JPH0199745A

JPH0199745A - セラミック鋳造コアの結合方法

Info

Publication number: JPH0199745A
Application number: JP63237475A
Authority: JP
Inventors: T Arnold Ferguson; トーマス　アーノルド　ファーガソン; Linda L Seaver; リンダ　エル．シーバー
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1987-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1989-04-18
Also published as: US4767479A; IL87655A; EP0309378A1; DE3864111D1; AU601131B2; IL87655A0; AU2185188A; EP0309378B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、一般に鋳造金属に関する、特に金属鋳物を
製造するために使用する１コアに関する、更に詳しくは
互いに未焼結のセラミックコアを結合させるための方法
に関する。

（従来の技術）セラミックコアはレノンらの米国特許第３，９５７゜７
１５号、パスコらの米国特許第４．２２１，７４８号に
見られるように金属組成物の鋳造に広く使用されてぃる
。このようなコアは注入鋳造、転写鋳造などの典型的な
方法によって製造されている。この工程はヘルマンの米
国特許第３，２３４，３０４号に詳細に記載されている
ように、コアの形状に対応する形状を有するダイにセラ
ミック粒子とバインダを強制的に送り込み、得られる未
焼結コアを高温で加熱し、バインダを蒸発せしめて、互
いのセラミック粒子を焼結せしめるものである。

ここで、良質のコアを形成するために、配合するセラミ
ックとしては、アルミニウムオキサイド（アルミナ）と
シリコンオキサイド（シリカ）のような単純な酸化物、
同様にジルコニウムオルソンリケート（ジルコン）、ア
ルミニウムシリケート（ムライト）のような複合酸化物
、更にはマグネシウムアルミネート（スピンネル）が使
用され、またコア中に異なったタイプのセラミック粒子
（即ち、セラミック粒子の組成物）を混在させることに
よってコアの特性は理想的なものとなる。

なお、セラミック粒子としては粉状形感のものが一般的
に使用されているが、ウィルブースらの米国特許第４．
４２７，７４２号とルートに譲渡された米国特許出願番
号ＮＯ，Ｏ１８，１１３号に記載されるように、セラミ
ック繊維をコア形成に使用することもできる。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、インベストメント鋳造工業では幾つかのタイプ
のコアが使用されているが、上述の注入鋳造と転写鋳造
工程（コアの組み立てに使用する他の工程と同様に）で
は所望の形状及び／又は寸法のコアの製造が制約される
ので、これらのコアを製造するには特別の技術を必要と
なる。

したがって、鋳造工業においては所望の形状及び／又は
寸法のコアを特別な技術を必要とすることなく製造する
ために、常に努力がなされている。

この発明は、これら鋳造工業の要望に応えることを目的
とする。

（問題点を解決するための手段）この発明は、一般にはセラミック粒子と熱可塑性バイン
ダを含む鋳造用コアの製造に関する。更に、詳しくは未
焼結のコアの表面を互いに化学的結合（機械的な結合と
は反対に）し、次いで焼結を行うことにより、従来の鋳
造工程では容易に製造することができなかった融合コア
を製造する方法に関する。

この発明は、（ａ）コア中の熱可塑性バインダを結合さ
せるために軟化させる：（ｂ）バインダを軟化させると
ともに、それらの間にセラミック粒子の層が介在するよ
うにコアを組み立て、そして次にバインダを固化させて
、未焼結の結合されたコアを形成する：そして（ｃ）結
合されたコアを加熱し、バインターの蒸発とコア中のセ
ラミック粒子の焼結を行なう工程を含んでいる。

この発明により結合された未焼結のコアは二つの主要成
分：セラミック粒子と熱溶融性バインダのほぼ均一な混
合物から構成される。

ここで、熱可塑性バインダは一般的に室温では固体で、
昇温すると軟化し、１つ各種タイプの溶剤と接触すると
軟化する性質を有する天然乃至合成の高分子物質である
。

なお、溶剤乃至加熱によって軟化する熱可塑性バインダ
の性質はこの発明においてコアを組み立・でるのに有用
である。

また、この発明でセラミック粒子はセラミックパウダー
乃至セラミックフィーバを怠味する。

更に、セラミック粒子の組成の割合（重量％）は例えば
、ジルコンｌＯ〜５０、アルミナ１〜２０、シリカ残部
。コア中のバインダは全セラミック重量のパーセンテー
ジで約ｌＯ〜２０％（全セラミック重量のパーセンテー
ジ）である。

