JPH0544430B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 補強体が剛性立体支持骨格２又は１１又は１
３として構成されており、この支持骨格が、セラ
ミツク材料を通す構造を持つ、少なくとも部分的
にＣ繊維から成る、補強された繊維マツトから形
成されかつ成形品１又は１０又は１４の形状寸法
に合わされた形状寸法と吸収されるべき力に比例
している密度とを持つており、補強体を形成する
支持骨格２又は１１又は１３が成形空所へのセラ
ミツク材料の充填前に型の中に位置決めされ、固
定されかつ取付けられ、焼成されない状態で粉末
状のセラミツク材料が使用され、このセラミツク
材料が流動化されて成形空所内へ噴射されること
を特徴とする、成形過程後に焼成されたセラミツ
ク材料とこのセラミツク材料に埋め込まれた、セ
ラミツク材料より高い強度を持つ補強体とから成
る、複合体としての成形品の製造方法。

２ セラミツク材料が成形空所の急激な吸引によ
りこの成形空所内へ噴射されることを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。

３ 複数の噴射過程が順次に続くことを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。

４ 焼成前に少なくとも１つの、なるべく均衡圧
縮成形過程が設けられていることを特徴とする、
請求項１に記載の方法。

５ 支持骨格２，１１，１３が、成形品１，１
０，１４の表面に対して少なくとも広範囲にわた
つて平行な形状を持つていることを特徴とする、
請求項１に記載の方法。

６ 支持骨格２，１１，１３が、成形品１，１
０，１４の表面に関して少なくとも大幅に表面に
近い壁経過を示していることを特徴とする、請求
項１に記載の方法。

７ 支持骨格２，１１，１３が、なるべく閉じら
れた断面を持つ中空体として形成され又は複数の
この種の中空体から構成されていることを特徴と
する、請求項１に記載の方法。

８ 支持骨格２，１１，１３が、なるべく取付け
帯片９及び／又は異形材支持体延長部９ａの形を
した、少なくとも１つの、なるべく補強されかつ
酸素作用から守られている保持体を持つているこ
とを特徴とする、請求項１に記載の方法。

９ 繊維マツト４が補強のために補強手段で処理
されていることを特徴とする、請求項１に記載の
方法。

１０ 繊維マツト４が補強のためにセラミツクス
リツプで含浸され、このセラミツクスリツプが続
いて乾燥及び／又は焼成されることを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。

１１ 支持骨格２，１１，１３が箱型に似た型１
８，２０の中で製造されることを特徴とする、請
求項１に記載の方法。

１２ 支持骨格２，１１，１３が、なるべくマツ
ト４用の基礎骨格３として使われる剛性立体格子
を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載
の方法。

１３ 立体格子（基礎骨格３）が金属、なるべく
鋼、から成ることを特徴とする、請求項１２に記
載の方法。

１４ 立体格子（基礎骨格３）が、円形断面を持
つ棒又は線から成ることを特徴とする、請求項１
２に記載の方法。

１５ 焼成された成形品１，１０，１４及び／又
は補強のために焼成された支持骨格２，１１，１
３の冷却が、立体格子（基礎骨格３）の材料のた
めの焼きならしに相当することを特徴とする、請
求項１２に記載の方法。

１６ 繊維マツト４が専らＣ繊維を含んでいるこ
とを特徴とする、請求項１に記載の方法。

１７ 繊維編物を形成するマツト４が少なくとも
部分的にSi繊維を含んでいることを特徴とする、
請求項１の記載の方法。

１８ 繊維織物を形成するマツト４が少なくとも
部分的にガラス繊維を含んでいることを特徴とす
る、請求項１に記載の方法。

１９ 成形品１，１０，１４が真空炉内で焼成さ
れることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

２０ 支持骨格２，１１，１３が、開いている断
面の範囲において、この開いている断面を連絡す
る、なるべくセラミツクスリツプで含浸された引
張帯９ｂを少なくとも１つ備え、この引張帯が焼
成後に除去されることを特徴とする、請求項１に
記載の方法。

