JPS6137230B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6137230B2 JPS6137230B2 JP53151559A JP15155978A JPS6137230B2 JP S6137230 B2 JPS6137230 B2 JP S6137230B2 JP 53151559 A JP53151559 A JP 53151559A JP 15155978 A JP15155978 A JP 15155978A JP S6137230 B2 JPS6137230 B2 JP S6137230B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon carbide
- sliding member
- surface layer
- substrate
- alumina
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、摺動部材の製造方法に関し、更に詳
しくは、マグネトロンスパツタ法によりアルミナ
からなる基体上に高蒸着速度で炭化ケイ素の鏡面
表面層を形成させる摺動部材の製造方法に関す
る。
しくは、マグネトロンスパツタ法によりアルミナ
からなる基体上に高蒸着速度で炭化ケイ素の鏡面
表面層を形成させる摺動部材の製造方法に関す
る。
従来技術とその問題点
従来、メカニカルシール、軸受、タービン・ポ
ンプ部品等の摺動機構部で使用される摺動部材と
して、炭化ケイ素の優れた特性を活用すべく、カ
ーボン基体上に炭化ケイ素の皮膜を形成させたも
のがある。しかしながら、この摺動部材は、カー
ボンからなる基体が、皮膜である炭化ケイ素に比
して機械的特性（特にヤング率）に劣るので、苛
酷な使用条件下では、基体に歪みが生じるなどの
問題点がある。従つて、この摺動部材には、使用
条件、用途等の点で制約があり、皮膜である炭化
ケイ素の優れた特性が充分に発揮されるにはいた
つていない。
ンプ部品等の摺動機構部で使用される摺動部材と
して、炭化ケイ素の優れた特性を活用すべく、カ
ーボン基体上に炭化ケイ素の皮膜を形成させたも
のがある。しかしながら、この摺動部材は、カー
ボンからなる基体が、皮膜である炭化ケイ素に比
して機械的特性（特にヤング率）に劣るので、苛
酷な使用条件下では、基体に歪みが生じるなどの
問題点がある。従つて、この摺動部材には、使用
条件、用途等の点で制約があり、皮膜である炭化
ケイ素の優れた特性が充分に発揮されるにはいた
つていない。
問題点を解決するための手段
本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑
みて種々研究を重ねた結果、アルミナからなる基
体上に特定の条件下にマグネトロンスパツタ法に
より炭化ケイ素の鏡面状態の表面層を形成させる
場合には、従来技術の問題点を実質的に解消し得
る摺動部材が得られることを見出した。即ち、本
発明は、以下の方法を提供するものである： 真空槽内において、陰極ケイ素ターゲツトによ
り高周波電力を印加して電界を設け、該陰極ケイ
素ターゲツトの近傍に永久磁石を配置することよ
り磁場を設け、これ等の電界と磁場とが直交に作
用する直交電磁場を形成し、陰極ケイ素ターゲツ
トに不活性ガスを衝突させ、反応性ガスの存在下
に500〜1000℃に加熱したアルミナからなる基体
上に３〜６μ／hrの蒸着速度で炭化ケイ素からな
る鏡面層を形成させることを特徴とする摺動部材
の製造方法。
みて種々研究を重ねた結果、アルミナからなる基
体上に特定の条件下にマグネトロンスパツタ法に
より炭化ケイ素の鏡面状態の表面層を形成させる
場合には、従来技術の問題点を実質的に解消し得
る摺動部材が得られることを見出した。即ち、本
発明は、以下の方法を提供するものである： 真空槽内において、陰極ケイ素ターゲツトによ
り高周波電力を印加して電界を設け、該陰極ケイ
素ターゲツトの近傍に永久磁石を配置することよ
り磁場を設け、これ等の電界と磁場とが直交に作
用する直交電磁場を形成し、陰極ケイ素ターゲツ
トに不活性ガスを衝突させ、反応性ガスの存在下
に500〜1000℃に加熱したアルミナからなる基体
上に３〜６μ／hrの蒸着速度で炭化ケイ素からな
