JP5654195B2 - チタン合金溶融用強化耐火物るつぼ - Google Patents

チタン合金溶融用強化耐火物るつぼ Download PDF

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Description

この発明は、一般にチタン合金の溶融に適当な強化るつぼに関し、特にチタンアルミナイドなどの高反応性チタン合金の溶融に適当な強化耐火物るつぼに関する。
タービンエンジン設計者は、エンジンを軽量化し、エンジン運転温度を高くするために、優れた特性を有する新しい材料を求め続けている。チタン合金、特にチタンアルミナイド(TiAl)系合金は、室温延性及び靱性などの低温機械特性と、高い中間温度強度及び耐クリープ性とを有望な組合せで合わせもつ。このような理由で、TiAl系合金は、現在多数のタービンエンジン部品の作製に用いられているニッケル系超合金に取って代わる可能性をもっている。
真空誘導溶融は、翼形部などのタービンエンジン部品を作製するのにしばしば用いられる方法であり、この方法では一般に、非伝導性高融点合金酸化物製のるつぼ内で金属を、るつぼ内の金属装填物が溶融して液体形態になるまで、加熱する。チタン又はチタン合金のような高反応性金属を溶融する場合、代表的にはコールドウォールもしくはグラファイトるつぼを用いる真空誘導溶融を採用する。その理由は、セラミックるつぼからの溶融及び鋳込み(キャスティング)はるつぼに有意な熱応力を導入し、それがるつぼの割れにつながるおそれがあるからである。このような割れは、るつぼ寿命を短くし、鋳込み部品中の内包物の原因となるおそれがある。
さらに、TiAlのような高反応性合金を溶融する場合、溶融が起こるのに必要な温度で合金中の元素が反応性であるため、難問が生じる。前述したように、大抵の真空誘導溶融システムは誘導炉内のるつぼ用に高融点合金酸化物を用いるが、TiAlのような合金は高反応性であるため、それらがるつぼ内に存在する高融点合金を攻撃する可能性があり、結果としてチタン合金が汚染される。例えば、セラミックるつぼを避けるのが代表的で、それは、高反応性TiAl合金はそのようなるつぼを破壊し、チタン合金を酸化物からの酸素と高融点合金両方で汚染するおそれがあるからである。同様に、グラファイトるつぼを使用すると、チタンアルミナイドはるつぼからの多量の炭素をチタン合金中に溶解し、その結果汚染を生じる。このような汚染があると、チタン合金の機械的特性が低下する。
さらに、コールドるつぼ溶融には、上述した高反応性合金を加工する際に冶金学的利点があるが、低い過熱、スカル形成による収率低下、大きな電力必要量などの多数の技術的及び経済的制約もある。これらの制約により実用性が限定される。
米国特許第5,407,001号 米国特許第5,464,797号 米国特許第6,024,163号 米国特許第4,787,439号 米国特許第4,703,806号 米国特許第4,966,225号 米国特許第5,299,619号 米国特許第4,740,246号 米国特許第4,966,175号
したがって、鋳込み工程中に発生する熱応力に対してより抵抗性であり、合金を汚染するおそれの少ない、高反応性合金の溶融に用いる強化るつぼが必要とされている。
本発明の一実施形態のチタン合金溶融用強化るつぼは、1以上のフェースコート層を含むフェースコートと、1以上のバッキング層を含むバッキングと、フェースコート層、バッキング層又はこれらの組合せの1つ以上の少なくとも一部分に適用された1以上の補強要素とを備え、前記補強要素が、セラミック組成物、金属組成物及びこれらの組合せから選択される1以上の組成物を含有する。
本発明の別の実施形態のチタン合金溶融用強化るつぼは、1以上のフェースコート層を含むフェースコートと、1以上のバッキング層を含むバッキングと、フェースコート層又はバッキング層の1以上に適用されたスタッコ層と、フェースコート層、バッキング層、スタッコ層又はこれらの組合せの1つ以上の少なくとも一部分に適用された1以上の補強要素とを備え、前記補強要素が、連続ファイバ、テープ、メッシュ、細断ファイバ及びこれらの組合せからなる群から選択される有形物を含む。
