DE112013004938T5

DE112013004938T5 - Feingussform und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE112013004938T5
Application number: DE112013004938.4T
Authority: DE
Inventors: Hidetaka Oguma; Kazutaka Mori; Ikuo Okada; Sachio Shimohata
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-07-02
Also published as: JP6199018B2; KR101657022B1; US20150224569A1; KR20150054916A; WO2014057913A1; CN104703724A; JP2014076458A

Abstract

Bereitgestellt wird eine Feingussform, die folgendes umfasst: einen Kern mit einer Form korrespondierend zu einem inneren hohlen Abschnitt eines Gussproduktes, und eine Außengussform korrespondierend zu einer Form einer Außenumfangsfläche des Gussproduktes, wobei die Außengussform zusammengesetzt ist aus: einer Primärschicht (erster getrockneter Film) (101A), die auf einer Innenumfangsfläche ausgebildet ist und ein Schlickerfilm ist, der durch Trocknen von Schlicker für die Feingussform erhalten wird, die monodispergierte, ultrafeine Aluminiumoxidteilchen und Kieselsol mit einer Teilchengröße von 1,0 μm oder weniger enthält und während eines Brennens als Mullit dient; und eine mehrlagige Unterstützungsschicht (105A), die auf der Außenseite der Primärschicht (erster getrockneter Film) (101A) durch wiederholtes Ausbilden einer ersten Unterstützungsschicht (zweiter getrockneter Film) (104-1) ausgebildet wird, die durch Ausbilden und Trocknen einer Schlickerschicht (102) aus dem Schlicker für die Feingussform und einer Stuckschicht (103), in der ein Stuckmaterial an der Schlickerschicht haftet, erhalten wird.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Feingussform und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Hintergrund
Es gibt ein Fein- bzw. Präzisionsgussverfahren, das bei der Herstellung eines Gussproduktes mit hoher Präzision als Gussverfahren zur Herstellung eines Gussproduktes verwendet wird. Bei dem in der Patentliteratur 1 offenbarten Feingussverfahren wird um ein Lost-Foam-Modell bzw. Modell zum Gießen mit verlorenem Schaum (Wachsmodell bzw. -struktur) herum Schlicker aufgebracht, das dieselbe Form wie eine geformte Komponente aufweist, auf die dann eine erste Stuck(mehl)schicht haftend aufgebracht wird, und diese wird anschließend einer Trocknungsbehandlung unterzogen. Danach werden die drei Vorgänge: Aufbringen des Schlickers, haftendes Aufbringen des Stucks und Trocknen wiederholt durchgeführt, um dadurch ein Modell zum Abdecken der Außenseite (äußere Gussform) des Gussproduktes herzustellen.
Hier wird die Feingussform so gebildet, dass das Wachsmodell in einem Schlicker angeordnet wird, der hauptsächlich Kieselsol enthält, der Schlicker haftend auf die Oberfläche des Wachsmodells aufgebracht und dann der Schlicker getrocknet wird.
Da durch einen einzigen Vorgang nur wenig Schlicker in einer dünnen Schicht anhaftend aufgebracht wird, wird der Vorgang mehrere Male bis zehnmal wiederholt, um die entsprechende Dicke zu erreichen. Zudem werden als Stuckmaterial bezeichnete, grobe Teilchen auf die Oberfläche des Schlickers gestreut, an der sie anhaften, um den Trocknungsvorgang zu beschleunigen, schnell die Dicke sicherzustellen oder Trocknungsrisse zu verhindern. Daher werden eine dichte Schicht und eine Schicht aus groben Teilchen in der Querschnittsstruktur der Form wiederholt.
Das Kieselsol ist beispielsweise eine Lösung, in der kugelförmige Siliziumdioxidteilchen mit einer Teilchengröße von etwa 20 nm dispergiert sind. Wenn die ultrafeinen Siliziumdioxidteilchen an der Oberfläche relativ feiner Teilchen (von mehreren Mikrometern bis zu zahlreichen Mikrometern) und grober Teilchen (Stuck) (hunderte Mikrometer bis zu mehreren Millimetern), wie Zirkon oder Aluminiumoxid, die in dem Schlicker enthalten sind, während des Trocknens anhaften und durch Trocknen und Wärmebehandlung eng miteinander verbunden werden, bleiben sowohl die Form der Gussform als auch deren Festigkeit erhalten, so dass die Verwendung als Gussform möglich ist.
Druckschriften
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2001-18033

Zusammenfassung
Technisches Problem
Im Allgemeinen reicht es jedoch, eine Gussform unter Verwendung des oben beschriebenen Kieselsols (Lösung, in der ultrafeine Siliziumdioxidteilchen dispergiert sind) herzustellen, wobei aber ein schmelzflüssiges Metall darin verweilen muss, um beispielsweise bei der Herstellung einer gleichmäßig verfestigten Schaufel eine Kristallpräzipitationsrichtung zu steuern. Dies führt zu einer längeren Verweilzeit bei einer hohen Temperatur (z. B. etwa 1550°C). In diesem Fall besteht das Problem darin, dass das als Bindemittel dienende Siliziumdioxid aufgrund des Verweilens bei hoher Temperatur weich wird, was zu einer Verformung der Gussform führt.
Bei einer solchen Herstellung der hier erwähnten, gleichmäßig verfestigten Schaufel wird die Schaufel allgemein so hergestellt, dass die Gussform in einen Vakuumofen gestellt sowie auf eine Temperatur erwärmt und bei dieser gehalten wird, die größer oder gleich einem Schmelzpunkt des schmelzflüssigen Metalls ist, und somit wird das schmelzflüssige Metall in die Gussform gegossen und die Gussform wird aus dem Ofen genommen, während das Ziehen zu einer Unterseite hin gesteuert wird, so dass das schmelzflüssige Metall von der Unterseite her abkühlt und erstarrt.