る鏡面層を形成させることを特徴とする摺動部材
の製造方法。
一般に、摺動部材の摺動接触面としての炭化ケ
イ素被覆層の優れた特性を充分に発揮させる基体
は、機械的特性（特にヤング率）に優れ、高負荷
に対しても歪等を生ぜず、かつ炭化ケイ素との熱
膨脹係数の差が比較的小さい材料でなければなら
ない。本発明者は、種々の材料について試験を重
ねた結果、Al2O3、Fe2O3、MgO、ZnO、ZrO2、
ThO2等の金属酸化物が、比較的良好に上記の要
件を充すことを見出した。そして、引続く研究に
おいて、これらの金属酸化物中でも、機械的強度
に優れ、耐摩耗性にも優れ、かつ被覆さるべき炭
化ケイ素に近い熱膨脹係数を有していることか
ら、アルミナ（Al2O3）が基体として最適である
ことを見出した。
イ素被覆層の優れた特性を充分に発揮させる基体
は、機械的特性（特にヤング率）に優れ、高負荷
に対しても歪等を生ぜず、かつ炭化ケイ素との熱
膨脹係数の差が比較的小さい材料でなければなら
ない。本発明者は、種々の材料について試験を重
ねた結果、Al2O3、Fe2O3、MgO、ZnO、ZrO2、
ThO2等の金属酸化物が、比較的良好に上記の要
件を充すことを見出した。そして、引続く研究に
おいて、これらの金属酸化物中でも、機械的強度
に優れ、耐摩耗性にも優れ、かつ被覆さるべき炭
化ケイ素に近い熱膨脹係数を有していることか
ら、アルミナ（Al2O3）が基体として最適である
ことを見出した。
基体上に被覆層を形成させる方法としては、
種々の方法が存在するが、本発明においては、特
定条件下に実施されるマグネトロンスパツタ法に
依ることを必須とする。即ち、化学的蒸着法にお
いては、基体を高周波誘導加熱により1500℃以上
とする必要があるので、非導電性のアルミナを基
体とする場合には採用し難い、又、物理的蒸着法
の一方法であるイオンプレーテイング法によりカ
ーボン基体上に炭化ケイ素皮膜を形成させる方法
として、例えば特開昭52―90508号公報に記載の
方法があるが、この方法も非導電性のアルミナを
基体とする場合には使用し難い。
種々の方法が存在するが、本発明においては、特
定条件下に実施されるマグネトロンスパツタ法に
依ることを必須とする。即ち、化学的蒸着法にお
いては、基体を高周波誘導加熱により1500℃以上
とする必要があるので、非導電性のアルミナを基
体とする場合には採用し難い、又、物理的蒸着法
の一方法であるイオンプレーテイング法によりカ
ーボン基体上に炭化ケイ素皮膜を形成させる方法
として、例えば特開昭52―90508号公報に記載の
方法があるが、この方法も非導電性のアルミナを
基体とする場合には使用し難い。
本発明者の研究によれば、物理的蒸着法のうち
のスパツタ法による場合には、たしかにアルミナ
基体上に炭化ケイ素の複覆を形成させることは可
能であることが判明した。しかしながら、従来の
スパツタ法は、蒸着速度が遅いことが最大の欠点
であり、アルミナ基体上に炭化ケイ素からなる被
覆層を形成させる場合の蒸着速度は、0.3μｍ／
hr程度に過ぎない。従つて、摺動部材として実用
化し得る厚さの炭化ケイ素被覆膜層を工業的規模
で形成させる方法としては、適切ではない。しか
るに、本発明で採用するマグネトロンスパツタ法
によれば、陰極ケイ素ターゲツトにより高周波電
力を印加して電界を設け、該陰極ケイ素ターゲツ
トの近傍に永久磁石を配置することにより磁場を
設け、これら電界と磁場とが直交に作用する直交
電子磁場を形成させる場合には、基体たるアルミ
ナに対する炭化ケイ素の蒸着速度は、通常のスパ
ツタ法の10倍以上にも達するので、摺動部材の経
済的大量生産が可能となつた。
のスパツタ法による場合には、たしかにアルミナ
基体上に炭化ケイ素の複覆を形成させることは可
能であることが判明した。しかしながら、従来の
スパツタ法は、蒸着速度が遅いことが最大の欠点
であり、アルミナ基体上に炭化ケイ素からなる被
覆層を形成させる場合の蒸着速度は、0.3μｍ／
hr程度に過ぎない。従つて、摺動部材として実用
化し得る厚さの炭化ケイ素被覆膜層を工業的規模
で形成させる方法としては、適切ではない。しか
るに、本発明で採用するマグネトロンスパツタ法
によれば、陰極ケイ素ターゲツトにより高周波電
力を印加して電界を設け、該陰極ケイ素ターゲツ
トの近傍に永久磁石を配置することにより磁場を
