JPS5879878A - セラミツク部材の接合方法 - 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】 本発明はセラミック部材を効率よく接合させる方法に関
する。

従来、形状が複雑で肉厚の変化が著しいセラミック部品
を製造する場合には、射出成形法、鋳込み成形法等があ
るが、これらの複雑形状部材を焼成する場合、寸法変化
の調整時に＃＋度の技術を要求され、工業的には難かし
い点が多い。

窒化珪素、炭化珪素等を用いてセラミ゛ツクタービンロ
ータを製造する場合には、寸法変化の少ない反応焼結法
が適しているが、反応焼結法で得られたセラミックスは
強度的に弱く、高応力のかかるガスタービンロータのデ
ィスク部には適用できない。

そこで、製品を各部材に分割して成形、焼成した後、各
部材を接合する方法が検討され、？＋１えばガスタービ
ンロータのような高応力がかかる複雑形状の部品を製造
する場合には、射出成形法で成形した後、反応焼結させ
たＳ　ＩＢ　Ｎ４ブレ一ド部分と、別にホットプレス法
により成形焼結したＳ　ＩＨＮ４デイスクやシャフトを
組合わせ、ホットプレス法を用いて接合するデュオ−デ
ンシティ−（ｄｕｏ−ｄｅｎｓ　１ｔｙＪ法や、上記の
ように焼成したブレード部とディスク部またはシャツ［
の中間に鋳込成形法により成形したＳｉ３Ｎ４　！Ｊソ
ング介在させて、その後ホントプレス法を用いて接合す
るトリデンシティ（ｔｒｘ−ｄｅｎｓｉｔ、ｙｌ法が用
いられているｏしかし、これらの方法はホントプレス法
を用いるためブレード部と黒鉛型の合わせが難かしい点
、さらに高荷重を加えるのでブレード部に曲げ応力かか
かり、クランクが発生し易い点等の問題があり、黒鉛型
のセット条件、加圧条件が厳密になり生産性は著しく悪
化する・ ガスタービンエンジン用の燃焼器のような円筒状の部品
の製造においてはラバープレス成形法が用いられている
が、この方法では製造能率が悪く工業的には難かしい。

しかし鋳込み一体成形法では成形体の乾燥時に収縮によ
るクラン、りが入り易いという欠点がある。更に円筒状
の部品では分割成形したものをホットプレス法により接
合するのはロータ部品の接合よりも難かしい。

以上のようにセラミック部材どうしの接合方法にも種々
の問題点がある。ホットプレス法を用いる方法が主とし
て検討されているが、この方法では生産性が著しく悪く
、一方、ホントプレス法以外の方法としては、一度焼成
した部材を再度、焼成して接合させる方法が考えられて
いるだけである０すなわち、この方法では一度焼成した
部材を再度ホットプレス法、常圧焼結法ないし雰囲気加
圧焼結法で接合させるもので、製造能率ははなはだしく
悪く、コストも高くつくものであった。

本発明は従来の接合方法の欠点を改善するために、分割
成形法で成形した複雑形状部品や円筒状部品を通常焼成
法により接合し、製造能率を上げ、高歩留りで製造でき
るセラミック部材の接合方法を提供するもので、焼成時
の収縮率が異なるように、粒度の異なる原料粉末によっ
てそれぞれ成形されたセラミック部材を、焼成工程で一
体的に接合させることを特徴とする、セラミック部材の
接合方法に関するものである。

セラミックの粒度と収縮率の関係を、第１図に示す。こ
れはＳ　Ａ３　Ｎ、の粒度を変え、Ａｔ２０３５ＹｔＯ
，を添加しく　Ｓｉ、Ｎ４Ｂ　７．５重量％、Ａｔ２０
；７．５重量％、Ｙ、０，５．０重量％）、金型プレス
成形で成形し、１７５０℃、窒素ガス雰囲気で１時間、
焼成した場合の収縮率であり、粒度の細かいものを用い
た場合の方が収縮率が大きくなる傾向にある。なお、Ａ
４０ｓ、Ｙ、　Ｏ，についてはその添加量が比較的少な
いこと、及びこれらが焼結反応中に反応して他の物質に
変化してしまうことから、これらの粒度を特に変化させ
る必要はない。しかしながら反応助剤として添加するＡ
４０．　、Ｙ、　Ｏ，Ｆｉ、焼結反応を促進させるため
に極力細かいものとしておくことが必要で、５〇−粒径
で２μ講以上のものを使用するのがよい。

そこで収縮率の小さい部材の接合面には凸部を作り、収
縮率の大きい部品の接合面には四部を作り、両者をはめ
合わせた後この接合成形体を焼成すると、焼成工程での
収縮率が四部の方が凸部より大きいため、凸部が凹部に
より均一に包み込まれて一体化する。このように原料粉
末の粒度を調整することにより、組成原料、成形法に関
係なくセラミック部材の接合が可能であるが、同一組成
原料、同−成形法で成形したセラミック部材の接合がよ
り簡便である０この際、凸部の外径と四部の内径は両者
の収縮率の差から、焼成後、凸部の外径と四部の内径が
同一になるように予め設定し″ておく必要がある０本発
明において、収縮率に差が生じるように原料粉体の粒度
を調整した原料を用いて成、形したセラミック部材を組
み合わせて、通常の焼成により接合することが可能とな
り、コストの低減、高い製造能率、高歩留りが達成でき
る。

