JPS6045973B2 - 超合金の正常凝固鋳造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超合金の高温正常凝固鋳造用（又は高温方
向性凝固鋳造）の特称な高クリストバライト含有耐火物
コア（または中子）に係わるもので、特にガラス質シリ
カのクリストバライトヘの急速な失透を促進するための
鉱化剤を含有せしめた高シリカコアの使用に係わる。

タービンエアホイルおよび他の金属精妙部材は特殊な
金属からなり、いわゆる゛’Ｄ、Ｓ、法’’として公知
の正常凝固（ｄｉｒｅｃｔｉ（）ｎａｌＳＯＩＩ（Ａ１
ｆ１Ｃａｔｌ（）ｎ）鋳Ｊ造法により製造されている。

この方法では、各種精密部材は、たとえばＢｌ９ＯＯ，
Ｍａｒ−Ｍ一２００，Ｍａｒ−Ｍ−５０９，ＴＲＷ６Ａ
等のニッケル合金およびコバルト合金から鋳造される。
複雑な内部空間をもつハードウェアを形成するためには
、キャスティング内に空間部を形成する好適なセラミッ
クコアを使用している。これらのコアは多孔性であつて
、好ましくは主としてシリカからなり、したがつてキャ
スティングをいためることなく浸出（１ｅａｃｈｉｎｇ
）により容易に除去される。コアの製造においては、耐
火物コア組成物を鋳型に入れることにより所望の大きさ
および形状に成形し、ついで得られた素地コアを温度１
００００ないし１３００′Ｃて焼成することにより可燃
性物質を除去して多孔性の高強度生成物となす。代表的
なインベストメント鋳造法による中空タービンブレード
あるいは他のエアホイルの製造における第１工程は、前
以つて成形したセラミックコアを中空ダイス型に入れ、
コアの周囲にワックスあるいは他の分解可能なパターン
物質を注入することである。

さらにゲート、ダウンボール等を包含する湯口の成分を
注入し、所望の部材のコアパターンとともにクラスタに
組立てる。ついでワックス構体を、耐火物粒子を不純物
として含むセラミツクスラリーに浸漬し、乾燥させる。
この燥作を、充分の厚さの、たとえば厚さ０．６ｃｍ（
１１４インチ）のシェル型が形成されるまで、多数回繰
返して行なう。このようなシェル型の製法も公知であり
、米国特許第２９３２８６４号に充分に開示されている
。シェル型として所望の数の層を形成しついて型を完全
に乾燥したのち、加熱によりワックスを除去する。

この場合、オートクレーブおよびフラッシュ燃焼脱ろう
法が最も一般的に使用される方法である。焼成し、浄化
したのち、鋳型を金属鋳造に使用する。標準的な鋳造法
では、鋳型およびコアを少なくとも８００゜Ｃに予熱し
ておき、高温で該鋳型に融溶金属を注加する。

いわゆる“Ｄ．Ｓ．法゛：では鋳型を１４０００ないし
１６００℃に予熱しておき、金属を１５０００ないし１
６５０℃の高温度で注加している。インベストメント鋳
造法において耐火物コアを有効に機能させるためには、
特性を最高にもたらすことが必要とされる。コア組成物
は経剤的な鋳型として好適なものでなければならず、し
かもコアが多孔性でありかつ金属キヤステングをいため
ることなく浸出さるうるものであるように、ワックス注
入の間にかかる力に対して充分に耐えうる強度を有する
ように、不均一な金属流による応力に耐えるために適度
な高温強度を有するように、予熱および金属注加の間に
寸法安定性を有するように、かつ溶融超合金に対して化
学的に不活性であるように選択されねばならない。コア
組成物については、本発明以前において、標準的なイン
ベストメント鋳造法に適合するように開発されてきた。

しかしながら、タービンブレードおよび羽根あるいは他
の金属精密部材を鋳造するための正常凝固法に使用する
コアを製造することに関しては必すしも満足てきるもの
てはなかつた。゜゛Ｄ．Ｓ．法゛においては、シェル型
およびこれに組合せて使用されるコアを温度１３５００
ないし１５００゜Ｃあるいはそれ以上に予熱し、ついで
該型の中に溶融超合金を温度１４５０熱ないし１６００
′Ｃ注加する。

溶融金属は冷却したチルプレー１〜（型およびコアを支
持する）と接触し、ついでキャスティングは、熱を調節
することによりかつチルプレートを沖の上方加熱域から
徐々に下げることにより徐々に凝固しかつ１１００゜Ｃ
以下の温度まて徐々に冷却される。代表的な作業ては１
ｈ時間あるいはそれ以上を用したがつてその間コアは温
度１４５０′Ｃ以上となつている。これは従来の多孔性
シリカコアのもたれおよびひずみを生ずる原因となり、
鋳型内で充分な耐性が維持されないことになる。本発明
前に使用されていた耐火物コアは高温（たとえは１５５
０てＣ１またはそれ以上）での熱安定性に乏しく、した
がつて不満足なものであり、最適温度あるいは所望の温
度変化でＤ．Ｓ．法を施することができない。

典型的なり．５．法では多孔性の浸出可能耐火物コアお
よび包囲シェル型は溶融合金が注加されるあるいは型の
周囲に流入する前に１紛ないし１時間程度１３５００な
いし１５００′Ｃに予熱され、その間に鋳縮みを生じ、
ガラス質シリカの一部はクリストバライスに変質される
。

これまでは、シリカコア中の不純物の量は、鋳造の間に
おける金属の汚染を防止しかつ熱安定性のロスを防止す
るために制限されていた。

たとえばナトリウムの如き少量の不純物は低融点ガラス
を生ずる原因となり、熱時におけるもたれに対するコア
の抵抗性を急激に低下させる原因となる。たとえば純粋
なガラス質シリカ９５％またはそれ以上を含有するコア
中に存在する不純物数％によつても、流動が始まる温度
が５０′Ｃ以上も低下する。通常ガラス質シリカは失透
を促進させるナトリウムおよび他の不純物を含有してい
るが、その量は少量であり、不純物は粒子全体に分散し
ており、その影響は軽視される。従来の高シリンカコア
の失透はクリストバライトの量が制限されるような遅い
速度で進行し、Ｄ．Ｓ．法による超合金の鋳造に使用す
る場合には、コアはもたれおよびひずみを生ずる。この
ため本発明前のシリカ含量の大きいシリカコアはＤ．Ｓ
．法での使用に必要な熱安定性を有しておらす、もたれ
の問題を解決するものではなかつた。シリカ粒子たとえ
ばアルミナの如き他の耐火物と混合するだけでは最近の
Ｄ．Ｓ．鋳造法で必要とされている最適耐火度を有する
コアを形成することができないため、上記問題の満足で
きる解決が得られない。

このような他の耐火物の組合せでは最大利用温度を制限
し、したがつて要求温度である１５５０′Ｃないし１６
００′ＣにおいてＤ．Ｓ．法を実施することがてきない
。本発明は、たとえば１５５０′Ｃ以上の温に数時間以
上さらされる場合にももたれに対して抵抗性がありかつ
必要な寸法安定性が維持される多孔性の浸出可能コアを
提供することにより、正常凝固鋳造法を改良するものて
ある。

本発明の多孔性耐火物コアは、失透の速度を増加させか
つ溶融金属を型に注加あるいは流入する前にガラス質シ
リカの７５ないし８５％またはそれ以上をクリストバラ
イトに変質てきるように耐火物組成物に鉱化剤を添加し
た点で特異なものである。本発明の目的は、温度１５５
０′Ｃないし１６５０゜Ｃまたはそれ以上における正常
凝固鋳造法に使用する場合に有効に機能しかつもたれお
よびひすみに対して抵抗性がありしかも非常に熱安定性
のある多孔性の浸出可能耐火物コアを提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、良質てしかも寸法安定性がある中
空キャスティングを生成Ｃｒｌｔてきる改良したＤ．Ｓ
．法を提供することにある。本発明は、高純度のガラス
質シリカ粒子を高割合でかつ・・・・クリストバライト
の形成促進を目的として添加される金属性失透化剤含有
鉱化剤・・・を小割合で使用することにより、超合金の
正常凝固鋳造におけるコアのもたれおよびひずみの問題
に対する優れた解決策を提供するものてある。

鉱化剤は添加したアルカリ金属化合物または他の失透化
金属化合物がコアの熱安定性を低下させあるいはその強
度および剛性を失い始める温度を実質的に低下させるこ
とがないように耐火物コア全体に分散されている。アル
カリ金属またはアルカリ土類金属化合物の如き鉱化剤は
純粋な結晶性シリカまたはガラス質シリカの熱安定性を
減少させる強い傾向を有するが、 コア中における
鉱化剤により生ずる金属性失透化剤の量および分散を制
御することによつて、形成されるクリストバライトの熱
安定性を実質的に低下させることなくクリストバライト
の急速な形成を促進する。Ｄ．Ｓ．法による超合金の鋳
造に必要な各種の特性を有する精密耐火物コアは、本発
明によれば、高割合（好ましくは少なくとも９０または
９５重量％）のシリカと、小割合（５ないし２呼量％）
の好ましくは５０ミクロンまたはそれ以下の小粒度の活
性耐火粒子（アルカリ金属またはアルカリ土類金属の如
き失透化剤あるいは他の金属性失透化剤を有効量で含有
する）とでなるコア組成物から形成される。