設け、これら電界と磁場とが直交に作用する直交
電子磁場を形成させる場合には、基体たるアルミ
ナに対する炭化ケイ素の蒸着速度は、通常のスパ
ツタ法の10倍以上にも達するので、摺動部材の経
済的大量生産が可能となつた。
以下、図面を参照しつつ、本発明方法を更に詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図は、本発明方法により得られた摺動部材
の一例としてメカニカルシールの密封環を示す。
摺動部材１のアルミナからなる基体２には、後述
するマグネトロンスパツタ法により、炭化ケイ素
からなる表面層３が強固かつ緻密に被覆形成され
ている。この表面層３の表面（第１図において上
面）が他の機械的部品等と摺動する摺動面４とな
る。この摺動面４は、非常に平担で且つ鏡面状の
表面である。鏡面上の表面である摺動面４は、基
体２に表面層３をマグネトロンスパツタ法によつ
て被覆形成した後、研磨、ラツプ等の仕上げ加工
を施すことなく、マグネトロンスパツタ法のみに
よつて表面層３を被覆形成すれば自動的に鏡面状
の表面を備えた表面層３を基体２上に形成できる
ことが確認された。このような摺動部材１を好適
に製造できる装置の一例を第２図に示す。
の一例としてメカニカルシールの密封環を示す。
摺動部材１のアルミナからなる基体２には、後述
するマグネトロンスパツタ法により、炭化ケイ素
からなる表面層３が強固かつ緻密に被覆形成され
ている。この表面層３の表面（第１図において上
面）が他の機械的部品等と摺動する摺動面４とな
る。この摺動面４は、非常に平担で且つ鏡面状の
表面である。鏡面上の表面である摺動面４は、基
体２に表面層３をマグネトロンスパツタ法によつ
て被覆形成した後、研磨、ラツプ等の仕上げ加工
を施すことなく、マグネトロンスパツタ法のみに
よつて表面層３を被覆形成すれば自動的に鏡面状
の表面を備えた表面層３を基体２上に形成できる
ことが確認された。このような摺動部材１を好適
に製造できる装置の一例を第２図に示す。
図中、２はアルミナからなる基体、５は真空
槽、６は不活性ガス排気口、７はケイ素ターゲツ
ト、８は永久磁石、９はヒーター、１０はシヤツ
ター、１１は不活性ガスの導入口、１２は炭化水
素ガス導入口、１３，１３′は各々マツチングボ
ツクス、１４，１４′は夫々高周波電源、１５は
活性化電極、１６は冷却用パイプを示す。この装
置は形態上マグネトロンスパツタ装置と称せられ
るものであり、特にケイ素ターゲツトの近傍に永
久磁石８を配することによつて、真空槽５内にお
いて、直交電磁場を形成するので、基体２上に付
着される炭化ケイ素表面層の付着速度を従来の十
倍乃至数十倍の３〜６μｍ／hrのオーダーとする
ことが出来る。即ち、図示装置は、摺動部材１が
産業用途に供せられたとき、摩耗による耐久寿命
との関係により導き出した必要な炭化ケイ素から
なる表面層３の厚さ、即ち、10〜50μｍの必要厚
さを短時間にて形成でき、実用生産上極めて有用
である。この装置の操作を説明すると、まずヒー
ター９の上に、基体２を置く。基体２は複数個を
ヒーター９上において一度に複数個の摺動部材を
得ることも出来る。次に真空槽５内を10-6TORR
オーダーまで排気し、ヒーター９を500℃〜1000
℃の低温（CVDに比して）で保持する。そして
導入口１２より反応性ガスとして炭化水素ガス
（例えばC2H2）を10-5TORR〜10-4TORRオーダー
になるよう導入し、続いて導入口１１より不活性
ガス（例えばAr）を導入して10-3TORRオーダ
ーにて200分間、マグネトロンスパツタ法による
蒸着を行なう。この様にして、例えば、第１図に
示した摺動部材１を製造することができる。
槽、６は不活性ガス排気口、７はケイ素ターゲツ
ト、８は永久磁石、９はヒーター、１０はシヤツ
ター、１１は不活性ガスの導入口、１２は炭化水
素ガス導入口、１３，１３′は各々マツチングボ
ツクス、１４，１４′は夫々高周波電源、１５は
活性化電極、１６は冷却用パイプを示す。この装
置は形態上マグネトロンスパツタ装置と称せられ
るものであり、特にケイ素ターゲツトの近傍に永
久磁石８を配することによつて、真空槽５内にお
いて、直交電磁場を形成するので、基体２上に付
着される炭化ケイ素表面層の付着速度を従来の十
倍乃至数十倍の３〜６μｍ／hrのオーダーとする