以上のようなセラミック粒子と熱可塑性バインダを含む
未焼結コアは例えば、従来周知の注入鋳造法によって製
造することができる。

この発明においてコアの結合は、コア中の熱可塑性バイ
ンダを軟化させることによって行なわれる。この場合の
軟化剤としては、加熱或いは溶剤何れを使用することが
できる。

即ち、熱可塑性バインダは加熱によって、或いは適当な
溶剤の接触によって容易に軟化させることができる。

なお、上記何れの軟化剤を使用しても、パインダを分解
或いは揮発させるべきでなく、またコアを歪ませたり、
或いは寸法、形状等を変更させるべきでない。軟化剤は
目的とする結合部分のみに作用させることが好ましい。

そして、上記軟化剤でバインダを軟化させるとともに、
各コアをその表面が密着するように加圧保持すると、バ
インダの軟化によってコアの一方又は両方の表面にはセ
ラミックの粒子層が形成されるが、軟化剤が除去され、
バインダが固化されると、コアは粒子層の間で互いに結
合される。

以上のようなコア間の結合の形成は、拡散メカニズム或
いは毛細管現象によって軟化したバインダの一部が各コ
アの界面中に浸透し、界面内で固化するためと推定され
る。

加熱によってコアを結合させる際には、従来の注入又は
転移鋳造技術が使用できる。この場合鋳造工程の温度は
バインダを軟化させるのに、十分な高さとする。その結
果加圧下にバインダは流動化し、セラミック粒子間に均
一に分配される。コアが冷却するとき、バインダは固化
され、セラミック粒子は互いに密着してコアが結合され
る。

バインダを軟化させるために何れの軟化剤を使用するか
は、コアを形成するために使用するバインダのタイプに
依存しているが、−船釣に揮発性溶剤はコアに容易に作
用して熱可塑性バインダを軟化させることができるので
、加熱より好ましい軟化剤である。

この揮発性溶剤としてはトルエン、ベンゼン、ヘキサン
のような液体有機溶剤或いはトリクロロエタン、メチレ
ンクロライドのようなハロゲン化溶剤を使用することが
できる。

溶剤を軟化剤として使用する場合の好ましい実施例は、
二つの未焼結の鋳造コアの表面に、コア中に存在するバ
インダを軟化させることができる溶剤とセラミック粒子
を同時に作用させることである。例えば、二つの表面を
溶剤とセラミック粒子の混合物でブラッシングすること
によって溶剤とセラミック粒子を同時に二つの表面に作
用させることが可能である。この場合、セラミック粒子
の組成及び比率はコア中のセラミック粒子のそれと同じ
にする。

セラミック粒子と溶剤の混合物で各々のコアの表面を処
理した後、直ちにコアを固定具或いはコアを密着させ、
且つ整合を図ることができるような他の適当な容器内に
配置する。

これにより溶剤はバインダを軟化するとともに、軟化し
たバインダの一部はコアの間の界面に拡散或は毛細管の
作用で浸透し、溶剤が蒸発によって除去され、バインダ
が固化すると、新たに加えられたセラミック粒子を互い
のコアに結合し、未焼結の結合コアを形成する。

本願発明者らの実験結果によれば、この場合コア間で最
良の結合を得るためにはバインダが軟化して新たに加え
られたセラミック粒子を粘着保持していることが必要で
あり、バインダが軟化されない状態で加えられた粒子が
バインダに作用しても、結合は弱く、コアは使用に耐え
ない。また、バインダは軟化したが、加えられたセラミ
ック粒子がバインダに作用しない場合には、結合は効果
的でない。