本発明方法はガスタービン用燃焼室、ガスタービンロー
タ、その他、耐熱用機器部品等に適用できる。。

次にガスタービン軸？Ｌ＝ｚ−夕の製造を例に挙げて、
本発明を説明する。ガスタ、−ビン軸流ロータは第２図
に示すように、タービンディスク１とタービンブレード
２とを組み合わせて杉成する。タービンディスク１は通
常の鋳込成形、射出成形法または押し出し成形、金型成
形、う；り−プレス法で成形したものである。タービン
ディスク１は第６図に示すようにタービンブレード２の
凸部４（第４図）を嵌合する孔３が設けである。

一方、タービンブレード２はタービンディスク１よりも
収縮率を小さくさせる必要があるか、収縮率の差は成形
後に凸部４が孔３に、成形体をこわすことなく挿入でき
る程度であればよい０孔３と凸部４０大きさけ、タービ
ンディスク１とタービンブレード２の収縮率の差を考え
て、両者を焼成した後に丁度密着する深さと口径にする
必要がある。タービンブレードのよつｆｘＷ雑部品は通
常、鋳込成形、射出成形法で製造される。

これらの各部材を第５図に示すように、タービンディス
ク１の孔３にタービンブレード２の凸部４を挿入してタ
ービン軸流ロータとして組み上げ、これを通常の焼成法
により焼成する。

以上のような方法によって焼成を行うとタービンディス
ク１側の孔３の収縮がタービンブレード２＠の凸部４の
収縮より大きいため、凸部４が孔３に均一に包み込まれ
強固に一体化したタービン軸流ロータが得られる。

焼成に際して、上記孔３と凸部４の空隙にタービンディ
スク１と同一組成の原料粉末を入れておくことにより、
焼成時の゛収縮による圧力が加わり接合強度がより大と
することも可能である。

以上のように、本発明は各セラミック部材に粒度の異な
る原料粉°末を用意するたけで、分ｍ］部材の成形方法
、焼成方法共に一般的によく知られた方法で、また特殊
な設備を利用する必貿もなく、工業的にも簡単に分割セ
ラミンク部材を一体化接合することができ、製造能率、
コストの点で有利である。

実施例 ５０％粒径１．５　ｐｍのＳｉ、Ｎ４粉末９２Ｊｆｉｉ
％、Ａｔ、Ｏ，粉末５重量％、Ｙ２Ｏ，粉末５重ｊｔ％
（Ａ４０３、Ｙ２Ｏ３は５０％粒径２μｍ以下）からな
る原料粉末を用い、射出成形法により孔３を持つタービ
ンディスク１を成形した。５０％粒径１．０μｍのＳ　
ｉ、　Ｎ４粉末を用い、上記と同一配合により凸部４を
持つタービンブレード２を成形した。

予ｆＮ試験の結果より両者の収＆串の差は約５チであっ
たので、タービンディスク１の孔３の内径は、タービン
ブレード２の凸部４の外径の６％増しとしである。この
タービンディスク１とタービンブレード２を組み上げ、
空隙部にタービンディスク１の使用原料と同一原料粉末
を入れた。カーボンルツボに入れ、ボロンナイト１ライ
ド（ＢＮ）粉のつめ粉を行い、炉内にセントシ、窒素ガ
ス９．５気圧の雰囲気下で５℃／分の昇温速度で昇温し
、１８００℃で１時間、焼成した。この方法により完全
な一体化した軸流ロータが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は金型ブレス成形により成形した成形体の粒度と
収縮率の関係を示すグラフであり、第２図は軸流ロータ
の一部の断面図であり、第３図は軸流ロータのタービン
ディスクに設ける孔を示す図であり、第４図は軸流ロー
タのタービンブレードの構造を示す図であり、第５図は
タービンディスクの孔とタービンブレードの凸部の嵌合
の仕方を示す図である。 復代理人　　内　１）　　明 復代理人　　萩　原　亮　− 第１図 第２図 第４図 第５図 手続補正バー 昭和　５７　ｑ　　２　ＩＩ　ｉｌ　＋＋特許庁長官　
島田春情　殿 １、事件の表示 昭和５６年特許願第１７５５８４号 ２、発明の名称 セラミック部材の接合方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　東京都千代田区丸の内二丁目５査１号住　所
　東京都港区虎ノ門−刊“ｉｌ　２４番１１　′；７５
、補正命令の日付 自発補正 ６、補正により増加する発明の数　　な　しＺ補正の対
象 （１）明細書の「発明の詳細な説明」の項（２）　　明
細書の「図面の簡単な説明」の項（３）「図　面」 ａ補正の内容 （１）明細書の第４頁１４行目の「金型プレス威圧する
。 （３）同第６頁１１行目の「鋳込成形」をｒｖｔ込成形
法」と訂正する。 （４）同第６頁１２行目の「金型成形」ヲ「金型プレス
成形法」と訂正する。 （５）同第７頁５行目の「鋳込成形Ｊ？ｒｒ鋳込成形法
」と訂正する。 （６）同第８頁１９行目の「６％」を「５チ」に訂正す
る。 （力　同第９頁９行目の「金型プレス成形」會「金型プ
レス成形法」と訂正する。 （８）　　図面の第２図〜第４図を別紙の辿り訂正する
。 馬２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. それぞれ粒度の異なる原料粉末によって成形された各セ
   ラミック部材を、焼成工程で一体的に接合させることを
   特徴とするセラミンク部材の接合方法。