Dementsprechend ist beispielsweise bei der Herstellung der gleichmäßig verfestigten Schaufel eine Gussform erforderlich, die sich auch bei einer langen Verweildauer auf der hohen Temperatur (z. B. etwa 1550°C) nicht verformt.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des obigen Problems gemacht, und eines ihrer Ziele ist das Bereitstellen einer Feingussform, die sich auch bei einer langen Verweildauer auf der hohen Temperatur nicht verformt, und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Lösung des Problems
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Lösung des oben erwähnten Problems eine Fein- bzw. Präzisionsgussform bereitgestellt, die zur Herstellung eines Gussproduktes verwendet wird und folgendes umfasst: einen Kern mit einer Form korrespondierend zu einem inneren hohlen Abschnitt des Gussproduktes; und eine Außengussform korrespondierend zu einer Form einer Außenumfangsfläche des Gussproduktes, wobei die Außengussform zusammengesetzt ist aus: einer Primärschicht, die auf einer Innenumfangsfläche ausgebildet ist und aus einem Schlickerfilm ausgebildet ist, der durch Trocknen von Schlicker für die Feingussform erhalten wird, die monodispergierte, ultrafeine Aluminiumoxidteilchen und Kieselsol mit einer Teilchengröße von 1,0 μm oder weniger enthält und während eines Brennens als Mullit dient; und eine mehrlagige Unterstützungsschicht, die auf der Außenseite der Primärschicht durch wiederholtes Ausbilden einer Unterstützungsschicht ausgebildet wird, welche durch Ausbilden und Trocknen einer Schlickerschicht erhalten wird, die aus dem Schlicker für die Feingussform und einer Stuckschicht, in der ein Stuckmaterial an der Schlickerschicht haftet, ausgebildet wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Feingussform gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt, wobei der Schlicker für die Feingussform entweder Zirkonpulver oder Aluminiumoxidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 50 μm oder weniger enthält, und das Stuckmaterial aus Zirkonstuckteilchen oder aus Aluminiumoxidstuckteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 mm oder mehr besteht.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Feingussform gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt bereitgestellt, wobei die Primärschicht die Stuckschicht aufweist, in der das Stuckmaterial an der Schlickerschicht haftet, die aus dem Schlicker für die Feingussform ausgebildet ist.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Feingussform, die zur Herstellung eines Gussproduktes verwendet wird, bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Filmausbildungsprozess, bei dem ein Feinguss-Wachsmodell bzw. -struktur in Schlicker für die Feingussform eingetaucht und aus diesem herausgezogen wird, die monodispergierte, ultrafeine Aluminiumoxidteilchen und Kieselsol mit einer Teilchengröße von 1,0 μm oder weniger umfasst und während eines Brennens als Mullit dient, und anschließend eine Trocknungsbehandlung durchgeführt wird, wodurch eine Primärschicht aus einem Schlickerfilm auf einer Oberfläche des Wachsmodells gebildet wird; einen zweiten Filmausbildungsprozess, bei dem ein Stuckmaterial auf eine Oberfläche des Schlickers gestreut wird, nachdem das mit der Primärschicht ausgebildete Wachsmodell in den Schlicker für die Feingussform eingetaucht und aus diesem herausgezogen wurde, und anschließend eine Trocknungsbehandlung durchgeführt wird, wodurch eine Unterstützungsschicht ausgebildet wird; einen Formkörper-Ausbildungsprozess, bei dem der zweite Filmausbildungsprozess zur Ausbildung der Unterstützungsschicht mehr als einmal wiederholt wird, um dadurch einen Formkörper zu erhalten, der mit einer mehrlagigen Unterstützungsschicht ausgebildet ist; einen Wachsentfernungsprozess, bei dem das Wachs des Wachsmodells geschmolzen und von dem erhaltenen Formkörper entfernt wird; und einen Gussformbrennprozess, bei dem der nach dem Entfernen des Wachses erhaltene Formkörper einer Brennbehandlung unterzogen wird, um dadurch eine Gussform zu erhalten.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung der Feingussform gemäß dem vierten Aspekt bereitgestellt, bei dem ein Stuckmaterial haftend auf die Schlickerschicht aufgebracht wird, die aus dem Schlicker für die Feingussform ausgebildet ist, um eine Stuckschicht auszubilden, und die Stuckschicht während des ersten Filmausbildungsprozesses getrocknet wird.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung der Feingussform gemäß dem vierten oder fünften Aspekt bereitgestellt, bei dem Polycarbonsäuresalze als Dispergiermittel des Schlickers für die Feingussform verwendet werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden feine Aluminiumoxidteilchen und Kieselsol, die eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen und als Mullit dienen, als Schlicker verwendet, wodurch z. B. bei der Herstellung einer gleichmäßig verfestigten Schaufel der Effekt erzielbar ist, dass eine Gussform erhalten wird, die im Vergleich zur Verwendung des herkömmlichen Kieselsols eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweist und nicht verformt wird, wenn sie über einen langen Zeitraum auf einer hohen Temperatur (z. B. 1550°C) gehalten wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines getrockneten Formkörpers, bei dem es sich um eine äußere Gussform handelt.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm eines weiteren getrockneten Formkörpers, bei dem es sich um eine äußere Gussform handelt.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für Prozesse in einem Gussverfahren darstellt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für Prozesse in einem Verfahren zur Herstellung einer Gussform darstellt.
5 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines Kerns schematisch darstellt.
6 ist eine Perspektivdarstellung, die einen Teil einer Metallgussform schematisch darstellt.
7 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Prozess zur Herstellung eines Wachsmodells schematisch darstellt.
8 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Konfiguration schematisch darstellt, in der Schlicker auf das Wachsmodell aufgebracht wird.
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der äußeren Gussform schematisch darstellt.
10 ist ein erläuterndes Diagramm, das mehrere Prozesse im Verfahren zur Herstellung der Gussform schematisch darstellt.
11 ist ein erläuterndes Diagramm, das mehrere Prozesse in einem Gussverfahren schematisch darstellt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt. Außerdem umfassen Komponenten in der folgenden Beschreibung für den Fachmann einfach nachzuvollziehende, sowie diesen im Wesentlichen entsprechende und im Bereich sogenannter Äquivalente liegende Komponenten.
1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines getrockneten Formkörpers einer Außengussform. 2 ist ein Konfigurationsdiagramm eines weiteren getrockneten Formkörpers einer Außengussform.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Feingussform eine Feingussform, die zur Herstellung eines Gussproduktes verwendet wird und folgendes umfasst: einen Kern mit einer Form korrespondierend zu einem inneren hohlen Abschnitt des Gussproduktes, und eine Außengussform korrespondierend zu einer Form einer Außenumfangsfläche des Gussproduktes, wobei die Außengussform zusammengesetzt ist aus: einer Primärschicht (erster getrockneter Film) 101A, die auf einer Innenumfangsfläche und aus einem Schlickerfilm ausgebildet ist, der durch Trocknen von Schlicker für die Feingussform erhalten wurde, die monodispergierte, ultrafeine Aluminiumoxidteilchen und Kieselsol mit einer Teilchengröße von 1,0 μm oder weniger (vorzugsweise 0,3 bis 0,5 μm, wie in den Beispielen offenbart) enthält und während eines Brennens als Mullit dient; und eine mehrlagige Unterstützungsschicht 105A, die auf der Außenseite der Primärschicht (erster getrockneter Film) 101A durch wiederholtes Ausbilden einer ersten Unterstützungsschicht (zweiter getrockneter Film) 104-1 ausgebildet wird, die durch Ausbilden und Trocknen einer Schlickerschicht 102 aus dem Schlicker für die Feingussform und einer Stuckschicht 103, in der ein Stuckmaterial an der Schlickerschicht 102 haftet, erhalten wird.
