JP2000202573A - ガスタ―ビン用途の鋳造に用いる性能の優れたコア組成物および物品 - Google Patents

ガスタ―ビン用途の鋳造に用いる性能の優れたコア組成物および物品

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一方向凝固共晶および超合金材料のインベス
トメント鋳造にコアとして用いる、焼成セラミック物
品、未焼結品および焼成セラミック物品の製造方法。 【解決手段】 アルミナ、アルミニウムおよび重合性バ
インダの液体溶液からセラミックスラリーを調製する。
このスラリーを低圧下で閉じたキャビティ中に押し出し
て、ゲル化された未焼結品を形成し、つぎにこれを酸素
含有雰囲気中で加熱する。この際、酸素が未焼結品中の
アルミニウムと反応してアルミナを形成し、これが未焼
結品の体積増加をもたらし、加熱による収縮作用を相殺
するので有利である。重合性バインダはアルミナと架橋
するタイプのもので、加熱時にバインダの液体成分が蒸
発し、残りのポリマー成分がその後さらなる加熱でガス
化し、未焼結品内に所望の隙間気孔を残し、このため酸
素が容易に未焼結品中に浸透し、これにより未焼結品に
おけるアルミニウムの酸化が促進される。この後未焼結
品を焼結して、超合金材料の精密鋳造に適当なきわめて
寸法の精密なセラミック物品を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】この発明は、一方向凝固共晶および超合
金部品のインベストメント鋳造の改良に関し、特にこの
ような超合金部品の鋳造に用いるアルミナシェルモール
ドおよびコアならびにかかるアルミナシェルモールドの
製造方法に関する。
【０００２】最新のガスタービンに用いるタービンブレ
ードやノズルは、厳密な公差で正確な寸法に鋳造する必
要がある。特に問題となるのは、タービンブレード内の
冷却ガスを高熱ガス流から分離する金属壁の厚さおよび
寸法を精密に寸法制御した、単結晶の一方向凝固鋳造品
の製造である。鋳造品の金属壁の寸法制御は主として、
コアとして知られるセラミックの特性に依存する。この
点で、所望の金属鋳造品の寸法に対応してコアを良好な
寸法精度に製造できることが重要である。
【０００３】セラミックコアの鋳造において寸法精度を
必要とすることに加えて、上述した一方向凝固共晶合金
および超合金材料の製造には、コアが寸法安定性を有す
るだけでなく、鋳造品を収容しかつ成形するのに十分な
強さを有することが必要である。その上、このようなコ
アは、耐久性と、冷却および凝固中の鋳造品の機械的破
損（高温割れ）を防止するのに十分な変形性とを有する
必要もある。さらに、コア材料は、１５００〜１６５０
℃の超合金鋳造温度に耐え得るものでなければならな
い。
【０００４】従来、コアおよびモールド材料としてシリ
カやシリカ−ジルコン（クリストバライト）を使用して
いる。シリカコアの寸法制御は、少なくとも２つの理由
から困難である。第一に、コア材料用の主として結晶性
のシリカ材料は、鋳造プロセス中にマルテンサイト型相
変化を受けやすい。したがって、実際問題として、この
ような材料で作ったコアは鋳造に用いる前に完全に焼結
することができない。完全に焼結すると、コアは関連す
るモールド内にある間に冷却されるとき割れるおそれが
ある。第二に、シリカコアと関連するモールドとの熱膨
張差が通常きわめて大きい。したがって、シリカコアを
割れやすくすることなく、シリカコアを関連するモール
ド内にぴったり固定するのは、不可能ではないにして
も、困難である。
【０００５】酸化アルミニウム、すなわち「アルミナ」
は、単独で、つまり化学的または物理的バインダ材料な
しで、化学的適合性と浸出性両方の考慮に基づいてコア
およびモールド材料としての可能性が認められている。
残念ながら、アルミナ複合材からなるセラミック材料
は、焼成中に過剰な収縮を生じやすく、所望の値より高
い焼成密度となることが知られている。このような収縮
は、一方向凝固金属共晶合金および超合金を製造する場
合のように、製造時に寸法精度が要求される用途では、
受け入れられない。
【０００６】さらに、収縮は気孔率の減少を伴い、得ら
れるセラミック物品は、超合金の鋳造には不適当な機械
的特性のものとなる。この点で、通常セラミックと合金
とでは熱膨張の不一致がはなはだしいので、超合金鋳造
温度からの冷却時に合金はフープ応力や長さ方向引張応
力を受ける。したがって、セラミック物品がきわめて密
