囲気における圧力条件は、１〜１００Ｐａが好ましい。圧力が１Ｐａより低いと減圧に用いる真空ポンプが大型化するとともに、減圧に時間を要するため生産性が低下する。圧力が１００Ｐａより高いと残留空気によって炭素粉末や炭化珪素が分解し複合焼結体の密度が低下する。
焼結温度は１８００〜２２００℃が好ましく、焼結温度が１８００℃より低いと、焼結が不十分なため機械的特性が著しく低下し、２２００℃より高いと炭化珪素の異常な粒成長が生じて機械的特性が低下する。
【００２６】
本発明の請求項６に記載の発明は請求項５に記載の炭化珪素複合焼結体の製造方法であって、前記炭素粉末の配合量は、前記炭化珪素１００質量部に対して３〜１７質量部であることを特徴とする。
【００２７】
この構成により、請求項５の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）炭素粉末の配合量を特定の範囲に調整するので、得られた炭化珪素複合焼結体は大気中無潤滑下での摺動性に優れる。
【００２８】
本発明の請求項７に記載の発明は請求項５又は６に記載の炭化珪素複合焼結体の製造方法であって、前記炭化被膜の平均厚さは、前記炭素粉末の平均粒径の１／２０〜１／５であることを特徴とする。
【００２９】
この構成により、請求項５又は６の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）炭化被膜の平均厚みを特定の範囲に限定するので、多孔質炭化粉末を炭化珪素複合焼結体中に微細化することなく安定して充分に存在させることができるので、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を一層緩和する炭化珪素複合焼結体が得られる。
【００３０】
本発明の請求項８に記載の発明は請求項５乃至７の内いずれか１に記載の炭化珪素複合焼結体の製造方法であって、前記多孔質炭化粉末は、平均径０．５〜５μｍの気孔を有することを特徴とする。
【００３１】
この構成により、請求項５乃至７の内いずれか１の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）多孔質炭化粉末が特定の平均気孔径の気孔を有するので、摺動時における負荷応力に対するクッション性や潤滑剤の担持性により優れた炭化珪素複合焼結体を得ることができる。
【００３２】
本発明の請求項９に記載の発明は請求項５乃至８の内いずれか１に記載の炭化珪素複合焼結体の製造方法であって、前記炭素粉末は、麩糠類と熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂などの合成樹脂とを混練し造粒して得た造粒物を、常圧下不活性ガス雰囲気中又は減圧下空気雰囲気中において７００〜１１００℃の温度で炭化させて得た炭化物であることを特徴とする。
【００３３】
この構成により、請求項５乃至８の内いずれか１の作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）内部に適度な径の気孔を有する麩糠類とガラス化して硬質な炭化皮膜となる合成樹脂との造粒物を所定の条件で炭化させた炭素粉末を用いるので、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量をより一層緩和する炭化珪素複合焼結体が得られる。
（２）従来、大量に廃棄されていた麩糠類を工業材料として有効活用することができるため、省資源性に優れる。
【発明の効果】
【００３４】
以上のように、本発明の炭化珪素複合焼結体及びその製造方法によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、
（１）本発明の炭素粉末を含む複合焼結体を摺動部材として用いた場合、多孔質炭化粉末によって摺動時の負荷応力に対するクッション性が発揮され、また水や油等の潤滑条件下では潤滑剤の担持性が良好になるため、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を緩和することができる炭化珪素複合焼結体を提供できる。
（２）大気中無潤滑下での摺動性に優れた炭化珪素複合焼結体を提供できる。