Hier werden die feinen Aluminiumoxidteilchen (ultrafeine Aluminiumoxidteilchen) hochreiner, ultrafeiner Teilchen, die einer Monodispersion, z. B. mit einer Kugelmühle als Dispergiereinrichtung, unterzogen werden, als Bindemittel zur Ausbildung des Schlickers gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Der hier verwendete Begriff „Monodispersion” bezieht sich auf einen Zustand, bei dem sogar als Ergebnis einer Dispersionsbehandlung, bei der der Schlicker z. B. unter Verwendung feiner Aluminiumoxidteilchen mit einer Teilchengröße von etwa 0,5 μm ausgebildet wird, eine Monodispersion mit 0,5 μm ausgebildet wird.
Hier liegt die Teilchengröße der feinen Aluminiumoxidteilchen bei 1,0 μm oder weniger und kann vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 0,6 μm liegen.
Bei der vorliegenden Erfindung haben die Aluminiumoxidteilchen deswegen vorzugsweise eine Größe von 1,0 μm oder weniger, weil die Ergebnisse eines Biegefestigkeitsversuchs unerwünscht sind, wenn die Größe der feinen Aluminiumoxidteilchen 1,0 μm überschreitet.
Hier werden Polycarbonsäuresalze (z. B. Ammoniumsalze) verwendet, um als Dispergiermittel monodispergiert zu werden.
Zusätzlich kann eine Kugelmühle, z. B. mit einem Kugeldurchmesser von 10 bis 20 mm als Beispiel für die Dispergiereinrichtung genannt werden, wobei die Dispergiereinrichtung jedoch nicht darauf beschränkt ist, solange es sich dabei um eine Einrichtung zum Monodispergieren handelt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, einen guten Schlicker durch Monodispergieren der feinen Aluminiumoxidteilchen zu erhalten, die als Bindemittel dienen.
Da eine gleichmäßige Mullitausbildung während eines Brennens wichtig ist, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ferner ein hohes Mischverhältnis der feinen Aluminiumoxidteilchen, die zu 0,5 μm monodispergiert sind, bevorzugt.
Hier kann die Teilchengröße des Aluminiumoxids 1,0 μm oder weniger betragen und vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 0,6 μm liegen.
Vorzugsweise liegt ein solches Mischverhältnis in folgendem Bereich.
Al₂O₃/SiO₂ = 1,5 (Molverhältnis)
Das Kieselsol ist ein gleichmäßiges Dispersionsmaterial von Siliziumdioxid mit 0,02 μm und ist gleichmäßig in dem Aluminiumoxidschlicker dispergiert.
Da die feinen Aluminiumoxidteilchen mit einer vorbestimmten Teilchengröße als gleichmäßiges Dispersionsmaterial wirken, reagieren die feinen Aluminiumoxidteilchen gemäß der vorliegenden Erfindung hervorragend mit dem Kieselsol in einem Brennvorgang, und somit kann Mullit auf einer Temperatur gebildet werden (z. B. 1000°C), die niedriger als eine allgemein übliche Temperatur ist.
Wenn die feinen Aluminiumoxidteilchen ausschließlich als Schlicker für die Feingussform verwendet werden, steigen die Herstellungskosten, da die feinen Aluminiumoxidteilchen teuer sind. Wenn das Mullit daher während des Brennens durch Zugabe des Kieselsols zu den feinen Aluminiumoxidteilchen ausgebildet wird, wie bei der vorliegenden Erfindung, können die Herstellungskosten gesenkt werden.
Zirkonpulver (z. B. mit einer Größe von 350 Mesh) kann als Mehl zu dem gemischten Schlicker gegeben werden, der durch Zugabe des Kieselsols zu dem Schlicker der monodispergierten, feinen Aluminiumoxidteilchen erhalten wird, wodurch der Schlicker für die Feingussform erhalten wird.
Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung auch ein Fall akzeptabel sein, in dem das Mehl nicht zugegeben wird.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Feingussform unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
(Erster Filmausbildungsprozess)
Zuerst wird in dem ersten Filmausbildungsprozess ein Wachsmodell 30 in den Schlicker für die Feingussform (nachfolgend als „Schlicker” bezeichnet), welcher die monodispergierten, ultrafeinen Aluminiumoxidteilchen und das Kieselsol mit einer Teilchengröße von 1,0 μm oder weniger enthält und beim Brennen als Mullit dient, eingetaucht und dann aus diesem herausgezogen, und überschüssiger Schlicker wird abgetropft. Danach wird durch eine Trocknungsbehandlung ein Schlickerfilm (erster getrockneter Film) auf der Oberfläche des Wachsmodells 30 erhalten.
In 1 ist der Schlickerfilm die Primärschicht 101A, die mit der Oberfläche des Wachsmodells 30 in Kontakt kommt.
(Zweiter Filmausbildungsprozess)
Anschließend wird das Wachsmodell 30 mit der Primärschicht 101A in den Schlicker eingetaucht und aus diesem herausgezogen, und der überschüssige Schlicker wird abgetropft, wodurch die Schlickerschicht (zweite Schicht) 102 ausgebildet wird. Zirkonstuckteilchen (mit einer mittleren Teilchengröße von 0,8 mm) werden als Stuckmaterial auf die feuchte Schlickerschicht (zweite Schicht) 102 gestreut (stuckiert), wodurch die Stuckschicht (erste Schicht) 103 ausgebildet wird, an der das Stuckmaterial haftet. Eine Schichtstruktur aus der Schlickerschicht (zweite Schicht) 102 und der Stuckschicht (erste Schicht) 103 wird getrocknet, so dass die erste Unterstützungsschicht (zweiter getrockneter Film) 104-1 auf der Primärschicht (erster getrockneter Film) 101A ausgebildet wird.
(Formkörper-Ausbildungsprozess)
Der gleiche Vorgang wie der zweite Filmausbildungsprozess zur Ausbildung der ersten Unterstützungsschicht 104-1 wird mehr als einmal (z. B. 6- bis 10-mal) wiederholt, wodurch ein getrockneter Formkörper 106A erhalten wird, der die Außengussform mit einer vorbestimmten Dicke der mehrlagigen Unterstützungsschicht 105A ausbildet, in der die Schlickerschicht ((n + 1)-te Schicht) 102 und die Stuckschicht (n-te Schicht) 103 abwechselnd geschichtet sind.
Der getrocknete Formkörper wird z. B. bei 150°C in einen Autoklav gegeben, um das Wachs, aus dem das Wachsmodell 30 gebildet ist, zu schmelzen und dann auszulassen.
