JPH11156483A - セラミックインベストメントシェルモールドとその製造方法 - Google Patents

セラミックインベストメントシェルモールドとその製造方法

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JPH11156483A
JPH11156483A JP10272595A JP27259598A JPH11156483A JP H11156483 A JPH11156483 A JP H11156483A JP 10272595 A JP10272595 A JP 10272595A JP 27259598 A JP27259598 A JP 27259598A JP H11156483 A JPH11156483 A JP H11156483A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミックインベストメントシェルモールド
とその製造方法において、大型の部品鋳造で強度を向上
するとともに、クラック等の発生を防止することにあ
る。 【構成】 鋳型壁を炭素基繊維補強材で補強したセラミ
ックインベストメントシェルモールドであって、炭素基
繊維補強材は、シェルモールドのクリープ変形を軽減さ
せるぐらいの引張力を鋳込温度時に有するとともに、鋳
造温度時に圧縮荷重を得るべくシェルモールドの平均熱
膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、セラミックイン
ベストメントシェルモールドとその製造方法に係り、特
に、大型の産業用ガスタービンと航空宇宙の部品鋳造に
おいて特に有用な補強セラミックインベストメント鋳造
シェルモールドと、鋳造の寸法統制力を保つ高度の強度
とクリープ抵抗力が前記シェルモールドによって高い鋳
込温度時に示されるようなシェルモールドの製造方法と
に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックインベストメントシェルモー
ルドは、タービンブレード等のガスタービンエンジン部
品と、機体の構造部品等の航空宇宙部品と、を準網形状
に製造するとともに、この場合、鋳造の寸法統制をシェ
ルモールドキャビティの寸法で行う、超合金及びその他
の金属／合金のインベストメント鋳造において幅広く使
用されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】改善された稼働性能を
有する産業用ガスタービン（ＩＧＴ）が必要であるため
に、柱状晶及び単晶の鋳造微小構造等の指向性凝固（Ｄ
Ｓ）微小組織を備えた大型のＩＧＴ部品に対する需要が
高まった。但し、ＤＳ部品を生産すると、前記セラミッ
クインベストメントシェルモールドは、高温度や金属静
圧と時間等、現在のセラミックインベストメントシェル
モールドの能力を超えた鋳造パラメータにさらされる。
特に、現在のセラミックインベストメントシェルモール
ドは、ＤＳ鋳造過程中にバルジングとクラッキングを受
けやすく、特に、このシェルモールドを、例えば、ＩＧ
Ｔ部品の指向性凝固を行うために必要な比較的高い鋳込
温度と比較的長い時間において大量の溶湯で充填する場
合に、バルジングとクラッキングを受けやすい。
【０００４】また、前記インベストメントシェルモール
ドがＤＳ鋳造過程中に膨らんだり又は撓んだりすると、
寸法統制力を失うので、不正確に定寸された鋳造部品が
生産される。さらに、このシェルモールドに深刻なクラ
ッキングが発生して溶湯が無くなりスクラップ鋳物が生
じる場合がある。
【０００５】セラミックシェルモールドを生産するため
に使用されるアルミナやジルコニア等の最も一般的なセ
ラミックモールド材料は、華氏約２７００度でクリープ
変形を示すとともに、このクリープ変形は、温度が上昇
するにつれてひどくなり、且つ、温度時の保持時間が長
くなるにつれてひどくなる。大型の指向性凝固ＩＧＴ部
品の鋳造において、３時間を超える保持時間と華氏２８
００度を超える温度が一般的である。高い金属静圧を伴
う前記鋳造パラメータは、従来のセラミックシェルモー
ルドが大型の指向性凝固ＩＧＴ部品の鋳造に適さなかっ
たぐらいに厳しい。特に、大型指向性凝固ＩＧＴブレー
ドを鋳造する場合に従来のセラミックシェルモールドを
使用すると、ＤＳ鋳造中に鋳型のバルジングやサッギン
グを示すブレードコード幅の変化又はブレード弓形及び