【００３５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）多孔質炭化粉末が炭化珪素複合焼結体中に微細化することなく安定して充分に存在するので、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を一層緩和する炭化珪素複合焼結体を提供できる。
【００３６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）多孔質炭化粉末が特定の平均気孔径の気孔を有するので、摺動時の負荷応力に対するクッション性や潤滑剤の担持性により優れた炭化珪素複合焼結体を提供できる。
【００３７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の内いずれか１の効果に加え、
（１）炭素粉末は、内部に適度な径の気孔を有する麩糠類とガラス化して硬質な炭化皮膜となる合成樹脂との造粒物を所定の条件で炭化させることによって得られるので、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量をより一層緩和する炭化珪素複合焼結体を提供できる。
（２）従来、大量に廃棄されていた麩糠類を工業材料として有効活用し、省資源性に優れた炭化珪素複合焼結体を提供できる。
【００３８】
請求項５に記載の発明によれば、
（１）本発明の炭素粉末を含む複合焼結体を摺動部材として用いた場合、多孔質炭化粉末によって摺動時の負荷応力に対するクッション性が発揮され、また水や油等の潤滑条件下では潤滑剤の担持性が良好になるため、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を緩和できる炭化珪素複合焼結体が得られる炭化珪素複合焼結体の製造方法を提供できる。
（２）脱脂成形体を、一旦、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）にて加圧した後に焼結させるので、高密度の炭化珪素複合焼結体を常圧焼結にて製造できる炭化珪素複合焼結体の製造方法を提供できる。
（３）従来公知の熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）やホットプレス法（ＨＰ）などのような大掛かりな設備を必要とせず、経済的効果に優れた炭化珪素複合焼結体の製造方法を提供できる。
【００３９】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５の効果に加え、
（１）大気中無潤滑下での摺動性に優れた炭化珪素複合焼結体が得られる炭化珪素複合焼結体の製造方法を提供できる。
【００４０】
請求項７に記載の発明によれば、請求項５又は６の効果に加え、
（１）多孔質炭化粉末を炭化珪素複合焼結体中に微細化することなく安定して充分に存在させることができるので、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を一層緩和する炭化珪素複合焼結体が得られる炭化珪素複合焼結体の製造方法を提供できる。
【００４１】
請求項８に記載の発明によれば、請求項５乃至７の内いずれか１の効果に加え、
（１）多孔質炭化粉末が特定の平均気孔径の気孔を有するので、摺動時における負荷応力に対するクッション性や潤滑剤の担持性により優れた炭化珪素複合焼結体が得られる炭化珪素複合焼結体の製造方法を提供できる。
【００４２】
請求項９に記載の発明によれば、請求項５乃至８の内いずれか１の効果に加え、
（１）内部に適度な径の気孔を有する麩糠類とガラス化して硬質な炭化皮膜となる合成樹脂との造粒物を所定の条件で炭化させた炭素粉末を用いるので、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量をより一層緩和する炭化珪素複合焼結体が得られる炭化珪素複合焼結体の製造方法を提供できる。
（２）従来、大量に廃棄されていた麩糠類を工業材料として有効活用し、省資源性に優れた炭化珪素複合焼結体の製造方法を提供できる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
４８メッシュ（目開き３００μｍ）の篩を通過した脱脂糠と、熱硬化性フェノール樹脂（群栄化学工業製、商品名：液状レヂトップＰＬ−４８２６）とを、脱脂糠７６質量部に対して熱硬化性フェノール樹脂２４質量部の割合で配合して混練した後、８０℃に加熱しながら造粒した。得られた造粒物の内、１２メッシュ（目開き１．４ｍｍ）の篩を通過したものを窒素ガス雰囲気中９００℃で炭化させた後、粉砕して炭素粉末を得た。得られた炭素粉末の平均粒径は、４０μｍであった。