Danach wird das Modell einer Wärmebehandlung bei 1000°C unterzogen, wodurch die Feingussform, die durch Mullitschlicker konfiguriert ist, erhalten wird.
Die erhaltene Feingussform verformte sich nicht sogar in einem Festigkeitsversuch bei 1500°C, wie in einem nachfolgend beschriebenen Versuchsbeispiel angegeben, und hatte somit eine hohe Festigkeit. Im Gegensatz dazu wurde bei Verwendung des herkömmlichen Kieselsols ein Erweichungsverhalten festgestellt.
Zudem kann, wie in 2 gezeigt, eine Primär-Stuckschicht 101b, an der das Stuckmaterial haftet, auf einer Primär-Schlickerschicht 101a in einer Primärschicht 101B ausgebildet und dann getrocknet werden, wodurch die Primärschicht 101B ausgebildet wird.
Ferner ist es möglich, wenn wie bei der Primärschicht 101B das Stuckmaterial anhaftet, einen getrockneten Formkörper 106B einer Außengussform mit einer mehrlagigen Unterstützungsschicht 105B zu erhalten, in der die Schlickerschicht und die Stuckschicht 103 der mehrlagigen Unterstützungsschicht 105B die gleiche Laminierungszahl (n Schichten) aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, obwohl Zirkonpulver als Mehl verwendet wurde, eine ähnliche Feingussform auch dann zu erhalten, wenn andere Aluminiumoxidpulver als die Zirkonpulver als Mehl verwendet werden und Aluminiumoxidstuckteilchen an Stelle der Zirkonstuckteilchen als Stuckmaterial verwendet werden.
Ferner ist die Beziehung zwischen dem Mehl und dem Stuckmaterial nicht eingeschränkt, sondern es können entweder die Zirkonpulver oder die Aluminiumoxidpulver als Mehl und entweder die Zirkonstuckteilchen oder die Aluminiumoxidstuckteilchen als Stuckmaterial verwendet werden.
Obwohl die Teilchengröße des Mehls 350 Mesh beträgt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern verwendet vorzugsweise Teilchen von z. B. etwa 5 bis 80 μm und Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von z. B. 50 μm oder weniger.
Obwohl die Teilchengröße der Stuckteilchen 0,8 mm beträgt, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern verwendet vorzugsweise Teilchen von z. B. etwa 0,4 mm bis 2 mm und Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von z. B. 0,5 mm oder mehr.
Nachfolgend wird ein Gussverfahren unter Verwendung der Feingussform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für Prozesse in dem Gussverfahren darstellt. Das Gussverfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Hierbei können die in 3 dargestellten Prozesse voll automatisch oder so ausgeführt werden, dass eine Bedienperson jede der Vorrichtungen zur Ausführung jedes der Prozesse bedient. Im Gussverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Gussform hergestellt (Schritt S1). Die Gussform kann vorab oder bei jeder Ausführung eines Gussprozesses hergestellt werden.
Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung der Gussform gemäß der vorliegenden Ausführungsform, das in Schritt S1 auszuführen ist, unter Bezugnahme auf 4 bis 10 beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für Prozesse in dem Verfahren zur Herstellung der Gussform darstellt. Hierbei können in 4 dargestellte Prozesse voll automatisch oder so ausgeführt werden, dass eine Bedienperson jede der Vorrichtungen zur Ausführung jedes der Prozesse bedient.
In dem Verfahren zur Herstellung der Gussform wird ein Kern hergestellt (Schritt S12). Der Kern weist eine Form korrespondierend zu einem inneren Hohlraum eines mit der Gussform herzustellenden Gussproduktes auf. Das bedeutet, dass der Kern in einem Abschnitt korrespondierend zu dem inneren Hohlraum des Gussproduktes angeordnet ist, und das Eindringen eines Metalls, das ein Material für das Gussprodukt ist, während des Gießens verhindert. Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des Kerns unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein erläuterndes Diagramm, das den Prozess zur Herstellung des Kerns schematisch darstellt. In dem Verfahren zur Herstellung der Gussform, das in 5 dargestellt ist, wird eine Metallgussform 12 vorbereitet (Schritt S101). Die Metallgussform 12 weist einen hohlen Bereich auf, der zu dem Kern korrespondiert. Der hohle Abschnitt des Kerns ist ein konvexer Abschnitt 12a. Ferner ist in 5 die Metallgussform 12 im Querschnitt dargestellt, wobei die Metallgussform 12 jedoch im Grunde der Hohlraum zum Abdecken eines gesamten Umfangs des Bereichs korrespondierend zu dem Kern wird, mit Ausnahme einer Öffnung, durch die ein Material in einen Raum gegossen wird, und eines Lochs, durch das Luft ausgestoßen wird. Im Verfahren zum Gießen der Gussform wird, wie durch einen Pfeil 14 angedeutet, Keramikschlicker 16 in das Innere der Metallgussform 12 aus der Öffnung gegossen, durch die das Material in den Raum der Metallgussform 12 gegossen wird. Insbesondere wird ein Kern 18 durch das sogenannte Spritzgießen hergestellt, bei dem der Keramikschlicker 16 in das Innere der Metallgussform 12 gespritzt wird. Bei dem Verfahren zur Herstellung der Gussform wird nach dem Herstellen des Kerns 18 im Inneren der Metallgussform 12 der Kern 18 aus der Metallgussform 12 gelöst, in einen Brennofen 20 eingebracht und dort gebrannt. Dabei wird der aus Keramik ausgebildete Kern 18 gebrannt und gehärtet (Schritt S102). In dem Verfahren zum Gießen der Gussform wird der Kern 18 in der oben beschriebenen Weise hergestellt. Ferner wird der Kern 18 aus einem Material ausgebildet, das bei einer Kernentfernungsbehandlung, wie einer chemischen Behandlung nach dem Aushärten des Gussproduktes, entfernbar ist.