ことが出来る。即ち、図示装置は、摺動部材１が
産業用途に供せられたとき、摩耗による耐久寿命
との関係により導き出した必要な炭化ケイ素から
なる表面層３の厚さ、即ち、10〜50μｍの必要厚
さを短時間にて形成でき、実用生産上極めて有用
である。この装置の操作を説明すると、まずヒー
ター９の上に、基体２を置く。基体２は複数個を
ヒーター９上において一度に複数個の摺動部材を
得ることも出来る。次に真空槽５内を10-6TORR
オーダーまで排気し、ヒーター９を500℃〜1000
℃の低温（CVDに比して）で保持する。そして
導入口１２より反応性ガスとして炭化水素ガス
（例えばC2H2）を10-5TORR〜10-4TORRオーダー
になるよう導入し、続いて導入口１１より不活性
ガス（例えばAr）を導入して10-3TORRオーダ
ーにて200分間、マグネトロンスパツタ法による
蒸着を行なう。この様にして、例えば、第１図に
示した摺動部材１を製造することができる。
発明の効果
本発明方法により得られる摺動部材は、基体と
表面層とが非常に優れた密着性を有し、かつ表面
層である炭化ケイ素は強固で緻密であり、一方基
体は機械的強度等に優れた特性を持つアルミナな
ので、基体と表面層との両材料の特性の相乗効果
によつて十二分な材料力学的特性を発揮し得るよ
うになる。従つて本発明に従えば、表面層のもつ
耐摩耗性と低摩擦係数を生かしつつ、歪み等を生
じない基材の特性と両々相俟つて優れた摺動部材
を製造することができる。そしてこの摺動部材を
メカニカルシールの密封環、軸受のすべり面、タ
ービン・ポンプ等の摺動部分の部品として使用す
る場合には、その優れた効果が発揮される。
表面層とが非常に優れた密着性を有し、かつ表面
層である炭化ケイ素は強固で緻密であり、一方基
体は機械的強度等に優れた特性を持つアルミナな
ので、基体と表面層との両材料の特性の相乗効果
によつて十二分な材料力学的特性を発揮し得るよ
うになる。従つて本発明に従えば、表面層のもつ
耐摩耗性と低摩擦係数を生かしつつ、歪み等を生
じない基材の特性と両々相俟つて優れた摺動部材
を製造することができる。そしてこの摺動部材を
メカニカルシールの密封環、軸受のすべり面、タ
ービン・ポンプ等の摺動部分の部品として使用す
る場合には、その優れた効果が発揮される。
なお、本発明方法において、陰極ターゲツトを
Ti、Ta、Ｂ等に変えれば、TiC、TaC、BaC等か
らなる被覆表面層が得られ、一方反応性ガスを
NH3、N2等に変えれば、Si3N4、TiN、BN等から
なる被覆表面層が得られる。
Ti、Ta、Ｂ等に変えれば、TiC、TaC、BaC等か
らなる被覆表面層が得られ、一方反応性ガスを
NH3、N2等に変えれば、Si3N4、TiN、BN等から
なる被覆表面層が得られる。
実施例
以下に実施例を示し、本発明の特徴とするとこ
ろをより一層明らかにする。
ろをより一層明らかにする。
実施例 １
外形30mm×内径20mm×厚さ８mmのアルミナから
なる基体に炭化ケイ素からなる表面層を形成させ
た。操作条件は、高周波電力：500W、アセチレ
ン（C2H2）分圧：２×10-4TORR、スパツタ圧
力：２×10-3TORR、アルミナ基体温度：60℃、
保持時間：200分であつた。形成された炭化ケイ
素の表面層厚さは10.8μｍであつた。表面層は、
鏡面状を呈しており、そのビツカース硬度は、
3000Kg／mm2であつた。又、炭化ケイ素からなる表
面層は、アルミナからなる基体に直接蒸着してい
るにもかかわらず、基体に強固に密着していた。
なる基体に炭化ケイ素からなる表面層を形成させ
た。操作条件は、高周波電力：500W、アセチレ
ン（C2H2）分圧：２×10-4TORR、スパツタ圧
力：２×10-3TORR、アルミナ基体温度：60℃、
保持時間：200分であつた。形成された炭化ケイ
素の表面層厚さは10.8μｍであつた。表面層は、
鏡面状を呈しており、そのビツカース硬度は、
3000Kg／mm2であつた。又、炭化ケイ素からなる表
面層は、アルミナからなる基体に直接蒸着してい
るにもかかわらず、基体に強固に密着していた。
かくして得られた摺動部材を鈴木式摩耗試験機
により100時間のドライ摩耗試験に供した後、1/1
０００mmまで測定できる表面測定機で摩耗量を測定
