摩耗低減剤としての硬質多孔性炭素粒子活用による先進的複合材料の開発と応用

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本研究では,低摩擦及び飛躍的な耐摩耗性の向上を同時に付与することが可能な,摩耗低減剤という新しい概念の添加剤を配合することにより先進的複合材料を開発し,しゅう動材料への応用を目指した.具体的には,鉄道集電用すり板材料に用いられる銅及びコークス・ピッチからなるカーボンに,摩耗低減剤として,米ぬかを原料とする硬質多孔性炭素材料であるRBセラミックス粒子を種々の粒径・配合率において混合・焼結した,銅/カーボン/RBセラミックス複合材料を開発した.また,同複合材料の大気中無潤滑下,水潤滑下,通電環境下におけるピンオンディスク摩擦試験及びブロックオンリング摩擦試験を行った.その摩擦試験の結果,同複合材料は,従来の鉄道集電用すり板材料に比べ,低摩擦,50倍以上の極めて優れた耐摩耗性,飛躍的に低い相手材料攻撃性を示すことを明らかにした.さらに,セラミックスの摩耗形態を表すウェアマップに基づいて,RBセラミックス粒子の配合による耐摩耗性発現メカニズムを明らかにするとともに,ウェアマップに基づく無次元パラメータを用いた同複合材料の摩耗予測式を提案し,その妥当性を明らかにした.これらの結果により,摩耗低減剤としてRBセラミックス粒子を配合することにより,鉄道集電用すり板材料の飛躍的な寿命向上が期待されるとともに,さらなる耐摩耗性向上のための設計指針が得られた.