で（すなわち無気孔で）、塑性がほとんどなく、高温で
の耐変形性が大きいと、これは、セラミック物品内の合
金の機械的破損あるいは熱間裂けにつながるおそれがあ
る。
【０００７】米国特許第４，１６４，４２４号にアルミ
ナからなる低収縮性セラミックコアが開示されており、
このコアは、十分な気孔率を有し、したがって一方向凝
固共晶および超合金材料のインベストメント鋳造に適当
である。アルミニウムを含みうる反応物質である一時的
な不安定なフィラー材料をアルミナ成形体と混合して、
未焼結品を形成する。この未焼結品をつぎに、還元性
（たとえば水素ガス）または不活性雰囲気中で高温にて
焼成し、これにより一時的な不安定なフィラー材料中の
反応物質がアルミナの一部を還元し、その一部が成形体
から気体状態で除去される。これらのガスの一部が、気
相輸送作用により、他のアルミナ粒子上に堆積し、その
アルミナ粒子を粗大化し、丸くし、そしてアルミナ粒子
間に狭い連結橋のネットワークを形成する。粗い粒子が
形成されると、セラミックコアの収縮が緩和され、この
ようなコアを寸法精度よく製造することが可能になる。
さらに、十分な気孔率が維持されるので、コアは過剰な
強度を呈さない。
【０００８】残念ながら、米国特許第４，１６４，４２
４号に開示されたセラミック物品の製造と関連した方法
は、比較的費用がかかり、水蒸気圧を精密に制御した炉
が必要である。さらに、制御された雰囲気が水素ガスで
ある場合には、このような雰囲気は爆発性であるので、
追加の安全措置をとる必要がある。さらに、米国特許第
４，１６４，４２４号における中間未焼結品と関連した
成形方法、すなわち高圧射出成形は、通常高価な装置を
必要とし、かかる装置は、たとえばダイ摩耗があると製
造の工業的価値が下がるので、頻繁なメンテナンスを必
要とする。
【０００９】さらに、米国特許第４，１６４，４２４号
に開示された方法は、ワックスバインダを用いるので、
うまく機能しない。代表的には、ワックスバインダは、
中間の未焼結品の強度を増すために使用する。焼成工程
でのかかるバインダの除去は、粒状粒子を取り囲む表面
力により誘引される毛管作用に依拠しているので、きわ
めて長い時間がかかる。いずれにしても、関連する未焼
結品の除去は必ずゆっくりでなければならず、さもなけ
ればかかる未焼結品は割れ、落下またはふくれを受けや
すくなる。
【００１０】
【発明の概要】本発明によれば、一方向凝固共晶および
超合金材料のインベストメント鋳造に用いる新規なコ
ア、中間未焼結品、ならびにかかるコアおよび未焼結品
を製造する新規な方法が提供される。このようなコアを
製造する新規な方法は、焼結中の緻密化の効果を軽減
し、したがってコアを所望の寸法精度に製造するのを容
易にする。このようにして得られる焼結セラミック製品
は、寸法安定性と、鋳造合金の冷却および凝固中に変形
を許す所望の強度とを有する。本発明の方法はさらに、
中間未焼結品に関連するバインダをコアの加熱中に簡単
に除去して（追い出して）、全焼成時間を短くすること
ができるような、強いが多孔性の中間未焼結品の形成を
容易にすることで、このようなコアの製造効率を高め
る。
【００１１】したがって、従来の方法の欠点を克服する
手段として、また一方向凝固共晶および超合金材料のイ
ンベストメント鋳造に用いる新規な改善されたコア製品
を製造する手段として、本発明は、その広義の観点にお
いては、アルミナ、アルミニウムおよび重合性バインダ
の液体溶液からセラミックスラリーを調製し、このスラ
リーを物品成形体の未焼結品に成形し、この未焼結品を
酸素含有雰囲気内で加熱する工程を含む、一方向凝固共
晶および超合金材料のインベストメント鋳造においてコ
アとして用いるのに適当な焼成セラミック物品を製造す
る改善された方法を提供する。前記重合性バインダはア
ルミナ粒子を未焼結品内に立体的に固定して、アルミナ
の濃縮を回避するとともに、アルミナが引き続きコア全
体に連続的に分散された状態を確保するようにし、かか
るコアを酸素含有雰囲気においたときに酸化が均一とな
るようにするので有利である。
【００１２】本発明の関連では、重合性バインダを含有
する液体は、水、有機溶液、または水と有機溶液の混合
物である。有機溶液は、バインダとして用いる単量体を
実質的に溶解する、あらゆる有機含有液体と定義され
る。この発明に用いることのできる液体の適当な例とし
て、水、アルコール類、トルエン、ヘキサンなどおよび
これらの混合物が挙げられる。