２１ 支持骨格２，１１，１３の簡単化のために
セラミツク材料へ補強繊維、なるべく炭化珪素繊
維、が混入されていることを特徴とする、請求項
１に記載の方法。

明細書 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念によ
る、成形品の製法方法に関する。

ドイツ連邦共和国特許第440745号明細書から、
焼成されてない状態においてペースト状で存在す
るセラミツク材料が塗布される、金属線織物によ
り形成された補強体が使用される、成形品の製造
方法は公知である。この場合不利なのは、この種
のセラミツクペーストが比較的粗い金属線織物に
しか浸透できないことである。従つてこの金属線
織物は非常に粗くなければならず、従つてあらゆ
る所望の微細輪郭に従うことができるわけではな
い。従つて多くの場合に、成形品の形状寸法に十
分合わされた形状寸法及び吸収されるべき力に比
例した密度を支持骨格に与えることは不可能であ
る。従つて、公知の装置で得られる全強度は、既
にこの理由からも制限されている。その上、金属
線織物の金属線が焼成過程の際に溶融しかつその
後再び凝固するということがある。この場合、し
ばしば強度損失に至らせる組織の変化が生ずる。
それは別として、セラミツクペーストをあまり密
には塗布することができず、それは支持骨格との
不十分な結合に至らせるので、得られる全強度も
やはり損なわれる。しかし公知の方法では同時に
寸法安定性も悪い。これはやはり、セラミツクペ
ーストをあまり密に塗布することができないため
に、焼成の際にひどい収縮が起こることに基因す
る。この欠点は更に、補強体を形成する金属線織
物が焼成過程の際の組織の変化のために寸法的に
も変化することによつても、増大される。それは
別として、セラミツクペーストの塗布は実際上、
いずれにしても高い寸法精度が得られない形成過
程である。別の欠点は、セラミツクペーストの使
用により、焼成されない素材の不十分な強度、従
つて又悪い耐輸送性及び寸法変化の更なる危険が
生ずるにすぎないことに見られる。

ドイツ連邦共和国特許出願公告第1181114号明
細書から公知の別の、耐火ブロツクの製造方法で
は、粉末状のセラミツク材料が使用され、このセ
ラミツク材料は、補強体を含んでいる成形空所へ
導入される。この場合、補強体は金属板により形
成される。これらの金属板はセラミツク材料の導
入の際に実際上案内板として役立つ。従つて、粉
末状のセラミツク材料を流動化しかつ成形空所内
へ噴射することは不可能である。なぜならば補強
体を形成する金属板は過度の転向及び減速を引き
起こすからである。従つてセラミツク材料が専ら
成形空所に注ぎ込まれるだけである。機械部品の
製造の際より耐火ブロツクの製造の際の方が存在
しにくいような複雑な型では、成形空所が完全に
は充填されない危険がある。その結果、不良品の
割合が大きくなる。その上、補強体を形成する金
属板を複雑な輪郭に不十分にしか合わせることが
できないので、複雑な型では心型範囲の補強だけ
はできるが、しかし表面に近い縁区域の補強がで
きないということがある。それは別として、ここ
で使用される金属板は焼成過程の際に溶融するの
で、その結果の強度及び精度損失に関する欠点も
生ずるということを前提としている。従つてこの
公知の方法は機械部品の製造にはまつたり不適切
である。

