マテリアルデザインの原則
CuSn6 ブロンズ-PTFE 複合材料は相乗的な性能を実現します。
| 成分 | 関数 | 機構 |
|---|---|---|
| PTFEマトリックス | 化学的不活性 / 低摩擦 (μ=0.02～0.1) | 分子鎖の滑り |
| ブロンズ（25～40%） | 熱伝導率↑800% | 金属熱ネットワーク（k=4.5 W/m·K） |
| グラファイト（5％） | 境界潤滑 | 転写フィルム形成 |
複合密度の公式:
ρcomp=ρPTFE%PTFE+ρBronze%Bronze100
（最適化された密度：2.8～3.2 g/cm³）
パフォーマンスのブレークスルー
（ASTM D3702 / ISO 11014試験データ）
| パラメータ | 純PTFE | 25% ブロンズ | 40% ブロンズ |
|---|---|---|---|
| 熱伝導率 | 0.25 W/m·K | 2.1 | 4.5 |
| PV制限 | 0.5 MPa·m/s | 0.85 | 1.2 |
| 熱膨張係数（×10⁻⁶/K） | 120 | 45 | 25 |
| 硬度（ショアD） | 55 | 68 | 72 |
| 摩耗量（mg/1000回転） | 35 | 9 | 5 |
主な利点:
- 熱放散: 熱経路が60%短くなり、PTFEの溶融（>150°C）を防止
- 寸法安定性: CTEは金属と一致します（鋼鉄CTE=11.5×10⁻⁶/K）
- 耐摩耗性: ブロンズ粒子は60%の荷重を担う
革新的な構造
トリプルグラジエントシーリングシステム（>20 MPa）:
[プライマリシール] ┌─40%ブロンズ┐ → 圧力/熱負荷 ├─25%勾配┤ → 応力緩衝 [フレキシブルゾーン] └─純PTFE┘ → 変形補償ダイナミックシール機構:
- 低圧：PTFE層が隙間を補う（18～22%の圧縮）
- 高圧: ブロンズを多く含む層が押し出しに抵抗します (隙間 <0.03 mm)
- 脈動荷重：ブロンズネットワークが振動を吸収（フレッティング摩耗が80％減少）
極限条件アプリケーション
| 応用 | 解決 | 検証 |
|---|---|---|
| 風力タービンのピッチシリンダー | 30%ブロンズPTFEステップシール | -50°CでPV=0.9 MPa·m/s |
| 射出成形ユニット | デュアルグラデーショングライドリング | 230°Cで15万サイクル以上 |
| 船舶舵システム | ブロンズPTFE + 304SS裏地 | 35MPaの海水でも腐食ゼロ |
油圧システム試験データ（35 MPa）:
| メトリック | NBRシール | ブロンズ-PTFE | 改善 |
|---|---|---|---|
| 漏れ | 23.5 ml/分 | 0.8 | ↓96% |
| 離脱摩擦 | 4500 北 | 1200 | ↓73% |
| 耐用年数 | 1,800時間 | 1万2000 | ↑567% |
製造プロセス
勾配圧縮:
- パウダー層：40％→25％→0％ブロンズグラデーション
- コールドプレス：30 MPa @ 80°C（PTFEの繊維化を防ぐ）
- ステップ焼結：
- ステージ1：300℃×2時間（応力緩和）
- ステージ2：380℃×4時間（分子拡散）
表面工学:
- プラズマエッチング：表面多孔度15～20%
- 真空含浸：PFAEフッ素潤滑剤注入
選考ガイドライン
| 状態 | 推奨 | 避ける |
|---|---|---|
| 圧力変動 | ≥30%ブロンズ+押し出し防止リング | 非強化PTFE |
| 200°C以上での動作 | ブロンズ層40%以上 | ブロンズ含有量<15% |
| 研磨媒体 | ≥70ショアD表面 | 未処理の表面 |
| >1 m/sの往復 | 3～5％のグラファイト添加 | 乾燥した走行条件 |
次世代研究開発:
- スマートシール：接触応力モニタリング用の埋め込み型FBGセンサー
- 生体模倣構造：ハニカムブロンズスケルトン（重量30%減）
- ナノコーティング：WS₂/MoS₂多層膜（μ↓～0.01）
投稿日時: 2025年7月18日