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Gussform wird nach der Herstellung des Kerns 18 eine äußere Metallgussform hergestellt (Schritt S14). Die äußere Metallgussform weist eine Form auf, bei der eine Innenumfangsfläche derselben zu der Außenumfangsfläche des Gussproduktes korrespondiert. Die Metallgussform kann aus einem Metall oder aus Keramik ausgebildet sein. 6 ist eine Perspektivdarstellung, die einen Teil der Metallgussform schematisch darstellt. Eine Metallgussform 22a, wie in 6 dargestellt, ist so konfiguriert, dass ein konkaver Abschnitt, der an der Innenumfangsfläche ausgebildet ist, zu der Außenumfangsfläche des Gussproduktes korrespondiert. Ferner ist in 6 nur die Metallgussform 22a dargestellt, aber korrespondierend zu der Metallgussform 22a wird auch eine zu der Metallgussform 22a korrespondierende Metallgussform in einer Richtung nahe dem an der Innenumfangsfläche ausgebildeten, konkaven Abschnitt hergestellt. Bei dem Verfahren zur Herstellung der Gussform korrespondiert die Innenumfangsfläche zu der Außenumfangsfläche des Gussproduktes, wenn zwei Metallgussformen zusammengefügt werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Gussform wird nach der Herstellung der äußeren Metallgussform ein Wachsmodell hergestellt (Schritt S16). Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf 7. 7 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des Wachsmodells schematisch darstellt. Bei dem Verfahren zur Herstellung der Gussform wird der Kern 18 in einer vorbestimmten Position der Metallgussform 22a installiert (Schritt S110). Danach bedeckt eine Metallgussform 22b, die zu der Metallgussform 22a korrespondiert, eine Oberfläche, auf der der konkave Abschnitt der Metallgussform 22a ausgebildet ist, so dass die Metallgussformen 22a und 22b den Umfang des Kerns 18 umgeben, und ein Raum 24 zwischen dem Kern 18 und den Metallgussformen 22a und 22b ausgebildet wird. Bei dem Verfahren zur Herstellung der Gussform wird, wie durch einen Pfeil 26 angedeutet, zunächst ein WACHS 28 aus einem Rohr, das mit dem Raum 24 verbunden ist, in das Innere des Raums 24 gegossen (Schritt S112). Das WACHS 28 ist beispielsweise ein Wachs aus einem Material mit relativ niedrigem Schmelzpunkt, das schmilzt, wenn es auf eine vorbestimmte oder höhere Temperatur erwärmt wird. Bei dem Verfahren zur Herstellung der Gussform wird der gesamte Bereich des Raums 24 mit dem WACHS 28 gefüllt (Schritt S113). Danach umschließt das WACHS 28 den Kern 18, indem das WACHS 28 erstarrt, wodurch das Wachsmodell 30 ausgebildet wird. Das Wachsmodell 30 ist ein Wachsmodell, bei dem ein Abschnitt, der aus dem WACHS 28 ausgebildet ist, im Grunde die gleiche Form aufweist wie das Gussprodukt des zu fertigenden Gegenstandes. Danach wird bei dem Verfahren zur Herstellung des Gussproduktes das Wachsmodell 30 von den Metallgussformen 22a und 22b getrennt, und dann wird ein Gießtrichter 32 an dem Wachsmodell angebracht (Schritt S114). Der Gießtrichter 32 ist ein Mund, in den ein schmelzflüssiges Metall, das ein beim Gießen geschmolzenes Metall ist, eingebracht wird. Bei dem Verfahren zur Herstellung der Gussform wird das aus dem WACHS 28 ausgebildete Wachsmodell 30 in der oben beschriebenen Weise hergestellt, so dass es die gleiche Form wie das Gussprodukt aufweist und den Kern 18 enthält.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Gussform wird nach der Herstellung des Wachsmodells 30 ein Schlicker aufgebracht (durch Eintauchen) (Schritt S18). 8 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Konfiguration schematisch darstellt, in der der Schlicker auf das Wachsmodell aufgebracht wird. In dem Verfahren zur Herstellung der Gussform, das in 8 dargestellt ist, wird das Wachsmodell 30 in einen Speicherabschnitt 41 eingetaucht, in dem Schlicker 40 gespeichert ist, und dann nach dem Herausnehmen getrocknet (Schritt S19). Dadurch kann die Primärschicht 101A auf der Oberfläche des Wachsmodells 30 ausgebildet werden.
Hierbei ist der in Schritt S18 aufgebrachte Schlicker ein Schlicker, der direkt auf das Wachsmodell 30 aufgebracht wird. Der Schlicker 40, der die ultrafeinen Aluminiumoxidteilchen und das Kieselsol enthält, dient als Mullit beim Brennen und wird für die Gussform der Feingussform verwendet. In dem Schlicker 40 wird z. B. Zirkonoxid mit feuerfesten, feinen Teilchen von etwa 350 Mesh bevorzugt als Mehl verwendet. Zusätzlich werden vorzugsweise Polycarbonsäuresalze als Dispergiermittel verwendet. Darüber hinaus wird vorzugsweise eine Spur eines Antischaummittels (Substanz auf Siliziumbasis) oder eines Benetzbarkeit-verbessernden Mittels von beispielsweise 0,01% zu dem Schlicker 40 gegeben. Durch die Zugabe des Benetzbarkeit-verbessernden Mittels können die Hafteigenschaften des Schlickers 40 gegenüber dem Wachsmodell 30 verbessert werden.
In dem Verfahren zur Herstellung der Gussform, das in 8 dargestellt ist, wird der Schlicker 40 aufgebracht und dann getrocknet, so dass das Wachsmodell mit der Primärschicht (erster getrockneter Film) 101A ferner mit dem Schlicker beschichtet (durch Eintauchen) wird (Schritt S20). Wie in 9 dargestellt, wird der Stuckierprozess durch Berieseln der Oberfläche des feuchten Schlickers mit den Zirkonstuckteilchen (mit einer mittleren Teilchengröße von 0,8 mm) als Stuckmaterial 54 durchgeführt (Schritt S21). Danach wird das an der Oberfläche der Schlickerschicht haftende Stuckmaterial getrocknet, wodurch die erste Unterstützungsschicht (zweiter getrockneter Film) 104-1 auf der Primärschicht (erster getrockneter Film) 101A ausgebildet wird (Schritt S22).
Dann wird ein Prozess zum Bestimmen, ob der ähnliche Vorgang wie der Prozess zur Ausbildung der ersten Unterstützungsschicht (zweiter getrockneter Film) 104-1 mehr als einmal wiederholt wird (z. B. n: sechs- bis zehnmal), durchgeführt (Schritt S23). Eine n-te Unterstützungsschicht 104-n wird eine vorbestimmte Anzahl von Häufigkeiten (n) beschichtet (Schritt S23: Ja), wodurch der getrocknete Formkörper 106A erhalten wird, der die mit der mehrlagigen Unterstützungsschicht 105A einer Dicke von beispielsweise 10 mm ausgebildete Außengussform ist.