ドイツ連邦共和国特許出願公告第2048358号明
細書から公知の、冒頭に挙げた種類の別の方法で
は、補強体が専ら短い金属繊維から成り、これら
の金属繊維は型への充填前に既に基礎セラミツク
材料に混入される。しかしこの場合は、補強体を
形成する金属繊維が既に混合過程により損傷され
る危険がある。その上、補強繊維が製造されるべ
き成形品の表面に部分的に露出することが回避で
きず、そのことがセラミツク表面の中断に至らせ
るのみならず、更に、露出している金属繊維が焼
成の際に溶解し、その結果粗い、多孔質の成形品
表面が生ずる。更にこの場合は、金属繊維の実際
上均一な分布により、選ばれた断面範囲において
他の断面範囲におけるより強い補強を達成するこ
とが不可能である。それは別として、短い金属繊
維により伝達可能な力は非常に制限されているの
で、全強度の格別な増大は達成できない。

このことから出発して、本発明の課題は、公知
の解決策の決点を回避して、冒頭に挙げた種類の
方法を簡単なかつ費用の安い手段により改良し
て、機械部品の製造の際に良好な表面品質のみな
らず、予想される負荷に応じて強度及びじん性の
所望の改善も達成され得るようにすることであ
る。

この課題は、請求の範囲第１項の特徴的な手段
によつて解決される。

本発明による手段によつて、冒頭に議論の対象
となつた従来技術の欠点が完全に取り除かれる。
補強された繊維マツトから製造された支持骨格
は、自立の立体構造体を生ぜしめ、この立体構造
体は有利なことに簡単かつ正確に位置決めされ、
固定されかつ取付けられ得るのみならず、高い引
張、曲げ及びねじりに対する高い強度も保証し、
それは、非常に高い固有強度を持つ、使用される
Ｃ繊維によつて更に強化される。その上、ここで
使用される補強可能な繊維マツトにより実際上あ
らゆる形状が製造可能である。従つて、本発明に
より使用される支持骨格は製造されるべき成形品
の外形寸法に正確に合わされた外形寸法を持つこ
とができ、そのことは、有利なことに、機械部品
の製造の際に複雑な型においてもすべての範囲
で、例えば突き出している環状片などの範囲で
も、高い強度を生ぜしめる。更にこの場合は、繊
維マツトの密度を予想される力の大きさに合わせ
ることが可能である。従つてあらゆる範囲におい
て経済的な材料消費で所望の強度が得られる。従
つて、本発明による手段は、得られる補強作用及
び材料消費に関して最適化を可能にする。補強さ
れた繊維編物の使用は、有利なことに、同時に流
動化された粉末状のセラミツク材料を通す組織も
生ぜしめる。従つて、有利なことに、粉末状のセ
ラミツク材料を成形空所内へ噴射することが可能
であり、その際この粉末状のセラミツク材料は流
動化されかつ成形空所のすべての範囲へ流入す
る。従つて、成形空所へのすばらしい充填及びセ
ラミツク材料の良好な密度及び補強体を形成する
支持骨格のすばらしい埋め込み、従つて又全体と
して良好な結合作用が保証されている。その結
果、高い全強度のみならず、すばらしい寸法安定
性及び表面品質も得られる。なぜならば成形空所
への良好な充填により焼成過程の際の格別な収縮
又はゆがみの恐れがないからである。その上、噴
射充填技術は、非常に微細に粉砕されたセラミツ
ク材料の装入も保証しかつ同時に、このセラミツ
ク材料が支持骨格の比較的狭い網目にも確実に通
されることを保証し、そのことは、繊維マツトが
非常に微細な繊維織物を持つことを保証し、この
繊維織物は、成形空所へのセラミツク材料の充填
に不利に作用することなしに、断面形状の縁区域
にまで達することができる。従つて、本発明によ
る手段により許容されるセラミツク材料の微細度
及び支持骨格の範囲における網目の大きさは、特
に高い全強度及び寸法安定性の達成の目的のため
に互いに補い合う。この手段の別の利点は、焼成
されていない素材が既に比較的良好な強度を持つ
ており、それが良好な耐輸送性を生ずしめるとい
うことに見られる。従つて、有利なことに、焼成
炉への素材の輸送の際の寸法変化の恐れはない。
本発明による手段の別の利点は、型の中の本発明
による支持骨格の固定又は取付けを支持骨格の自
立特性により１つ又は僅かの個所で行なうことが
でき、これらの個所をその際のセラミツク材料か
らの支持骨格のはみ出しが無害であるように、選
ぶことができるということに見られる。この点以
外では、連続したセラミツク表面が保証されてい
る。従つて、本発明による手段は初めて、小さい
寸法のみならず大きい寸法の、高荷重負担能力の
ある複雑な機械部品の経済的な製造も可能にす
る。