鉱化剤として作用する活性粒子は、アルカリ金属ケイ酸
塩または少量の金属性失透化剤を含有する耐火物、好ま
しくはシリカジルコン、ジルコニアまたはアルミナであ
る。失透透化剤の金属は好ましくはナトリウムまたはリ
チウムの如きアルカリ金属であり、コア組成物中におけ
る割合は好ましくは約０．０２ないし約０．踵量％であ
る。コアボデーにおける耐火物粒子の大部分は高純度の
ものであり、したがつてＤ．Ｓ．法による操作中の温度
における溶融に対し抵抗性がありかつ該温度において強
度を保持し、そのためコアは所望の多孔性および浸出性
を維持している。活性鉱化剤粒子も同じ理由により比較
的高純度てなけれはならないが金属性失透化剤を有効量
で、たとえば０．踵量％またはそれ以上、好ましくは高
純度耐火物粒子中に存在する量の数倍量て含有している
。本発明前の従来法では、シリカ粒子および適当な結合
剤を含有するコア組成物から多孔性コアを成型し、この
コアを１０００℃あるいはそれ以上の温度で焼成し、つ
いで室温まで冷却し、その後該コアの周囲にワックスパ
ターンを形成し、パターンおよびコアを耐火物スラリー
で繰返し被覆し乾燥して積層シェル型を形成し、ついで
ワックスパターンを除去し、シェル型を焼成し、さらに
シェル型およびコアに溶融金属を注加あるいは流下する
前に該シェル型およびコアを１紛ないし１時間、温度１
３０００ないし１５００℃に予熱しておく。

この予熱の間にクリストバライトが形成されるが、クリ
ストバライト形成の割合は低い。たとえば温度１６００
℃ないし１６５０℃の溶融超合金に注加し、温度１４０
００ないし１５５０℃に維持した従来の高シリカコアの
周囲にこの溶融超合金が流入していく場合には、この従
来のコアでは熱安定性が乏しいためひずみまたはもたれ
を生ずる。したがつて、Ｄ．Ｓ．法での温度条件が限定
される。本発明は、コア組成物中に鉱化剤粒子を加え、
これによりクリストバライト含量を金属注加または鋳造
時において少なくとも印重量％にすることにより上記問
題を解決するものである。

これは、上記の基本的な方法において、コア中に金属性
失透化剤を０．０３ないし０．踵量％の量で加えること
により達成させる。好ましい方法では、成型し素地コア
をクリストバライト４０ないし５５重量％を与えるに充
分な時間、温度１０００いないし１４００℃で焼成し、
ついで１００′Ｃ以下に冷却し、その間ラブチヤー係数
（または破壊係数）を少なくとも４９．２ｋｇＩｃｒ１
（７００ボンド／（インチ）２） 好ましくは５６．２
ないし７０．３ｋｇＩｃＴ１（８００ないし１０００ボ
ンド／（インチ）２）に維持する。このようにして得た
コアをシェル型に配置したのち、コアおよび型を１時間
程度、温度１３００いないし１６００℃て予熱し、高ク
リストバライト含有となす。

本発明によれは、溶融金属を注加するかあるいはコアの
周囲に流入させる前における該含量．は少なくとも６０
％、好ましくは少なくとも８０％となる。クリストバラ
イトの最大量はコア中に含まれるジルコン、ジルコニア
または他の耐火物の量により左右される。一般には、シ
リカの少なくとも７５重量％が金属注加開始前にクリス
トバライトに変質しうるに充分な量の鉱化剤を加えるこ
とが好ましい。本発明では、正常凝固鋳造にあたり、溶
融超合金を鋳型内のコアの周囲に注入する前の予熱によ
り、コア中のガラス質シリカの少なくとも６０重量％、
好ましくは少なくとも７５重量％をクリストバライトに
変質させるには、クリストバライトの形成を促進する金
属性失透化剤を含有せしめることを目的として添加され
る鉱化剤を特定量でガラス質シリカに添加してなる組成
物を原料とし、成型したコアを焼成して失透化を生じさ
せて、予熱前にコアのクリストバライト含量を４鍾量％
ないし５鍾量％としておくことが必要である。

このようにして得られた多孔性耐火物コアは、特定条件
下での予熱後、必然的に所望のクリストバライト含量を
有することとなる。

本発明、高温におけるもたれおよびひずに対する優れた
抵孔性の浸出可能なコアを提供するものであつて、溶融
金属が温度１５５０℃ないし１６００℃に長時間維持さ
れるＤ．Ｓ．法の実施を可能とするものである。

本発明による高シリカコアは熱安定性に優れ、しかも本
発明の如く配合および処理する場合には１６０００ない
し１６５０℃あるいはクリストバライトの融点に近い温
度においても強度および剛性を維持できる。本発明は特
に正常凝固法（Ｄ．Ｓ．法）による中空の金属精密部材
の製造に係わり、該製造における各種の条件に耐えうる
よう工夫した多孔性の耐火物コアの使用に係わる。

該コアは多孔度が大きいだけでなく良好な熱安定性およ
び優れた強度を有するものでなければならない。また該
コアはシリカを高割合でかつ失透を促進する活性鉱化剤
粒子を小割合で含有する。゛゜鉱化剤゛なる用語はセラ
ミックの分野で公知のものであつて、シリカの１つの相
から他の相への変化、たとえばガラス質シリカから結晶
性シリか・・・・・への変化を促進することを目的とし
て添加されるアルカリ金属及びアルカリ土類金属の如き
物質あるいは他の物質またはその混合物を意味する。

明細書中に使用する“゜活性粒子゛なる用語は金属性失
透化剤を含有しかつ耐火物ボデー中て鉱化剤として機能
する粒子を意味する。

さらに“金属性失透化剤゛なる用語は、ガラス質シリカ
を失透させてクリストバライトを相当の割合で形成させ
るアルカリ金属またはアルカリ土類金属の如き金属のイ
オンまたは原子を意味する。

この用語の意義には、アルミニウムまたは失透を促進す
る点でアルミニウムよりも劣る金属を含まない。本発明
において好適な失透化剤の金属については後にさらに詳
述する。本発明は多孔性の耐火物コアあるいは各種形状
の型部材の製造に応用できる。

特にニッケルをベースとする超合金およびコバルトをベ
ースとする超合金でなる。タービンブレード、コンプレ
ッサブレード、他のエアホイル、ジェットエンジン部材
および他の精密部材用のコアの製造に適する。一般にタ
ービンブレード鋳造用コアは曲つた断面を有し、一般に
第１図および第２図に示すような形状を有するものであ
る。限定することなく説明のためにコアを図示するが、
コアはいかなる寸法または形状のものであつてもよい。
図示する如く、成型した耐火物コアＡはより大きい幅の
曲エアホイル部分３に一体的結合したフラットな方形部
分２を有している。

部分３は厚い前方エッジ部分４を有し、後方エッジ部分
５に向つてその厚さが徐々に減少し、部分２に対して相
当の角度で傾斜している。図面から見られる如く、コア
は該コアの前方部分および後方部分に近い所にスロット
６および７を有しており、コアの中央部に一定距離に配
置した一群の環状孔８を有する。

コアの上面には孔８から外方に伸長する複数個の真直な
平行溝９がある。さらにコアは円滑な湾曲底面１０を有
し、該表面１０に反対側に真直な前方エッジ１１および
後方エッジ１２を有している。湾曲した後方エッジ部分
１３は後方エッジ１２から部分２の後方エッジに向つて
内方に伸長しており、スロット７は，部分２に配置され
たスロットの真直部分１５に向つて同一方向に伸長する
傾斜部分１４を有している。スロット６は傾斜部分１６
およびスロット部分１５に平行に部分２に配置された真
直部分１７を有している。コアにおけるスロットおよび
他の開口の配置は目的に応じて変えることができしかも
異なるコア形状のものを使用することもできる。本発明
によればいかなる形状のコアであつても製造でき、金属
部材の鋳造用としてＤ．Ｓ．法に使用できる。該コアは
ろう型法で成形したシェル型にあるいは他の適当な耐火
物型の中に配置され、好適な装置とともに予熱される。
Ｄ．Ｓ．法は減圧下であるいは非減圧下ででも実施でき
る。たとえば減圧炉で行なう場合には、型およびコアを
炉の包囲壁内で予熱する。Ｄ．Ｓ．法を行なうために使
用する装置は従来のものと同じであり、本発明の主要部
をなすものではない。

たとえば米国特許第３６２０２８９号、同第３６９０３
６７号または同第３７０００２３号に開示されている。
凝固の間キャスティングを減圧下に維持するか否かにか
かわらず、好適な操作法によれば、シェル型を支持する
チルプレートを加熱域（グラフノアイトスリーブにより
包囲されかつ米国特許第３７０００２３号で開示されて
いるような静止誘導加熱コイルにより加熱される）から
徐々に下げることが好ましい。本発明の方法の実施にお
ける第１工程は、所望・の状態で失透しかつ必要な耐火
度または熱安定性を有する多孔性の耐火物コアを提供で
きるコア組成物の調製である。