変位に対する変化が生じた。
【０００６】従って、かかる厳格な鋳造パラメータに耐
えることができるとともにクラックキングだけでなくバ
ルジングとサッギング等のクリープ変形にも侵されな
い、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品の鋳造を寸法統制しな
がら行うことが可能な比較的頑強なセラミックシェルモ
ールドに対する深刻な必要性がある。
【０００７】また、通常のセラミック材料で製造したセ
ラミックシェルモールドの能力を高める幾つかの試みが
調べられた。例えば、ある試みは、鋳型の結晶成長を最
小限に抑えるべく、したがって鋳型のクリープ変形を減
らすべく、各セラミック材料を組み合わせて作った複合
シェルモールドの使用に関するものであった。米国再発
行特許第３４，７０２号には、アルミナ基又はムライト
基のセラミック繊維補強材を鋳型に巻回するという別の
試みを記述している。これらの技法は、従来のシェルモ
ールドの限界を更に押し出したものではあったが、大型
の指向性凝固ＩＧＴ部品を寸法統制しながら鋳造するこ
とにおいて課された厳格な鋳造パラメータに見合うほど
十分ではないことが分かった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、上
述の不都合を除去するために、鋳型壁を炭素基繊維補強
材で補強したセラミックインベストメントシェルモール
ドであって、前記炭素基繊維補強材は、前記シェルモー
ルドのクリープ変形を軽減させるぐらいの引張力を鋳込
温度時に有するとともに、鋳造温度時に圧縮荷重を得る
べくシェルモールドの平均熱膨張係数よりも低い熱膨張
係数を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】この発明は、高い鋳込温度時に、
特に、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を寸法統制しながら
鋳造することに求められる上述した厳格な鋳造パラメー
タの下で、クリープ変形とクラッキングに対する向上し
た抵抗力を示すように補強したセラミックインベストメ
ントシェルモールドを得る。
【００１０】また、高い鋳込温度時にクリープ変形とク
ラッキングに対する向上した抵抗力を示すように補強し
たセラミックインベストメントシェルモールドを得る。
【００１１】また、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を寸法
統制しながら鋳造する方法を得る。
【００１２】
【実施例】以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細
且つ具体的に説明する。図１〜３は、この発明の実施例
を示すものである。
【００１３】大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を正確に寸法
統制しながら鋳造する場合に特に有用な本発明の具体的
な実施例を詳覧するが、但し、本発明は、指向性凝固以
外の鋳造法で他の無数の部品を鋳造するために実施する
ことができる。
【００１４】製造する所望の鋳造部品の形状を有する一
過性のパターンを用意する。このパターンは、所謂「ロ
ストワックス」法で使用するワックス、プラスチック、
フォーム又はその他の適切なパターン材料で作ることが
できる。この「ロストワックス」法は、周知であり、前
記パターンを、バインダ中のセラミック粉末又は粉から
成るセラミックスラリー中に浸漬させて前記パターン上
にスラリー層が形成するようにし、余分なスラリーを流
し出して、次に、比較的粗大な乾燥したセラミックスタ
ッコ粒子（例えば、１２０メッシュ以上の粗いアルミナ
粒子）から成るスタッコ層を付着することに係わるもの
である。このスラリー／スタッコ各層を乾燥させた後、
浸漬／排水／スタッコ塗しの順序を反復させて、所望の
シェルモールド壁厚肉部を肉盛りする。前記パターンに
付着させた最初のスラリーコーティング又はスラリー層
は、溶湯と接触する所謂フェースコートを形成するもの
であり、強度の耐火性セラミック材と、バインダと、か
ら成る。このため、前記セラミックスラリーは、シェル
モールド中に鋳造される金属に依って、適切なバインダ
（例えば、コロイド状のシリカ）中のシリカ、アルミ
ナ、ジルコニア、又はその他の適切なセラミック粉末又