【００１３】前述した組成物の未焼結品の酸素含有環境
中での加熱を、未焼結品のバインダ成分に含まれる液体
を比較的迅速に気化する温度で行うのが好ましい。この
結果得られる中間未焼結品は、特に液体の気化のため、
開放気孔を有し、このことは有利なことに、酸素が未焼
結品中によく浸透するのを可能にし、これに混合された
アルミニウムの酸化を促進する。加熱の際の未焼結品中
のアルミニウムの酸化は、アルミニウムが小さなアルミ
ナ結晶子を形成し、これらのアルミナ結晶子が未焼結品
内の最初から混合されたアルミナと結合してより強いコ
アを形成するので、きわめて望ましい。加熱の際の未焼
結品中のアルミニウムの酸化には、その反応−結合過程
での体積膨張のため、製品の収縮を減少させる効果もあ
る。製品の収縮の減少は、製品の最終寸法形状が制御容
易である点できわめて望ましく、セラミック製品の再現
性が向上する。セラミック製品の寸法の再現性の向上
は、インベストメント鋳造された超合金の寸法制御の向
上につながる。さらに、重合性バインダを熱にさらされ
ると酸化および／または気化するタイプのバインダとす
るのが有利である。特に、未焼結品中のアルミニウムの
反応によるアルミナとの結合を誘起する温度（代表的に
は約３００〜１３５０℃の範囲）に未焼結品を加熱す
る、前述した方法の加熱工程は、かかる温度にさらされ
たときに気化しうる重合性バインダを内部に含有する未
焼結品に特に適する。特に、かかる温度で気化または
「焼失する」（すなわち酸化する）重合性バインダは、
未焼結品内に気孔を形成するのにさらに貢献し、その結
果上述した利点をもたらすので望ましい。
【００１４】したがって、本発明の方法のこのような広
義の観点からは、本発明の方法は、その加熱および酸素
含有雰囲気への露出が、（ｉ）重合性バインダを含有す
る液体の気化（多孔性構造を生成する）、（ｉｉ）重合
性バインダのガス化（多孔性構造を増加する）、および
（ｉｉｉ）未焼結品中のアルミニウムのアルミナへの酸
化を達成して、上記組成物のコアを提供する。アルミニ
ウムのアルミナへの酸化は、かかる多孔性構造により加
速され、その結果として反応されてあらかじめ存在する
混合されたアルミナとの結合を生じ、これによりコアの
強度を増加し、かつ加熱による収縮効果を相殺する容積
増加をもたらす。この結果、きわめて寸法精度の高い、
強いが、破砕可能なコアが得られる。
【００１５】上記効果を達成する加熱工程を一工程で行
うことができ、有利である。しかし、未焼結品の液体成
分を気化するのに必要な温度は通常は低く（液体が通常
は水または有機溶液またはその混合物であるので、約２
０℃〜約２００℃の範囲にある）、一方、酸素含有雰囲
気中でのアルミニウムの比較的迅速な酸化および反応結
合ならびに重合性バインダのガス化をもたらす温度は、
約３００℃〜約１３５０℃の範囲にあり、未焼結品を最
終的に焼結して焼結セラミックモールドを形成するのに
必要な温度は約１３５０℃〜約１６５０℃の範囲にある
ので、実際には、加熱工程は、温度を約１３５０℃〜約
１６５０℃まで徐々に加熱して上昇する単一工程とする
ことができ、こうすれば温度上昇（加熱）速度が十分に
ゆっくりで上記工程のそれぞれを順次個別に完了するこ
とができる。
【００１６】上記方法の好適な実施例では、スラリーを
ゲルキャスティングにより、好ましくはセラミックスラ
リーを閉じたキャビティ中に押し出すか注入することに
より、未焼結品に成形する。アルミナのアルミニウムと
の反応結合を最適にするためには、スラリー内のアルミ
ナ対アルミニウムの重量比を約２０：１〜約５：２の範
囲とするのが好ましい。また、最初のスラリーの混合物
内のアルミナを溶融アルミナとするのが好ましい。
【００１７】本発明は、上記方法により作成された焼成
セラミック物品も提供する。
【００１８】アルミニウムおよびアルミナ含有コアおよ
びモールドに関する本発明の別の観点においては、未焼
結品を形成するにあたり、重合性バインダを使用してコ
アまたはモールドのタイムリーな製造を容易にし、また
所望の強度のコアまたはモールドの製造を容易にするの
が望ましい。
【００１９】したがって、この発明の別の観点によれ
ば、本発明は、アルミナ、アルミニウム、重合性バイン
ダおよび液体を含有するゲル物品からなる、一方向凝固
共晶および超合金材料のインベストメント鋳造において
シェルモールドまたはコアとして用いるのに適当な、新
規な未焼結品を提供する。
【００２０】とくに、重合性バインダは、未焼結品に熱