本発明の他の実施形態のチタン合金溶融用強化るつぼは、少なくともベース領域、移行領域、下方領域、及び連続ファイバ、テープ、メッシュ、細断ファイバ及びこれらの組合せからなる群から選択される複数の補強要素有形物を備え、メッシュの補強要素有形物がベース領域及び移行領域の少なくとも一部分のまわりに配置され、連続ファイバの補強要素有形物が下方領域の少なくとも一部分のまわりに配置されている。
上記その他の特徴、観点及び利点は以下の説明を読むことで、当業者に明らかになる。
本明細書は本発明の構成要素を指摘しその範囲を明確に規定する特許請求の範囲を結論とするが、本発明の実施形態は、添付の図面と関連した以下の詳細な説明から十分に理解することができる。図面中同一要素は同じ記号で示す。
本発明の実施形態は、チタン合金を溶融するのに適当な耐火物るつぼに関する。本発明の一実施形態によるチタン合金溶融用の強化耐火物るつぼは、1以上のフェースコート層を含むフェースコートと、1以上のバッキング層を含むバッキングと、フェースコート層、バッキング層又はこれらの組合せの1つ以上の少なくとも一部分に適用された1以上の補強要素とを備え、前記補強要素が、セラミック組成物、金属組成物及びこれらの組合せから選択される1以上の組成物を含有する。
ここで説明する実施形態は、ニアネット形状(near net shape)翼形部を作製するのに用いるTiAlを溶融するのに適当な強化るつぼに焦点を当てているが、説明はこれらに限定されない。当業者であれば、本実施形態が、あらゆるニアネット形状ガスタービン部品を作製するのに用いるチタン合金を溶融するのに適当であることが理解できるはずである。
図1を参照すると、この実施形態はチタン合金の溶融に適当な耐火物るつぼ8に関する。るつぼ8は内部9を有し、以下の説明にしたがって製造できる。まず最初にるつぼモールドを作製する。ここで用いる「モールド」は、適当な条件下で焼成されると図1のるつぼ8を形成する未焼成素体を指す。るつぼモールドを製造するには、図2に示すような模型10を用意する。模型10はるつぼモールドから除去することのできる任意の材料から構成できるが、一実施形態では、模型10はワックス、プラスチック又は木材から構成でき、また中空でも中実でもよい。さらに、模型10はどのような形状とすることもでき、るつぼの所望の内部を生成するのに必要な寸法を有し、取り扱いを容易にするためにハンドル12又は同様の機構を備える。
図3及び図4に示すように、模型10に、1以上のフェースコート層18を含むフェースコート16と、所望に応じて1以上のスタッコ層20を適用することができる。本明細書で用いる用語「1以上」は、1つ又は2つ以上の対象物(層)が存在することを意味し、特定の層を、例えば、「第1フェースコート層」、「第2フェースコート層」などと記述する。フェースコート層8は溶融処理中にTiAlに露出されるので、フェースコート層18は、溶融中に合金を劣化したり汚染したりすることがないように、反応性TiAlに不活性でなければならない。したがって、一実施形態では、フェースコート層18は酸化物を含有することができる。ここで用いる用語「酸化物」は、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ランタノイド系列酸化物、及びこれらの組合せからなる群から選択される組成物を指す。さらに、ランタノイド系列酸化物(「希土類」組成物ともいう)は、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユーロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム及びこれらの組合せからなる群から選択される酸化物を含有する。