本発明によるコアは多くの点で金属精密部材のインベス
トメント鋳造法で使用する従来の高シリカコアと類似し
ているが、正常・凝固法の分野において、同様の抵抗性
を持続しかつ従来の耐火物コアで耐えられるよりも著る
しく高い溶融金属キャスティング温度が利用できる点て
特異である。本発明によるコア組成物は、一般的には、
低融点化合物を形成する傾向にあるアルカリ金属化合物
等の如き他の耐火物または不純物の存在による耐火度の
ロスを防止するために高純度のシリカを高割合で使用し
、これらと同じ不純物を所定量で含有する鉱化剤が添加
してある。

このような組成は通常のものではないが、以下に示す従
来のコア組成に類似していてもよい。本発明の好適な耐
火物コアはアルカリ性において金属キャスティングに重
大な害を与えることなくコアが除去されるように浸出可
能なものでなければならず、それ故、２０ないし４喀量
％の如き適当な多孔度を有しかつ少なくとも７呼量％の
シリカを含有していなければならない。

多孔度は好ましくは少なくとも２熔量％である。本発明
のコアは、高温（１５０００ないし１６００の溶融超合
金との接触の際、剛性を保持しかつ実質的にもたれまた
はひずみを生ずることがないように良質な耐火度および
熱安定性を有していなければならない。

それ故、コアはシリカ少なくとも９唾量％、好ましくは
９５重量％を含有している。ただしジルコンおよびジル
コニアはアルミナまたは他の金属化物よりも耐火度を減
する傾向が少ないため多量であつてもよい。一般に本発
明により調製した焼成コアは、純度が少なくとも９踵量
％であるシリカ少なくとも７呼量％、好ましくは７５な
いし９９．踵量％、ジルコンおよびジルコニア３０重量
％以下、好ましくは２５重量％以下、アルミナ５重量％
以下、好ましくは２または３重量％以下、および他の高
温耐火物ｗ重量％以下、好ましくは５重量％以下を含有
し、該コアは好ましくはシリカ、ジルコンおよびジルコ
ニア以外の耐火物１唾量％以下、好ましくは５重量％以
下を含有する。コアにシリカ以外の少量の耐火物（５な
いし１０重量％）を加える場合には、該耐火物としては
ジルコンまたはジルコニアが好ましい。

後者は浸出後の金属キャスティングのＸ線透過を容易に
する。最高の耐火度が要求される場合には、シリカの量
は好ましくは９８ないし９９．５％以上であり、金属注
加前に非常に多量（８５ないし９５％またはそれ以上）
クリストバライトを形成できるように配合される。

本発明は、クリストバライトの融点に近い高温（１６５
０、Ｃないし１６８００Ｃ）での金属鋳造の間に剛性を
保持しかつスランピングに耐えうる高シリカコアを提供
する。コア材料の耐火度または熱定性は簡単なスランプ
試験により測定できる。

該試験では、標準寸法（イ）．３ｃｍ×１．８ｃｍ×１
５ｃ７７り１１８インチＸ３ｌ４インチ×６インチ）の
バーをその端部で垂直に立て、それ自体の重量のもとて
もたれおよびひずみを生ずるまで徐々に加熱する。この
明細書では、上記試験用バーが剛性を有しかつその重量
を支持ししかも上記垂直状態にその形状を保つことがで
きる最大温度を表示するものとしで限界利用温度゛なる
用語を利用する。本発明により調製し上記の如くシリカ
９５％を含有するコア材料の限界利用温度は少なくとも
１６５０゜Ｃである。

ジルコニア２５重量％およびシリカ７５重量％を含有す
るコアの場合には限界利用温度は低下するが、実質的に
は１６００限Ｃ以上である。しかしコア材料がアルミナ
数重量％を含む場合には限界利用温度は低下する。たと
えばシリカ少なくとも９５％およびアルミナ約３％を含
む正常凝固鋳造用の市販の耐火物コアの限界利用温度は
１５６０℃であり、温度１５００℃では使用できるが、
１５５０℃以上の温度での鋳造に使用する場合には満足
な結果は得られない。コアがアルミナを５重量％あるい
はそれ以上を含む場合には限界利用温度が１６００℃あ
るいはそれ以上であるコアを生成することができないこ
とは明らかであり、他の耐火物の場合にも同様である。
本発明の重要な特長は、高割合のシリカの使用および耐
火物の適当な選択により限界利用温度を非常に高くする
ことができることにある。

コアを形成するために使用したガラス質シリカおよび他
の耐火物が、不純物特にアルカリ金属化合物の如き低融
点ガラスの生成を促進する不純物を含有する場合には、
限界利用温度の非常な低下を招くことになる。耐火度の
低下が激変的であるため、不純物の量は限定されるべき
であつて、後者が非常に少量である場合には許るされる
が、しかし９６％ガラス質シリカの如き純度の劣る物質
を使用しないことが好ましい。本発明で使用するシリカ
は一般に純度が９９％のものであつて、限界利用温度と
して高温の要求される楊合には大部分は純度９９．５％
以上のものである。不純物による耐火物のロスを防止す
るためには、高純度（９９．５％またはそれ以上）てか
つアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属化合物の量が
比較的少量である（たとえばアルカリ金属１０ｐｐｍ以
下およびアルカリ土類金属４００ｐｐｍ以下）ガラス質
シリカから耐火物コアを形成するこノとが常識的である
。

市販のガラス質シリカは一般に純度が９９．７％ないし
９９．８％であるため所望の高純度を維持することは困
難ではない。ここで使用する如く゜゜高純度゛なる用語
はシリカでは少なくとも９９．５重量％の純度を有する
ものデを意味し、゜“本来純度゛なる用語はシリカでは
少なくとも約９９．９５重量％の純度を有するものを意
味する。

もちろん、後者はアルカリ金属イオン＋他の通常の不純
物２０ないし５０ｐｐｍを含んでいてもよい。この明細
書で示した金属不純物あるいは金属イオンの割合はすべ
て金属酸化物ではなく金属元素の重量を基準としている
。

ここて示された量（％またはＰｐｍ）のナトリウムを含
有するコ”アはナ１・リウム元素を基準として分析され
る。ずべて重量％である。本発明で使用するコア組成物
は、所定の量の周期津表第１Ａ族および／または・・・
・・・第■Ａ族に属する金属の失透刈剤を提供するクリ
ストバライト生成促進鉱化剤・・・・・・を高純度ガラ
ス質シリカに添加している点で特異的である。

鉱化剤の量および種類は耐火度の非常なロスを防止する
ようにかつ容易にクリストバライトに変質されしかも１
６５０℃あるいはそれ以上の高限界利用温度を有するコ
アが形成されるように注意深く選択される。本発明ては
多数の他の鉱化剤を使用することもできる。

鉱化剤はカリウム、ナトリウムまたはリチウムの如きア
ルカリ金属、あるいはバリウム、カルシウムまたは、マ
グネシウムの如きアルカリ土類金属の失透化剤を生成す
るものてある。ナトリウムイオンは分散率が高いので特
に好ましい。鉱化剤は前記アルカリ金属またはアルカリ
土類金属の塩、酸化物、ケイ酸塩、硝酸塩、ホウ酸塩ま
たは他の化合物てあり、たとえば酢酸ナトリウム、塩化
ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、ケイ
酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸マグネシウム、
ホウ砂、炭酸水素ナトリウム等てあり、また異なる種類
の混合物であつてもよい。とりわけ鉱化剤が小粒度であ
つて粒子の表面近くて濃縮した金属性失透化剤を含有す
るガラス質シリカまたは他の適当な耐火物の処理した粒
子でなる場合には、最良の結果が得られる。鉱化剤は好
ましくは金属性失透化剤を含有するコロイドシリカまた
はシリカ生成物質であり、得られた焼成コアは非常に高
い割合でシリカを含有している。優れた鉱化剤ぱ“Ｌｕ
ｄＯｘ゛，“゜Ｓｙｔ．０ｎ゛または゜“ＮａｌｃＯａ
ｇ゛の如き各商標名で市販されているナトリウム安定化
コロイドシリカである。

また好適な鉱化剤は、ガラス質シリカ粒子または粒子の
外表面近くで濃縮したクリストバライト形成促進の金属
性失透化剤を生成するようにアルカリ金属化合物または
アルカリ土類金属化合物で処理した他の適当な耐火物粒
子である。たとえば前記金属性失透化剤は処理粒子中て
は粒子の外方から１１３の部分または外表面近くに平均
粒子中の金属性失透化剤の大部分が位置するような状態
に濃縮される。鉱化剤か周期津表第１Ａ族または第■Ａ
族の金属のケイ酸塩である場合にも良好な結果が得られ
る。

