JPH0588163B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はセラミツク焼結体の製造方法に関する
る。本発明の方法はセラミツクタービンホイール
等の製造方法に使用できる。

［従来技術］ 従来、例えばセラミツクタービンホイールの製
造方法の１つとして射出成形方法が一般に採用さ
れている。この場合翼車のハブ部と羽根部は一体
物として成形するため金型の羽根部を形成するス
ライドコアの構造が複雑であり、複雑な形状や肉
厚差のため金型製作に多くのコストと時間を要す
る。又形状や肉厚差によつて脱脂時に内部亀裂や
表面亀裂が発生するといつた問題がある。

又、従来の他のセラミツクタービンホイールの
製造方法としては、特開昭56−46709号明細書に
記載されているようにセラミツクタービンホイー
ルの厚肉部分であるデイスク又はシヤフト部を予
じめ成形した後、この成形体を射出成形金型内の
定位置に配置し、しかる後、タービンホイールの
薄肉部分であるブレードリングを射出成形すると
同時に、厚肉部分であるデイスク部又はシヤフト
部との接合を併せて行いこれらを一体化し、脱脂
焼結する方法が知られている。この場合において
も射出成形により形成された成形体の脱脂に多く
の時間（通常１週間程度）を要したり脱脂を高温
で行わねばならないという問題がある。

そこでこれら従来法を改良する方法として、厚
肉部分を構成するハブあるいはシヤフト部を予じ
め成形した後、その成形体をスリツプキヤステイ
ング成形型内に配置し、スリツプキヤステイング
を行い、プレス成形体との接合一体化を行い乾
燥、焼結させる方法が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、かかるスリツプキヤステイングによ
る成形方法を更に改良し従来方法に比しより短時
間で着肉を行うことが出来、例えばタービンホイ
ールの成形の場合の翼周囲を形成させる型の１個
当たりの使用時間を短縮できるとともに芯部成形
体であるハブ部中央のヒケ発生を防止可能なセラ
ミツク焼結体の製造方法を提供することを目的と
するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のセラミツク焼結体の製造方法は、成形
すべき一体成形体の薄肉部分を構成する第一スリ
ツプキヤステイング成形型内の型部分へセラミツ
クス粉末を解膠剤とともに分散媒液中に懸濁させ
たスリツプを鋳込み薄肉部分の第一成形体を形成
する第一鋳込み成形行程と、該第一成形体を第一
スリツプキヤステイング成形型から脱型する第一
脱型工程と、該第一成形体およびあらかじめ成形
した該一体成形体の厚肉部分を構成する芯部成形
体を、第二スリツプキヤステイング成形型内に挿
入配置する配置行程と、該第二スリツプキヤステ
イング成形型の該第一成形体と該芯部成形体との
間〓に前記スリツプを鋳込み一体成形体を得る第
二鋳込み成形行程と、該一体成形体を該第二スリ
ツプキヤステイング成形型から脱型させる第二脱
型行程と、脱型後、該一体成形体を乾燥させる乾
燥行程と、乾燥後、該一体成形体を焼成し緻密化
する焼結行程と、からなることを特徴とする。

即ち、本発明のセラミツク焼結体の製造方法
は、スリツプキヤステイング成形を、例えばセラ
ミツクタービンホイールの場合薄肉部分である翼
周囲部の着肉成形を実施する第一鋳込み成形行程
と、厚肉部分であるハブ部成形体との着肉固化に
よる一体成形体を形成する第二鋳込み成形行程の
２段階に分けて行うことを特色とするものであ
る。この製造行程は、薄肉部分の第一成形体を形
成する第一鋳込み成形行程と、この第一成形体を
脱型する第一脱型工程と、第一成形体および芯部
成形体を、第二スリツプキヤステイング成形型内
に挿入配置する配置行程と、第一成形体と芯部成
形体との間〓に前記スリツプを鋳込み一体成形体
を得る第二鋳込み成形行程と、該一体成形体を脱
型させる第二脱型行程と、脱型後、該一体成形体
を乾燥させる乾燥行程と、乾燥後、該一体成形体
を焼成し緻密化する焼結行程ととからなる。

本発明は、複雑形状の各種部品の製造に適用し
うるがここでは、一例としてセラミツクタービン
ホイールに適用する場合について説明する。

第一の鋳込み成形工程は、セラミツクタービン
ホイールの薄肉部分を構成する翼周囲部の中空の
着肉成形体である第一成形体を形成するため、第
一スリツプキヤステイング成形型内へスリツプを
鋳込む工程である。スリツプはセラミツクス粉末
を解膠剤とともに分散溶媒中に懸濁させたもので
ある。スリツプの組成としては、例えば、窒化珪
素（Si₃N₄）系を主剤とし、これにポアクリル酸
アンモニウム塩及び純水を混合したものか、ある
いは炭化珪素（SIC）系を主剤とし、これに有機
リン酸エステルのアンモニウム塩、ポリオキシエ
チレンアルキルアミン、及びポリカルボン酸アン
モニウム塩を混合、懸濁させたものとすることが
出来る。