フェースコート層18は、上記酸化物の粉末をコロイド状懸濁液に混合して得たフェースコート用スラリーから構成できる。酸化物粉末は、粒度が一実施形態では約70μm未満、別の実施形態では約0.001μm〜約50μm、他の実施形態では約1μm〜約50μmである微粒子粉末とすることができる。コロイドは、ゲル化過程が制御されており、TiAlに不活性なコロイドであれば、いずれでもよく、例えばコロイドシリカ、コロイドイットリア、コロイドアルミナ、コロイド酸化カルシウム、コロイド酸化マグネシウム、コロイド二酸化ジルコニウム、コロイドランタノイド系列酸化物又はこれらの混合物とすることができる。フェースコート層18のフェースコート用スラリーを作るのに上に列記した酸化物のいずれも使用できるが、一実施形態では、フェースコート用スラリーは酸化イットリウム粒子をコロイドシリカ懸濁液に混入したものとすることができ、また別の実施形態では、フェースコート用スラリーは酸化イットリウム粒子をコロイドイットリア懸濁液に混入したものとすることができる。フェースコート用スラリーの組成は広い範囲から選択できるが、一般に、フェースコート用スラリーは約40重量%〜約100重量%の酸化物及び約0重量%〜約60重量%のコロイドを含有することができる。
普通の粒子を用いてフェースコート層18のフェースコート用スラリーを調製した後、浸漬、スプレー及びこれらの組合せから選択される方法により、模型10をフェースコート用スラリーに曝露することができる。塗工後、フェースコート層18の厚さは、通常約50μm〜約500μm、一実施形態では約150μm〜約300μm、そして他の実施形態では約200μmとすることができる。
まだ濡れているうちに、所望に応じて、図3及び図4に示すように、フェースコート層8をスタッコ層20で被覆することができる。ここで用いる用語「スタッコ」は、粒度が通常約100μm超え、一実施形態では約100μm〜約5000μmである粗いセラミック粒子を示す。スタッコ20を各フェースコート層に適用してるつぼ壁の厚さを造成していき、強度を増すことができる。スタッコ層20として用いるのに種々の材料が適当であるが、一実施形態では、スタッコは耐火物、例えばアルミナ又はアルミノケイ酸塩を、前述したような酸化物との組合せで含有できるが、これらに限らない。スタッコ層20中の耐火物対酸化物の比は広い範囲から選択できるが、一実施形態ではスタッコ層20は約0重量%〜約60重量%の耐火物及び約40重量%〜約100重量%の酸化物を含有する。スタッコ層20をフェースコート層18に適用する方法は、任意の適当な方法、例えばダスティング(乾式散布)とすることができる。スタッコ層20の厚さは、通常約100μm〜約2000μm、一実施形態では約150μm〜約300μm、他の実施形態では約200μmとすることができる。
フェースコート層18及び任意のスタッコ層20を空気乾燥した後、所望に応じて追加のフェースコート層及びスタッコ層を上記方法で適用して、フェースコート16を完成することができる。図3及び図4に示す実施形態では、第1及び第2フェースコート層18及び交互のスタッコ層20が存在するが、当業者であれば、フェースコート16は任意の数のフェースコート層及びスタッコ層から構成できることが理解できるはずである。各フェースコート層18は異なる酸化物/コロイド混合物から構成できるが、一実施形態では、各フェースコート層18を同じ酸化物/コロイド混合物から構成する。所望の数のフェースコート層18及びスタッコ層20を設層した後、バッキング22を適用することができる。
バッキング22は完成るつぼ8に追加の強度と耐久性を付与するのに役立つ。そのため、バッキング22は図4に示すように1以上のバッキング層24からなり、バッキング層は、酸化アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、二酸化ケイ素及びこれらの組合せから選択される耐火物をコロイドシリカ懸濁液に混入したバッキング用スラリーから構成できる。本明細書では、特定の層を「第1バッキング層」、「第2バッキング層」などと表示する。例えば、一実施形態では、バッキング層24は、酸化アルミニウム粒子をコロイドシリカ懸濁液に混入してなるバッキング用スラリーから構成できる。バッキング用スラリーの組成は広い範囲から選択できるが、一般に、バッキング用スラリーは約10重量%〜約40重量%の耐火物及び約60重量%〜約90重量%のコロイドを含有することができる。フェースコート層と同様、図4に示すように、各バッキング層24にスタッコ層20を付着してもよく、そのスタッコ層20はフェースコート層を形成するのに以前に用いたスタッコと同じでも異なってもよい。各バッキング層24は、スタッコ層を含めて、厚さが約150μm〜約4000μm、一実施形態では約150μm〜約1500μm、他の実施形態では約700μmとすることができる。