したが、摩耗量はゼロであつた。
により100時間のドライ摩耗試験に供した後、1/1
０００mmまで測定できる表面測定機で摩耗量を測定
したが、摩耗量はゼロであつた。
第１図は本発明に係摺動部材の部分斜視図、第
２図は、第１図の摺動部材を製造するためのスパ
ツタ装置の概略断面図である。 １…摺動部材、２…基体、３…表面層、４…摺
動面、５…真空槽、８…永久磁石。
２図は、第１図の摺動部材を製造するためのスパ
ツタ装置の概略断面図である。 １…摺動部材、２…基体、３…表面層、４…摺
動面、５…真空槽、８…永久磁石。
Claims (1)
- １ 真空槽内において、陰極ケイ素ターゲツトに
より高周波電力を印加して電界を設け、該陰極ケ
イ素ターゲツトの近傍に永久磁石を配置すること
により磁場を設け、これ等の電界と磁場とが直交
に作用する直交電磁場を形成し、陰極ケイ素ター
ゲツトに不活性ガスを衝突させ、反応性ガスの存
在下に500〜1000℃に加熱したアルミナからなる
基体上に３〜６μｍ／hrの蒸着速度で炭化ケイ素
からなる鏡面層を形成させることを特徴とする摺
動部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15155978A JPS5580784A (en) | 1978-12-07 | 1978-12-07 | Sliding member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15155978A JPS5580784A (en) | 1978-12-07 | 1978-12-07 | Sliding member |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5580784A JPS5580784A (en) | 1980-06-18 |
| JPS6137230B2 true JPS6137230B2 (ja) | 1986-08-22 |
Family
ID=15521163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15155978A Granted JPS5580784A (en) | 1978-12-07 | 1978-12-07 | Sliding member |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5580784A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58181775A (ja) * | 1982-02-27 | 1983-10-24 | エヌ・ベ−・フイリツプス・フル−イランペンフアブリケン | 炭素を含む摺動層およびこの摺動層を有する工具 |
| JPS63119963U (ja) * | 1986-08-29 | 1988-08-03 | ||
| JPS63111313A (ja) * | 1986-10-28 | 1988-05-16 | Kyocera Corp | 摺動装置 |
| JPS63171935U (ja) * | 1987-04-27 | 1988-11-09 | ||
| JPH01316517A (ja) * | 1988-06-16 | 1989-12-21 | Eagle Ind Co Ltd | 摺動部材及びその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5290508A (en) * | 1976-01-14 | 1977-07-29 | Toyo Tanso Co | Method of forming fine antiioxidizing silicon carbide coating on carbon material surfaces |
-
1978
- 1978-12-07 JP JP15155978A patent/JPS5580784A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5580784A (en) | 1980-06-18 |
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