JPH06170514A - セラミック挿入型複合構造を有する鋳物 - Google Patents

セラミック挿入型複合構造を有する鋳物

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JPH06170514A
JPH06170514A JP5149583A JP14958393A JPH06170514A JP H06170514 A JPH06170514 A JP H06170514A JP 5149583 A JP5149583 A JP 5149583A JP 14958393 A JP14958393 A JP 14958393A JP H06170514 A JPH06170514 A JP H06170514A
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casting
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porous
porous ceramic
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JP5149583A
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Fritz Staub
シュタウプ フリッツ
John Antony Dr Peters
アントニー ピータース ジョン
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Sulzer AG
Gebrueder Sulzer AG
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミック挿入型複合構造によって少なくと
も部分的に強化された鋳物を提供する。 【構成】 セラミック挿入型複合構造を有する鋳物
（１）を生成するため、過熱された溶融物が少なくとも
一つの多孔質セラミック部材をそのキャビティに組み込
んだセラミック鋳型（３０）に流し込まれる。完全に連
通する孔空間（２２）を有するとともに３次元網目構造
（２６）を形成するセラミック部材（２）が少なくとも
部分的に鋳型のキャビティに充填されている。多孔質セ
ラミック部材は鋳型壁に連結されている。本発明が精砕
機プレート（１）に適用される場合、ウェブ（１０）は
打ち砕き表面（１５）の部分（２０）において、挿入さ
れたセラミック（２）により強化される。被覆された先
端を有するタービン羽根（１００）もまた本発明による
鋳物として製造可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック挿入型複合構
造(ceramic intercalated composite-fashion)を有する
鋳物の製造方法に関するものであり、また、この方法に
よって製造される鋳物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】複合材料においては、原材料群が種々に
組み合わせられている。多くの場合にみられる第１相
は、一つの基本的原材料から形成され、第２の相は特殊
な空間配置の中に存在し、第１相に挿入されている。こ
の基本的原材料は一般に金属性（純粋な金属または合
金）であり、挿入材料はセラミック材からなる。分散合
金(dispersion alloy)（分散硬化材）の場合、例えば酸
化物、カーバイド、ホウ化物、窒化物などで成形されて
いる硬い粒子が、細かくまき散らしたように金属第１相
に挿入されている。別種の複合材料であるサーメット
（セラミック/ 金属) において、第１相は、体積的に複
合材料の大部分を占める第２相のセラミック粒子の結合
材として作用する。サーメットは粉体冶金術で製造され
る。サーメットは耐摩耗材料として適している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】多くの機械的加工工程
において、鋳造されている機器部品は強度の摩耗状態に
さらされている。この種の鋳物(castings)は、例えば製
紙業の精砕機 (refiner)の中にみられる。精砕機におい
ては、製紙機中で粉砕された繊維質原材料が鋭い縁を持
つウェブ(web) を有するプレート間で、打ち砕かれる。
繊維は切断されて、微少繊維化される。打ち砕き作業中
に、精砕機プレートのウェブは、摩滅、破損、腐食によ
り短かくなり、縁が塑性変形により丸くなる。精砕機プ
レートの耐摩耗性を高めるために、打ち砕き部表面の強