フェースコート層と同様、各バッキング層24は浸漬、スプレー及びこれらの組合せから選択される方法により適用することができる。任意の数のバッキング層24を適用することができるが、一実施形態では、2〜40層のバッキング層を設ける。各バッキング層24は、耐火物及びコロイドの同一組成物から構成しても、それぞれ異なっても、全体がそれらの中間の適当な組合せであってもよい。所望の数のバッキング層及び任意のスタッコ層を設層した後、得られるるつぼモールド26をさらに加工することができる。
なお、場合によっては、スタッコ層を塗工するたびに、粒度、層厚及び/又は組成を変えることにより、スタッコ層に勾配もしくは分布を付けるのが望ましい。ここで、用語「勾配」及びそのすべての形態は、例えば、スタッコ材料の粒度を増加するか、スタッコ層の厚さを増加するか、スタッコ層として次第に強度が高くなる耐火物/コロイド組成物を使用するか、これらの組合せにより、後から適用されるスタッコ層の強度を徐々に増加することを示す。このような勾配を付ければ、スタッコ層を挟む種々のフェースコート層及びバッキング層の熱膨張及び化学的特性の差を埋め合わせるようにスタッコ層を調整できる。さらに具体的には、スタッコ層に勾配を付けることにより、気孔率を異ならせ、るつぼのモジュラスを調節し、これらが相まって、前述したように熱膨張の差を埋め合わせるのに役立つ。
るつぼモールドの作製中のいつでも、1以上の補強要素14を、フェースコート層18、バッキング層24又はそれらのスタッコ層20の1つ以上の少なくとも一部分に適用することができる。図3、図4、図5及び図8の実施形態では、補強要素14がフェースコート16のスタッコ層20に適用した状態で示されている。しかし、当業者であれば、この実施形態は例示のためだけで、本発明の範囲を限定するものではないことが理解できるはずである。
補強要素は、このような補強要素のないるつぼと比較して、完成るつぼの強度及び耐熱亀裂性を増加できるものであればいずれでもよい。ここで用いる用語「補強要素」は、るつぼモールドの層中に存在する酸化物、耐火物及び/又はコロイドではなくて、作製中にるつぼモールドの1つ以上の層に適用される組成物を示し、この組成物は後述するようにるつぼモールドの焼成時に反応して補強材料を形成する。
補強要素14は多数の組成物から形成することができるが、一実施形態では補強要素14は、セラミック組成物、金属組成物及びこれらの組合せから選択される組成物を含有することができる。さらに特定すると、補強要素14は、イットリア、アルミナ、サファイア、窒化物、YAG(イットリウムアルミニウムガーネット)、炭化ケイ素(SiC)、ケイ素アルミニウム酸窒化物(例えばSiAlON(登録商標))、シリカ、ムライト(例えばNEXTEL(登録商標))、ジルコニア、ジルコン、ジルカー(zircar)及びこれらの組合せからなる群から選択される1以上のセラミック組成物、又はタングステン、タンタル、モリブデン、ニオブ、レニウム、これらの合金及びこれらの組合せからなる群から選択される1以上の金属組成物を含有することができる。さらに、補強要素14はセラミック組成物と金属組成物との組合せ(サーメットという)から構成することもでき、このような組合せにはアルミナ−50容量%モリブデン、アルミナ−90容量%モリブデン、アルミナ−50容量%タングステン、及びアルミナ−90容量%タングステンがあるが、これらに限らない。
補強要素14は、完成るつぼに高い強度及び耐熱亀裂性を付与できる有形物であればいずれを含有してもよい。一実施形態では、補強要素14は、連続ファイバ、テープ、メッシュ、細断ファイバ及びこれらの組合せから選択される有形物(configuration)を有する。この有形物の寸法、例えば幅、厚さ、織目などは、補強要素に求められる特徴によって広い範囲で変えることができる。しかし、補強要素の厚さは、一実施形態では約2000μm未満、別の実施形態では約100μm〜約1000μmとすることができる。
