JPS588932B2 - インベストメント鋳造用のセラミツクコア− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インベスト７ント鋳造のためのセラミックコ
アーに関する。

鋳型で中空金属物品を鋳造するためには、鋳造品の中空
内部の所要形状に一致するセラミックコアーが、鋳型内
に支持され、溶融金属が実質的にそれを取り囲むように
鋳込まれる。

金属が冷却された後、コアーは通常適当な試薬により除
去されなければならない。

今日まで、コアー物質としてシリカが広《使用されてい
る。

なぜなら、シリカは高温度に耐え、かつ苛性液体、たと
えば５０〜６０％水酸化カリウム水溶液または溶融水酸
化カリウムで浸出除去することが出来るからである。

しかしながら、特に航空機産業における最近の発展と共
に、シリカは、精密鋳造、特に非常に高い強度のコアー
を必要とする方向性凝固鋳造（ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａ
ｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃａｓｔｉｎｇ）の
最も最近の必要条件を満足しないことが判明した。

なぜならシリヵは高温では非常に脆《、同時に加圧下で
変形するからである。

高強度耐火物質は知られているが、しかし、現在のとこ
ろ別の理由たとえば浸出溶剤への溶解性を欠いており、
そのため最終鋳造からそれらを取出すことができないた
めに、使用されておらず、またある場合には、たとえば
窒化珪素の場合には，鋳造される金属との反応が起る。

異なった耐火セラミック物質の混合物を互いに焼結する
ことがこれまでに提案されたが、しかし、焼結工程中に
２つの物質のうち弱い方が、まず軟化しそして結合して
マトリックスとなるが、一方、２つの物質のうち強い方
はマトリックスの空間を満たす。

そのようなコアーでは、強い方の物質の有効強度が十分
に利用されていない。

したがって，本発明の目的は、精密鋳造用のコアー物質
として現在入手しうるものよりも使用に適した物質を提
供することである。

本発明の１つの観点によれば、インベストメント鋳造に
用いるのに適したセラミックコアーが提供されこれは第
一の比較的高い強度の耐火物質の比較的剛性のあるマト
リックスに、鋳造後マトリックスから浸出することが出
来る第二の耐火物質を分散させてなる複合構造体を有す
る。

上記において、マトリックスは、鋳造操作中剛性を保持
し、しかも浸出可能な物質が溶解除去された後、最終鋳
造品から破壊しかつ洗浄出来るかまたは他の方法で除去
することができる、セラミックの網目構造体または格子
構造体である。

第二物質は鋳造物質に対して不活性であることが重要で
ある。

したがって、第二物質は出発物質の露出された外面およ
び細孔の表面上に保護的な可溶性皮膜を形成する。

したがって、本発明により、鋳造コアーに高強度の非浸
出性耐火物質を使用することができ、重要な除去しうる
という性質は、より低い強度を有するものである浸出可
能な物質の存在により説明することが出来る。

そのようなコアーは、非浸出性物質よりコアーを形成し
、そして次いでそのコアーを部分的に浸出可能な物質に
変えることにより製造するのが好ましい。

別法として、マトリックス物質は、多孔質であってもよ
く、この細孔は、マトリックスの細孔の表面上に被覆物
を析出させることにより浸出可能な物質で全部充填され
るかまたは実質的に充填される。

本発明の複合構造体を達成する１つの方法は、高強度の
非浸出性物質の多孔質ブロックを製造し、そしてそのブ
ロックに、反応性流体を、ブロックのかなりの部分が浸
出可能な化合物に変換される程度まで流し、同時に、細
孔を取り囲む領域の相互連結によってブロックにその強
固性を保持させるようにすることである。

したがって、本発明の他の観点によれば、コアーを製造
する方法は、比較的高強度の第一セラミック物質から多
孔質コアーをつくる工程、および次いで、第一セラミッ
ク物質を第二の浸出可能なセラミック物質に部分的に変
換し、その変換度合は、浸出可能な物質を浸出除去し、
そしてその後残りのコアーを破壊して除去することによ
り鋳造後コアーの除去を可能にするのに十分な程度とす
る工程からなる。

コアーはたとえば、窒化物たとえば珪素または硼素の共
有結合性窒化物または遷移金属の侵入型窒化物から製造
することができ、これらのすべての窒化物は一般に高い
破壊係数を有する高度に耐火性の不活性物質である。

この物質は、多孔質形につ《られ、次いでたとえば酸素
または空気中で加熱され、窒素が発生し、化合物の他元
素の酸化物が生成される。

なぜなら酸化物は、大抵の場合には酸性またはアルカリ
性溶液で浸出出来るからである。

具体例として、窒化珪素を使用することが出来る。

なぜなら、これは約２０００００ＫＮ／ｒｒｌの非常に
高い破壊係数を有し、そしてシリカへの相当程度の酸化
を構造体全体の強度が所望値以下に低下する以前に行う
ことができ、最終構造体は実際上シリカを３０〜６０重
量％含有してもよく、このシリカは前述したように苛性
アルカリ中で浸出することができる。

別法として、コアーは、鋳造すべき物質に対して不活性
であり、しかも一層容易に浸出可能な形態に部分的に変
換することが好都合であるように非浸出性であるかまた
はごくわずかしか浸出性でない任意の他の耐火物質から
形成することが出来る。