好適なケイ酸塩はケイ酸ナトリウムの如きアルカリ金属
ケイ酸塩であり、これらコア組成物に添加する場合には
１００ミクロン以下、好ましくは５０ミクン以下の粒度
のものがよい。アルカリ金属ケイ酸塩としては各種のも
のがあるが、たとえば米国特許第３９１８９２１号に開
示されているようなモル比ＳｌＯ２／Ｍ２Ｏが１．２／
１ないし４ハであるようなものがよい。鉱化剤は各種の
方法てコアに添加される。

好ましくは、成型に先立つてコア組成物の高純度ガラス
質シリカ粒子として混合されるが、多孔性コアに鉱化剤
溶液を含浸させることによつても加えることもできる。
コアの組成および使用する鉱化剤の量および種類はコア
を製造する方法により左右される。コアの製造にあたつ
ては、加圧法、インジェクション法、移動法、スリップ
鋳造法、ディップ鋳造法、押出成形等の各種の従来の成
型法を利用てき、また各種の乾燥法および焼成法を利用
てきる。

一般に耐火物粒子に加えて有機結合剤を含むコア組成物
を使用することが好ましく、この場合高温結合剤を使用
できる。さらに有機ビヒルまたはワックスをコア組成物
中に加えることができ、また従来のコア組成物に使用さ
れているような型分離剤または内部潤剤の如き他の各種
の物質も使用できる。各種結合剤の量および耐火物の粒
度は適当な多孔度と所望の物理特性を有する焼成コアが
得られるように選択される。一般にコア組成物は有機結
合剤５ないし１５重量％を含有する。ただしこの量は変
えられうる。結合剤としてはたとえばワックス、ケイ酸
塩エチル、有機樹脂あるいは一般的にコア組成物中に使
用される各種の他の結合剤等でもよい。さらに結合剤は
ポリエチレンあるいはポリプロピレンの如き有機重合体
でもよい。好適な結合剤および他の添加剤としてはたと
えば米国特許第３０９３４９４号、同第３２２２４３５
号、同第３３２５５７１号、同第３３３０８９２号、同
第３４２３２１６号、同第３５４９７３６号、同第３６
８８８３鏝および同第３７６９０４４号に開示されてる
ものである。コアが元来非常に多孔度の大きいものとし
て形成される場合には、鉱化剤を多孔性コアに含浸させ
ることにより相当量の鉱化剤を塗布することができる。

しかしながら各種の理由によりコアの含浸による鉱化剤
の塗布はあまり好ましくはない。該方法では不均一でか
つ予想に反した結果を招ねく傾向にあり、特にコアやア
ルカリ金属塩等により処理される場合には蒸発によるロ
スを補償するために過剰の鉱化剤を使用する必要がある
。鉱化剤が有機コア組成物中においてガラス質シリカと
完全にしかも均一に混合している場合に優秀な結果が得
られ、またコア組成物の鉱化剤がガラス質シリカ粒子の
如き処理した耐火物粒子でなる場合に良好な結果が得ら
れる。本発明のコア組成物中に使用する鉱化剤の量は鉱
化剤の種類およびコアの焼成の間に蒸発により失われる
金属性失透化剤の量によつて左右される。

鉱化剤がたとえばナトリウム２０ないし３踵量％を含有
するケイ酸塩ナトリウムである場合には必要な量は０．
５ないし２重量％にすぎない。また鉱化剤が乾燥ナトリ
ウム安定化コロイドシリカの如き活性耐火物粒子でなる
場合にはより多量とすることが好ましい。一般に鉱化剤
はコアの重量の１ないし２５％である。鉱化剤の最適量
の決定において重要な点は、焼成後のコア中に保持され
ている金属性失透化剤の量であり、該失透化剤の割合は
この明細書に示す如くであるが、ただしナトリウム塩等
の如きより少量の鉱化剤を使用する場合には蒸発による
ロスを補償する必要がある。

本発明の実施においては、鉱化剤により結成後のコア中
に与えられる金属性失透化剤の総量は好ましくは０．０
２ないし０．１重量％またそれ以上であつてもよい。

ただし該量は０．０鍾量％以上であることがさらに好ま
しく、焼成後のコア中の失透化剤の総量は好ましくは、
０．０４％であり、コアは高い限界利用温度（１６５０
゜Ｃまたはそれ以上）を保持している。たとえば、鉱化
剤が周期津表第１Ａ族および第■Ａ族の金属の失透化剤
０．０２または０．０３ないし０．鍾量％を含有するコ
ア（焼成後）を与える場合あるいは焼成後のコア中の失
透化剤の総量が０．０２ないし０．２％である場合に良
好な結果が得られる。鉱化剤中の金属性失透化剤の割合
はコア組成物中のガラス質シリカが不純物として含有す
る失透化剤の割合よりもはるかに大きい、コア組成物中
て使用する鉱化剤は好ましくは金属性失透化剤０．１な
いし１％、さらに好ましくは少なくとも０．２重量％を
含有し、コア組成物中の該イオンの総重量は高純度シリ
カ粒子の失透化剤の総重量よりも大きく、好ましくは少
なくとも数倍てある。

たとえば高純度シリカ粒子のアルカリ金属含量は０．０
１％以下である。鉱化剤として加えられる金属性失透化
剤の量は含まれる金属の種類に左右される。

鉱化剤がナトリウムイオンを与える場合には、焼成コア
中のナトリウムの総量は好ましくは０．０３ないし０．
１％で・ある。鉱化剤がナトリウムイオンよりもむしろ
リチウムイオンまたはカリウムイオンを与える場合には
、焼成コア中のリチウムまたはカリウムの総量は好まし
くは０．０４ないし０．２％である。マグネシウムイオ
ンでは０．１ないし０．３％程度である。焼成コア中の
金属性失透化剤の大部分（重量）は好ましくは添加した
鉱化剤により与えられるものであり、小部分よりもさら
に少量の部分はシリカ中の元来の不純物として存在して
いるものである、ガラス質シリカ中に存在するナトリウ
ムの如・き元来の不純物は失透を促進する傾向にあり、
鉱化剤により与えられるイオンよりも効果が劣るが、限
界利用温度を低下させるような量となり好ましくない。
鉱化剤化剤以外の耐火物粒子が高純度（９９．５％）で
ある場合に良好な結果が得られ、９９．７５％以上の純
度ではより良好な結果が得られる。本発明により調製し
た好適なコアの耐火物粒子は、純度９９．５％の高純度
シリカ７５ないし９踵量％とクリストバライトの生成を
促進する金属性失透化剤少なくとも０．１重量％、好ま
しくは少なくとも０．踵量％を含有する耐火物鉱化剤粒
子１ないし２５重量％とからなる。

該耐火物鉱化剤粒子中の前記失透化剤の割合（重量％）
は前記高純度シリカ粒子中のものの数倍、好ましくは少
なくとも４倍である。該鉱化剤粒子は粒度１００ミクロ
ン以下好ましくは５０ミクロン以下のガラス質シリカ粒
子または他の耐火物粒子である。本発明のコア組成物中
に使用する耐火物粒子は従来のコア組成物中で使用され
たと同様の粒度を有するものてある。

最適密度については、最大ガラス質シリカ粒子では２０
０Ｔｙ１ｅｒメッシュまたは約７０であり、しかし小割
合は１５０ミクロンまたはそれ以上てあつてもよい。粒
度はある程度使用する結合剤の種類および成型法の種類
による。コアがスリップ鋳造法で成型される場合には最
大粒度は５０ミクロン以下、好ましくは２５ミクロン以
下でなければならず、粒子の大部分が３２５Ｔｙ１ｅｒ
メッシュより大きくないものでなければならない。コア
がインジェクション法により成型される場合には、コア
組成物中の耐火物粒子の大部分は３５ないし１００ミク
ロンの粒度を有しかつ少部分はより小さい粒度のもので
なければならない。本発明の１具体例では、コア組成物
中の耐火物粒子が粒度３５ないし１００ミクロンの粒子
少なくとも４鍾量％好ましくは５０ないし８５重量％と
粒度３０または４０ミクロン以下の粒子１５ないし５０
％とでなる場合に優秀な結果が得られた。

後者の粒子の半分は、たとえば前記した活性鉱化剤であ
つてもよい。

鉱化剤粒子の粒度は３０または４０ミクロン以下であり
、平均粒度は１ないし２０ミクロンである。適当な粒度
および適当な純度を有するガラス質シリカ粒子および鉱
化剤粒子をコア組成物に使用する場合には、焼成コア中
に適切な多孔度が得ら−れかつコアが高い金属鋳造温度
においてもひずみを生じないように失透化剤がコア中に
分散している。

コア組成物の耐火物粒子が純度９９．５重量％のガラス
質シリカ粒子８０ないし９川Ｆ量％とナトリウムイオン
の如き金属性失透化剤少なくとも０．２重量％を含有す
る粒度５０ミクロン以下の活性鉱化剤粒子２ないし２呼
量％とでなる場合に優秀な結果が得られた。鉱化剤が乾
燥ナトリウム安定化コロイドシリカ粒子でなる場合には
焼成コアはシリカ９踵量％またはそれ以上を含有し、限
界利用温度は１６５０゜Ｃ以上となる。