を加える際に酸化またはガス化することができ、多孔性
構造の生成を助け、上述した利点をもたらす。
【００２１】さらに、本発明は、（ｉ）アルミナ、アル
ミニウムおよび重合性バインダの液体溶液からセラミッ
クスラリーを調製し、（ｉｉ）このスラリーを物品成形
体の未焼結品に成形し、（ｉｉｉ）この未焼結品を酸素
含有雰囲気内で加熱する工程を含む、一方向凝固共晶お
よび超合金材料のインベストメント鋳造においてシェル
モールドまたはコアとして用いるのに適当な未焼結品を
製造する方法を提供する。
【００２２】
【発明の詳細な記述】本発明は、その１観点によれば、
コア組成物およびインベストメントモールド（鋳型）を
製造する方法を提供し、アルミナおよびアルミニウム金
属からなるセラミックスラリーを調製し、低圧成形法、
たとえばゲルキャスティングによりかかる混合物から未
焼結品を成形し、ついでこの未焼結品を酸素含有雰囲気
で約１３５０℃〜約１６５０℃の温度まで焼成する工程
を含む。このプロセスは、このようなコアまたはインベ
ストメントモールドから鋳造する超合金の所望の寸法に
適合する寸法精度を有するコアおよびインベストメント
モールドの製造を容易にする。さらに、このプロセスに
より製造したコアおよびインベストメントモールドは、
寸法安定性がよく、鋳造物の冷却および凝固時に変形を
許す所望の強度をもつ。
【００２３】以下、本発明の方法についてさらに詳しく
説明する。
【００２４】未焼結品を形成する前に、アルミナおよび
アルミニウムからなるセラミックスラリーを生成する。
【００２５】このプロセスに適当なアルミナは溶融アル
ミナで、その粒子分布は次の通りである。
【００２６】 粒度＊ 重量％ １２０メッシュ ０〜３３％ ２４０メッシュ ２５〜１００％ ４００メッシュ ０〜３３％ ９００メッシュ ０〜２０％ ＊米国規格ふるい寸法 セラミックスラリーを生成する際、アルミナ対アルミニ
ウムの重量比は約２０：１〜約５：２の範囲とすべきで
ある。
【００２７】アルミニウムの粒度は、約４〜約２０ミク
ロンの範囲とするのが好ましい。これより小さいアルミ
ニウム粒子を用いることもできるが、火災の危険があ
る。一般に、最終焼結品の収縮を小さくするためには、
大きなアルミニウム粒子が好適である。
【００２８】つぎに、未焼結品および焼結セラミック物
品両方を形成する本発明の方法の好適な実施例を説明す
る。
【００２９】溶融アルミナおよびアルミニウム金属を約
２０：１〜約５：２の重量比で、Ｎ−ヒドロキシメチル
アクリルアミド（ＨＭＡＭ）の蒸留水に溶解した２０重
量％水溶液の形態の重合性バインダとともに含有する最
初のプレミックスを形成する。上記のほかに、増粘剤、
たとえばナトリウムカルボキシメチルセルロース含有微
結晶セルロース（ＮＴＣ−８０TM、ＦＭＣ Ｃｏｒｐ．
から入手できるナトリウムカルボキシメチルセルロース
などの化学化合物類についてのＦＭＣ Ｃｏｒｐ．の登
録商標）、解膠剤、たとえばＤＡＲＶＡＮTM、および乾
燥時にゲルがひび割れする傾向を低減するように得られ
るゲルの粘弾性特性を変える可塑剤、たとえばグリセリ
ンをすべてスラリーに一緒に混合する。ＨＭＡＭは、ア
ルミナと架橋し、アルミナならびにＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’
−テトラメチレンジアミン（ＴＥＭＥＤ）および過硫酸
アンモニウム（ＡＰＳ）と混合したときにゲルを形成す
る単量体（モノマー）である。ＴＥＭＥＤおよびＡＰＳ
は、早期ゲル化を誘引しないように、成形操作の直前に
プレミックスに添加する。ＨＭＡＭは、水中にアルミニ
ウム金属が存在すると架橋する傾向が強いので、４−メ
トキシフェノール（ＭＥＨＱ）もプレミックスに添加し
て早期架橋、したがって早期ゲル化を防止する。アルミ
ナまたはアルミニウムと架橋する同様の性質を有し、加
熱時にガス化または酸化でき、したがって本発明の目的
に好適な他の重合性バインダとしては、メチルアクリル
アミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、メチ
レンビスアクリルアミド、アクリルアミド系の他の単量
体、ビニル−２−ピロリジン、ポリ（エチレングリコー
ル）（１０００）ジメタクリレートおよびこれらの混合
物が挙げられる。
【００３０】プレミックススラリーに他の化合物を添加
してもよい。たとえば、イットリウムおよびハフニウム
ならびにアルミン酸イットリウムおよびアルミン酸希土
