JPS5913675A - セラミツクタ−ビンロ−タの製造方法 - 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（上、セラミックタービンロータのＨ遣方法に関
シ、詳細にはタービンブレードとタービンディスクを強
固に一体接合する炭化珪素′ｔｒｔセラミックタービン
ロータの製造方法に関する。

軸流タービンロータは形状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
成形法により製作されてきた。しかし、各部分毎の肉厚
に差異があるために、成形１゛程や脱脂工程あるいは焼
成Ｔ程時にクラックや変形を生じ易く、一体化した成形
体を得ることは非常に困難であった。さらには、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
安求され、工業的には適していなかつ／こ１、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、応力の大きくかかるディスク部には適さない
。そこで窒化珪素質セラミックタービンロータ製造方法
として種／ｒの方法が提案されている。例えば特公昭５
３−３８７２１−３８７２４の方法もその一つであるが
、この方法し１、ブレード部とディスク部の接合に１契
１するもので、し２かも仁の方法はホットプレスのモー
ルドセット条イｉ、加１１−条件が非常に厳密であるだ
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、本発明者は窒化珪素と比較して耐酸化性、高を
品強１！（ｆ　、　１ｌｉｉＪクリープ性能に優れた炭
化珪素を４１料とし、ブレード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法につき、鋭意研死の
結果、炭化珪素からなる複雑形状のブレード部とディス
ク部をそれぞれ別個に焼結しておき、両者の接合面に焼
結によりブレード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
ればよいこと全見出し本発明を完成した。

すなわち本発明に係るセラミックタービンロータの製」
り１．方法は、次の工程から成る。

ａ）　ディスク嵌合凹部に嵌合可能な根部を有し。

常１）−焼結炭化珪素又は反応焼結炭化珪素より成るタ
ービンブレード部を予め多数製造する。

１））別迩上記タービンブレード部の根部が挿入さねる
多数の嵌合凹部を外周縁に有し、常圧焼結炭化珪素、反
応焼結炭化珪素又は熱間加圧焼結炭化珪素よシ成るディ
スク部を予め製造する。

Ｃ）上記ａ工程で得られたタービンブレード部の根部の
表面及び／又は上記す工程で得られたディスク部の嵌合
凹部の内面に、炭化珪素粉末及びバインダーと炭素粉末
及び１０００”Ｃ以上で炭化する有機物の中いずれか又
は両者とを主成分とする接合剤を予め塗布して」二記す
工程で得られたディスク部の嵌合凹部ヘタ−ビンブレー
ド部の根部を挿入する。

ｄ）　　ディスク部およびタービンブレード部ヲこの状
態に保持した！ま珪素蒸気の存在下に焼結を行い、上記
接合剤中の各成分を反応させて反応焼結炭化珪素を形成
させ、タービンディスク部とブレード部を強固に一体化
する。

ａ工程で製造されるタービンブレード部１は例えば第１
図に示すような形状をなし、羽根状の翼部２と、翼部２
の一端に設けられた球状の根部３（３ａ、３ｂ）と翼部
２との間に設けられた矩形のフランジ部４（集合してリ
ング部４ａを成す）とから成る一体的な部拐である。こ
のタービンブレード部１は、炭化珪素粉末と焼結助剤等
を周知の射出成形法、流し込み法等によシ成形して脱脂
し／こ後常用焼結法によって焼結するか又は炭化珪素粉
末と炭素粉末等を周知の射出成形法、流し込み法管Ｑ′
こより成形した後、常圧焼結法又は反応焼結法により焼
結して製造する。

又に記ａ工程とは別にｂ工程即ち、常圧焼結法、反応焼
結法、又は熱間加圧法（例えばホットブレス法）等によ
り周縁部に多数の嵌合凹部５（５ａ。

５ｂ）ｆ：有する炭化珪素焼結ディスク部６を製造する
。このディスク部６は、例えば第２図に示すような形状
を成し、外周縁に等間隔に嵌合凹部としてｌ＋’３＜金
穴５ｈが設けられている３、嵌合凹部５（５ａ、５ｂ）
＆；ｊ１、タービンブレード部１の根部３にほぼ対応す
る形状であって、タービンブレード部１とディスク部６
の接合力を向上するため、内部に拡幅する形状とするこ
とが好ましく、また接合面面積をできるだけ多くとるよ
うな形状とすることも！ｌｒましく、第５図の嵌合凹部
５ｂ（その場合根部に対応して第５図３ｂの形をとる）
等の形、その他適宜この条件に合った形とする。