図１は、炭素粉末の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例であり、図２は図１の一部分を拡大した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
図１によると、炭素粉末の最大粒径は約１００μｍであり、表面の炭化被膜は比較的平滑なガラス状組織であることがわかる。
図２に示す炭素粉末は粒径約９０μｍで、上側の表面の一部だけが平滑な組織をしており、下側は多孔質状の組織をしている。多孔質炭化粉末を被覆したガラス状の炭化被膜の一部が剥離したものと推察される。炭化被膜の厚みは約５μｍであり、多孔質炭化粉末の表面には平均径が０．５〜５μｍの気孔が形成されている。炭素粉末の平均粒径は４０μｍであり、炭化被膜の厚みは約５μｍであったことから、炭素粉末に対する炭化被膜の厚み（５μｍ）の比率は、５／４０＝１／８である。
次に、平均粒径０．７μｍの炭化珪素１００質量部に対して前述の炭素粉末を３質量部配合したものに、焼結助剤として炭化ホウ素０．５質量部及び炭素１質量部を加えて、トルエン中ボールミルで２４時間湿式混合した（混合工程）。乾燥後、混合粉末を冷間等方圧加圧法にて１５０ＭＰａの圧力で加圧して平板状の成形体を得た（成形工程）。得られた成形体を２６Ｐａの空気雰囲気中、３００℃／時間の昇温速度で９００℃まで昇温・加熱して１時間保持した後、室温まで冷却して脱脂成形体を得た（脱脂工程）。得られた脱脂成形体を、再び１５０ＭＰａで冷間等方圧加圧法にて加圧した（加圧工程）。加圧した脱脂成形体を、２６Ｐａの減圧下空気雰囲気中、３００℃／時間の昇温速度で１５００℃まで昇温・加熱した後、１５００℃で０．１ＭＰａのアルゴン雰囲気に置換した後、２０５０℃で２時間常圧焼結させて（焼結工程）、実施例１の炭化珪素複合焼結体を得た。
【００４４】
（実施例２）
炭化珪素１００質量部に対して炭素粉末を５質量部配合した以外は実施例１と同様にして、実施例２の炭化珪素複合焼結体を得た。
図３は、実施例２の炭化珪素複合焼結体の切断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、図４は図３に点在する炭素粉末の切断面を拡大した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
図３によれば、炭素粉末は炭化珪素複合焼結体中に均一に分散していることがわかる。また、図４によれば、炭化珪素複合焼結体の切断によって炭素粉末の炭化被膜が剥離し、多孔質炭化粉末部分が現れている。
【００４５】
（実施例３）
炭化珪素１００質量部に対して炭素粉末を１１質量部配合した以外は実施例１と同様にして、実施例３の炭化珪素複合焼結体を得た。
【００４６】
（実施例４）
炭化珪素１００質量部に対して炭素粉末を１７質量部配合した以外は実施例１と同様にして、実施例４の炭化珪素複合焼結体を得た。
【００４７】
（比較例１）
炭化珪素１００質量部に対して炭素粉末を２質量部配合した以外は実施例１と同様にして、比較例１の炭化珪素複合焼結体を得た。
【００４８】
（比較例２）
炭化珪素１００質量部に対して炭素粉末を２０質量部配合した以外は実施例１と同様にして、比較例２の炭化珪素複合焼結体を得た。
【００４９】
（比較例３）
石油ピッチを１０００℃で焼成して得られた焼成体を、粉砕・整粒して炭素粉末（平均粒径１００μｍ）を得た。得られた炭素粉末を炭化珪素１００質量部に対して１１質量部配合した以外は実施例１と同様にして比較例３の炭化珪素複合焼結体を得た。
【００５０】
（比較例４）
平均粒径０．７μｍの炭化珪素粉末１００質量部に焼結助剤として炭化ホウ素０．５質量部及び炭素１質量部を加えて、トルエン中ボールミルで２４時間湿式混合した。乾燥後、混合粉末を冷間等方圧加圧法にて１５０ＭＰａの圧力で加圧して成形体を得た。得られた成形体を、２６Ｐａの空気雰囲気中、３００℃／時間の昇温速度で９００℃まで昇温・加熱して１時間保持した後、室温まで冷却して脱脂成形体を得た。得られた脱脂成形体を、再び１５０ＭＰａの圧力で冷間等方圧加圧法にて加圧した。加圧した脱脂成形体を２６Ｐａの減圧下、３００℃／時間の昇温速度で１５００℃まで昇温・加熱した後、０．１ＭＰａのアルゴン雰囲気に置換して、再び２０５０℃まで昇温・加熱して２時間保持した後、室温まで冷却して比較例４の炭化珪素焼結体を得た。