類元素塩を添加して、イットリウムおよびハフニウムを
含有する超合金の鋳造時にアルミナシェルモールドまた
はコアの反応性を下げることができる。コロイドシリカ
もスラリーにバインダとして添加することができる。マ
グネシウムおよびジルコニウムもプレミックススラリー
に含有させることができ、シェルモールドまたはコア組
成物の耐火特性を高める。
【００３１】つぎに、プレミックスをボールミルで均質
化し、減圧条件下でガス抜きし、ＴＥＭＥＤおよびＡＰ
Ｓと混合し、未焼結品に加工する。セラミックスラリー
の未焼結品は、任意の低圧成形法で、好ましくはゲルキ
ャスティングにより生成することができる。スラリーは
閉じたキャビティ、たとえばダイ中に注入するか、押し
出す。好ましくは、押し出しを使用する場合、セラミッ
クスラリーを低圧（５０ｐｓｉ未満）でダイ中に押し出
してから、ゲル化する。ゲル化法は、製造を迅速にする
ために、熱で行うのが好ましい。しかし、アルミニウム
が存在しうる有機物と反応して望ましくない水素ガスの
気泡を生成する傾向のあるアルミニウムの反応性が過剰
な場合には常温でのゲル化が好ましい。
【００３２】未焼結品をダイ中で常温（２２℃）で１〜
２時間または５０℃で１５分間硬化させる。ゲル化後、
未焼結品をダイから取り出し、直ちに一連の湿度制御乾
燥室の第１室に移動して、急速な乾燥による割れや不均
一な収縮を回避する。第１室の相対湿度を７５％に１２
時間維持するのがよい。第２室では、相対湿度を５０％
に８時間維持する。最後に未焼結品を約５０℃のオーブ
ンに８時間以上保持し、ここでは湿度を制御しない。時
間は上記より短くても長くてもよい。時間は未焼結品の
断面の変動または厚さに依存する。
【００３３】乾燥し終わったら、未焼結品を通常のキル
ンで酸素含有雰囲気下、最高温度約１３５０℃〜約１６
５０℃に約２〜４８時間の合計時間加熱する。この温度
への加熱速度は約５０〜２００℃／時である。
【００３４】約５０℃以上の温度で、ポリマーは脱水さ
れる。未焼結品のゲルは、代表的には、９０重量％より
多い水を含有するので、水の除去はセラミック内に隙間
空間をつくり、この結果開放気孔の中間体ができ、これ
はバインダの除去に大いに役立つ。このような構造は、
ポリマーバインダの一層迅速な酸化（すなわち焼失）を
促進することにより、焼結中のバインダ除去をスピード
アップするだけでなく、未焼結品内のアルミニウム成分
の一層完全な酸化を促す。これは、酸素ガスの物質輸送
が開放気孔構造により促進されるからである。
【００３５】開放気孔構造が生成される本発明における
バインダの除去速度は、ワックスバインダを使用する場
合のバインダ除去速度と対比して顕著である。後者の場
合、バインダ除去速度は比較的遅い。それは、中間体が
水をほとんどまたは全く含有せず、したがって加熱時に
開放気孔構造を発現しないからである。その結果、バイ
ンダ除去はセラミック粒子と溶融したワックスバインダ
間の表面張力により行われ、これは比較的時間のかかる
プロセスである。
【００３６】本発明によれば、一方向凝固共晶および超
合金材料のインベストメント鋳造においてシェルモール
ドまたはコアとして用いるのに適当な焼成セラミック物
品を製造する低圧法を提供することにより、多数の重要
な利点が得られる。この焼成セラミック物品は、寸法安
定性であり、鋳造物の冷却および凝固中に変形すること
のできる所望の強度を有する。この点で、この焼成セラ
ミック物品は、このような変形を容易にするのに十分多
孔質である。この焼成セラミック物品の収縮率が低いの
は、少なくとも部分的に、セラミックスラリー・プレミ
ックスにアルミニウムを使用したせいである。中間の未
焼結品の加熱中に、アルミニウムが酸化してアルミナと
なり、これが焼成中、そして焼成セラミック物品が形成
されるまで強度を維持するのに役立つ。また、中間未焼
結品の加熱中のアルミニウムの酸化に伴う体積膨張は、
未焼結品の焼成中に起こる材料の収縮を補償する。この
ように収縮の影響を緩和することにより、セラミック物
品を望ましい寸法精度で製造でき、かくしてセラミック
物品は、一方向凝固共晶および超合金材料の鋳造におい
てシェルモールドまたはコアとして用いるのに適当なも
のとなる。本発明の方法により形成された中間未焼結品
はゲル化された物品よりなり、これはそれに伴うバイン
ダの迅速かつ完全な除去を可能にする点でも重要であ
り、このため本発明の方法は工業的に有用なものとな
る。
【００３７】以下に具体的な実施例を示して、本発明の