第一脱型工程は、第一スリツプキヤステイング
成形型内で成形された第一成形体を脱型して第一
成形体を取り出す工程である。

配置工程は、第一成形体と、予じめ例えばプレ
ス成形した厚肉部分でありタービンホイールの芯
部を構成するシヤフト形状の芯部成形体を第二ス
リツプキヤステイング成形型内の所定部分へ挿入
配置する工程である。

第二の鋳込み成形工程は、第一成形体と芯部成
形体との間〓に前記スリツプを鋳込み一体成形体
を得る工程である。この場合、スリツプの鋳込み
に略0.2気圧までの鋳込み圧力をかけた状態で着
肉固化させるのが好ましい。

第二脱型工程は、第二の鋳込み成形工程にて得
られた一体成形体を第二スリツプキヤステイング
成形型から離型させる工程である。

乾燥工程及び焼結工程は常法による。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を説明する。本発明
を一例としてセラミツクタービンホイールに適用
した場合て説明する。

タービンホイールの薄肉部分を構成する翼周囲
部形状（タービンホイールの最外径φ102、翼枚
数12枚）を成形するための、第一スリツプキヤス
テイング成形型の構成を第１図に示す。

この第一スリツプキヤステイング成形型は、吸
液性のない鋳込み口型１、12個の石こうコアが集
合しコア間のキヤビテイが翼の形状を成す可動型
２、石こう組型（固定型）３、及び４、吸液性の
無い入れ子型７とから構成されている。鋳込み口
型１の底にスリツプ鋳込み口６が開口し、キヤビ
テイ５はその下部に形成されている。

スリツプとしては、下記２種類のスリツプを用
いた。これらスリツプは６，６ナイロン製ボール
ミルで混合し、常法に従い脱泡処理したもので、
下記の組成のものである。

(1) 窒化珪素（Si₃N₄） α−Si₃N₄、平均粒径0.9μｍ、97.4wt％；Y₂
O₃、平均粒径0.8μｍ、1.3wt％；MgO、平均粒径
0.01μｍ、0.36wt％；Al₂O₃、平均粒径0.02μｍ、
0.94wt％よりなる混合セラミツク粉末75.5wt％と
解膠剤としてのポリアクリル酸アンモニウム塩
0.6wt％とを純水23.9wt％に懸濁させたもの。

(2) 炭化珪素（SiC） β−SIC、平均粒径0.28μｍ、98.5wt％；カーボ
ンブラツク、平均粒径0.02μｍ、1.0wt％；非晶質
ホウ素、平均粒径0.6μｍ、0.5wt％よりなるセラ
ミツク粉末70.8wt％と、これにベンゼン27.6wt
％、有機リン酸エステルのアンモニウム塩1.0wt
％、ポリオキシエチレンアルキルアミン0.1wt％、
ポリカルボン酸アンモニウム塩0.5wt％を混合し
て懸濁させたもの。

第一鋳込み成形工程は、これらスリツプの一つ
を用い、第１図のスリツプ鋳込み口６からキヤビ
テイ５へスリツプを鋳込み、20〜30分間静置して
可動型２と石こう組型（固定型）３、及び４の型
面に着肉させ、翼部およびこれを取り巻く厚さ２
〜３mm程度の内壁部よりなる第一成形体を形成し
た。

その後余分のスリツプを排泥し、成形された第
一成形体を第一スリツプキヤステイング成形型よ
り脱型して取り出した。この後乾燥して第２図に
示す第一成形体８を得た。

配置工程では第２図に示す第二スリツプキヤス
テイング成形型を用いた。この第二スリツプキヤ
ステイング成形型は石こう型１０と位置決め型１
１とから構成されている。配置工程はこの第二ス
リツプキヤステイング成形型の石こう型１０の中
央凹部に、予め形成された厚肉部分を構成する芯
部成形体９を配置し、さらに芯部成形体９と同軸
的に第一成形体８を配置して第２図に示すように
配置する工程である。

この状態で第一成形体を成形したのと同じスリ
ツプを用い、第一成形体８の上部開口より第一成
形体８と芯部成形体９との〓間にスリツプを鋳込
み、スリツプの分散媒を石こう型１０等に吸収除
去しこれら第一成形体８と芯部成形体９との〓間
を着肉体で埋めるようにした。なお、着肉に伴い
スリツプ液面が沈下していくのでスリツプはつぎ
足していつた。このようにして一体成形体を形成
する第二鋳込み成形工程を実施した。

その後、一体成形体を第二スリツプキヤステイ
ング成形型より脱型する第二脱型工程、得られた
一体成形体を乾燥する乾燥工程、乾燥した一体成
形体を焼成して緻密かする焼結工程を実施した。