Beim Verfahren zur Herstellung der Gussform wird, nachdem der getrocknete Formkörper 106A mit dem mehrschichtigen Aufbau erhalten wurde, welcher mit der Primärschicht 101A und der mehrlagigen Unterstützungsschicht 105A ausgebildet wird, der getrocknete Formkörper 106A einer Wärmebehandlung unterzogen (Schritt S24). Insbesondere wird das WACHS zwischen der Außengussform und dem Kern entfernt, und die Außengussform und der Kern werden ferner gebrannt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf 10. 10 ist ein erläuterndes Diagramm, das mehrere Prozesse des Verfahrens zur Herstellung der Gussform schematisch darstellt. Beim Verfahren zur Herstellung der Gussform wird, wie in Schritt S130 dargestellt, der getrocknete Formkörper 106A, der die Außengussform mit dem mehrschichtigen Aufbau ist, welcher mit der Primärschicht 101A und der mehrlagigen Unterstützungsschicht 105A ausgebildet wird, in einen Autoklav 60 gegeben und dann erwärmt. Das Innere des Autoklaven 60 ist mit unter Druck stehendem Dampf gefüllt, und somit wird das Wachsmodell 30 in dem getrockneten Formkörper 106A durch den unter Druck stehenden Dampf erwärmt. Dabei wird das WACHS, welches das Wachsmodell 30 bildet, geschmolzen und ein geschmolzenes WACHS 62 aus einem Raum 64 abgegeben, der von dem getrockneten Formkörper 106A umgeben ist.
Wenn bei dem Verfahren zur Herstellung der Gussform das geschmolzene WACHS 62 aus dem Raum 64 abgegeben wird, wie in Schritt S131 dargestellt, wird eine Gussform 72 hergestellt, in der der Raum 64 in einem mit dem WACHS gefüllten Bereich zwischen dem getrockneten Formkörper 106A, der die Außengussform ist, und dem Kern 18 gebildet ist. Danach wird bei dem Verfahren zur Herstellung der Gussform, wie in Schritt S132 dargestellt, die Gussform 72 mit dem Raum 64, der zwischen dem getrockneten Formkörper 106A, welcher die Außengussform ist, und dem Kern 18 ausgebildet ist, in einem Brennofen 70 erwärmt. Dabei werden in der Gussform 72 enthaltene Wasseranteile oder unnötige Komponenten, die in dem getrockneten Formkörper 106A enthalten sind, der die Außengussform darstellt, entfernt und eine Außengussform 61 durch weiteres Brennen und Aushärten ausgebildet. Bei dem Verfahren zur Herstellung des Gussproduktes wird die Gussform 72 in der oben beschriebenen Weise hergestellt.
Das Gussverfahren wird fortlaufend unter Bezugnahme auf 3 und 11 beschrieben. 11 ist ein erläuterndes Diagramm, das mehrere Prozesse des Gussverfahrens schematisch darstellt. In dem Gussverfahren wird die Gussform, nachdem sie in Schritt S1 hergestellt wurde, vorgewärmt (Schritt S2). Beispielsweise wird die Gussform in einem Ofen (Vakuumofen, Brennofen) angeordnet und auf 800°C oder mehr und 900°C oder weniger erwärmt. Durch das Vorwärmen können Beschädigungen der Gussform beim Gießen des schmelzflüssigen Metalls (geschmolzenes Metall) in die Gussform zum Zeitpunkt der Herstellung des Gussproduktes verhindert werden.
In dem Gussverfahren wird nach dem Vorwärmen der Gussform das schmelzflüssige Metall in die Form gegossen (Schritt S3). Dabei wird, wie in Schritt S140 von 11 dargestellt, ein schmelzflüssiges Metall 80, d. h. ein gelöstes Rohmaterial (z. B. Stahl) für das Gussprodukt, durch die Öffnung der Gussform 72 zwischen die Außengussform 61 und den Kern 18 gegossen.
Nachdem das in die Gussform 72 gegossene, schmelzflüssige Metall 80 erstarrt ist, wird bei dem Gussverfahren die Außengussform 61 entfernt (Schritt S4). Dabei wird, wie in Schritt S141 von 11 dargestellt, nachdem das schmelzflüssige Metall 80 in der Gussform 72 ausgehärtet ist und zu einem Gussprodukt 90 wird, die Außengussform 61 zerschlagen und anschließend als Fragment 61a von dem Gussprodukt 90 entfernt.
Nach dem Entfernen der Außengussform 61 von dem Gussprodukt 90 wird bei dem Gussverfahren eine Kernentfernungsbehandlung durchgeführt (Schritt S5). Dabei wird, wie in Schritt S142 von 11 dargestellt, das Gussprodukt 90 in einen Autoklav 92 eingebracht und der Kernentfernungsbehandlung unterzogen, so dass der Kern 18 im Inneren des Gussproduktes 90 gelöst und ein gelöster Kern 94 aus dem Inneren des Gussproduktes 90 abgegeben wird. Insbesondere wird das in eine alkalische Lösung im Inneren des Autoklaven 92 eingebrachte Gussprodukt 90 wiederholt unter Druck gesetzt und der Druck dann herabgesetzt, so dass der gelöste Kern 94 aus dem Gussprodukt 90 abgegeben wird.
Bei dem Gussverfahren wird nach der Durchführung der Kernentfernungsbehandlung eine Endbehandlung durchgeführt (Schritt S6). Dabei wird die Endbehandlung an der Oberfläche oder im Inneren des Gussproduktes 90 durchgeführt. Ferner wird bei dem Gussverfahren eine Inspektion des Gussproduktes zusammen mit der Endbehandlung durchgeführt. So kann, wie in Schritt S143 von 11 dargestellt, ein Gussprodukt 100 hergestellt werden.
Bei dem Gussverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, die Gussform durch ein Wachsausschmelzverfahren mit WACHS (Wachs) hergestellt, wodurch das Gussprodukt hergestellt wird. Hier wird beim Verfahren zur Herstellung der Gussform, dem Gussverfahren und der Gussform nach der vorliegenden Ausführungsform die Außengussform mit der mehrschichtigen Struktur, welche die Außenseite der Gussform darstellt, so ausgebildet, dass die Primärschicht (erster getrockneter Film als erste Schicht) 101A, die als Innenumfangsfläche dient, unter Verwendung der ultrafeinen Zirkonoxidteilchen als Schlicker und die mehrlagige Unterstützungsschicht 105A auf der Außenseite der Primärschicht 101A ausgebildet werden.
Zudem kann, wie oben beschrieben, die Primärschicht die Primärschicht 101B sein, welche die Primär-Schlickerschicht 101a mit dem zugegebenen Stuckmaterial und die Primär-Stuckschicht 101b umfasst (siehe 2).
(Beispiel 1)
Das Verfahren zur Herstellung der Gussform und das Gussverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nachfolgend anhand von Beispielen beschrieben. Ferner werden in den nachfolgenden Beispielen ein vorderes Wachsmodell, das mit einer Außengussform ausgebildet ist, als ein Teil mit einer Breite von 30 mm, einer Dicke von 8 mm und einer Länge von 300 mm, und eine Primärschicht (erster getrockneter Film), die aus einer Schlickerschicht und einer mehrlagigen Unterstützungsschicht aus Schlicker und einem Stuckmaterial ausgebildet ist, in dem Wachsmodell ausgebildet, wodurch eine Gussform hergestellt wird.