化が必要である。即ち、ウェブは、サーメットまたは分
散合金の場合のようにセラミックで強化されるべきであ
る。周知の精砕機のウェブの基部では、その高い強度を
維持するために、セラミック挿入加工は打ち砕き部表面
の薄板の先端部分に限定しておくべきである。
【０００４】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の目的
は、セラミック挿入型複合構造によって少なくとも部分
的に強化された鋳物の製造方法を提供することにある。
この課題は請求項１の特徴によって解決される。例え
ば、精砕機プレートの場合では、鋳物のセラミック強化
がウェブ、即ち摩滅によって損失する部分で必要とな
る。金属相内で微視的にセラミック相が分散しているサ
ーメットや分散合金と異なり、本発明による鋳物内のセ
ラミック挿入材は巨視的特徴を持つ。
【０００５】本発明による鋳造は精密鋳造加工法によっ
て行われ、鋳型成形のために使用される木型が溶解、ま
たは、焼失可能である。鋳物の非強化部分に対応する木
型にワックスを使用すると有効である。強化に必要とさ
れる多孔質セラミック部材が、木型に一体化される。セ
ラミック部材の孔空間は前もってワックス、または、そ
れに代えて、鋳型が焼かれる際に残渣なしに蒸発するプ
ラスチックで満たされている。
【０００６】多孔質セラミック部材は、完全な連通孔空
間と３次元網目構造のセラミック構造を持つが、種々の
方法で製造可能である。これらの製造工程の３つの例を
以下に説明する。セラミック構造は次のような工程で得
られる。 １−粒状の小片の堆積(accumulation) ２−骨格形態で配置され、かつ焼結された粒状の小片か
らなるセラミック構造 ３−開いたセル状のフォーム構造を有するセラミックの
骨格 精砕機プレートの製造に際し、使用される基材としては
そのようなプレート（ＡＳＴＭ ＣＢ−３０またはＸ３
５ ＣｒＭｏ１７）の鋳造に、従来から用いられている
ステンレススチールが有効である。ニッケルベースまた
はコバルトベースの合金もまた使用可能である。セラミ
ック原材料は溶融物に関して不活性でなければならな
い。スチール鋳造の場合、酸化アルミニウム（コランダ
ム）、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムが使われよ
う。一方、シリコンカーバイドは溶融物と反応するので
不適である。
【０００７】セラミック及びスチールでは熱膨張率が異
なるため、この発明による複合材料の生成には難点があ
った。しかしながら、これらの難点に抗して行われた実
験によれば、使用されたセラミック構造は、鋳造スチー
ルとの複合材の中に、そのまま残され、少なくとも不当
な欠損が生じることはなかった。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を図を参照しながら詳細に説明
する。図１はウェブ１０を備えた精砕機プレートの詳細
図である。ウェブ表面（打ち砕き表面）１５は、パルプ
の打ち砕き中、摩滅にさらされる。本発明によるウェブ
１０の摩滅部位は、多孔質セラミック部材２が鋳造スチ
ールに挿入されているスチール／セラミック複合材料２
０からなる。精砕機プレート１の基本部材１１とウェブ
の基部とは挿入セラミックを持たない。それゆえ鋳造材
の高強度が、ウェブ根元部に保持される。その部分では
打ち砕き中、大きな曲げモーメントが生じる。
【０００９】図２の断面図は鋳型３０（基本部材１１'
とワックス充填セラミック部材２０' とを有する木型を
含む）の一部を示す。溶融物によりセラミック部材２の
孔空間を十分に充填するために、示されたような状態で
鋳造がなされることが、有益である。各ウェブの下に排
気管路１２（図３参照）を設けることにより孔空間から
の空気の抜き出しが改善される。（もちろん、詰まった
排気管路１２は鋳物の仕上げ中に取り除かれる。）鋳型
３０は少なくとも従来の精密鋳造温度（摂氏約１１５０
度）まで鋳造前に加熱される。溶融物の液相線温度は摂
氏約１３００度から１４００度であるが、これを過熱す
る。実験によればこの過熱で、溶融物の凝固前にセラミ
ック部材２の孔空間が完全に充填されることがわかって
いる。
【００１０】図４、５、及び６は第１多孔質セラミック
部材２の生成に関するものである。セラミック粒子２１
（例えば、コランダム、直径０．８mmから１．２mm）
を、排出口３２を有するワックス樋３１中に散布する。
これらの条件下で、孔空間２２を伴う堆積物２' が生成
する。この孔空間２２は即座に流体結合材（例えば、珪
酸塩結合材）で満たされ、そののち、排出口３２を通し
て再び空にされ、結合材のブリッジ２１ａが粒子間に生