は粉で構成することができる。
【００１５】この発明の具体的な実施例を実施するにあ
たり、通常、前記浸漬／スタッコ塗しの各ステップを前
記フェースコートの上で反復させて、最終のモールド壁
厚肉部全体よりも小さいシェルモールド壁の中間厚肉部
を肉盛りする。使用される前記中間壁厚肉部は、所望の
最終モールド壁厚肉部に依って変えることができる。通
常、中間シェルモールド厚肉部は、前記浸漬ステップと
前記スタッコ塗しステップを６回乃至９回反復させるこ
とによって肉盛することができる。前記シェルモールド
上に形成された鋭いエッジとコーナは、このシェル肉盛
りの中間の段階で丸みをつけている。
【００１６】本発明の実施例によると、炭素基繊維補強
材１２は、前記シェルモールドの中間シェルモールド厚
肉部周りの補強が必要な領域に巻回している。例えば、
図１においては、炭素基繊維補強材１２は、大型の産業
用ガスタービンブレードを作るシェルモールド１１のエ
ーロフォイル先端領域Ｒ１において中間シェルモールド
厚肉部に巻回している。このシェルモールド１１のエー
ロフォイル先端領域は、モールドベースＢに連結し、次
にこのモールドベースＢが、周知のようにＤＳ鋳造装置
のチルプレート（図示せず）に支持されている。炭素基
繊維補強材１２は、シェルモールド全体に巻回したり、
あるいは、補強が必要なシェルモールドの領域に巻回し
たりすることができる。前記炭素基繊維補強材は、通常
のセラミック材料には弱いＤＳ鋳造温度範囲内で鋳型温
度と共に強まる超高度の引張力を有するとともに、さら
に、鋳込温度でモールド壁の圧縮荷重が得られるように
シェルモールドの平均熱膨張係数よりも低い熱膨張係数
を有する。前記シェルモールド平均熱膨張係数は、セラ
ミックスラリー粉末とセラミックスタッコから成るセラ
ミック材料の熱膨張係数に基づく。
【００１７】炭素基繊維補強材１２は、タール基材料の
ピッチ基材料よりもむしろポリアクリロニトリルのパン
基材料から成るものが望ましい。このため、炭素基繊維
補強材１２は、室温で少なくとも約２５０，０００ｐｓ
ｉの引張力と、シェルモールドの平均熱膨張係数の約４
分の１である華氏２７００度の熱膨張係数と、を有する
パン基炭素繊維又はフィラメントから成るものが望まし
い。前記炭素繊維とフィラメントは、米国サウスカロラ
イナ州グリーンビレ市（Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅ、Ｓｏｕ
ｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ）のアモコ・コーポレーション
（ＡｍｏｃｏＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と、米国デラウ
ェア州ウイルミントン市（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅ
ｌａｗａｒｅ）のヘクレス・コーポレーション（Ｈｅｃ
ｕｌｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と、から市販され
ている。通常、前記炭素基繊維補強材は、例えば、ＩＴ
Ｇエーロフォイルの場合、図１に示すように、所要に応
じて中間シェルモールド壁厚肉部に巻回又は巻装させる
のに十分な連続長さを有する。
【００１８】好適な延伸炭素基繊維補強材は、９０重量
ポンド乃至１６５重量ポンドの索類破壊強さ、望ましく
は１２０重量ポンド乃至１６５重量ポンドの索類破壊強
さ、を有する炭素繊維索類から成る。通常、前記炭素繊
維索類は、索類を形成する１２，０００本乃至２４，０
００本の編成繊維又はフィラメントから成る。捻り繊維
索類は、中間モールド壁厚肉部に巻回しながら取り扱う
利便性において有利である。通常、前記繊維又はフィラ
メントは、１０ミクロン乃至２０ミクロンの範囲内の直
径を個別に有する。
【００１９】前記炭素繊維索類の破壊強さは、当該索類
の直径全体に左右されるとともに、今度は、前記炭素繊
維索類の直径全体が、個別の繊維直径に左右されるだけ
でなく索類中の炭素繊維又はフィラメントの数にも左右
される。０．０３４インチの直径を有する炭素繊維索類
であって、直径が１２ミクロンのフィラメントを１２，
０００本含有する前記炭素繊維索類の代表的な破壊強さ
は、約９０重量ポンドであるが、同じ直径の２４，００
０本のフィラメントを含有する直径０．０７２インチの
