JPS58126401A - セラミツクタ−ビンロ−タの製造法 - Google Patents

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】 本発明はロータ部とディスク部を一体に接合したけラミ
ックタービンロータの製造法に関づるちのである。

タービンロータは形１ノ（が非常に複雑であり、これを
セラミックで製作するには従来、流し込み成形法や射出
成形法にＪ、り製１ヤされてぎた。しかし、各部分毎の
肉厚に差異かあるために、成形工程やＩＢＭ脂工程ある
いは焼成工程時にクラッシャ）変形を生じ易く、一体化
した成形体を得ることは非常に置針Ｃ・あった。さらに
４Ｊ、用いられる成形型自体が複雑でしかも成形操作に
高度の技術が要求され、Ｔ業的に【Ｊ、適していなかっ
た。又、複雑形状の成形に適する反応焼結窒化珪素焼結
体の場合強度的に弱く、応力の人さくかかるディスク部
には適さない。そこで、ロータ部とディスク部を接合す
る方法が種々工夫されている。例えば特公昭５３−−　
３　　− ３８７２１〜３８７２’ｌの方法ちイの１つであるが、
この方法は軸流タービンロータの製造に関するもので反
応焼結窒化珪素月利を射出成形することによりロータ部
を作り、それをカーボン型中にセラ１〜し、ディスク部
をホット・プレス法にｊ二り成形するとともに、ロータ
部に接合する方法である。

しかし、この方法はホラ１〜プレスのて−ルドセット条
件、加圧条件が非常に厳密であるため、生産性よくター
ビンロータを作ることは困難であった。

そこで、本発明者等はロータ部とディスク部を強固に、
しかも確実で容易に接続する方θ、につぎ、鋭意検問の
結果、炭化珪素からなる複雑形状のロータ部とディスク
部をそれぞれ別個に焼成しておき、両名の接合面に焼結
によりロータ部やディスク部と同質の組成物となりうる
炭化珪素分を含有するスラリー状の混練物を塗布して反
応焼結させて反応焼結炭化珪素を形成させ一体化すれば
Ｊ：いことを見出し本発明を完成した。

すなわら、本発明の要旨は、次のａ−Ｃ工程を含むこと
を特徴とするセラミックタービンローター　　４　− の製造法【こある。

ａ　軸芯部を通る嵌合孔を備えた常圧焼結炭化珪素又は
反応焼結炭化珪素にりなるロータ部を成形焼結し製作づ
゛る。

１）−１−記［１−タ部の嵌合孔（こ挿入される常圧焼
結炭化珪素又は反応焼結炭化珪素にりなるディスク部を
成形焼結し製１１する。

Ｃ上記ａ工程で得られたロータ部の嵌合孔の内面及び、
・又（，１、上記１）工程で１１られたディスク部の嵌
合軸の表面に、炭化珪素粉末と炭素粉末とバインダー、
又は炭化Ｌ１素粉末と炭素粉末と１０００°Ｃ以十て゛
炭素化する４１機物とバインダー、又は炭化珪素粉末と
１０００℃以上で炭素化する有機物とバインダーを主成
分とするスラリー状の混練物を予め塗イ０しておき、ト
記す工程で得られたディスク部の嵌合軸部を挿入し、珪
素蒸気の存在下に焼結させ、１記混紳物中の炭素成分を
反応させて反応焼結炭化珪素を形成させ、ロータ部とデ
ィスク部とを強固に一体化づる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する−　　５
　　− に、本発明では、８１、ず、ａ工程としてロータ部（ブ
レード部）を製造する。その形状は、ラジアルロータの
」易合第１図に示した実施例のＪ：うに、背板部から先
端まで同一の内径を有し、軸芯を通る貫通した嵌合孔２
を備え背板部に背板３を設けた変形、又は第２図に示す
他の実施例のように、嵌合孔２を背板部では大きな内（
￥とじ、先端部に行（につれて小さな内径として、内周
が先細りのテーパー状の円錐形として、背板部の肉厚部
分３を第１図のものＪ−りも薄クシた翼形のもののいず
れでもよい。なお第２図に示すのものは、第１図に示す
ものに較べて背板部の肉厚が薄いので他の部分と肉厚が
均一化されて成形、脱脂、焼結時に生じるクラック及び
変形が防止され、更に嵌合孔２内における後記のディス
ク部４のに合軸部／Ｉａとの接触面積が拡大されている
ので、接合がより強固になるという利点がある。