本発明のそれ以外の有利な構成は請求の範囲の
実施態様項に特徴づけられている。

本発明のいくつかの実施例を図面により以下に
詳細に説明する。

第１図はタービン羽根の斜視図、 第２図は第１図によるタービン羽根に属する補
強体の斜視図、 第３図は機関ハウジングの断面図、 第４図は第３図による機関ハウジングに属する
補強体の斜視図、 第５図はピストンの断面図、 第６図は第５図によるピストンに属する補強体
の断面図、 第７ａ図、第７ｂ図は第６図による補強体の製
造のために必要な装置の部分斜視図、 第８図は第６図による、縦方向に分割された２
つの半体から構成された、第５図によるピストン
に属する補強体の斜視図、 第９図は第１図によるタービン羽根及び／又は
これに属する第２図による補強体の製造のために
必要な装置の斜視図である。

第１図の基礎になつているタービン羽根は、加
工出費の回避のため及び高い表面品質の保証のた
め、非切削成形されたセラミツク成形品１として
構成されている。このセラミツク成形品は、要求
される高い曲げ及びねじり強度を保証するため
に、周囲のセラミツクより高い引張及び曲げ強度
を持つ、基礎セラミツク材料に埋め込まれた補強
体を備えている。

この補強体は、第２図から分かるように、箱構
成部材として構成された、自立している剛性立体
支持骨格２から成り、この支持骨格は、補強され
た繊維織物又は繊維編物から製造されており、従
つて引張、圧縮、曲げ及びねじりに対する高い強
度を持つている。繊維織物又は繊維編物用の基礎
材料として、Ｃ繊維、Si繊維、ガラス繊維などが
使用され得る。炭素繊維は、すば抜けて高い強度
に関して非常に適している。繊維織物又は繊維編
物の補強を金属線などから成る基礎骨格３により
行なうことができ、その領域は適切な繊維から成
る織物マツト４で充填されている。これらのマツ
トを接着、溶接、添え継ぎなどにより基礎骨格と
固定的に結合することができる。その代わりに又
は付加的に、これらのマツトを補強の達成のため
に補強手段で処理することができる。このために
マツト４をエポキシ樹脂のような樹脂で又はセラ
ミツクスリツプで含浸することができ、このセラ
ミツクスリツプは乾燥又は焼成された状態で補強
を行なう。しかし支持骨格２を専ら線又は棒材料
として製造された立体格子として構成することも
可能である。基礎骨格３の形成のために使用され
る金属線又は棒を互いに溶接又はろう付けするこ
とができる。円形断面を持つ棒又は線を使用する
場合は、セラミツク断面の損失が特に小さくな
る。

支持骨格２を形成する補強体は、製造されるべ
き成形品１の形状寸法に合わされた形状寸法を持
つている。図示した実施例において、支持骨格２
は、下方へ先細になる羽根基部５に付属した、下
方へ先細になる基礎ハウジング６と、ねじれた羽
根７に付属する、ねじれた上置きハウジング８と
を持つている。この場合、基礎ハウジング６及び
上置きハウジング８は、互いに継ぎ足されかつ互
いに固定的に結合された中空体として構成されて
いる。しかし縦方向に分割された又は一体形成の
構成も可能である。支持骨格２の寸法及び輪郭
は、この支持骨格の壁が成形品１の表面に関して
十分に表面に対して平行にかつ表面の近くに延び
ているように、大きさを定められている。基部５
に付属する基礎ハウジング６の範囲ではおおよそ
そのようになつており、そのことは基礎ハウジン
グ６の形状の簡単化に寄与する。それでもなお基
礎ハウジング６により捕捉されない基部５の突出
部に高い強度を得るために、基部５を形成するセ
ラミツク材料に炭化珪素繊維などの形の補強繊維
を混入させることができる。これによつて表面の
品質は少し損なわれるが、しかしそれは基部５の
範囲において大した問題ではない。高い表面品質
が重要である羽根７の範囲において、補強繊維は
使用されない。従つてこの場合、上置きハウジン
グ８は表面輪郭に正確に従う。