たとえば、コアーは、酸化してシリカまたは浸出可能な
珪酸塩、硼酸塩またはチタン酸塩を与える適当な珪化物
、硼化物、チタン化物または安定な炭化物たとえば炭化
チタンまたは炭化珪素さえから形成することが出来る。

浸出可能な化合物への変換はもちろん酸化による必要が
なく、それはある場合にはたとえばカドミウム化合物を
使用する場合には、その物質を硫化物に変えるのが適当
である。

各場合において、変換は明らかに、浸出可能な成分がコ
アー構造体全体に分散して洗浄除去されるかまたは他の
方法で容易に除去されるほど十分に非浸出性物質から自
由な状態とされ、しかも最初の物質の残りのマトリクス
が鋳造工程中に構造的剛性のかなりの部分を保持するよ
うなものでなげればならない。

これは、変換に使用される酸素または他の試剤が容易に
コアーに侵入出来るように多孔質構造体からコアーを形
成することにより達成することが出来る。

したがって、鋳造コアーで使用するための窒化珪素は、
２０〜３０容量％の多孔率を有するのが好ましい。

また多孔率は、使用後、非多孔質構造体と比較して浸出
液のコアーへの浸透速度を増大させる。

窒化珪素はある金属たとえばニッケル合金に対して反応
性であるから、変換層は鋳造しようとする金属に対して
不活性であり、しかも外層のスポーリング（ ｓｐａｌ
ｌ ｉｎｇ）および反応性物質の露出を避けるために
未変換物質と物理的に相容性であることが重要である。

一例として、本発明の好ましい実施態様において、方向
性凝固鋳造により製造すべき航空機用発動機エンジンの
中空タービンブレードの内部空胴の形状に対応する鋳造
コアーは、３０％の細孔容積を有する多孔質構造を有す
る窒化珪素からつくられる。

コアーは、空気中で約１０００℃で、窒化珪素の約２５
％がシリカに変換されて約３０重量％のシリカ含量を与
えるまで加熱される。

そのようなシリカへの変換により、コアー強度は方向性
凝固鋳造の所望の下限値以下に低下せず、事実、５０％
までの窒化珪素を構造体の多孔率に応じて変換すること
が出来る。

タービンブレードの鋳造に使用した後、コアーは苛性液
体、好ましくは水酸化カリウムで浸出除去される。

苛性液体は、溶融化合物または水溶液の形であることが
出来る。

浸出は、水溶液の沸点で行うことができまたは浸出をた
とえば３５０−５００℃のより高い温度で行うことが望
ましい場合にはオートクレープで行うことが出来る。

浸出工程中、シリカは浸出液に溶解し、窒化珪素マトリ
ックスを残し、このマトリックスは次に破壊され、珪酸
塩溶液と共に洗浄除去される。

高強度浸出可能コア一の別の可能な製造方法は、たとえ
ば、多孔質シリカコアーから出発し、そのコアーに適当
な試剤を通過させてコアの十分な量を窒化珪素に浸出可
能な物質を充填したハニカム構造体を製造することであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インベストメント鋳造に用いられる複合構造を有す
   るセラミックコアーを製造するに際し、まず相対的に高
   い強度の耐火物質からなる多孔質のコアーを形成し、次
   いで該多孔質コア一の露出された外面および細孔の内面
   を化学種で処理することにより、上記多孔質コア一の露
   出された外面および細孔の内面の表面層をより溶解性の
   耐火物質に変換し、その変換程度を、鋳造後に該溶解性
   の物質を溶解させ、その後に残りの部分を被壊して除去
   できる程度にすることを特徴とする、セラミックコアー
   の製造法。 ２ 前記多孔質コアーを、窒化珪素、硼素の窒化物、遷
   移金属の侵入型窒化物、珪化物、硼化物、チタン化物、
   炭化チタンまたは炭化珪素からなる群から選ばれる耐火
   物質から形成する、特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。 ３ 前記多孔質コアーを窒化珪素または炭化珪素から形
   成し、次いでこれを部分的に酸化してシリカを形成する
   、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 前記多孔質コアーを窒化珪素から形成する、特許請
   求の範囲第３項に記載の方法。 ５ 前記窒化珪素の実質的に２５〜５０％がシリカに変
   換される、特許請求の範囲第４項に記載の方法。 ６ 第−の相対的に高い強度および高い剛性の耐火物質
   からなる多孔質コアーの露出された外面および細孔の内
   面の表面が、相対的に溶解性の高い第二の物質で被覆さ
   れてなる複合構造を有することを特徴とする、インベス
   トメント鋳造に用いられるセラミックコアー。 ７ 前記第一の相対的に高い強度および高い剛性の耐火
   物質が窒化珪素または炭化珪素であり、前記第二の溶解
   性の部分がシリカである、特許請求の範囲第６項に記載
   のコアー。 ８ 実質的に３０〜６０重量％のシリヵを含有する、特
   許請求の範囲第７項に記載のコアー。 ９ ２０〜３０容量％の多孔率を有する、特許請求の範
   囲第６項乃至第８項のいずれかに記載のコアー。