索類の破壊強さは、約１６５重量ポンドである。この種
の炭素繊維索類は、米国メイン州ビッドフォード市（Ｂ
ｉｄｄｅｆｏｒｄ、Ｍａｉｎｅ）のファイバー・マテリ
アルズ・インク（Ｆｉｂｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉ
ｎｃ．）から市販されている。
【００２０】図２は、この発明を実施する際に有用なポ
リアクリロニトリルタイプの炭素補強繊維と、ネクステ
ル４４０（Ｎｅｘｔｅｌ ４４０）のムライト基セラミ
ック繊維と、セラミック（アルミナ基のスラリー／スタ
ッコ各層）シェルモールド材料と、に対する高温時の室
温引張力の保持率を図示するものである。
【００２１】前記炭素補強繊維は、図２に示す残りの材
料とは異なり、ＤＳ鋳造法の場合、華氏２７５０度乃至
２８５０度の通常の鋳込温度の範囲内で温度の上昇と共
に前記炭素補強繊維の引張力が喪失することはない。こ
の炭素補強繊維は、華氏２７５０度乃至２８５０度のＤ
Ｓ鋳込温度範囲、更に一般的には、華氏２５００度乃至
華氏４０００度のＤＳ鋳込温度範囲、において温度の上
昇と共に引張力が強まる。
【００２２】米国再発行特許第３４，７０２号によるネ
クステル４４０（Ｎｅｘｔｅｌ ４４０）の補強シェル
モールドは、保持時間が短く（例えば２時間）且つ金属
静圧が低い限りにおいて、華氏２７５０度の温度に至る
までは比較的良好に機能するが、鋳込温度が華氏２８０
０度よりも高くなると、ネクステル４４０（Ｎｅｘｔｅ
ｌ ４４０）繊維補強シェルモールドは、図２に示すネ
クステル（Ｎｅｘｔｅｌ）繊維の軟化のためにクリープ
変形を示す。
【００２３】本発明による炭素繊維補強シェルモールド
は、図２に示した温度と共に上昇する炭素繊維の引張力
とクリープ抵抗力のために、前記クリープを軽減させた
り又は回避したりする。前記シェルモールドのかかる高
度の引張力とクリープ抵抗力は、大型の指向性凝固ＩＧ
Ｔ部品を正確な寸法で鋳造する場合に使用される大型の
セラミックシェルモールドにとって必要なものである。
【００２４】前記炭素基繊維補強材１２は、前記シェル
モールドをその厚さ全体まで肉盛りするために必要とさ
れる処理と浸漬とスタッコ塗しとを順次実施中に前記補
強材１２を固定させたままの状態を保つぐらいの張力
で、中間シェルモールド厚肉部に巻回している。取り扱
い易くするために前記繊維補強材の自由端と中間部位を
シェルモールドに局所的に締め付けるために、必要に応
じて、セラミック接着又はディップコートを使用するこ
とができる。
【００２５】通常、炭素基繊維補強材１２は、シェルモ
ールドの中間厚肉部の周りに継次巻き又は螺旋間にスペ
ース１３を備えながら略連続的な螺旋形状で巻回してい
る。この継次螺旋状巻き間のスペースは、前記炭素基繊
維補強材をシェルモールドに構造的に接合すべくシェル
モールドの炭素基繊維補強材１２周辺を適切に肉盛りす
ることができるように設けたものである。このため、炭
素繊維補強材１２の場合、この炭素基繊維補強材１２の
継次螺旋状巻き間のスペースを約０．２インチ乃至１イ
ンチにすることができる。
【００２６】この炭素基繊維補強材１２を中間モールド
壁厚肉部に巻回した後、残りのセラミックスラリーとス
タッコの各層を付着させて、モールド壁Ｗを所望の最終
全厚まで肉盛りする。次に、この生のシェルモールドを
乾燥させて、ワックスパターンの場合には通常の脱蝋作
業等のパターン取り出し作業を施し、通常の仕方で高温
度（例えば華氏１８００度）で焼成し、鋳造に適した鋳
型強度を持たせるようにする。
【００２７】あるいはその代わりに、炭素基繊維補強材
１２の螺旋状巻回が容易ではないシェルモールドの領域
を局所的に補強するために、炭素基の繊維で緩く織成又
は編成した繊維織布又は布１４を使用することができ
る。例えば、図１では、緩く織成又は編成した炭素繊維
布１４を、大型の産業用ガスタービンブレードを製造す
るシェルモールド１１のプラットホームを区画する中間
モールド壁厚肉部の領域Ｒ２に巻回している。
【００２８】上述した螺旋状巻きの代わりに、単なる例
として、広いプラットフォーム型の端部領域Ｒ２’を有
する鋳型のエーロフォイル領域Ｒ１’の周りに炭素基繊
維補強材１２’を縦横に張り巡らした図３に示すよう
に、前記炭素基繊維補強材を他のパターン中のモールド
に巻着させることができる。
【００２９】本発明は、実質的に補強セラミックインベ