成される。結合材が乾燥すると、粘着力のあるセラミッ
ク部材２ができるが、これを樋３１より取り外し、焼成
によって緻密化することが可能である。
【００１１】セラミック部材２はワックスで充填され、
鋳型３０の製造のため、木型へ組み入れられる。粒子２
１と鋳型３０間に直接連結が生じるように、セラミック
部材２の表面２３からワックスが取り除かれる。ワック
ス３５が溶け出した後、セラミック部材２と鋳型３０の
間に連結ができる。鋳造の際、孔空間２５を満たす金属
相３５と共に表面２３が生成する。そこから粒子２１の
表面突起が突出する。
【００１２】図７を参照すると、第２の多孔質セラミッ
ク部材２はプラスチック製の開いたセル状のフォーム構
造５０によって生成される。（分かりやすくするため
に、図７はフォーム構造の表面５０の第１の網目構造層
５５及びその下の第２層の網目構造層５５' のみを示し
ている。）これらの２つの層は棒状体（視認不可能）で
相互に連結されている。隣接する層間の平均距離はセル
直径に等しいと見なされる。（セル直径は約１mmから５
mmの範囲である。）微小セラミック粒子（例えば、コラ
ンダム粒子の直径は０．０６mmから０．１５mm）が、液
浸やサンディング(sanding) によるバインダーによって
フォーム構造の棒状体に加えられる。液浸やそれに続く
サンディングは繰り返し行い、例えば、３回は必要であ
る。こうして生成されたセラミック粒子の骨格のような
塊状物 (agglomerate)は、その後焼成によって焼結さ
れ、同時に元のフォーム構造のプラスチックは蒸発す
る。図８は図７と同様２つの網目構造層２５及び２５’
を有するこのセラミック部材２を示しているが、その拡
大図である。示されているセラミック粒子は、幾分大き
すぎるが、最上部の網目構造層２５についてのもののみ
である。
【００１３】図９に示される第３のセラミック部材２
は、例えば、金属鋳型用のフィルターとして使われる商
業的に入手可能なセラミック構造からなる。開いたセル
状のフォーム構造を持つこのセラミック骨格の生成につ
いては、例えば、スイス特許第679 394 号から知ること
ができる。図９はセラミックフォーム構造の壁の断面図
である。壁内の隙間(apertures) ２７のために、セルは
完全に連通する孔空間２２を形成する。図１０の斜視図
は図９のセラミック構造２６を示しており、その孔空間
は金属相２８（またはワックス、またはプラスチック）
で充填され、複合部材２０を形成する。この複合部材２
０が、精砕機プレートに使用されるとき、図１１に示さ
れるように、ウェブ表面から洗い流された金属相２８
に、セラミック２６のより大きな抵抗が結果として生ず
る。浮き彫りのような表面はおそらくパルプを打ち砕く
間に、微小繊維化動作の改良をもたらす。
【００１４】ガスタービン用の羽根では、羽根先が被覆
(cladding)されていれば有益である。図１２は本発明法
による鋳物として構成された被膜１０２を有するタービ
ン羽根先端１００を示している。被膜１０２は挿入セラ
ミックを有する鋳物部分によって形成されており、羽根
の主要部分１０１は未強化の鋳物（例えば、方向性固化
を伴う方法により得られる）である。
【００１５】本発明による方法は、例えば、ベアリング
やシール部品などの製造においても応用可能である。上
記の説明では、本発明は精砕機プレートに関して主に記
載されている。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
鋳物を少なくとも部分的にセラミック挿入型複合構造に
よって強化することができる。例えば、精砕機プレート
の製造に適用した場合には、摩滅によって損失する部分
がセラミックによって強化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法よって製造された精砕機プレ
ートの詳細図である。
【図２】図１に示された精砕機プレートを製造をするた
めの鋳型および木型の詳細図である。
【図３】図２に示された鋳型の別例である。
【図４】第１の多孔質部材を製造するのための補助具を
示す。
【図５】セラミック粒子の堆積物を示す。
【図６】鋳造スチールに挿入された図５の堆積物を示
す。
【図７】開いたセル状のフォーム構造を示す。
【図８】骨格形態で配列され、共に焼結された粒子状の
小片からなるセラミック構造を示す。
【図９】開いたセル状のフォーム構造を持つセラミック
の骨格を示す。
【図１０】図９で示されたものの挿入型セラミック構造
を備えた鋳物の詳細図である。
【図１１】図１０の鋳物の表面が部分的に腐食された状
態を示す。