焼結工程では、窒化珪素系のスリツプの場合は
窒素ガス10気圧下、1730℃で４時間焼結した。ま
た、炭化珪素系のスリツプを使う場合はヘリウム
１気圧下、2080℃で1.5時間焼結した。いずれの
場合にも得られた焼結体は、閉気孔ほぼ０、開気
孔率３〜５％の焼結体が得られた。これら焼結体
は常法の非破壊検査（通過Ｘ線、超音波探傷、蛍
光探傷）でクラツクのような欠陥は見つからなか
つた。

なお、本実施例のように、一体成形体を乾燥後
直ちに焼結してもさしつかえないが、タービンホ
イールの信頼性を向上させたい場合には、一体成
形体を静水圧加圧して高密度化した後焼結するこ
とも効果的である。

この工程はまず一体成形体の表面に樹脂被覆を
施す。この樹脂被覆はたとえばポリアクリル樹脂
のトルエン溶液（濃度15％位が望ましい）に一体
成形体を浸漬し、一体成形体の表面を濡らし、過
剰分を滴下させた後、乾燥させることにより形成
できる。この被覆では厚さ0.2〜0.6mmの膜が一体
成形体の表面全面に形成される。次にこの樹脂被
覆をもつ一体成形体を水中で静水圧を負荷（1500
〜3000Kg／cm²）する。なお、静水圧が1500Kg／cm²
以下では効果が少ない。静水圧は3000Kg／cm²程度
がよいがもつと高圧でも勿論良い。こうすること
により高い密度の成形体とすることが出来、一体
成形体の気孔（ポア）による欠陥を小さくするこ
とができる。

また、予め成形された芯部成形体９は、上記と
同じスリツプキヤステイングで予じめ作成してお
いたものが好ましい。しかしスリツプキヤステイ
ングに限られるものではなく、スリツプキヤステ
イングで得られるものと同程度になるようにプレ
スあるいは静水圧成形したものでもよい。

〔発明の効果〕

本発明のセラミツク焼結体の製造方法によれ
ば、目的とする成形体の一部の薄肉部のみを予め
形成するため、薄肉部を形成する第一スリツプキ
ヤステイング成形型の使用効率が高い。例えばタ
ービンホイールなど薄肉部と厚肉部を有する複雑
形状の部品の製造に従来略20時間要していた。本
発明を適用すると、薄肉部分である翼周囲の成形
時間に30分間ですみ翼周囲を形成させる型の１個
当りの使用時間が大幅に減少しコストの低減につ
ながり大きな実用的効果を有する。

また、薄肉部と芯部成形体を予め成形し、これ
を第二スリツプキヤステイング成形型内に配置
し、薄肉部と芯部成形体との繋ぎとして第二鋳込
成形を行う。このため芯部成形体のヒケ発生が確
実に防止でき良質の成形体を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で使用したタービンホ
イールの薄肉部分である翼周囲部分を形成するた
めの第一スリツプキヤステイング成形型の要部断
面図、第２図は実施例で使用した第二スリツプキ
ヤステイング成形型に薄肉部分の第一成形体と芯
部成形体とを配置した状態を示す要部断面図であ
る。 １……吸液性のない鋳込み口型、２……石こう
製可動型（翼部形状成形）、３，４……石こう組
型（固定型）、５……キヤビテイ、６……スリツ
プ鋳込み口、７……吸液性のない入れ子、８……
翼周囲の成形体、９……芯部成形体、１０……石
こう型、１１……位置決め型。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 成形すべき一体成形体の薄肉部分を構成する
   第一スリツプキヤステイング成形型内の型部分へ
   セラミツクス粉末を解膠剤とともに分散媒液中に
   懸濁させたスリツプを鋳込み薄肉部分の第一成形
   体を形成する第一鋳込み成形行程と、 該第一成形体を第１スリツプキヤステイング成
   形型から脱型する第一脱型工程と、 該第一成形体およびあらかじめ成形した該一体
   成形体の厚肉部分を構成する芯部成形体を、第二
   スリツプキヤステイング成形型内に挿入配置する
   配置行程と、 該第二スリツプキヤステイング成形型の該第一
   成形体と該芯部成形体との間〓に前記スリツプを
   鋳込み一体成形体を得る第二鋳込み成形行程と、 該一体成形体を該第二スリツプキヤステイング
   成形型から脱型させる第二脱型行程と、 脱型後、該一体成形体を乾燥させる乾燥行程
   と、 乾燥後、該一体成形体を焼成し緻密化する焼結
   行程と、 からなることを特徴とするセラミツク焼結体の製
   造方法。 ２ 乾燥行程終了後、一体成形体の表面に樹脂膜
   を形成させ、更に静水圧加圧を施した後焼成行程
   を行う特許請求の範囲第１項記載のセラミツク焼
   結体の製造方法。