ストメントシェルモールドを提供するために実施するこ
とができるので、ＤＳ凝固処理状態下で鋳型のバルジン
グ又はサッギング等のクリープ変形を軽減又は根絶した
ことによって、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を正確に寸
法統制しながら鋳造する（例えば、各鋳造毎に約４０ポ
ンド乃至約３００ポンド）補強セラミックインベストメ
ントシェルモールドの場合、特に有用であり且つ有利で
ある。ＤＳ凝固処理は、周知の鋳型取出法で行うことが
可能であり、この取出法では、鋳造炉中のチルプレート
上に留めたシェルモールドを、選択した高い鋳込温度ま
で予熱し、この予熱したシェルモールド中に溶湯を導入
し、この溶湯で充填したチルプレート上のシェルモール
ドを、鋳造中に柱状晶又は単晶の微小組織を形成すべく
長時間にわたって鋳造炉から徐々に引き出す。また、前
記シェルモールド中の溶湯から一方向に除熱を行うその
他のＤＳ鋳造法だけでなく、周知のパワーダウン法も使
用することができる。
【００３０】前記炭素基繊維補強材が、前記シェルモー
ルドを構成するセラミック材の平均熱膨張係数よりも小
さい熱膨張係数を有することによって、この炭素基繊維
補強材１２は、当該補強材１２が載設される前記シェル
モールドの領域に圧縮荷重を付与する。この圧縮荷重
が、前記シェルモールドの生（未焼成）強度と、焼成強
度と、高温鋳造強度と、を高める役目をする。前記炭素
基繊維補強材によって生じたこの圧縮荷重は、温度の上
昇と共に増大するので、従来の脱蝋作業で形成したおそ
れがあるクラックの成長拡張を最小限に抑え易くする。
【００３１】以下の実施例は、この発明を例示するため
に記述するものであるが、それに限定するものではな
い。
【００３２】第１の例 長さ１６インチ、幅が１０インチの単晶シェルモールド
に炭素索類補強材を７番目のスラリーディップコート又
は層に螺旋状に巻回した。ガスタービンベーンを製造す
るためにモールドキャビティを形削りした。この炭素索
類は、ファイバ・マテリアルズ・インク（Ｆｉｂｅｒ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．）から入手したものであ
り、直径０．０７５インチを有し、且つ、個々のフィラ
メント直径が１２ミクロンたる２４，０００本の炭素フ
ィラメントを有した。全部で７周の索類を、図１に示す
ようにシェルモールド中間壁厚肉部に螺旋状に巻回し、
２分の１インチのスペースを継次螺旋状巻き間に設け
た。この補強材を巻回した後、更に前記シェルモールド
を浸漬してスタッコを塗し、更に７つの層を別途付着さ
せてシェルモールド壁厚肉部を２分の１インチの最終壁
厚肉部になるようにした。前記ディップコートのセラミ
ックスラリーはアルミナスラリーから成るものであった
が、セラミックスタッコはアルミナスタッコから成るも
のであった。
【００３３】全部で５つの上記シェルモールドを製造し
た。各々の鋳型を華氏２８００度まで予熱し、４５ポン
ドのＮ５ニッケル基超合金を華氏２８２０度の融解温度
で鋳造し、この後、凝固前線を溶湯に伝播させてシェル
モールド中に単晶鋳物を形成させるべく４時間の間周知
の鋳型取出法で指向性凝固させた。前記シェルモールド
は、溶湯を収容し、寸法上許容できる鋳物を生成した。
【００３４】第２の例 長さ２０インチ、幅６インチのＩＧＴブレードシェルモ
ールドに炭素索類補強材を８番目のディップスラリーコ
ート又は層に螺旋状に巻回した。この炭素索類は、ファ
イバ・マテリアルズ・インク（Ｆｉｂｅｒ Ｍａｔｅｒ
ｉａｌｓ、Ｉｎｃ．）から入手したものであり、０．０
７５インチの直径を有し、且つ、個々のフィラメント直
径が１２ミクロンたる２４，０００本の炭素フィラメン
トを有した。全部で８周の索類を、図１に示すようにシ
ェルモールド中間壁に螺旋状に巻回し、８分の５インチ
のスペースを継次螺旋状巻き間に設けた。この補強材を
巻回した後、更にシェルモールドを浸漬してスタッコを
塗し、更に７つの層を別途付着させて、シェルモールド
壁厚肉部を２分の１インチの最終壁厚肉部になるように
した。前記ディップコートのセラミックスラリーはアル
ミナスラリーから成るものであったが、セラミックスタ
ッコはアルミナスタッコから成るものであった。
【００３５】このシェルモールドを華氏２７５０度まで
予熱し、４０ポンドのＧＴＤ１１１ニッケル基超合金を