図示した実施例において、マツト４は至る所で
同じ網目大きさを持つている。なぜならば成形品
１は実際上至る所で非常に高い負荷にさらされる
からである。負荷の異なる範囲を持つ成形品で
は、このことをマツト４の異なる網目の大きさに
よつても容易に考慮することができる。

ここに図示したタービン羽根の形の成形品１
は、素材の焼成により完成される。この素材は、
第９図に示された型２１で製造され、この型の成
形空所２２へ所望のセラミツク材料が導入され、
この材料に支持骨格２の形の補強体が埋め込まれ
る。このめに支持骨格２はセラミツク材料の充填
前に成形工具に移動不可能に位置決めされ、すな
わち固定されかつ取付けられる。このために支持
骨格２は、ここでは保持帯片９の形をした、１つ
又は複数の保持片を備えており、この保持片を成
形工具の分離面２３の範囲に締付けることができ
かつこの保持片は素材の製造又は成形品１の完成
後に分離される。必然的にセラミツク材料から出
てきてセラミツク表面を中断する取付け帯片９
は、これに関して問題ない個所、この場合は羽根
基部５の下側端部、に存在する。支持骨格２を製
造するために、素材を製造するためと同じ型２１
が使用でき、この型は、基部の範囲に示されてい
るように、挿入片２４により補強されている。

剛性支持骨格２を成形工具に取付けた後に、成
形空所２２はセラミツク材料で充填され、このセ
ラミツク材料は支持骨格のマツト４に入り込む。
この場合はセラミツクスリツプでよい。しかし特
に適しているのは粉末状粒子であり、この粒子を
真空で流動化しかつ成形空所へ導入することがで
き、それは完全な充填の達成を容易にする。成形
空所２２への充填を、既に上述したように、異な
る材料を導入して、先ず成形工具５、次いで羽根
７が成形されるようにして、段階的に行なうこと
ができる。充填するために、成形空所２２は急激
に真空状態に置かれ、すなわち吸引され、その
際、成形空所と接続された粒子容器から粒子が成
形空所２２内へ噴射される。続いて、粒子の再充
填又は充填物の圧縮のために１回又は複数回の再
噴射を行なうことができる。均衡圧縮が特に適し
ていることが分かつており、この圧縮では成形空
所への充填は全面的に同じ圧力を受けるので、セ
ラミツク粒子の均一な充填及び圧縮、従つて又支
持骨格２へのセラミツク粒子の良好な付加が達成
される。繊維マツト４は小さい網目大きさにおい
ても空気及び塵埃を通すことが分かつているの
で、小さい網目大きさにおいても成形空所２２へ
粉末状粒子を充填する真空噴射法の使用の際に、
確実な充填が保証されている。

こうして製造された素材は焼成のために炉へ導
入される。この焼成過程は空気遮断のもとに又は
真空で行なえるので、場合によつてセラミツク材
料から出ている保持帯片９の範囲にある繊維又は
基部５の範囲で混入された繊維が酸化することが
できず、そのことはＣ繊維の使用に際し特に望し
い。焼成過程の終了後、焼成された成形素材は冷
却される。例えば金属製の基礎骨格３を持つ、金
属を含んだ支持骨格２を使用する場合には、冷却
過程は焼ならし過程に相当するように行なわれ、
それにより、使用された金属構成部材の強度は維
持されている。成形空所２２への真空充填及び焼
成の際の充填物の均一な圧縮により、格別のゆが
みは予想されないから、冷却された成形品はもは
や後加工を必要としない。