このようなロータ部１を製作するには、炭化珪素粉末と
焼結助剤等を周知の射出成形法、流し込み成形法等によ
り成形して脱脂し焼結する常圧焼−６− 形法、流し込Ｊノ成形法等ににり成形し脱脂し焼結する
反応焼結法により製作づる。なお、成形焼結後、前記嵌
合孔２の内周全体の表面を硝弗酸等によるエツヂングγ
ノ、又はリーンドブラス１〜法に」：り粗面にしでおく
と後記デｒスク部４の嵌合軸４　ａとの接合がＪ：り強
固なものとなる。

次に、上記ａＩ稈と（：１、別に、１）工程即ち、常圧
焼結炭化珪素父は反応焼結炭化■」素」；りなるディス
ク部４を製作する。反１１ち焼結炭化珪素で作る場合炭
化ト１素粉末に、例えば炭素粉末と有機バインダー、又
（ま炭素粉末どｉ　ｏｏｏ℃以上の焼結温度て店素化づ
る例えばフェノール樹脂のＪ：うな有機物と何機バイン
ダー、又は１０００℃以上の焼結温度で炭素化づるフェ
ノール樹脂のような有機物と有機バインダー等を加えた
焼結原料を周知の射出成形が１、静水圧プレス法等によ
り成形し脱脂しＩＪ素成分の存在下で焼結する。又、常
圧焼結炭化珪素で作る場合炭化］１崇粉末と焼結助剤等
を周知の削出成形法、流し込み成形法、金型ブレス成形
法、−７− 又は静水圧プレス法等に−一り成形して脱脂し焼結する
。該嵌合軸４　ａは、その表面に次のＣ工程で炭化珪素
を成分としノコ−ボンブラックのＪ：う２ｉ炭炭素分や
焼結により炭素化する有機物やパインクーよりなるスラ
リー状の混線物を塗布して、焼結した後の状態で挿入さ
れた嵌合孔２と密着して接合するにうな外径を有する太
さとする。尚、嵌合軸４ａも前記嵌合孔２の場合と同様
エツチング法又はり゛ノドブラスト法により表面を粗面
にしてｄ５くことにより嵌合孔２どの接合をより一府強
固にすることができる。

次にＣ丁秤で焼結により、ａ工程で１りられたロータ部
１と１］工程で得られたディスク部４とを一体化する。

即Ｊう、第１図及び第６図に示ずにうにロータ部１の嵌
合孔２内面又はディスク部４の嵌合軸／Ｉａの表面、あ
るいはこれら両面に、炭化珪素粉末と炭素粉末（例えば
カーボンドブラック）と、又は炭化珪素粉末と炭素と１
０００’Ｃ以」二の焼結温度で炭素化する有機物（例え
ばフェノール樹脂）とポリ１ヂレングリコールのような
パイン−８− クー、又（よ炭化珪素粉末と１０００℃以」：で炭素化
する有機物とバインダーを加えペースト状にした炭化Ｉ
」素を主成分とする混線物を、例えば筆塗り、あるいは
スプレーににり塗布してフラックス層５を形成させ、１
■合孔２に嵌合軸／Ｉａを挿入する。これを反応焼結炭
化珪素焼結用カーボンルツボ内に向き、１５５０〜２０
００　’Ｃで１−６時間、金属珪素の加熱によって発生
する珪素雰囲気下で、あるいは加熱ににつて溶融した液
体珪素を含浸させて反応焼結させる。かくして、ロータ
部１の嵌合孔２内面と、ディスク部４の１■合軸４８表
面との間に介在させた炭化珪素を主成分とする混練物か
らなるフラックス層５の組成分が、反応焼結を行ない［
１−タ部１及びディスク部４と同質の炭化珪素焼ｔｉｌ
ｉ体になり、両省は嵌合孔２と嵌合軸４ａの接合部で一
体化して第４図及び第６図にそれぞれ示すＪ、うなレラ
ミックタービンロータが得られる。尚、第７図は、軸流
タービンロータに本発明を応用した例を示すもので、リ
ンク状に予め射出成形し、脱脂し反応焼結により智られ
た炭化珪素−９− 焼結体からなるロータ部２０と、同じく同様の方法によ
って得られた炭化珪素焼結体からなるディスク部２１を
嵌合部２２に前記本発明と同様の手法により炭化珪素を
主成分とするペース１〜状のｉ昆練物を介在させて一体
化した例を示す。