華氏２７５０度の融解温度で鋳造し、この後、凝固前線
を溶湯に伝播させて単晶鋳物を形成すべく４時間の間周
知の鋳型取出法で指向性凝固させた。このシェルモール
ドは、鋳型漏れが無く、溶湯を収容した。このブレード
鋳造品の寸法を吟味したが、この鋳造品が試案の仕様に
対して許容できるものであることが分かり、ブレードコ
ード幅の増加が無かったこと又はブレード弓形及び変位
に対する変化が無かったことを示し、鋳型のバルジング
やサッギングが無いことを示している。
【００３６】即ち、具体的に且つ縦横に説明したとお
り、セラミックインベストメントシェルモールドを、高
い鋳込温度時に、特に、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品の
鋳造中に受ける温度時に、バルジング又はサッギング
等、前記シェルモールドのクリープ変形を減少させるに
足るほど極めて高度の引張力を有する炭素基の繊維補強
材で補強している。前記炭素基繊維補強材は、室温（華
氏７０度）時に少なくとも約２５０，０００ｐｓｉの引
張力と、シェルモールドの圧縮荷重を得るために前記シ
ェルモールドの平均熱膨張係数よりも低い熱膨張係数
と、を有する炭素繊維又はフィラメントから成るものが
望ましい。
【００３７】特に、前記炭素基繊維補強材としては、室
温時に、９０重量ポンド乃至１６５重量ポンドの索類破
壊強さ、望ましくは１２０重量ポンド乃至１６５重量ポ
ンドの索類破壊強さ、を有する炭素繊維索類（多数の炭
素繊維又はフィラメントから成る）が望ましい。
【００３８】前記炭素基繊維補強材は、シェルモールド
壁の中間厚肉部を形成するセラミックスラリー／スタッ
コ各層に設けることが望ましい。単なる例として、前記
炭素基繊維補強材は、シェルモールド壁の中間厚肉部を
形成する６番目乃至９番目のシェルモールド層に巻回す
ることができる。
【００３９】本発明の方法実施例においては、製造する
鋳造部品の所望の形状を有するパターンをセラミックス
ラリー中に浸漬し、次に、比較的粗大なセラミックスタ
ッコで塗して、この順序を繰り返しながら、前記パター
ン上の重複セラミックスラリー／スタッコ各層から成る
シェルモールド壁を肉盛りする。前記炭素基繊維補強材
は、中間のシェルモールド壁厚肉部を区画する中間のセ
ラミックスラリー／スタッコ各層において、望ましくは
中間シェルモールド壁の周りを螺旋状に巻回することに
よって、シェルモールド壁に巻着させ、この後に続い
て、前記浸漬とスタッコ塗しの各ステップを続行して前
記炭素基繊維補強材の上にシェルモールド壁厚肉部全体
を肉盛りする。この螺旋状に巻回した炭素基繊維補強材
は、使用時、約０．２インチ乃至１インチのスペースを
継次巻きの間に有することができる。
【００４０】前記補強材をシェルモールドに巻回し難い
又は巻回できないシェルモールドの領域を補強するため
に、炭素基の織成又は編成繊維布状の補強材を使用する
ことができる。
【００４１】本発明の実施例にしたがって大型の指向性
凝固ＩＧＴ部品を寸法統制しながら鋳造する方法は、上
述したように補強したセラミックインベストメントシェ
ルモールドを華氏約２８００度を越える高い鋳込温度ま
で予熱し、この予熱したシェルモールド中に溶湯を導入
し、柱状晶又は単晶の微小組織を形成すべく長時間にわ
たって溶湯に凝固前線を伝播させることによって、この
シェルモールド中に滞留する溶湯を指向性凝固させるこ
とに関する。通常、大型のＩＧＴ部品は、約４０ポンド
乃至約３００ポンドの溶湯範囲内で溶湯を前記予熱済み
シェルモールド中に導入し、このシェルモールド中に約
３時間乃至約６時間の間隔にわたって凝固させることが
必要である。
【００４２】
【発明の効果】以上詳細な説明から明らかなようにこの
発明によれば、極めて高度の引張力を有する炭素基繊維
補強材であって、引張力は、特に、大型の指向性凝固産
業用ガスタービン部品を鋳造する場合に利用される鋳込
温度の範囲内で鋳型温度が上昇するにつれて強まる、炭
素基繊維補強材でセラミックインベストメントシェルモ
ールドを補強する。前記炭素基繊維補強材は、シェルモ
ールド壁の中間厚肉部を形成する重複セラミックスラリ
ー／スタッコ各層に巻回又は巻装している。この補強シ
ェルモールドは、大型の指向性凝固産業用ガスタービン
部品を正確に寸法統制しながら鋳造するために使用する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭素基繊維補強材の索類を巻回した状態で補強