本発明により補強体を自立している支持骨格と
して構成することにより、セラミツク材料製の大
型構成部材の製造も可能にされる。従つて、第３
図に示された機関ブロツクはセラミツク成形品と
して構成されなければならず、このセラミツク成
形品は、破線で示された支持骨格１１の形の埋め
込まれた補強体を備えている。この支持骨格は、
第４図から最も良く分かるように、複数の箱形中
空材支持体１２から構成されている。支持骨格１
１の特別構成について、上に述べたことが適用さ
れる。固定及び取付けのために、保持帯片９が設
けられており、これらの保持帯片をほぼ機関ブロ
ツク１０からの冷却水の流出範囲に配置すること
ができる。しかし保持片を形成するために、単に
１つ又は複数の剛性中空材支持体１２を、９ａで
示されているように、型内の取付け及び固定が可
能であるように長くすることも難なく可能であ
る。

機関ブロツク１０は、第３図から分かるよう
に、下方へ開いている。この種の成形素材におい
て焼成の際のゆがみを回避するために、付属の支
持骨格１１は、第４図に示されているように、開
いた断面を連絡する引張帯９ｂを備えることがで
き、これらの引張帯は完成した成形品において除
去される。これらの引張帯は保持手段としても適
している。引張帯９ｂの範囲に設けられた繊維材
料を酸素作用から守るために、この範囲にはいか
なる場合にもセラミツクスリツプによる処理が行
なわれる。保持手段を形成するために設けられた
延長部９ａについても同じことが適用される。

第６図に示された補強体は、第５図に示された
セラミツクピストン１４用の支持骨格１３であ
る。支持骨格１３は、第５図に破線で示されてい
るように、内側表面に近い壁及び外側表面に近い
壁を持つておりかつ第６図から最も良く分かるよ
うに、互いに内外に配置された２つの壷状体１
５，１６から成り、これらの壷状体は間隔条片１
７により互いに適当な間隔を置いて取付けられ得
るので、剛性中空体が生ずる。成形工具における
この補強体１３の固定はピストン囲い輪の下側端
面の範囲で行なえる。保持帯片９を形成するため
に、図示した実施例では外側の壷状体１５は単に
内側の壷状体１６より適当に長くされているにす
ぎない。その他の点では、補強体１３の構成につ
いて上述の説明が適用される。

壷状体１５又は１６を箱型状の工具で製造する
ことができ、この工具は第７ａ図、第７ｂ図に示
されている。この工具は、第７ａ図に示された成
形空所１９付き箱１８と、第７ｂ図に示された、
この成形空所１９に係合可能な挿入片２０とから
成る。マツトは箱１８と挿入片２０との間に挿入
されかつ補強のために挿入前又は後に補強剤、例
えばエポキシ樹脂又はセラミツクスリツプ、で含
浸される。この種類の中空材支持体の場合には、
先ず２つの半体が製造され、次いでこれらの半体
は、第８図に結合継ぎ目２５により示されている
ように、互いに結合される。完成した構成部材に
おいて補強体の結合継ぎ目２５の範囲で格別の力
が伝達される必要がない場合は、結合は接着結合
でよく、この接着結合は焼成温度に耐える必要が
ない。他の場合には、溶接結合又は添え継ぎなど
が考えられる。同じようなやり方で、第２図及び
第４図に示された支持骨格２又は１１の部分を製
造することができる。成形空所１９の範囲に取外
し可能な内張りを使用する場合は、大きい方の壷
状体１５又は小さい方の壷状体１６を同じ工具に
よつて製造することができる。