本発明は以上のべたように、予め製作しておいた嵌合孔
を設けた炭化珪素焼結体よりなるロータ部と、上記嵌合
孔に挿入される嵌合軸を設けた炭化珪素焼結体よりなる
ディスク部とを該嵌合孔と嵌合軸との間の接合面に炭化
珪素を主成分とし、炭素化づる成分を含有するスラリー
状の混練物をフラックス層として介在させて接合させ、
珪素成分の存在下、反応させ両者を一体化融着させた炭
化珪素焼結体よりなるセラミック製タービンロータを得
るものであり、工業的に筒中な操作で複列１な構造のタ
ービンロータをクラック、変形等を招くことなく作るこ
とができる利点がある。更に、本発明方法はタービンロ
ータのみならず、熱間で高応力のかかるセラミック高温
部材において、セラミック同志の接合を必要とする個所
に応用でき−１０− る。

次に本発明を実施例を挙げ−Ｃ説明りるが本発明はその
要旨を越えない限り以下の実施例に限定されることはな
い。

実施例 炭化珪素粉末７０重単品、カーボンブラック３０重量部
、フェノール樹脂２０堆邑部及びポリ玉ヂレングリコー
ル２０市量部にりなる焼結原わＩを用い、削出成形法に
より成形し、脱脂して珪素蒸気の存在下に反応焼結させ
て、第１図に示すｊ；うな嵌合孔２を有するロータ部１
及び第３図に示すような嵌合１ｉ１１４　ａを有ηるデ
ィスク部４を（ｑだ。

次に、Ｆ記の配合組成よりなる原料 炭化珪素ＧＣ＃１０００　　７０重組部カー１１ζンブ
ラック　　　　　３０重量部フコノール樹脂　　　　　
　１５重量部ポリエヂレングリコール　　　２重量部を
よく混合してペースト状となした混練物を第３図及び第
５図に示ずにうに上記ｊへ合孔２の内面及び前記嵌合軸
４の表面に塗布してフラックス層５−　１１　　− を形成さ′Ｉｉ嵌合孔２に嵌合軸４．　ａを挿入し、ロ
ータ部１とディスク部４を嵌合させ乾燥した。なお、前
記フラックス層５は嵌合孔２の内面のみ、あるいは嵌合
軸４ａの表面のみに形成させるようにしても勿論Ｊ、い
。次に、これを反応焼結炭化Ｉ４素焼結用のカーボンル
ツボ内に設置し、該ルツボ内に置いた■」索粉末を蒸発
させ珪素蒸気の存在１Ｚに、１６００℃で２時間反応焼
結させ、嵌合孔２の内面とＩＩＸ合輔部１との間に介在
させた混練物よりなるフラックス層５を珪化した。これ
ににす、ロータ部１とデーｒスク部４とが反応焼結炭化
珪素に焼結したフラックス層５により一体化された強固
に接合したセラミックタービンロータが１Ｕられた。