ディスク部６を反応焼結炭化珪素で製造するには、炭化
珪素粉末に、例えば炭素粉末と有機バインダー、又は炭
素粉末と１０００°Ｃ以上の焼結温度で炭素化する例え
ばフェノール樹脂のような有機物と有機バインダー、又
は１０００℃以上の焼結温度で炭素化するフェノール桓
１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法、静水圧プレス法等により成形し
脱脂し珪素成分の存在下で焼結する。父、常圧焼結炭化
珪素で作る場合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、金型プ！／ス成形法、又は静
水圧プレス法等により成形して脱脂し焼結する。

次にａ工程で得られたタービンブレード部１とｂ工程で
得られたディスク部６とをＣ工程で反応焼結により一体
化する。すなわち第３図および第４図に示すようにター
ビンブレード部１の嵌合根部３（３ａ、３ｂ）の表面又
はディスク部６の嵌合凹部５の内面、あるいはこれら両
面に下記の接合剤を例えば筆塗り、あるいはスプレーに
より塗イＩＪする３゜ この接合剤は、（イ）炭化珪素粉末と炭素粉末（例えば
）Ｊ　−１１？ンブラツク）又は（ロ）炭化珪素粉末と
炭素粉末とｔ　（１（］　Ｏ°Ｃ以上の焼結温度で炭素
化する有機物（例えばフェノール樹脂）とポリエチレン
グリコールのようなバインダー、又は（ハ）炭化珪素粉
末と１．０．００　”Ｃ以上で炭素化する有機物と・ζ
イングーのいずれかを加え被−スト状に１．た炭化珪素
を主成分とするものである。

接合剤の塗布後タービンブレード部１の根部３は第４図
図示の如くディスク部６の嵌合凹部５へｈｌＪ２合され
る。こうして多数のタービンブレード部１Ｊ・ディスク
部６の７１周縁に接合すると、ブレー）゛都１のノラン
ノ部４は互いに隣接して、ディスク部６の外周縁を被い
リング部４ａを形成する。

このＪ：　ウに接合されたタービンブレード部１および
ディスク部６を反応焼結炭化珪素焼結用カーボンルツボ
内に置き、１５５０〜２０００”Ｃで１〜６時間、金属
珪素の加熱によって形成される珪素雰囲気下で、即ち、
珪素蒸気の存在下ＶＣおいであるいは加熱によって溶融
しだ液体珪素を含浸させて反応焼結させる。かくしてタ
ービンブレード部１の根部３とディスク部６の嵌合穴５
内面との間に介在させた炭化珪素を主成分とする接合剤
からなるフラックス層７の成分が反応焼結を行ないター
ビンブレード部１及びディスク部６と、同質の炭化珪素
焼結体になり、両者は接合部で焼結され、一体化された
セラミックタービンロータが得られる。

本発明は以上述べたように、予め製造した＠合根部を有
し炭化珪素焼結体より成るタービンブレード部１と、上
記嵌合根部３（３ａ、３ｂ）を挿入する嵌合凹部５（５
Ｂ、５ｂ）を設けた炭化珪素焼結体より成るディスク部
６との接合面に炭化珪素を主成分とし、炭素化する成分
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、珪素成分の存在下で反応焼結し両者
を一体化させた炭化珪素焼結体よりなるセラミックー１
ｌｊｌｊタービンロータを得る本のであり、工業的に簡
単なト■作で複雑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１、
更に、本発明方法はタービンロータのみならず、熱間で
高［５力のかかるセラミック高温部、（」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る。