セラミックと溶剤の混合物で各々のコアの表面、を処理
した後、直ちにコアを固定具或いはコアを密着させ、且
つ整合を図ることができるような他の適当な容器内に配
置する。溶剤が蒸発すると、バインダは固化してコアは
互いに結合する。

次に、コアの結合を可視或いは放射線グラフィック技術
を用いて検査した後、結合コアを比較的低い温度で加熱
し、バインダを蒸発させ、一部の溶剤を残留させる。そ
して、次に更に高温で加熱してコア中のセラミック粒子
を焼結させる。

（実施例）この発明は、次の実施例の作用によって更に良く理解さ
せるであろうが、この実施例はこの発明の詳細な説明す
るためのものであって、この範囲に限定されるものでは
ない。

セラミック粒子と熱可塑性を含む二つの未焼結のセラミ
ック鋳造コアは従来周知の技術を使用した注入鋳造法に
よって製造する。

このコアは、約２８％のジルコニウムオルソシリケート
、３％のアルミニウムオキサイド、残部シリコンオキサ
イドから構成される。ジルコニウムオルソシリケートと
シリコンオキサイド粒子は一般に一３２５メツシｘ　（
Ｕ、Ｓ、５ｉｅｖｅ　５ｅｒｉｅｓ）パウダー粒子であ
る。アルミニウムオキサイド粒子は繊維質の配合割合が
高いものである。

バインダの組成は基本的にはパラフィンとフレシンワッ
クスであって、セラミック混合物の全体重量の約１４％
存在する。アルミニウムオキサイドとオレイン酸の最少
量が注入鋳造工程を円滑に行なわせるために加えられて
いる。

コアを互いに結合させるためには、次の方法で行なう。

セラミック組成をコア中に存在する割合と同様な割合で
配合し、１−１１　トリクロロエタンを加える。このセ
ラミックー溶剤混合物を互いの結合表面をプラッシュし
、次にコアを固定して組み合わせ、互いに密着して保持
する。トリクロロトルエンの大部分が蒸発した後、コア
を固定から開放する。コアが互いに結合していることを
可視検査する。結合コアを次にゆっくりと大気中で加熱
し、約５４０℃（１，０００°Ｆ）に昇温し、バインダ
を蒸発する。次に、約１，２３０℃（２，２５０″Ｆ）
に昇温してコア中の結合線上にあるセラミック粒子を互
いに焼結する。

次に、かまどの温度を室温に戻し、そして焼結したコア
を取り出す。検査の結果、製造されたコアは満足すべき
性質のものであった。

（発明の効果）以上要するに、この発明によれば従来の鋳造工法では容
易に製造できないような複雑な形状を有するコアを容易
に製造することができる。

また、この発明は熱可塑性バインダを使用した全てのコ
アに適用できる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミック粒子と熱可塑性バインダを含む未焼結
のセラミック鋳造コアを結合する方法において、互いのコアの表面で上記バインダを軟化する工程、互い
のコアを密着させて組み立てる工程と、組み立てられた
コアを加熱して上記バインダを蒸発させて、セラミック
粒子を焼結させる工程とからなるセラミック鋳造コアの
結合方法。
（２）バインダを軟化する工程が上記コアの表面に液体
溶剤を作用させることにより行なわれる請求項第１項記
載の方法。
（３）溶剤とセラミック粒子を同時に上記コアの表面に
作用させる請求項第２項記載の方法。
（４）セラミック粒子と熱可塑性バインダをキャビティ
ー内に注入鋳造してセラミック粒子とバインダが全面に
均一に分散された未焼結のコアを形成する工程と、少な
くとも上記２つのコアの表面に揮発生の液体溶剤とセラ
ミック粒子を作用させ、溶剤によつて内部のバインダを
軟化させる工程と、バインダを軟化させる過程で、溶剤
とセラミック粒子で処理した表面が互いに接合するよう
にしてコアを組み立てコア組み立て体を形成する工程と
、コア組み立て体を加熱してバインダを蒸発させてコア
中のセラミック粒子を焼結させる工程とからなることを
特徴とする焼結セラミック鋳造コアの製造方法。