次に一体化したタービンローフの接合部分を切り出し、
−４ｘ８ｘ２５ｍｍのテストピースを作成し、接合部に
応力がかかるにうにセラ１−シて、スパン２０ｍｍにて
３点曲げ強度を測定したところ、ロータ部１に反応焼結
炭化珪素を使用し、ディスク部４に反応焼結炭化工１素
を使用した場合には曲げ強度３５　、５　ｋ（１／ｌ１
１ｍとなりロータ部１に常圧焼結炭−１２− 化珪素を使用し、ディスク部４に反応焼結炭化珪素を使
用した場合には３　Ｑ　、　　２　ｋＱ、／　ｎ１ｌＬ
！：　’ＪＫす、ロータ部１に常圧焼結炭化Ｊ１素を使
用し、ディスク部１に常圧焼結炭化珪素を使用したとこ
ろ２６゜５　ｋｇ／′ｍｍとなった。反応焼結炭化Ｊｌ
ｌ　ｉ中味の曲げ強度は約ｂ　Ｏｋｇ／　ｍｍ、常圧焼
結炭化珪素中味の曲げ強度は’Ｉ　８　ｋ（］／ｌ１１
１＋１であるが、実用上接合部の曲げ強度は上記の値で
問題ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いるロータ部の一例の縦断面図、第
２図は同じ（他の例の縦断面図、第３図及び第４図はロ
ータ部にディスク部を接合する状態を示？ｌ縦断面図、
第５図及び第６図は同じくロータ部にディスク部を接合
する状態を示す他の例の縦断面図、第７図は、更に軸流
タービンロータの例の接合状態を示す縦断面図である。 １・・・・・・ロータ部 ２・・・・・・嵌合孔 ３・・・・・・背板部 ４・・・・・・ディスク部 −１３− ４ａ・・・嵌合軸 ２０・・・ロータ部 ２１・・・ディスク部 ２２・・・嵌合部 代理人　弁理士　定立　勉 −１／Ｉ　　　− 第１図 ７ 第３図 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　次のａ”−Ｃ工程を含むことを特徴とηるセラミッ
   クタービンロータの製造法。 ａ　軸芯部を通る嵌合孔を備えた常１１焼結炭化珪累又
   は反応焼結炭化珪素よりむるロータ部を成形焼結し製作
   する。 １）　上記ロータ部の嵌合孔に挿入される常ｊ−１焼結
   炭化珪素又は反応焼結炭化珪素にりなるディスク部を成
   形焼結し製作する。 Ｃ１−記ａ工程で得られたロータ部の嵌合孔の内面及び
   ／′又は」−記１）工程で・得られたディスク部の嵌合
   軸の表面に、炭化珪素粉末と炭素粉末とバインダー、又
   ｔＪｌ炭化珪木粉末と炭素粉末と１０００℃以上で炭素
   化する有機物とバインダー、又は炭化Ｉ」素粉末と１０
   ００℃以上で炭素化する有機物とバインダーを主成分と
   するスラリー状の混練物を予め塗布しておき、上記１）
   工程で得られたディー　　１　− スフ部の嵌合軸部を挿入し、月素成分の存在下に焼結さ
   せ、上記混線物中の炭素成分を反応させて反応焼結炭化
   珪素を形成させ、ロータ部とディスク部とを強固に一体
   化する。 ２　ロータ部の軸芯に設けた嵌合孔が、その内径を背板
   部から先端に向うにつれて先細りとしたテーパー状に成
   形されてなり、これに挿入されるディスク部の嵌合軸部
   がその直径を背板部から先端に向うにつれて先細りとし
   たテーパー状に成形されて前記嵌合孔に密着するように
   した特許請求の範囲第１項記載のセラミックタービン［
   １−タの製造法。 ３　金属珪素の加熱によって発生させた■」索蒸気の存
   在下、又は加熱によって溶融した液体珪素を含浸させて
   焼結を行う特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のセ
   ラミックタービンロータの製造法。 ４　　Ｃ１−９部の軸芯に設けた嵌合孔の内周及び／又
   はディスク部の嵌合軸部の表面に、予めエツヂレグ法又
   はサンドブラスト法により粗面を形成＝　　２　− ざゼて焼結を行う特許請求の範囲第１項乃〒第３項のい
   ずれかに記載のセラミックタービンロータの製）方法。