次に本発明を実施例を挙げて説明するが本発明はその害
工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１Ｎ素粉末７ＯＮ量部、カーボンブラック３０山ｍ
部、フェノ・−ル樹脂２０重量部及びポリエチレングリ
コール２０重量部よりなる焼結原料を用い、引出成形法
により成形し、脱脂して珪素蒸気のｒｆ在−トに反応焼
結させて、第１図に示すような嵌合根部３ａを有するブ
レード部１及び第２図に示ｉ−ような多数の嵌合穴５ａ
を有するディスク部６　治−イ４４／ζ、　１、 次Ｇ′こ、Ｆ’記の配合組成よりなる原料炭化珪素ＧＣ
４Ｐ１０００　　　　　　　７０’ｌｆ量部カーボンブ
ラック　　　　　　　　　　　３０重量部フェノール樹
脂　　　　　　　　　　　１５重量部ポリエチレングリ
コール　　　　　　　　２　重ｔ　部をよく混合してペ
ースト状となした接合剤を第３図及び第４図に示すよう
に上記嵌合根部３ａの表面及び前記嵌合穴５ａの表面に
塗油して接合剤層を形成させ嵌合根部３ａを嵌合穴５に
挿入し、タービンブレード部１とディスク部６を嵌合さ
せ乾燥した。なお、前記接合剤層７は嵌合根部３ａの表
面のみ、あるいは嵌合穴５ａの内面のみに形成させるよ
うにしても勿論よい。次に、これを反応焼結炭化珪素焼
結用のカーボンルツ→？内に設置し、該ルツボ内に置い
た珪素粉末を蒸発させ珪素蒸気の存在下に、１６００　
℃で２時間反１．（Ｌ、焼結させ、嵌合根部３ａの表面
と嵌合穴５ａとの間に介在させた接合剤よシなる接合剤
層７を珪化した。これにより、ロータ部１とディスク部
６とが反応焼結炭化珪素に焼結した接合剤１１７４こよ
り一体化された強固に接合したセラミソクタービ７０−
タがｉ４Ｊられだ１．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るセラミックタービンロータ製Ｊ
青カメ去に１吏川されるタービンブレード部を示す斜視
図、第２図はタービンディスク部を示すフＪ・１視図、
第３図は、ディスク部の嵌合穴にタービンブレード１ｊ
ｌ（の根部を挿入する状態を示す一部切欠き側視１ン１
、第４図はタービンブレード部とディスク部の接合部を
示す断面図、第５図は第２図および第：３図に７１＜す
ディスク部の嵌合穴を凹溝にしだ別の実姉例を示す斜視
図である。 １・・タービンブレード部、２・・・ブレード、３　（
３ａ　、　３　））　）　−根ｔ’ｆＢ、　５　（５ａ
　、　５ｂ）−嵌合凹１ｆｌｊ、　　６　　タービンデ
ィスク部。 出頼人　日本特殊陶業株式会社 代理人　弁理士　加　藤　朝　道 第１図　　　　第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｒ・め焼結さＪまた常圧焼結炭化珪素又は反応焼結炭化
   」Ｉ素から成り根部を有するタービンブレードｒ’ｉＢ
   と別途ｒ・め焼結された常圧焼結炭化珪素、反応ｉＪ’
   ｌｉ　Ｋ、ｌ’＋炭山１゛１素又は熱間加圧焼結炭化珪
   素から成り、１ラク一ビノプレー１゛部の根部を受容す
   る嵌合凹部を・外周縁（（形成したディスク部との接合
   面に炭化Ｊ’ｌ素扮未及びパイノダーと、炭素粉末及び
   １０００’ＣＩ；７．１で炭化する有機物の中いずれか
   又は両者を−し成分とする接合剤を塗布し、該ブレード
   部の根部を・、１にタービンディスク部の嵌合凹部に嵌
   合し珪Ｘ・−審問′よ（斗においでヒ記接合剤を反応焼
   結し、タービンブレ　ド部トタービンディスク部ヲ一体
   接合すること全特徴とするセラミックター　ビンロータ
   Ｑ）製造方法。