Hochreine, ultrafeine Aluminiumoxidteilchen (Al₂O₃ mit einer spezifischen Oberfläche von 10 m²/g und einer Teilchengröße von etwa 0,5 μm) wurden mit einer Kugelmühle 24 Stunden mit Ammoniumpolycarboxylat als Dispergiermittel geknetet und in der Form von Schlicker ausgebildet. Die Feststoffkonzentration des erhaltenen Aluminiumoxidschlickers beträgt 30 Gew.-%.
Es wurde festgestellt, dass die aus einer Dispersionsbehandlung resultierenden Aluminiumoxidteilchen in dem Aluminiumoxidschlicker zu 0,5 μm monodispergiert waren.
Zudem wurde das Kieselsol (SiO₂ mit einer Teilchengröße von 0,02 μm und einer Feststoffkonzentration von 30%) vorbereitet.
Um das Mischen des Mullits (3Al₂O₃·2SiO₂) während des Brennens zu erreichen, wurde zuvor Schlicker vorbereitet, in dem der Aluminiumoxidschlicker und das Kieselsol folgende Beziehung erfüllten:
Aluminiumoxidschlicker:Kieselsol = 306:120 (das Molekulargewicht von 3Al₂O₃ beträgt 306 (3 × 102) und das Molekulargewicht von 2SiO₂ beträgt 120 (2 × 60)).
Zu diesem Zeitpunkt wurde selbst beim Mischen keine Präzipitation beobachtet.
Zu dem somit als Mehl hergestellten Schlicker wurde Zirkonpulver mit 350 Mesh zugegeben, wodurch Schlicker für eine Feingussform ausgebildet wurde.
Ferner wurden gleichzeitig eine Substanz auf Siliziumbasis als Antischaummittel in einem Anteil von 0,01% und ein Benetzbarkeit-verbesserndes Mittel in einem Anteil von 0,01% zugegeben, um einzusetzenden Schlicker herzustellen.
Ein Wachskörper mit einer Breite von 30 mm, einer Dicke von 8 mm und einer Länge von 300 mm wurde vorbereitet, nachdem der Wachskörper in den erhaltenen Schlicker eingetaucht und aus diesem herausgezogen worden war, wodurch der eingesetzte Schlicker an der Oberfläche des Wachses haftete, und überschüssiger, eingesetzter Schlicker wurde abgetropft, und eine Primärschicht (erster getrockneter Film) des Schlickers wurde auf der Oberfläche des Wachskörpers durch eine Trocknungsbehandlung erhalten.
Als nächstes wurde, um einen zweiten getrockneten Film zu erhalten, der Wachskörper mit der Primärschicht in den Schlicker eingetaucht und aus diesem herausgezogen, und überschüssiger, eingesetzter Schlicker wurde abgetropft.
Zirkonstuckteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,8 mm wurden haftend auf den feuchten Schlicker aufgebracht und dann getrocknet, so dass ein zweiter getrockneter Film (erste Unterstützungsschicht) ausgebildet wurde.
Ein ähnlicher Vorgang wie beim Prozess zur Ausbildung des zweiten getrockneten Films (erste Unterstützungsschicht) wurde sechsmal wiederholt, so dass ein Formkörper mit einer mehrlagigen Unterstützungsschicht einer Dicke von etwa 10 mm erhalten wurde.
Der erhaltene getrocknete Formkörper wurde bei 150°C in einen Autoklav gegeben, so dass das Wachs schmolz und dann ausgelassen wurde.
Danach wurde das Wachsmodell einer Wärmebehandlung bei 1000°C unterzogen, wodurch die Gussform gemäß Beispiel 1 erhalten wurde.
[Vergleichsbeispiel]
Zum Vergleich wurde gleichzeitig testweise eine Gussform gemäß dem Vergleichsbeispiel durchgeführt, wobei ein Schlicker des herkömmlichen Kieselsols (Lösung, in der kugelförmige Siliziumdioxidteilchen mit einer Teilchengröße von etwa 20 nm dispergiert waren) in einem ähnlichen Vorgang wie im Beispiel verwendet wurde.
[Versuch]
Ein Festigkeitsprüfstück mit einer Größe von 10 mm × 50 mm und einer Dicke von 5 mm wurde aus der in Beispiel 1 erhaltenen Gussform erstellt, und die Gussform aus dem Vergleichsbeispiel wurde einem Hochtemperaturfestigkeitsversuch unterzogen.
In einem Festigkeitsversuch bei 1500°C wurde bei Verwendung des herkömmlichen Kieselsols ein Erweichungsverhalten festgestellt.
Zudem ließ sich das Prüfstück gemäß dem Vergleichsbeispiel nicht klar schneiden und war gebogen.
Im Gegensatz dazu brach das Prüfstück, bei dem der gemischte Schlicker (Zirkonteilchen als Stuckmaterial), der als Mullit (3Al₂O₃·2SiO₂) dient, gemäß dem vorliegenden Beispiel bei 100 MPa, ohne verformt zu werden.
Hierbei wurde ein Festigkeitsversuch auf Basis der „Biegefestigkeit von Keramiken (1981) gemäß JIS R 1601” durchgeführt.
Aufgrund dieses Versuchsergebnisses war es möglich, wenn das Bindemittel der Schlicker des Mullits (Schmelzpunkt: 1885°C) mit hoher Wärmefestigkeit beim Brennen und das Stuckmaterial Zirkonteilchen (Schmelzpunkt: 2715°C) waren, im Vergleich zu dem Fall, bei dem das herkömmliche Kieselsol verwendet wurde, die Gussform mit einer höheren Wärmefestigkeitstemperatur zu erhalten, die sich sogar beim Verweilen auf einer hohen Temperatur (1550°C) über einen langen Zeitraum bei der Herstellung einer gleichmäßig gefestigten Schaufel nicht verformte.
(Beispiel 2)
Schlicker, der durch Zugabe von Aluminiumoxidpulvern mit 350 Mesh als Mehl an Stelle der Zirkonpulver in Beispiel 1 erhalten wurde, wurde als Schlicker für eine Feingussform verwendet.
Zudem wurde eine Gussform gemäß Beispiel 2 durch einen ähnlichen Vorgang wie in Beispiel 1 erhalten, wobei jedoch Aluminiumoxidstuckteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,8 mm als Stuckmaterial verwendet wurden.
[Versuch]
Ein Festigkeitsprüfstück mit einer Größe von 10 mm × 50 mm und einer Dicke von 5 mm wurde aus der in Beispiel 2 erhaltenen Gussform erstellt, und die Gussform aus dem Vergleichsbeispiel wurde einem ähnlichen Hochtemperaturfestigkeitsversuch wie in Beispiel 1 unterzogen.