【図１２】金属被膜を有するタービン羽根の先端を示
す。
【符号の説明】
鋳物（精砕機プレート）…１、多孔質セラミック部材…
２、ウェブ…１０、打ち砕き表面…１５、小片…２１、
孔空間…２２、セラミック構造（セラミック相）…２
６、被膜…１０２。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミックを挿入した複合構造を有する
    鋳物を、少なくとも一つの多孔質セラミック部材（２）
    がそのキャビティに挿入されたセラミック製鋳型に溶融
    物を注ぎ込むことにより製造する方法であって、前記セ
    ラミック部材（２）は完全に連通する孔空間（２２）を
    有するとともに、そのセラミック構造（２６）は３次元
    の網目構造を形成し、鋳型のキャビティの少なくとも一
    部を満たすとともに、その鋳型の壁に連結されており、
    そのセラミック材料は前記溶融物に対して不活性である
    鋳物製造方法。
  2. 【請求項２】 一つまたは複数の前記セラミック部材
    が、前記鋳型のための木型の中に組み込まれ、同セラミ
    ック部材の孔空間が焼失可能なワックスまたはプラスチ
    ックでいずれの場合も充填されていることを特徴とする
    請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 少なくとも一つの前記多孔質セラミック
    部材（２）が挿入型複合構造を有する請求項１に記載の
    方法で生成された鋳物（１）。
  4. 【請求項４】 少なくとも一つの前記多孔質セラミック
    部材（２）のセラミック構造は開いたセル状のフォーム
    構造を有するセラミックの骨格（２６）を形成し、その
    セルが直径１mmから５mmであることを特徴とする請求項
    １に記載の鋳物。
  5. 【請求項５】 少なくとも一つの前記多孔質セラミック
    部材（２）のセラミック構造は、直径約１mmの粒状の小
    片（２１）が相互に連結された堆積物の形態を有するこ
    とを特徴とする請求項３の記載の鋳物。
  6. 【請求項６】 少なくとも一つの前記多孔質セラミック
    部材（２）のセラミック構造（２５，２５' ）は、骨格
    型に配列されて焼結された粒状の小片からなり、前記小
    片の直径は約０．１mmであることを特徴とする請求項３
    に記載の鋳物。
  7. 【請求項７】 セラミック相（２６）がコランダム、酸
    化ジルコニウム、または酸化マグネシウムからなり、金
    属相（２８，３５）が、スチール、ニッケルベースまた
    はコバルトベースの合金からなることを特徴とする請求
    項３から６のいずれか１項に記載の鋳物。
  8. 【請求項８】 前記多孔質セラミック部材が、摩滅表面
    の領域（２０）に挿入されていることを特徴とする摩滅
    動作のために提供される表面（１５）を有する請求項３
    から７のいずれか１項に記載の鋳物。
  9. 【請求項９】 ウェブ（１０）が打ち砕き表面（１５）
    の領域（２０）において挿入されたセラミック（２）に
    より強化されていることを特徴とする請求項８に記載の
    鋳物として作られた製紙用の精砕機プレート（１）。
  10. 【請求項１０】 挿入型セラミックを有する鋳造域によ
    って被膜(cladding)（１０２）が形成されることを特徴
    とし、請求項８に記載の鋳物として作られた、羽根先端
    に被膜を有するタービン羽根（１００）。
JP5149583A 1992-06-23 1993-06-21 セラミック挿入型複合構造を有する鋳物 Pending JPH06170514A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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EP92810477A EP0575685B1 (de) 1992-06-23 1992-06-23 Feinguss mit Verschleissflächen
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JP (1) JPH06170514A (ja)
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DE (1) DE59207902D1 (ja)

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