さらに、単一有形物を適用してもよいし、るつぼモールドの同じ層又は異なる層に2つ以上の有形物を適用してもよい。2つ以上の有形物を同一層に適用する場合、その複数の補強要素を、後述するように、隣接配向、積み重ね配向又はこれらの適当な組合せにて適用することができる。例えば、図5に示す実施形態では、連続ファイバ要素とメッシュ要素の両方を同一層に隣接配向で適用している。図6に示す別の実施形態では、メッシュ要素と細断ファイバ要素を異なる層に適用している。図7に示す他の実施形態では、テープ要素と細断ファイバ要素を同一層に積み重ね配向で適用している。
さらに、補強要素14、その組成及びその有形物は、るつぼの異なる領域、例えば、図5に概略を示すように、ベース領域30、移行領域32(即ち、ベース領域30を下方領域34に接続する部分)、下方領域34(即ち、鋳込み時にチタン溶融物を収容する側面)、上方領域36(即ち、鋳込み時のチタン溶融物より上の側面)、注ぎ口領域38に存在する特定の応力を支持するように選択することができる。特に、ベース領域30、移行領域32及び注ぎ口領域38では曲げ応力が大きいので、図5に示すようにこれらの領域に少なくともメッシュ補強要素14を利用するのが望ましい。同様に、るつぼの側面(即ち、上方領域36及び下方領域34)では、通常フープ応力が主要な関心事であり、したがって図5に示すようにこのような領域に少なくとも連続ファイバ補強要素14を利用するのが望ましい。補強要素をるつぼの特定領域に合わせて調整することにより、耐熱応力性を最適化することができ、こうしてるつぼが加熱、溶融、注入及び冷却相の間終始その一体性を維持することを確実にする。
補強要素14の組成又は有形物に関わりなく、補強要素14の適用は通常同一の手順で行う。スラリーがまだ湿潤状態にある間に、1以上の補強要素14を選択した層(1つ又は複数)のまわりに適用できる。選択した層がまだ湿潤状態にある間に補強要素14を適用することで、補強要素14がるつぼモールド26に固着される。さらに具体的には、るつぼモールド26の選択された層が乾燥するにつれて、補強要素14がそこに密着する。補強要素14の適用には、図5及び図7に示すように、るつぼモールド26の選択された層のまわりに補強要素14を巻き付けるか包む方法、また細断ファイバの場合、図6及び図7に示すようにるつぼモールド26の選択された層のまわりの所望位置に補強要素14を押圧するか散布する方法があるが、これらの方法に限定されない。2つ以上の補強要素を用いる場合、また積み重ね配向を選択する場合(例えば図7)、上述した方法を用いて1つの補強要素の上につぎの補強要素を適用することができる。当業者であれば、補強要素をるつぼモールドの選択された層の少なくとも一部分のまわりに、あるいはるつぼモールドの選択された層全体のまわりに選択的に配置できることが理解できるはずである。
つぎにるつぼモールド26を慣例の方法で乾燥し、模型10を除去することができる。るつぼモールド26から模型10を除去するのに種々の方法を採用できる。前述したように、模型10は例えばワックス製であり、この場合るつぼモールド26を炉、スチームオートクレーブ、マイクロ波装置その他の同様の装置に入れ、模型10を溶融することにより、模型10を除去することができ、こうして図8に示しようにるつぼモールド26内に開放内部9を残す。るつぼモールド26から模型10を溶融するのに必要な温度は通常低く、一実施形態では約40℃〜約120℃の範囲とすることができる。
つぎに、所望に応じて、るつぼモールド26の内部9をコロイドスラリーで洗浄し、図8に示すようにトップコート28を形成することができる。洗浄は通常、るつぼの焼成前に、スプレーなど当業者に周知の方法を用いてるつぼの内部にコーティングを施す工程を含む。トップコート28はどのような厚さでもよいが、トップコート28の厚さは一実施形態では約500μm以下、別の実施形態では約20μm〜約400μmである。トップコート28は、イットリアをコロイドイットリア懸濁液に混入したもの、イットリアをコロイドシリカ懸濁液に混入したもの及びこれらの組合せから選択されるコロイドスラリーを含有することができる。このトップコートは、るつぼが溶融中にチタン合金に対して不活性に留まることを確実にするのに有効である。