このコアは初期の焼成および冷却後には大部分のクリス
トバライトを含有し、なお高ラプチヤー係数（５６．２
ないし６３．３ｋ９／ｄ）８００または９００ボンド／
（インチ）２を有している。しかしながら、コアをα一
β変質温度または２００゜Ｃ以下に冷却させるたびごと
に生ずるクリストバライトの破壊はコアの強度を著しく
低下させる。 シリカ９鍾量％またはそれ以上を含有す
るコアを形成する場合には、コア組成物はガラス質シリ
カ粒子と同様にシリカ生成物質を含有することができる
。シリカ生成物質としては、米国特許第３１０８９８５
号および同第３１２３５７号に開示されている如き一般
的な液状熱硬化性フェニル低級アルキルシロキサン樹脂
等の各種のものが使用できる。

これらは該分野で公知のものであり、コアを１．０００
℃以上の温度に加熱する際にシリカに変質する。 コア
組成物が限界利用温度を１６００′Ｃ以下に下げるよう
な量で耐火物または不純物を含有する場合にも本発明の
利点のいくつかが得られる。シリカ、アルミナ、ジルコ
ンまたはジルコニア以外の各種の耐火物であつても１鍾
量％またはそれ以下の少量で使用できる。コア組成物に
含めることがｒ 可能な他の耐火物としては、酸化マ
グネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、トリア、
酸化ストロンチウム、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、硝
酸ケイ素、イントリア、酸化ニッケルおよびシリカより
も融点の高い他の化合物等である。一般にこれら耐火物
を多量で使用することは回避されることが望ましい。
コア組成物のガラス質シリカ粒子中に存在する不純物の
量はシリカの製造法およびその品質（等級）に左右され
る。

本発明方法ての使用に好適な、たとえば正常凝固法で使
用できる市販のガラス質シリカを見出すことは困難では
ない。Ｄ．Ｓ．法に好適なガラス質シリカは、ビスマス
、銀、カドミウムおよびアンチモンの如き最も好ましく
ない元素が１０ｐｐｍ以下であり、鉛、スズおよび亜鉛
の如きあまり好ましくない元素の量も１５０ｐｐｍ以下
である。 たとえば好適なガラス質シリカから耐火物の
１００万重量部当りビスマス１部以下、銀１部以下、カ
ドミウム１部以下、アンチモン５部以下、ノスズ功部以
下、鉛功部以下、亜鉛印部以下およびアルカリ金属およ
びアルカリ土類金属２０（１）部以下を含有するＤ．Ｓ
．コアを形成できる。

該コアはたとえは耐火物１００万重量部当り鉄１０００
部以下、アルミニウム１０叩部以下、チタンおよびハフ
ニウム７１０（４）部以下、およびニッケル、マンガン
、クロム、ストロンチウムまたは銅の如き他の金属４０
０部以下を含有していてもよい。不用の金属不純物は本
来の不純物として少量で存在しているが、アルミニウム
、鉄、カルシウム、マンガン、ハフニクウムまたはチタ
ンの酸化物を比較的多量に含有している良好なコアを形
成できる。ガラス質シリカはアルミニウム２０００ｐｐ
ｍあるいはそれ以上含有しており、本発明の１具体例で
は使用したコア組成物がアルミナ１％またはそれ以上を
含有している場合に満足できる結果が得られた。コア組
成物の耐火物材料中の鉄、チタン、ハフニウム、マンガ
ンおよびカルシウムの総量が１０００ないし３０００ｐ
ｐｍまたはそれ以上の場合に良好なコアが得られたが、
該量は好ましくは２０００ｐｐｍ以下である。すてに述
べた如く、コア組成物中の耐火物材料の大部分は比較的
高純度（９９．５％またはそれ以上のガラス質シリカで
ある。

コア組成物に使用されるガラス質シリカは本来の不純物
としてシリカ１００万重量部当りアルミニウム２０００
部以下、チタン１０（１）部以下、ハフニウム１０（４
）部以下、鉄１０（４）部以下、マグネシウムおよびカ
ルシウム１０（１）部以下およびナトリウム、カリウム
およびリチウム３００部以下を含有していてもよい。代
表的な高純度ガラス質シリカは本来の不純物としてアル
カリ金属１００ｐｐｍ以下およびアルカリ土類金属５０
０ｐｐｍ以下を含有するものである。

より多量の金属性失透化剤を含有するシリカから得られ
るものよりは良好な耐火度を有するコアを提供すること
ができるので、このようなガラス質シリカをコア組成物
に使用することが好ましい。しかしながら本発明の利点
は純度の劣るガラス質シリカを使用した場合にも得られ
る。コア組成物を鉱化剤が適当に分散するように混合し
たのち本発明のコアを成形する。

コアはスリップ鋳造法によりあるいは前記した他の方法
により成型されるが、好ましくはインジェクション鋳造
法あるいは移動成型型法により成形される。コア組成物
中に使用する結合剤の種類は成型法の種類により異なる
。結合剤としてはワックス、低融点ゴム、エチルセルロ
ース、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリテルペン樹
脂、重合化樹脂、アマニ油、セラツク、ギルソナイト等
の如き有機化合物であるが、インジェクション成型法あ
るいは；移動成型法で好ましい結合剤はケイ酸エチルあ
るいはシリコーンまたは熱分解時シリカあるいはケイ酸
塩を生成する他の化合物の如き化合物てある。本発明方
法の実施においては、まずコアを適当イな形状に成型し
、ついで可燃性物質を除去するため注意深く焼成する。

素地コアはまず有機化合物を除去するため５００゜Ｃな
いし６００゜Ｃまで焼成され、ついで１０００゜Ｃない
し１４００′Ｃ１好ましくは１１０００Ｃないし１２０
０℃において所望のクリストバライト含量となるに充分
な時間（１１２ないし８時間、好ましくは１満間以下）
焼成される。失透の度合は、焼成コアが室温に冷却した
のちの取扱いに充分な強−度を保持しているように限定
されるべきであり、金属鋳造前の予熱の間にコア中に所
望量のクリストバライトが形成されねばならない（たと
えば１１時間の予熱後のクリストバライトの含量が６０
％となる）。９ 本発明の好適な１具体例では、素地コ
アは上記の如くクリストバライト３５ないし６鍾量％、
好ましくは４０ないし５５重量％（さらに好ましくは４
０ないし５０％）が得られるに充分な時間焼成される。

焼成が完了したのち、コアを２００゜Ｃ以下あるいテ
はα−β変質温度ないしコアが保持される際に維持され
る温度（すなわち室温または１００℃以下）に冷却する
。冷却の結果、亀裂が生じコアは強度を失うが、次の操
作に適する強度は保持している。室温（すなわち２５℃
）に冷却したのち、コアｊはワックス注入のために必要
な強度を与えるように少なくともラプチヤー係数４９．
２ｋ９１ｄ（７００ボンド／（インチ）２）好ましくは
５６．２ないし７０．３ｋ９１ＣＴ１（８００ないし１
０００ボンド／（インチ）２）を有している。ある場合
にはラプチヤー係数が３５．２ｋ９ノＣｌｔ（５００ボ
ンド／（インチ）２）のものでも使用できる。 コア組
成物および焼成工程は所望の密度および寸法のコアを形
成できるように制御され、コアがたとえばインジェクシ
ョン成型法で成形される場合には非常に近い抵抗性がが
保持されるように調節されうる。

焼成工程での収縮は３％以下、一般には２％以下がよい
。コア組成は焼成後に多孔度が２０ないし４喀量％好ま
しくは少なくとも２熔量％のコアを与えるように選択さ
れ、したがつて得られたコアはアルカリ性雰囲気におい
て容易に浸出される。 素地コアの焼成により鉱化剤の
一部が蒸発あるいはロスすることになり、たとえば特に
鉱化剤がナトリウム塩等である場合にはナトリウムイオ
ン′ を相当量損失することになる。

したがつて焼成後のコアが金属性失透化剤を所望の量（
たとえば０．０踵量％好ましくは０．０鍾量％）て含有
するように鉱化剤の量を決定する。 すでに述べた如く
、本発明による焼成コアは溶融超合金に対して化学的に
不活性でなければならなず、また好ましくは少なくとも
９５重量％あるいはコアが温度１６００℃、好ましくは
１６５０℃においてその剛性を保持するような量のシリ
カを含有することが好ましい。

本発明による焼成コアは室温において使用前長時間保存
できる。

これらは一般にコアが再び３００゜Ｃ以上に加熱される
際にはβ−クリストバライトに変質しうるα−クリスト
バライト少なくとも４０重量％を含有する。各コアを金
属鋳造に使用する前に、外方耐火物鋳型内の所望の位置
に設置する。

外方鋳型は好適な成型法により形成でき、好ましくは微
粉末シリカ、ジルコンまたはアルミナの如き微粉末耐火
物粒子て形成される。外方鋳型は好ましくは耐火物シェ
ル型でワックス、凍結水銀あるいは他の分解可能な物質
でなるパターンの周囲に形成される。たとえば該パター
ンはコアの周囲でモールドされついで従来の積層シェル
型を形成するようにセラミツクスラリー中に繰返し浸漬
される。本発明の１具体例では、焼成シリコンは米国特
許第２９６１７５１号または同第２９３２８６４号に開
示されている従来の“゜脱ろう法゛に使用される。