特徴および利点を明らかにするが、本発明はこれらの実
施例に限定されない。 実施例１ ２０重量％のＮ−ヒドロキシメチルアクリルアミド（Ｈ
ＭＡＭ）および２重量％のＮＴＣ−８０（微結晶セルロ
ース）を水に溶解した溶液を調製した。この溶液、１
２．５ｇのＤＡＲＶＡＮTM、８．７９ｇのグリセリンお
よび０．５ｍｌの２重量％ＭＥＨＱ水溶液を、５００ｇ
の直径３／４インチのアルミナボールとともに２リット
ルＮａｌｇｅｎｅミルジャーに入れた。溶融アルミナお
よびＡｌ金属を表１に示した量にてジャー内の混合物に
加え、スラリー混合物を生成し、ボールミル操作により
完全に混合した。混合時間は、代表的には２時間以上で
ある。
【００３８】混合後、スラリーをミルジャーから別の容
器に注ぎ、秤量した。つぎにスラリーを減圧下に置き、
低圧沸騰状態にして同伴または捕捉された空気を除去し
た（脱気した）。代表的な減圧保持時間は５分である。
脱気スラリーをかきまぜながら、スラリー１００ｇ当た
り０．０１ｍｌのＴＥＭＥＤをスラリーに添加した。つ
ぎに、かきまぜながら、混合物１００ｇ当たり０．２ｍ
ｌの１０％ＡＰＳ溶液を加え、ダイ中に注入または射出
した。スラリーを再度５分間脱気した。この部品を５０
℃のオーブンに１／２時間保持して、スラリーを架橋ゲ
ルに変換した。部品をダイから取り出し、ゆっくり乾燥
してこの注型または射出部品の割れやそりを防止した。
５０℃で乾燥後、部品を空気中で１５００〜１６５０℃
にて焼結した。焼結後の部品の寸法変化はダイ寸法から
の線形寸法変化２％未満であり、密度は理論値の６０％
であった。インベストメント鋳造用のセラミックコアに
は、２％未満の寸法変化および４５％〜７５％の密度が
必要であった。
【００３９】この方法により製造したサンプルは、ガス
タービン部品を製造するインベストメント鋳造法に用い
るのに適当である。本発明で特定された他の組成範囲
も、この方法により製造することができる。しかし、注
入または射出可能な所望の流動性を与えるため、スラリ
ーを調製するのに必要な液体の量をわずかに調節するこ
とが必要であった。 実施例２ 実施例２の手順は、４ミクロンのアルミニウムの代わり
に１４ミクロンのアルミニウム金属を使用した以外は、
実施例１の手順と同じであった。焼結後の部品の寸法変
化はダイ寸法からの線形寸法変化２％未満であり、密度
は理論値の５０％であった。このような部品は、ガスタ
ービン部品を製造するインベストメント鋳造法に用いる
のに適当である。 実施例３ 実施例３の手順は、４ミクロンのアルミニウムの代わり
に３２ミクロンのアルミニウム金属を使用した以外は、
実施例１の手順と同じであった。焼結後、この組成のコ
アは弱すぎて取り扱い不可能であった。このようなサン
プルは、インベストメント鋳造法に用いるのに不適当で
ある。
【００４０】以上本発明の好適な実施例を説明したが、
本発明はこれらの特定の実施例に限定されない。種々の
変更例や改変例が当業者には自明である。本発明の完全
な定義は、特許請求の範囲に記載したとおりである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・アーサー・ギッディングス アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、ウェブスター・ドライブ、2183 番

Claims (38)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方向凝固共晶および超合金材料のイン
    ベストメント鋳造においてシェルモールドまたはコアと
    して用いるのに適当なセラミック物品を製造するにあた
    り、 （ｉ）アルミナ、アルミニウムおよび重合性バインダの
    液体溶液からセラミックスラリーを調製し、 （ｉｉ）このスラリーを物品成形体の未焼結品に成形
    し、 （ｉｉｉ）この未焼結品を酸素含有雰囲気内で加熱して
    焼結セラミック物品を形成する工程を含むセラミック物
    品の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記加熱工程が、 （ｉ）前記未焼結品を酸素含有雰囲気内で前記液体を蒸
    発させかつ前記未焼結品中のアルミニウムを酸化する温
    度に加熱し、 （ｉｉ）ついで、前記未焼結品を１０００℃を越える温
    度で焼結する工程を含む、請求項１に記載の焼成セラミ