つぎに、中空るつぼモールド26を高温で焼成することができる。るつぼモールド26の焼成は、完成るつぼに追加の強度を付与するのに有効である。なぜなら、この加熱工程の間、フェースコート層、スタッコ及びバッキング層を構成する材料が相互拡散し、相互焼結するからである。初期には、るつぼモールドを約800℃〜約1400℃の温度で、一実施形態では約900℃〜約1100℃の温度で、別の実施形態では約1000℃で焼成することができる。この初期焼成は、残存材料を焼尽(脱脂)し、かつるつぼのセラミック成分間にある程度の相互拡散を達成するのに必要な長さの時間行われ、焼成時間は一実施形態では約0.5時間〜約50時間、別の実施形態では約1時間〜約30時間、他の実施形態では約2時間とすることができる。つぎに、るつぼモールドを約1400℃〜約1800℃の温度、一実施形態では約1500℃〜約1800℃の温度、他の実施形態では約1600℃〜約1700℃の温度で焼成することができる。この第2焼成は、セラミック成分の相互拡散を実質的に完了し、かつフェースコート酸化物中に存在するコロイドの反応を起こさせるのに必要な長さの時間行われ、焼成時間は一実施形態では約0.5時間〜約50時間、別の実施形態では約1時間〜約30時間、他の実施形態では約2時間とすることができる。例えば、コロイドシリカがケイ酸塩を形成する一方、コロイドイットリアがフェースコートのスラリー中に存在するイットリア粒子と焼結する。
焼成の完了後、得られるるつぼはチタン合金の溶融に用いるのに適当である。るつぼ8のある特性を所望の用途に応じて変更もしくは修正することができるが、るつぼ8の、すべてのフェースコート層、スタッコ層、バッキング層を含めての全体壁厚さは、一実施形態では約3mm以上、別の実施形態では約6mm以上、他の実施形態では約6.5mm〜約40mmとすることができる。壁厚さが約40mmを超えると、高温加熱時間が長くなり、望ましくない。同様に、バッキング対フェースコートの厚さ比は一実施形態では約6.5:1〜約20:1とすることができる。上記と同様、この厚さ比が約20:1を超えると、アルミナバッキング層が厚くなるため、高温加熱時間が長くなり、望ましくない。
特定の構成に関わりなく、るつぼ8は、格子間レベルが低くセラミック内包物含量が低いチタン合金の溶融に用いることができる。特に、当業者に周知の普通の溶融及び鋳込み法を用いて、本発明のるつぼ内でTiAlを溶融することができる。本発明のるつぼは、フェースコートの形成に用いた材料が反応性TiAlに不活性であるので、このような高反応性合金に用いることができる。言い換えると、フェースコートが溶融時にTiAlに曝露されても、その合金を劣化したり汚染したりすることはない。さらに、本発明のるつぼは、真空誘導溶融サイクルの溶融、注入、鋳込み及び冷却段階のいずれかで、急速加熱しても、割れを生じない。
この優れたるつぼ性能の最終的な結果として、るつぼが一層耐熱応力性であり、るつぼ内で溶融されるTiAlが高純度に保たれ、優れた疲労寿命を有する。ここで「高純度」とは、合金が酸素含量約1200ppm未満、溶融プロセス中にるつぼから発生するイットリウムもしくはケイ素汚染物の含量約500ppm未満であることを意味する。この優れた純度のため、TiAlから製造した部品は、現行方法を用いたTiAlから製造した部品より、割れが少なく、欠陥が少ない。
以上、当業者が本発明を実施、利用できるように、最良の形態を含む本発明の実施形態を説明した。本発明の要旨は、特許請求の範囲に定義の通りであり、当業者に想起できる他の例も包含する。このような他の例は、請求の範囲の文言から相違しない構造要素を有するか、請求の範囲の文言からの相違が実質的でない均等な構造要素を含む限りで、本発明の範囲内に包含される。
本発明の一実施形態によるるつぼの斜視図である。 本発明の一実施形態に用いる模型の斜視図である。 本発明の一実施形態によるるつぼモールドの断面図である。 図3のるつぼモールドの断面の一部分の拡大図である。 本発明の一実施形態にしたがって補強要素を隣接配向で配置したるつぼモールドの正面図である。 本発明の一実施形態にしたがって2つの補強要素をそれぞれ異なる層に設けたるつぼモールドの正面図である。 本発明の一実施形態にしたがって補強要素を積み重ね配向で配置したるつぼモールドの正面図である。 本発明の一実施形態によるるつぼモールドを、模型を除去し、トップコートを適用した状態で示す断面図である。
符号の説明
8 るつぼ
9 内部
10 模型
14 補強要素
16 フェースコート
18 フェースコート層
20 スタッコ層