【００５１】
（大気中無潤滑下における比磨耗量）
実施例１〜４及び比較例１〜４の各焼結体について、大気中無潤滑下での比磨耗量を以下のように測定した。
試験には、往復型磨耗試験装置（新東科学株式会社製、ＨＥＩＤＯ−２２型）を用いた。試験方法は、各焼結体をプレート状試験片としてステージに固定し、プレート状試験片の上に載置したボール状試験片に重錘を用いて荷重を加え、ステージを一定のすべり速度で往復運動させることにより磨耗試験を行った。なお、ボール状試験片は、半径４ｍｍのアルミナ研磨球（嵩密度３．９ｇ／ｃｍ３、ビッカース硬度１８ＧＰａ）を用いた。また、すべり速度は０．０１ｍ／ｓ、摩擦繰り返し数は２００００回、往復のストロークは５ｍｍとした。
耐摩耗性の評価には、比磨耗量を用いた。ここで、比磨耗量とは、単位荷重、単位すべり距離あたりの磨耗体積であり、Ｖ／（Ｗ・Ｌ）の計算式（Ｖ：磨耗体積〔ｍｍ３〕、Ｗ：垂直荷重〔Ｎ〕、Ｌ：すべり距離〔ｍｍ〕）で定義される。
試験後、プレート状試験片の磨耗痕について、触針式表面粗さ形状測定器（東京精密製、サーフコム１４００Ａ−３ＤＦ型）を用いて断面曲線を測定し、その断面曲線からプレート状試験片の磨耗体積を算出した。さらに、磨耗体積と試験時に加えた荷重、すべり距離からプレート状試験片の比磨耗量を算出した。
また、ボール状試験片の磨耗体積、試験時に加えた荷重及びすべり距離からボール状試験片の比磨耗量も算出した。
【００５２】
（水潤滑下における比磨耗量）
また、前記各焼結体において、プレート状試験片及びボール状試験片との間の摩擦を水潤滑下で行い、すべり速度を０．５ｍ／ｓとした以外は、大気中無潤滑下での試験方法に準じてプレート状試験片及びボール状試験片の比磨耗量の測定を行った。
【００５３】
大気中無潤滑下及び水潤滑下でのプレート状試験片（自材）及びボール状試験片（相手材）の比磨耗量の測定結果を表１に示す。
また、各焼結体における炭素粉末の配合量、嵩密度、見掛気孔率、相対密度、曲げ強度、ビッカース硬度を併せて表１に示す。
なお、曲げ強度はＪＩＳ  Ｒ１６０１（１９９５）に準じて測定し、ビッカース硬度はＪＩＳ  Ｒ１６１０（２００３）に準じて、硬度の高い実施例１〜４、比較例１及び比較例４は９８．０７Ｎの試験力で測定を行い、硬度の低い比較例２及び比較例３は９．８０７Ｎの試験力で測定した。
【００５４】
【表１】
2007230820.tif 000003
【００５５】
表１から、本発明の炭化珪素複合焼結体（実施例１〜４）はいずれも、従来の炭化珪素複合焼結体（比較例３）に比べて、曲げ強度及びビッカース硬度とも高く機械的特性に優れるとともに、特に大気中無潤滑下における自材及び相手材の比磨耗量が少ない。
炭素粉末の配合量が３質量部より少ない炭化珪素複合焼結体（比較例１）及び炭素粉末を含まない炭化珪素焼結体（比較例４）は、緻密で機械的特性に優れるものの、自材及び相手材の比磨耗量が多い。
また、炭素粉末の配合量が１７質量部より多い炭化珪素複合焼結体（比較例２）は、曲げ強度及びビッカース硬度とも低く、自材及び相手材の比磨耗量が多い。
以上のように本実施例によれば、水潤滑下及び大気中無潤滑下における相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を低減でき摺動性に優れた炭化珪素複合焼結体が得られることが明らかである。
【００５６】
（比較例５）
実施例記載の炭化珪素複合焼結体の製造方法の脱脂工程において、成形体を２６Ｐａの空気雰囲気中、３００℃／時間の昇温速度で５５０℃まで昇温・加熱して１時間保持した後、室温まで冷却して脱脂成形体を得た以外は実施例２と同様にして、比較例５の炭化珪素複合焼結体を得た。
【００５７】
（比較例６）
脱脂工程において、成形体を２６Ｐａの空気雰囲気中、３００℃／時間の昇温速度で１１５０℃まで昇温・加熱して１時間保持した後、室温まで冷却して脱脂成形体を得た以外は実施例２と同様にして、比較例６の炭化珪素複合焼結体を得た。
【００５８】
（比較例７）
加圧工程で加圧した脱脂成形体を、焼結工程において、２６Ｐａの減圧下空気雰囲気中、３００℃／時間の昇温速度で１５００℃まで昇温・加熱した後、１５００℃で０．１ＭＰａのアルゴン雰囲気に置換した後、１７５０℃で２時間常圧焼結させた以外は実施例２と同様にして、比較例７の炭化珪素複合焼結体を得た。