Das Prüfstück, bei dem der Schlicker, der als Mullit (Aluminiumoxidteilchen als Stuckmaterial) dient, gemäß dem vorliegenden Beispiel verwendet wird, brach bei 100 MPa, ohne verformt zu werden.
Aufgrund dieses Versuchsergebnisses war es möglich, wenn das Bindemittel der Schlicker des Mullits (Schmelzpunkt: 1885°C) mit hoher Wärmefestigkeit beim Brennen und das Stuckmaterial Aluminiumoxidteilchen (Schmelzpunkt: 2070°C) waren, im Vergleich zu dem Fall, bei dem das herkömmliche Kieselsol verwendet wurde, die Gussform mit einer höheren Wärmefestigkeitstemperatur zu erhalten, die sich sogar beim Verweilen auf einer hohen Temperatur (1550°C) über einen langen Zeitraum bei der Herstellung einer gleichmäßig gefestigten Schaufel nicht verformte.
Daher ist ersichtlich, dass wenn das Bindemittel der Schlicker für die Feingussform ist, die die monodispergierten, ultrafeinen Aluminiumoxidteilchen und das Kieselsol mit einer Teilchengröße von 1,0 μm oder weniger enthält und beim Brennen als Mullit dient, und das Stuckmaterial die Zirkonpulver oder die Aluminiumoxidpulver sind, im Vergleich zu dem Fall, bei dem das herkömmliche Kieselsol verwendet wurde, die Gussform mit einer höheren Wärmefestigkeitstemperatur erhalten werden konnte, die sich auch beim Verweilen auf einer hohen Temperatur (1550°C) über einen langen Zeitraum bei der Herstellung einer gleichmäßig gefestigten Schaufel nicht verformte.
Bezugszeichenliste

12, 22a, 22b: METALLGUSSFORM
12a: KONVEXER ABSCHNITT
14,26: PFEIL
16: KERAMIKSCHLICKER
18: KERN
20,70: BRENNOFEN
24,64: RAUM
28: WACHS
30: WACHSMODELL
32: GIESSTRICHTER
40: SCHLICKER
60, 92: AUTOKLAV
61: AUSSENGUSSFORM
61a: FRAGMENT
62: GELÖSTES WACHS
72: GUSSFORM
80: SCHMELZFLÜSSIGES METALL
90, 100: GUSSPRODUKT
94: GELÖSTER KERN
101A, 101B: PRIMÄRSCHICHT
102: SCHLICKERSCHICHT
103: STUCKSCHICHT
104-1: ERSTE UNTERSTÜTZUNGSSCHICHT
104-n: n-TE UNTERSTÜTZUNGSSCHICHT
105A, 105B: MEHRLAGIGE UNTERSTÜTZUNGSSCHICHT

Claims

Feingussform, die zur Herstellung eines Gussproduktes verwendet wird, umfassend: einen Kern mit einer Form korrespondierend zu einem inneren hohlen Abschnitt des Gussproduktes, und eine Außengussform korrespondierend zu einer Form einer Außenumfangsfläche des Gussproduktes, wobei die Außengussform zusammengesetzt ist aus: einer Primärschicht, die auf einer Innenumfangsfläche ausgebildet ist und aus einem Schlickerfilm ausgebildet ist, der durch Trocknen von Schlicker für die Feingussform erhalten wird, die monodispergierte, ultrafeine Aluminiumoxidteilchen und Kieselsol mit einer Teilchengröße von 1,0 μm oder weniger enthält und während eines Brennens als Mullit dient; und eine mehrlagige Unterstützungsschicht, die auf der Außenseite der Primärschicht durch wiederholtes Ausbilden einer Unterstützungsschicht ausgebildet wird, die durch Ausbilden und Trocknen einer Schlickerschicht aus dem Schlicker für die Feingussform und einer Stuckschicht, in der ein Stuckmaterial an der Schlickerschicht haftet, erhalten wird.
Feingussform nach Anspruch 1, wobei der Schlicker für die Feingussform entweder Zirkonpulver oder Aluminiumoxidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 50 μm oder weniger enthält, und das Stuckmaterial entweder aus Zirkonstuckteilchen oder aus Aluminiumoxidstuckteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 mm oder mehr besteht.
Feingussform nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Primärschicht die Stuckschicht aufweist, in der das Stuckmaterial an der Schlickerschicht haftet, die aus dem Schlicker für die Feingussform ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Feingussform, die zur Herstellung eines Gussproduktes verwendet wird, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Filmausbildungsprozess, bei dem ein Feinguss-Wachsmodell in Schlicker für die Feingussform eingetaucht und aus diesem herausgezogen wird, die monodispergierte, ultrafeine Aluminiumoxidteilchen und Kieselsol mit einer Teilchengröße von 1,0 μm oder weniger umfasst und während eines Brennens als Mullit dient, und anschließend eine Trocknungsbehandlung durchgeführt wird, wodurch eine Primärschicht aus einem Schlickerfilm auf einer Oberfläche des Wachsmodells ausgebildet wird; einen zweiten Filmausbildungsprozess, bei dem ein Stuckmaterial auf eine Oberfläche des Schlickers gestreut wird, nachdem das mit der Primärschicht ausgebildete Wachsmodell in den Schlicker für die Feingussform eingetaucht und aus diesem herausgezogen wurde, und anschließend eine Trocknungsbehandlung durchgeführt wird, wodurch eine Unterstützungsschicht ausgebildet wird; einen Formkörper-Ausbildungsprozess, bei dem der zweite Filmausbildungsprozess zur Ausbildung der Unterstützungsschicht mehr als einmal wiederholt wird, um dadurch einen Formkörper zu erhalten, der mit einer mehrlagigen Unterstützungsschicht ausgebildet ist; einen Wachsentfernungsprozess, bei dem das Wachs des Wachsmodells geschmolzen und von dem erhaltenen Formkörper entfernt wird; und einen Gussformbrennprozess, bei dem der nach dem Entfernen des Wachses erhaltene Formkörper einer Brennbehandlung unterzogen wird, um dadurch eine Gussform zu erhalten.
Verfahren zur Herstellung der Feingussform nach Anspruch 4, bei dem ein Stuckmaterial an der Schlickerschicht haftet, die aus dem Schlicker für die Feingussform ausgebildet ist, um eine Stuckschicht auszubilden, und die Stuckschicht während des ersten Filmausbildungsprozesses getrocknet wird.
Verfahren zur Herstellung der Feingussform nach Anspruch 4 oder 5, bei dem ein Dispergiermittel des Schlickers für die Feingussform Polycarbonsäuresalze darstellt.