22 バッキング
24 バッキング層
26 るつぼモールド
28 トップコート
30 ベース領域
32 移行領域
34 下方領域
36 上方領域

Claims (10)

  1. 酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ランタノイド系列酸化物及びこれらの組合せからなる群から選択される酸化物からなる1以上のフェースコート層(18)を含むフェースコート(16)と、
    1以上のバッキング層(24)を含むバッキング(22)と、
    フェースコート層(18)、バッキング層(24)又はこれらの組合せの1つ以上の少なくとも一部分に適用された1以上の補強要素(14)と
    を備えるチタン合金溶融用強化るつぼ(8)であって、前記補強要素(14)が、セラミック組成物、金属組成物及びこれらの組合せから選択される1以上の組成物を含有していて、連続ファイバ、テープ、メッシュ、細断ファイバ及びこれらの組合せからなる群から選択される形態でありバッキング層(24)が、酸化アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、二酸化ケイ素及びこれらの組合せから選択される耐火物をコロイドシリカ懸濁液に混入したバッキング用スラリーから形成される、チタン合金溶融用強化るつぼ(8)。
  2. 前記補強要素(14)が、イットリア、アルミナ、サファイア、YAG、炭化ケイ素、ケイ素アルミニウム酸窒化物、ムライト、ジルコニア、ジルコン及びこれらの組合せからなる群から選択される1以上のセラミック組成物を含有する、請求項1記載のるつぼ(8)。
  3. 前記補強要素(14)が、タングステン、タンタル、モリブデン、ニオブ、レニウム、これらの合金及びこれらの組合せからなる群から選択される1以上の金属組成物を含有する、請求項1又は請求項2記載のるつぼ(8)。
  4. フェースコート層(18)、バッキング層(24)又はこれらの組合せのいずれかの少なくとも一部分に適用された粒度100μm超のセラミック粒子からなるスタッコ層(20)を備える、請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のるつぼ(8)。
  5. 1以上の補強要素(14)がすべてのフェースコート層(18)、バッキング層(24)、スタッコ層(20)又はこれらの組合せに適用されている、請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載のるつぼ(8)。
  6. 2種以上の形態の補強要素(14)が、隣接配向、積み重ね配向、又はこれらの組合せから選択される態様で適用されている、請求項1乃至請求項のいずれか1項記載のるつぼ(8)。
  7. フェースコート層(18)、バッキング層(24)及びスタッコ層(20)の2つ以上が補強要素(14)を含む、請求項4又は請求項記載のるつぼ(8)。
  8. 補強要素(14)の適用状態が、るつぼ(8)の異なる領域(30,32,34,36,38)に存在する特定の応力を支持するように調整されている、請求項1乃至請求項のいずれか1項記載のるつぼ(8)。
  9. さらに、コロイドシリカ、コロイドイットリア及びこれらの組合せから選択されるコロイドを含有するコロイド懸濁物中に酸化イットリウム粉末を含有するコロイドスラリーから形成されたトップコート(28)を備える、請求項1乃至請求項のいずれか1項記載のるつぼ(8)。
  10. 請求項1乃至請求項のいずれか1項記載のるつぼ(8)の製造方法であって、
    模型(10)に、1以上のフェースコート層(18)を含むフェースコート(16)を適用し、次いで1以上のバッキング層(24)を含むバッキング(22)を適用することによって、つぼモールド(26)を作製する工程であって、フェースコート層(18)、バッキング層(24)又はこれらの組合せの1つ以上の少なくとも一部分に1以上の補強要素(14)を適用することを含む工程と、
    るつぼモールド(26)から模型を除去する工程と、
    るつぼモールド(26)を焼成する工程と
    を含む方法。
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