該方法ではコア（たとえば第１図および第２図に示すタ
イプのコア）は金型に入れられ、コアの周囲にワックス
または他の分解可能なパターン材料が注入される。湯口
成分が注入され、ワックスパターンとともに一群に組立
てられる。本発明のシリカコアを包含するワックス構体
を耐火物粒子を不純物として含有するセラミックススラ
リー中に浸漬し、前記米国特許第２９３２８６４号に開
示されている如く乾燥する。該特許で述べられている如
く、これらの工程を所望の壁厚を有する積層シェル型を
形成するように４ないし１０回繰返し行なう。型、コア
およびパターンを包含する構体を完全に乾燥し、ワック
スあるいは他のパターン材料を除去する。最もよく利用
する脱ろう方法はオートクレーブおよびフラッシュ燃焼
脱ろう法である。脱ろうまたはパターン除去後、シェル
型および包囲されたコアを従来法に従つて焼成して必要
な強度を有するシェル型とするたとえば温度８００゜Ｃ
ないし１１００ェＣで１紛ないし１時間焼成する。

焼成は脱ろうに使用した同じ炉中で行なうことができ、
加熱を中断したりあるいはシェル型を炉から取出す必要
がないため加熱を連続して行なうことができる。焼成後
、シェル型およびコアを検査および次工程のために１０
０℃以下に冷却し、Ｄ．Ｓ．法ての使用までの間室温で
保存する。

このようにしてコアはα−β変質温度を前後するため体
膨張をうける。シェル型は米国特許第２９３２８６４号
で述べられている如きアルミニウムおよびジルコニウム
のケイ酸塩および酸化物等の各種の耐火物材料から形成
できる。好適な耐火物としてはアルミナであり、Ｄ．Ｓ
．法てはアルミナ少なくとも８５重量％好ましくは９５
重量％を含有しかつ温度１６５０゜Ｃないし１７５０′
Ｃにおいてもその形状を保持できる非常に大きい剛性を
有するシェル型を形成することが好ましい。これは以下
に述べる如く非常に高い金属鋳造温度の使用を可能とす
る。本発明は、クリストバライト３５ないし印部および
ガラス質シリカ６５ないし（９）部を含有する耐火材料
１（１）部当りシリカ９０ないし９９．？を含有する非
常に高い耐火度を有する多孔性高シリカコアを提供する
ものである。

本発明の好適な１具体例ではコアの耐火物材料の大部分
は溶融金属の注加あるいはコア周囲への流入前にクリス
トバライトに変質されねばならない。コアを超合金を鋳
造するためのＤ．Ｓ．法に使用する場合には、溶融金属
のシェル型への注加あるいはコア周囲への流入前におけ
るクリストバライト含量は少なくとも６鍾量％好ましく
は８０ないし１００重量％でなければならない。金属鋳
造に先立つて所望のクリストバライト含有を得るために
、金属を注加する直前にコアおよび包囲シェル型を高温
（１３００゜Ｃないし１６００′Ｃ）において１時間以
内好ましくは３吟以内で予熱することが必要である。

予熱温度は好ましくは約１４００５℃ないし１５５０′
Ｃであり、予熱時間は好ましくは約１０ないし３α号で
あり、コアの組成は溶融金属のコア周囲への流入前に前
記時間でシリカの少なくとも７５ないし８０Ｆ量％がク
リストバライトに変質されるような組成である。Ｏ 予
熱時間は、Ｄ．Ｓ．炉が所望の制御温度に達した時間か
ら溶融金属が型に注加されるまで測定されるが、炉中で
の型の加熱の開始時から超合金が溶融状態に達しコア上
への流入を開始するまででもない。

固形超合金を型に入れ、型とともに加熱してコアの周囲
に流入して型の空間を充満する場合には後者の測定法や
利用される。後者の場合には別に注加の工程を行なう必
要はない。本発明のコアでは鉱化剤の量を変えてもよく
、また前記予熱工程を開始する前のクリストバライトの
量を変えてもよく、さらにクリストバライトの変質の割
合を変えることができるが、該割合は金属を高温（１６
００℃以上）で注加する場合には適当な強度が得られる
ような大きさでなければならない。

一般にコアは予熱開始時において、シリカの少なくとも
７５重量％が１４００′Ｃにおいて１時間の予熱により
クリストバライトに変質されるような組成を有していな
ければならず、１４００℃において１１２Ｉ寺間予熱し
た後にはコアがクリストバライト６唾量％を含有するよ
うな組成であることが好ましい。焼成コアがＤ．Ｓ．予
熱開始時に少量（３５重量％以下）クリストバライトを
含有する場合には、クリストバライト生成率が高くなる
ように充分な鉱化剤を含有していなければならない。

たとえば該コアは、１４００′Ｃないし１６００℃にお
ける１１２時間の予熱後であつて溶融金属がコアと接触
しあるいはコアの周囲に流入する前に多量（６０ないし
叩重量％）クリストバライトを含有していなければなら
ない。一般的な方法においては均一または再現可能な結
果を与えることおよび実質的に同一の組成、実質的に同
一のクリストバライト含量および溶融金属を型の空間に
注加、流入する際において実質的に同一の金属性失透化
剤含量（すなわち金属元素．を基礎として分析して０．
０２ないし０．鍾量％）を有するコアが一貫して得られ
ることは重要なことである。

このためあるいは限界利用温度を高くする必要性から、
コア組成物の耐火物粒子は高純度てあるかまたは均一な
組成を有することが重要で２あり、必要とされる金属性
失透化剤を与えるようにこの中に特定量の鉱化剤が添加
されねばならない。高失透化率を与えるために充分な量
のアルカリ金属イオンを含有する純度の異なる耐火物を
利用することは許されない。本発明の方法は、同一・の
効果（良好な金属キャスティングが一貫して形成される
）を果たしながら成形された多孔性の耐火物コアを繰返
し使用できることを特徴としている。 本発明のコアは
いかなる温度における金属鋳造にも好適であるが、非常
に高温での超合金の鋳造に特に好適なように工夫されて
いる。

これらは正常凝固法ての使用に特に好適でありしかも米
国特許第３６２０２８９号、同第３６９０２６７号ある
いは同第３７０００２３号に開示された一般的な方法に
より金属キャスティングの結晶構造の方向性を制御する
Ｄ．Ｓ．法を実施する場合に優秀な結果を与えるのでＤ
．Ｓ．コアと呼ばれる。フ 本発明は従来のＤ．Ｓ．法
を利用して行なわれる。

すなわち、コアは所定の寸法および形状の開口端鋳型空
間を限定するように外方耐火物シェル型内に配置され、
型は前記空間の底において炉中のチルプレート上に支持
され、溶融金属がコアの周囲・に流入される前に適当な
時間予熱される。炉は前記特許に開示されたタイプのも
ので、好ましくは炉中で垂直方向に移動できるように設
けられたチルプレートおよび誘導加熱手段を有する（前
記米国特許第３７０００２３号）。炉は不活性雰囲気あ
るいは・高真空に維持され、鋳造を真空中で実施する場
合に良好な結果が得られる。 従来のＤ．Ｓ．法では、
シェル型およびコアは高温（１４００℃ないし１５００
ェＣ）において１０ないし４吟間程度予熱され、ついで
型空間内に溶融超合金が注加、流入される。

金属が注加される場合には、コアの限界利用温度よりも
過剰の温度て型内に注加され、ついでこの温度以下に急
激に冷却される。このように注加温度は、コアの炉界利
用温度が１５５０℃以下の場合には、１６００゜Ｃ以下
になる。 注加後、金属の温度はチルプレートが従来の
如くゆつくりとした率で（１５．２ｃｍ（６インチ）／
時間）で徐々に低下されることにより制御され、その間
に上方方向への凝固を生ずる。型空間の上方部における
金属の部分は１紛以上、好適には２０ないし６０１ｉｊ
−間、超合金の融点以上の温度（１４００吟ないし１５
００′Ｃ）に維持される。キャスティングの凝固には少
なくとも１ｈ時間かかり、シェル型および凝固したキャ
スティングを炉から取出すまでに１ないし１。５Ｉ寺間
かかる。

′ シェル型を炉から取出したのち、キヤスデイン
グから分離し、ついでキャスティング内に残つた多孔性
コアを浸出により除去する。

浸出はオー１・クレーブ中で水酸化ナトリウムの３０な
いし４０％水溶液を使用して温度１５０ウないし２００
゜Ｃにおいて行なわれる。本発明のコアはコア周囲への
溶融金属の注加開始時に多量のクリストバライトを含有
するため、Ｄ．Ｓ．法を高温て実施する際のもたれまた
ひずみに対する抵抗性を示す。したがつて該コアは高度
に寸法正確性を有するキャスティングの形成を可能とす
る。本発明前では、一般にＤ．Ｓ．法で使用される成形
した多孔性の耐火物コアの限界利用温度は１５５０℃以
下であつた。