    ック物品の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記加熱工程が、 （ｉ）前記未焼結品を前記液体を蒸発させる温度に加熱
    し、 （ｉｉ）この加熱された未焼結品を酸素含有雰囲気にさ
    らし、 （ｉｉｉ）ついで、前記未焼結品を約１０００℃を越え
    る温度で焼結する工程を含む、請求項１に記載の焼成セ
    ラミック物品の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記重合性バインダが気体になる、請求
    項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記加熱工程がさらに、前記未焼結品を
    前記重合性バインダをガス化する温度に加熱する工程を
    含む、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 さらに、工程（ｉｉ）の後に、前記未焼
    結品を酸素含有雰囲気にさらし、同時に前記未焼結品を
    その内部でのアルミニウムの反応結合を許す温度に加熱
    する工程を含む、請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 請求項３の工程（ｉｉ）において、前記
    未焼結品を酸素含有雰囲気にさらすのと同時に、前記未
    焼結品をその内部でのアルミニウムの反応結合を許す温
    度に加熱する、請求項３に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記重合性バインダがアルミナを立体的
    に固定する、請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記重合性バインダがアクリルアミド単
    量体である、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記重合性バインダが、Ｎ−ヒドロキ
    シメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアク
    リルアミド、メチレンビスアクリルアミド、ビニル−２
    −ピロリジンまたはポリ（エチレングリコール）（１０
    ００）ジメタクリレートである、請求項８に記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】 前記未焼結品をゲル鋳造により形成す
    る、請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記セラミックスラリーを閉じたキャ
    ビティ中に押し出すことにより前記未焼結品を形成す
    る、請求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 さらに、工程（ｉｉ）の直前に、前記
    スラリーにゲル化剤を添加する工程を含む、請求項１に
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記重合性バインダが、Ｎ−ヒドロキ
    シメチルアクリルアミドであり、前記ゲル化剤がＮ，
    Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチレンジアミンおよび過硫酸
    アンモニウムからなる、請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記重合性バインダの液体溶液がＮ−
    ヒドロキシメチルアクリルアミドの１〜２０重量％水溶
    液である、請求項１に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記液体がアルコールである、請求項
    １に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 工程（ｉｉ）におけるスラリー中のア
    ルミナ対アルミニウムの重量比が２０：１〜５：２の範
    囲にある、請求項１に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記アルミナが溶融アルミナである、
    請求項１に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記セラミックスラリーがさらに、イ