【００５９】
（比較例８）
加圧工程で加圧した脱脂成形体を、焼結工程において、２６Ｐａの減圧下空気雰囲気中、３００℃／時間の昇温速度で１５００℃まで昇温・加熱した後、１５００℃で０．１ＭＰａのアルゴン雰囲気に置換した後、２２５０℃で２時間常圧焼結させた以外は実施例２と同様にして、比較例８の炭化珪素複合焼結体を得た。
【００６０】
（比較例９）
成形工程において得られた成形体を、脱脂工程を行わずに再び１５０ＭＰａで冷間等方圧加圧法にて加圧した（加圧工程）した以外は実施例２と同様にして、比較例９の炭化珪素複合焼結体を得た。
【００６１】
（比較例１０）
脱脂工程において得られた脱脂成形体を、加圧工程を行わずに２６Ｐａの減圧下空気雰囲気中、３００℃／時間の昇温速度で１５００℃まで昇温・加熱した後、１５００℃で０．１ＭＰａのアルゴン雰囲気に置換した後、２０５０℃で２時間常圧焼結させた（焼結工程）以外は実施例２と同様にして、比較例１０の炭化珪素複合焼結体を得た。
比較例５〜１０及び基準試料として用いた実施例２の各炭化珪素複合焼結体の嵩密度、見掛気孔率、相対密度、曲げ強度（ＪＩＳ  Ｒ１６０１（１９９５））及びビッカース硬度（ＪＩＳ  Ｒ１６１０（２００３））をそれぞれ表２に示す。
【００６２】
【表２】
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【００６３】
表２から、脱脂温度が６００℃より低い比較例５及び脱脂工程を行わなかった比較例９では、有機物の分解不足により発生するガスによって焼結が不十分となるため、得られた複合焼結体の密度及び硬度とも実施例２より低い。
また、脱脂温度が１１００℃より高い比較例６では、脱脂工程において炭素粉末が分解し焼失するため、得られた複合焼結体の密度及び硬度とも実施例２より低い。
焼結温度が１８００℃より低い比較例７では、焼結が不十分なため、得られた複合焼結体の密度及び硬度とも実施例２より著しく低く、また焼結温度が２２００℃より高い比較例８では、異常な粒成長により、得られた複合焼結体の密度及び硬度とも実施例２より低い。
また、加圧工程を行わなかった比較例１０では、脱脂成形体の緻密化が不足するため、得られた複合焼結体の密度及び硬度とも実施例２より低い。
以上のように本実施例によれば、常圧焼結で高密度の炭化珪素複合焼結体が得られることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
炭化珪素に炭素粉末を分散させた炭化珪素複合焼結体及びその製造方法に関し、表面の少なくとも一部が炭化被膜で被覆された多孔質炭化粉末からなる炭素粉末を使用することで、摺動時の負荷応力に対するクッション性が発揮され、また水や油等の潤滑条件下では潤滑剤の担持性が良好になるので、相手材攻撃性及び自材の比磨耗量を低減できるとともに、特に大気中無潤滑下での摺動性に優れた炭化珪素複合焼結体を提供することができ、また、脱脂成形体を冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）にて加圧した後に焼結させることで、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）やホットプレス法（ＨＰ）などの大掛かりな設備を必要とせず、常圧焼結で高密度の複合焼結体を量産できる炭化珪素複合焼結体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】炭素粉末の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真
【図２】炭素粉末の表面を拡大して観察した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真
【図３】実施例２の炭化珪素複合焼結体の切断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真
【図４】実施例２の炭化珪素複合焼結体の切断面の炭素粉末の表面を拡大した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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