特定の超合金に関しては、コアのもたれあるいはひずみ
を生するような１５５０℃以上の温度で金属鋳造を行な
うことが要求される。金属鋳造温度が低下する場合には
、コアのもたれおよびひずみによりキャスティングが欠
点を有するようになる。いくらが低い温度では、キャス
ティングの一部に欠点があつたとしてもまた満足てきる
金属キャスティングを生成できる。これにより、限界利
用温度が１５５０゜Ｃ以下のコアを使用して１５００℃
以上の温度でＤ．Ｓ．金属鋳造法を実施することが可能
であつた。本発明の１具体例によれば、シェル型はアル
ミナの如き耐火物材料で形成され、したがつてこの型の
限界利用温度は１６５０′Ｃ以上であり、一方成形シリ
カコアはシリカ９５％で形成され、したがつて限界利用
温度は１６５０′Ｃないし１６８０゜Ｃまたはそれ以上
である。

所望の高耐火度を有するシェル型を与えるためには、ア
ルミナの型を成形することが好ましい。

好適なシェル型はアルミナ少なくとも８５％、好ましく
は９５ないし９９％からなるもので、該シェル型が１６
５０゜Ｃないし１７５０℃の温度てもその形状を保持で
きる耐火度を有するものてある。該高アルミナ型の製造
は該分野では公知であり、本発明の主要部をなすもので
はない。前記アルミナシェル型は、本発明に従つて形成
された各種の耐火度を有するコアとともに使用され、好
ましくは限界利用温度が１６００℃以上のシリカコアと
ともに使用される。

たとえば前記シェル型は限界利用温度が１６５０℃ない
し１６８０℃の高シリカコアとともにＤ．Ｓ．法で使用
され、該シェル型およびコアは温度１５００℃ないし１
６００℃で１０ないし２０分間予熱され、これによりコ
アの周囲へ溶融金属を注加する前のコア中のクリストバ
ライト含量は８０ないし１００％となる。このＤ．Ｓ．
法において、金属注加温度は１６５０′Ｃないし１７０
０℃であり、シェル型内の溶融内の溶融金属はコアにひ
ずみを生ずることなく金属鋳造の間１紛間またはそれ以
上１６０００ないし１６５００Ｃの温度に維持される。

たとえばＤ．Ｓ．法による真空炉での超合金の鋳造の場
合には、シェル型の上方部にある超合金部分は、鋳造中
チルプレートが徐々に低下されるにつれて超金の融点あ
るいは液化点よりも少なくとも１００℃高い温度に１扮
またはそれ以上維持される。該凝固の間は１０ないし２
０ミクロンＨｇの真空に維持することが好ましい。コア
を包囲する溶融金属の温度は１０ないし２吟間液化点よ
りも少なくとも４０ないし５０℃高い温度に維持される
。高温であることにより、特定な超合金を鋳造する場合
は良好な結果が得られる。また高鋳造温度であることは
、融点が非常に高い特殊な超合金を鋳造する場合には非
常に重要である。

本発明は従来利用できたよりも非常に高い鋳造温度の利
用を可能とするものである。本発明の方法について、本
発明を限定することなく本発明を説明するために以下に
例示する実施例によりさらに詳述するが、組成、操作法
、温度条件および結合剤の種類については変更できる。

本発明の実施にあたり、概略的にはガラス質シリカ粒子
および有効量の鉱化剤を含有するバッチを調製した。つ
いでバッチを所望の形状のコアボデーに成形し、成形し
たボデーを高温（５００ボないし１２００℃）で、温度
に応じて所望の焼結度および失透度となすに充分な時間
（１ないし１時間）焼・成して適初な強度を多孔度を有
するコアを形成した。以下の実施例では、鉱化剤はシリ
カ粒子の表面近くで濃縮された失透化ナトリウムイオン
を与えるナトリウム安定化コロイドシリカであるが、他
・の多くの物質でも適当なりリストバライト促進鉱化剤
を与えるものがある。

本発明の具体例で使用できるコロイドシリカは商標名″
ＬｕｄＯｘ″（デュポン社）′４Ｓｙｔ０ｎ″（モンサ
ント社）あるいは″ＮａｌｃＯａｇ″（ナルコ社）で市
ノ販されているものである。該コロイドシリカは平均粒
度１ミクロン以下、固形物含量約３０ないし４０重量％
であつて、特定のナトリウム含量を有する。また該コロ
イドシリカは液状で使用できるが、一般に担体である水
を蒸発させて乾燥して公知濃度ナトリウム源とすること
が好ましい。この乾燥したナトリウム安定化コロイドシ
リカをコア組成物であるガラス質シリカと乾燥状で混合
して、コアの成形に先立つて混合物に液状ビヒクルが添
加される場合にも完全な分散を行なう。本発明に従つて
混合しかつナトリウム安定化コロイドシリカまたは他の
鉱化剤を含有するコアを加圧法、インジェクション法、
移動法、重力またはスリップ鋳造法、ディップ鋳造法、
ドレイン鋳造法、押出成形法、ローリング、噴霧法等の
従来の成形法により成形する。たとえば米国特許第３７
６９０４４号に開示された一般的な方法に従つてインジ
ェクション法によりコアを成形することができる。イン
ジェクション成形法に好適な組成はたとえば以下の如く
である。

コア組成 重量部ガラス質シ
リカ（−２００ＴｙＩｅｒメッシュ）
６４〜７０有機ビヒクル
１２〜１５有機結合剤
３〜１０高温結合剤
０〜１０内部潤滑剤 ３〜５乾
燥ナトリウム安定化コロイドシリカ（ナトリウム含量０
．７５ないし１．呼量％）
３〜７上記組成において有機結合剤をシリカの
重量の約５ないし６％の量で使用する場合には、多孔度
が３０ないし３熔量％でありしかもクリストバライト少
なくとも４呼量％、ナトリウムイオン少なくとも０．０
鍾量％を含有し、つづいて１４００゜Ｃで１５分間加熱
される場合にはクリストバライト叩重量％以上となる適
当な強度の焼成コアを形成しうる。

このコアではシリカ含量は９９ないし９９．５重量％で
あり、非常に高い限界利用温度（約１６５０℃）を有．
する。コアを形成するに利用するインジェクション成型
法は従来のタイプのものであり、ビヒクル、結合剤およ
び潤滑剤は、たとえば米国特許第３５４９７３６号ある
いは同第３７６９０４４号に開示されてい・る従来のも
のと同じである。

潤滑剤としてはステアリン酸金属塩よりはむしろオレイ
ン酸あるいはステアリン酸の如き非金属化合物を使用す
ることが好ましいが、ｎ−ブチルステアリン酸、ステア
リン酸アルミニウム、ステアリン酸アンモニウム、ステ
アリン酸マグネシウム等の各種のステアリン酸を使用し
てもよい。上記コア組成において、乾燥コロイドシリカ
３ないし７部の代りにナトリウム安定化コロイドシリカ
ゾル約１０ないし加重量部を使用することもできる。

また混合法についても、シグマアームブレンダ中でコロ
イドシリカゾルをガラス質シリカ粒子および有機結合剤
と混合し、残りの成分を添加ａする前にこれらの混合物
を温度１２０℃て数時間乾燥するようにしてもよい。他
の場合には操作法は前記と同様に行ない、混合したコア
組成物をインジェクション成形機で成形し、その後同様
に焼成できる。上記コア組成において、ガラス質シリカ
は純度少なくとも９９．５重量％好ましくは９９．７５
重量％であり、多孔度２０ないし４喀量％を有する焼成
コアを提供できる粒度である。

該ガラス質シリカはアルカリ金属イオン４０ｐｐｍ以下
およびアルカリ土類金属イオン１００ｐｐｍを含有して
いてもよい。シリカは無定形ではあるが、少量の結晶シ
リカを含有する。平均粒度は３０ないし６０ミクロンで
あり、その少量（１５ないし２０％またはそれ以上）粒
度３２５Ｔｙ１ｅｒメッシュ以下または４０ミクロン以
下である。異種のシリカまたはシリカ生成物質の混合物
を使用してもよい。

たとえばガラス質シリカは３２０メッシュの粒度のもの
１０ないし３？とより大きな粒度（−２００，＋３２５
メッシュ）のもの４０ないし５０部との混合物からなる
ものでもよく、あるいはシリコーン樹脂、シリコーン油
等の如きシリカ生成結合剤（コアの焼成後無定形シリカ
を生成する）４ないし２睡量部を含有していてもよい。
耐火物粒子の１０％がジルコン粒子である場合に優秀な
結果が得られた。上記コア組成において、ナトリウム安
定化コロイドシリカを常法に従つて乾燥できるが、スプ
レードライ法あるいはフリーズドライ法で乾燥を行なう
ことが好ましい。