    ットリウムおよび／またはハフニウムおよび／またはア
    ルミン酸イットリウムを含有する、請求項１に記載の方
    法。
  20. 【請求項２０】 請求項１に記載の方法により製造した
    焼成セラミック物品。
  21. 【請求項２１】 請求項２に記載の方法により製造した
    焼成セラミック物品。
  22. 【請求項２２】 請求項６に記載の方法により製造した
    焼成セラミック物品。
  23. 【請求項２３】 アルミナ、アルミニウム、重合性バイ
    ンダおよび液体を含有するゲル化物品からなる、一方向
    凝固共晶および超合金材料のインベストメント鋳造にお
    いてシェルモールドまたはコアとして用いるのに適当な
    セラミック物品を製造するのに用いる未焼結品。
  24. 【請求項２４】 前記重合性バインダおよび液体がとも
    に加熱によりガス化され、前記未焼結品内に多孔構造を
    形成する、請求項２３に記載の未焼結品。
  25. 【請求項２５】 前記重合性バインダがアクリルアミド
    単量体である、請求項２４に記載の未焼結品。
  26. 【請求項２６】 前記重合性バインダが、Ｎ−ヒドロキ
    シメチルアクリルアミド、メチルアクリルアミド、Ｎ，
    Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、メチレンビスアク
    リルアミド、ビニル−２−ピロリジンまたはポリ（エチ
    レングリコール）（１０００）ジメタクリレートであ
    る、請求項２４に記載の未焼結品。
  27. 【請求項２７】 アルミナ対アルミニウムの重量比が約
    ２０：１〜約５：２の範囲にある、請求項２３に記載の
    未焼結品。
  28. 【請求項２８】 前記アルミナが溶融アルミナである、
    請求項２７に記載の未焼結品。
  29. 【請求項２９】 一方向凝固共晶および超合金材料のイ
    ンベストメント鋳造においてシェルモールドまたはコア
    として用いるのに適当な未焼結品を製造するにあたり、 （ｉ）アルミナ、アルミニウムおよび重合性バインダの
    液体溶液からセラミックスラリーを調製し、 （ｉｉ）このスラリーを物品成形体の未焼結品に成形
    し、 （ｉｉｉ）この未焼結品を酸素含有雰囲気内で加熱する
    工程を含む未焼結品の製造方法。
  30. 【請求項３０】 前記重合性バインダがＮ−ヒドロキシ
    メチルアクリルアミドである、請求項２９に記載の未焼
    結品の製造方法。
  31. 【請求項３１】 さらに、工程（ｉｉ）の直前に、前記
    スラリーにゲル化剤を添加する工程を含む、請求項３０
    に記載の未焼結品の製造方法。
  32. 【請求項３２】 前記ゲル化剤がＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−
    テトラメチレンジアミンおよび過硫酸アンモニウムから
    なる、請求項３１に記載の未焼結品の製造方法。
  33. 【請求項３３】 早期架橋およびゲル化を防止する抑制
    剤を工程（ｉ）のスラリーに添加する、請求項３０に記
    載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記抑制剤が４−メトキシフェノール
    である、請求項３３に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 アルミナ対アルミニウムの重量比が約
    ２０：１〜約５：２の範囲にある、請求項２９に記載の
    方法。
  36. 【請求項３６】 前記アルミナが溶融アルミナである、
    請求項３５に記載の方法。
  37. 【請求項３７】 前記重合性バインダがアクリルアミド
    単量体である、請求項２９に記載の方法。
  38. 【請求項３８】 前記重合性バインダが、Ｎ−ヒドロキ
    シメチルアクリルアミド、メチルアクリルアミド、Ｎ，
    Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、メチレンビスアク
    リルアミド、ビニル−２−ピロリジンまたはポリ（エチ
    レングリコール）（１０００）ジメタクリレートであ
    る、請求項２９に記載の方法。
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