したこの発明の一つの実施例によるセラミックインベス
トメントモールドを部分的に分解した概略側面図であ
る。
【図２】温度上昇に伴う、セラミックモールドと、ネク
ステル４４０（Ｎｅｘｔｅｌ４４０）繊維と、炭素繊維
と、の強度保持率を示すグラフである。
【図３】炭素基繊維補強材の索類を巻回した状態で補強
したこの発明のもう一つの実施例によるセラミックイン
ベストメントモールドの斜視図である。
【符号の説明】
１１ シェルモード １２ 炭素基繊維補強材 １３ スペース １４ 布

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鋳型壁を炭素基繊維補強材で補強したセ
    ラミックインベストメントシェルモールドであって、前
    記炭素基繊維補強材は、前記シェルモールドのクリープ
    変形を軽減させるぐらいの引張力を鋳込温度時に有する
    とともに、鋳造温度時に圧縮荷重を得るべくシェルモー
    ルドの平均熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有するこ
    とを特徴とするセラミックインベストメントシェルモー
    ルド。
  2. 【請求項２】 前記炭素基繊維補強材は、室温で少なく
    とも約２５０，０００ｐｓｉの引張力を有する複数の炭
    素繊維又はフィラメントから成ることを特徴とする請求
    項１に記載のセラミックインベストメントシェルモール
    ド。
  3. 【請求項３】 前記炭素繊維又はフィラメントは、室温
    でシェルモールドの平均熱膨張係数の約４分の１である
    熱膨張係数を有することを特徴とする請求項２に記載の
    セラミックインベストメントシェルモールド。
  4. 【請求項４】 前記炭素基繊維補強材は、約９０重量ポ
    ンド乃至約１６５重量ポンドの索類破壊強さを有する炭
    素繊維索類から成ることを特徴とする請求項１に記載の
    セラミックインベストメントシェルモールド。
  5. 【請求項５】 前記炭素繊維索類は、織成炭素繊維糸か
    ら成ることを特徴とする請求項４に記載のセラミックイ
    ンベストメントシェルモールド。
  6. 【請求項６】 前記炭素基繊維補強材は、織成又は編成
    した炭素繊維の網状の布から成ることを特徴とする請求
    項１に記載のセラミックインベストメントシェルモール
    ド。
  7. 【請求項７】 前記炭素基繊維補強材は、シェルモール
    ド壁の中間厚肉部を形成する重複セラミックスラリー／
    スタッコ各層に設けたことを特徴とする請求項１に記載
    のセラミックインベストメントシェルモールド。
  8. 【請求項８】 前記炭素基繊維補強材は、シェルモール
    ド壁の中間厚肉部を形成する６番目乃至９番目のシェル
    モールド層に巻回したことを特徴とする請求項１に記載
    のセラミックインベストメントシェルモールド。
  9. 【請求項９】 前記炭素基繊維補強材は、前記シェルモ
    ールドの周りに、継次巻き間にスペースを持たせて螺旋
    状に巻回したことを特徴とする請求項１に記載のセラミ
    ックインベストメントシェルモールド。
  10. 【請求項１０】 前記螺旋状の炭素基繊維補強材は、前
    記補強材の継次巻き間に約０．２インチ乃至１インチの
    スペースを有することを特徴とする請求項９に記載のセ
    ラミックインベストメントシェルモールド。
  11. 【請求項１１】 鋳造部品の所望の形状を有するパター
    ンをセラミックスラリーでコーティングし、次にセラミ
    ックスタッコでコーティングし、この順序を繰り返して
    シェルモールド壁を肉盛りすることによるセラミックイ
    ンベストメントシェルモールドの製法において、高い鋳
    込温度時に鋳型のクリープ抵抗力を強める場合、前記鋳
    込温度時に前記シェルモールドのクリープ変形を軽減さ
    せるぐらい高度の引張力を有する炭素基繊維補強材であ
    って、前記鋳込温度時に前記モールド壁の圧縮荷重を得
    るべくシェルモールドの平均熱膨張係数よりも低い熱膨
    張係数を有する前記炭素基繊維補強材を前記モールド壁
    に内設することから成ることを特徴とするセラミックイ