本発明で使用できる特殊なコア組成の具体例は次のとお
りである。 コア組成１ 割合（重量部）
ガラス質シリカ ６４。

１有機ビヒクル（ナフタレンまたはバラージクロロベン
ゼン） １３．０有機結合剤（セラ
ツク） ３．９有温結合剤（シリコーン
樹脂） ７．８内部）閏）骨剤（ステアリン酸
マグネシウム）４．６乾燥ナトリウム安定化コロイドシ
リカ（デュポン社製ＬｕｄＯｘＨＳ−３０，ナトリウム
含量０．８種量％） ６．６コア組成
２ 割合（重量部）ガラス質シリカ
７０．４有機ビヒクル（ナフタレ
ンまたはバラ−ジクロロベンゼン）
１３．０有機結合剤（セラツク） ３
．９高温結合剤（シリコーン樹脂） ７．８内
部潤滑剤（ステアリン酸マグネシウム）４．６粉砕した
ケイ酸ナトリウムガラス（一３２５メッシュ２０％Ｎａ
２Ｏ−８０％ＳｉＯ２） ０．３組成１および２の混
合物を従来のシグマーアームブレンダで混合した。

ガラス質シリカ、鉱化剤および有機結合剤を、他の成分
と混合する前に、まず乾燥状態で混合しておくことが好
ましい。たとえば、有機ビヒクル、潤滑剤および高温結
合剤（使用する場合には）を、前記シグマーアームブレ
ンダ内の乾燥成分に添加する前に、液体担体であるいは
有機溶媒中で完全に混合させることもできる。シグマー
アームブレンダ中で混合物を加熱する場合には、さらに
均一に混合できる。インジェクション成型前あるいは成
型中、混合物の温度を６５゜Ｃないし９０℃に上けて型
空間への流入を容易なものとする。

インジェクション成型にあたつては、プラスチックの分
野で使用される標準的な射出成型装置が使用できる。成
型後、素地コアを型から取出したのち、有機成分を分解
除去するために約５００゜Ｃないし６００′Ｃにゆつく
りと加熱した。ついでコアを１０００′Ｃ以上、好まし
くは１１００゜Ｃないし１２００′Ｃの温度で３時間以
上焼成し、次の取扱に必要な強度を与えるようにシリカ
の４．０ないし５０％をクリストバライトに変質させた
。コア組成１および２から調製したサンプルの物理特性
は次のとおりであつた。 コア組成１
コア組成２多孔度（容量％） ３１．２３２．
４比重（Ｇｒｒｌｌｃｃ） ２．５３２．２
４かさ密度（ＧｒＴｌｌＣＣ） １．５３１．５
２室温でのラプチヤー係数（Ｐｓｉ）
９７０９９５ クリストパライト（％） ４２３６ 両成物から調製したサンプルを正常凝固で使用する代表
的な予熱工程に近い条件ですなわち１３７５゜Ｃで１紛
間予熱した。

この加熱操作後にサンプル中のクリストバライト含量を
測定した。両サンプルともに操作後のクリストバライト
含量は８唾量％以上であつた。これら２つの組成物から
調製した他のサンプルを１１００つないし１２０００Ｃ
で焼成したのち、垂直に支持したサンプルがそれ自体の
重量のもとでひずみを生ずる温度を測定するために急激
に加熱した。流組成ともにこの温度は１６５０′Ｃ以上
であつた。上記組成の一方から調製した素地コアを上記
の温度で焼成したのち、ワックスインジェクション装置
のインジェクションダイス内に配置し、除去可能なパタ
ーンを形成するようにコアの周囲に溶融ワックスを注入
した。

その後パターンを包囲する積層シェル型を形成するため
にコアおよびパターンを繰返しセラミツクスラリー中に
浸漬し、米国特許第２３９２８６４号に開示されている
乾燥炉て乾燥させた。乾燥したシェル型を高温（８００
０ないし１０００゜Ｃ）の炉中に入れることにより適当
に脱ろうし、ついでコアとともに温度８５０℃ないし１
１００℃て１０分ないし１時間焼成した。

焼成後、これを室温に冷却し、使用時まて保存した。該
型およびコアをニッケルをベースとする超合金あるいは
コバルトをベースとする超合金の正常゛凝固鋳造に使用
する場合には、これらを金属注加前に真空炉中において
チルプレート上で予熱する。

たとえばシェル型およびコアを炉温度１４８０ないし１
５００℃の真空炉で約１紛間予熱して、コアを約１３８
００ないし１４００′Ｃに予熱し、金属注加前に，シリ
カの少なくとも７５％をクリストバライトに変質させた
。このようにして得たコアでは１６５０゜Ｃ以上の温度
において剛性が維持されるためにクリストバライトコア
にひずみあるいはもたれを生ずることなく溶融超合金を
１６２０′Ｃまたはそれ以上の温ｌ度で注加てきた。１
６００℃以下の温度でもたれを生ずる従来のシリカコア
では決して行なえない温度である。

シェル型およびコアに金属を注加したのち、金属はチル
プレート部で凝固し始め、チルプレートを炉の誘導加熱
域から徐々に下方にずらすにつれて金属温度は低下した
。

これにより金属が徐々に凝固し、凝固が完了するまてに
約１時間かかつた。ついで型を炉から取出し、外方シェ
ルを金属キャスティングから取はずし、該キャスティン
グを溶融アルカリあるいはアルカリ溶融中で浸出してコ
アを除去した。

上記の真空正常凝固法での操作は新規のコア組成以外に
は従来と同様である。

本発明のコアは剛性が大きいため該方法には理想的であ
り良質のキャスティングを生成できた。上記コア組成物
から使用する化合物に応じて限界利用温度１６５０使な
いし１６８０℃の本発明のコアが形成できる。

内部潤滑剤または滑択剤がオレイン酸、ステアリン酸あ
るいは耐火度を減じることのない他の物質である場合に
は、コアの限界利用温度は非常に高いものてある。しか
しながら潤滑剤が金属ステアリン酸塩である場合には限
界利用温度は若干低くなる。限界利用温度はコア組成物
を形成するようにガラス質シリカ粒子と混合された物質
およびその量に左右される。

ナトリウム安定化コロイドシリカあるいは微粉末の他の
シリカを鉱化剤として使用しかつ耐火物材料として高純
度シリカ粒子を使用することにより、限界利用温度を非
常に高めることができる。アルカリ金属ケイ酸塩の如き
他の鉱化剤を使用することにより良好な結果が得られる
。

たとえば上記コア組成におけるコロイドシリカの代りに
耐火物粒子の重量の約０．５ないし２％の量で、酸化ナ
トリウム２唾量％を含有するケイ酸ナトリウムを使用し
てもよい。゜゛部゛なる用語は重量部であつて、他の方
法で含量を示す以外にはすべての割合（％）を重量％と
している。

コアの多孔度は容量％として示した。以上本発明をその
具体例について詳述したが、本発明はこの特定の実施例
に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱しない
で幾多の変化変形がなし得ることはもちろんてある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて製造される多孔性タービンブレ
ードコアを示す斜視図であり、第２図は第１図の線２−
２における断面図である。 Ａ・・・コア、２・・・方形部分、３・・・エアホイル
部分、４・・・前方エッジ部分、５・・・後方エッジ部
分、６，７・・・スロット、８・・・孔、９・・・平行
溝、１０・・湾曲底面、１１・・・前方エッジ、１２・
・・後方エッジ、１３・・・後方エッジ部分、１４・・
・傾斜部分、１５・・・真直部分、１６・・・傾斜部分
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所望の形状をもつ多孔性耐火物コアを耐火性鋳型内
   に配置し、これらコア及び鋳型を少なくとも１３００℃
   の温度に１時間以下の時間予熱し、その後、前記コアの
   周囲に溶融超金属を注加し、凝固させてなる超合金の正
   常凝固鋳造法において、純度少なくとも９９重量％のガ
   ラス質シリカ粒子少なくとも７５重量％とクリストバラ
   イトの生成を促進する金属性失透化剤少なくとも０．２
   重量％を含有する耐火性鉱化剤１ないし２５重量％とで
   なる耐火物組成物を原料として、クリストバライト含有
   ４０ないし５０重量％をもつまで温度少なくとも１００
   ０℃で焼成して前記ガラス質シリカの失透化を生ぜしめ
   て前記多孔性耐火物コアを調製し、該多孔性耐火物コア
   の周囲に溶融超合金を注加する前に、この多孔性耐火物
   コアを前記耐火性鋳型と共に２００℃以下の温度から１
   ４００℃ないし１６００℃の温度で１０分ないし１時間
   予熱することを特徴とする。 超合金の正常凝固鋳造法。２ 特許請求の範囲第１項記
   載の方法において、前記耐火物組成物が純度少なくとも
   ９９重量％のガラス質シリカ粒子少なくとも７５重量％
   とクリストバライトの形成を促進する金属性失透化剤少
   なくとも０．１重量％を含有する粒度５０ミクロン以下
   の耐火性鉱化剤粒子１ないし２５重量％とを包含し、前
   記耐火性鉱化剤粒子中の前記金属性失透化剤の割合（重
   量％）が前記ガラス質シリカ粒子中におけるものの少な
   くとも４倍である。超合金の正常凝固鋳造法。