    ンベストメントシェルモールドの製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記炭素基繊維補強材を中間モールド
    壁厚肉部に設けることを含むことを特徴とする請求項１
    １に記載のセラミックインベストメントシェルモールド
    の製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記炭素基繊維補強材は、前記シェル
    モールド壁の前記中間厚肉部を形成する６番目乃至９番
    目のシェルモールド層に巻回したことを特徴とする請求
    項１２に記載のセラミックインベストメントシェルモー
    ルドの製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記炭素基繊維補強材は、前記シェル
    モールド中間厚肉部に、継次巻き間にスペースを持たせ
    て螺旋状に巻回したことを特徴とする請求項１２に記載
    のセラミックインベストメントシェルモールドの製造方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記螺旋状の炭素基繊維補強材は、約
    ０．２インチ乃至１インチのスペースを前記補強材の継
    次巻き間に有することを特徴とする請求項１４に記載の
    セラミックインベストメントシェルモールドの製造方
    法。
  16. 【請求項１６】 前記炭素基繊維補強材は、室温で少な
    くとも約２５０，０００ｐｓｉの引張力を有する炭素繊
    維又はフィラメントから成ることを特徴とする請求項１
    ２に記載のセラミックインベストメントシェルモールド
    の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記炭素繊維又はフィラメントは、室
    温でシェルモールドの平均熱膨張係数の約４分の１であ
    る熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１６に記
    載のセラミックインベストメントシェルモールドの製造
    方法。
  18. 【請求項１８】 前記炭素基繊維補強材は、約１２０重
    量ポンド乃至約１６５重量ポンドの索類破壊強さを有す
    る炭素繊維索類から成ることを特徴とする請求項１２に
    記載のセラミックインベストメントシェルモールド。
  19. 【請求項１９】 前記炭素繊維索類が織成炭素繊維糸か
    ら成ることを特徴とする請求項１８に記載のセラミック
    インベストメントシェルモールドの製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記炭素基繊維補強材は、織成又は編
    成した炭素繊維の網状の布から成ることを特徴とする請
    求項１２に記載のセラミックインベストメントシェルモ
    ールドの製造方法。
  21. 【請求項２１】 鋳型壁を炭素基繊維補強材で補強した
    セラミックインベストメントシェルモールドを華氏約２
    ８００度以上の高い鋳込温度まで予熱し、この予熱した
    シェルモールド中に溶湯を導入し、柱状晶又は単晶の微
    小組織を形成すべく長時間にわたって前記溶湯に凝固前
    線を伝播させることによって前記シェルモールド中に滞
    留する前記溶湯を指向性凝固させることから成ることを
    特徴とする大型の指向性凝固部品を寸法統制しながら鋳
    造する方法。
  22. 【請求項２２】 溶融したニッケル基又はコバルトの超
    合金を前記シェルモールド中に導入することを特徴とす
    る請求項２１に記載の大型の指向性凝固部品を寸法統制
    しながら鋳造する方法。
  23. 【請求項２３】 約４０ポンド乃至３００ポンドの溶湯
    を前記モールド中に導入することを特徴とする請求項２
    １に記載の大型の指向性凝固部品を寸法統制しながら鋳
    造する方法。
  24. 【請求項２４】 前記溶湯を約２時間乃至約６時間の時
    間にわたって指向性凝固させることを特徴とする請求項
    ２１に記載の大型の指向性凝固部品を寸法統制しながら
    鋳造する方法。
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