JPS61116502A - 耐火性成形物の製造方法 - 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】 主ｆｌ坐豊量 デリケートで、薄く、複雑で、わん曲した表面を有する
炭化硅素の複雑な成形物の形成においては、既知の方法
によって便利に成形し得る焼石膏などのような成形型を
利用することが望ましい。

このような成形型を使用する場合、Ｆｒｅｄｒｉｋｓｓ
ｏｎ氏の米国特許第２．９６４，８２３号に記載されて
いるような泥５ｉ鋳込法を使用することが望ましい。し
かしながら、炭化硅素の泥漿鋳込みによって成形された
未焼成製品は比較的もろく、複雑な成形型系においては
、未焼成鋳込成形物を損傷せずに成形型を除去すること
は、極めて困難であり、或いは、構成部分数の多い成形
型を作ることは非常に高価につくのである。本発明にお
いては、上記の困難が、石膏成形型混合物中に、約１な
いし５重量％の有機重合体を含む１０−１５重量％の水
溶液を合体することによって石膏成形型を処理しこの成
形型を、好ましくは、酸素含有雰囲気中で、成形型中の
重合体の大部分を燃焼しつくすのに十分な温度に力σ熱
し、それによって、成形型を極度に弱体化し、未焼成鋳
込成形品から成形型を容易に取り除くことができるよう
にすることによって克服される。

先行技術 高温要素を形成するための炭化硅素の再結晶は、少くと
も７５年前のＦｉｔｚｇｅｒａｌｄ氏の米国特許第６５
０．２３４号にさかのぼる。

Ｔｏｎｅ氏の多数の米国特許（すなわち、米国特許第９
１３．３２４および１，０１３，７０１号など）は炭化
硅素の硅素化を開示している。同様に、Ｈｕｔｃｈｉｎ
ｓ氏の米国特許第１，２６６．４７８号は、硅素と、成
形体中に合体された炭素との反応によって、成形物中で
炭化硅素が形成することを開示している。Ｆｒｅｄｒｉ
ｋｓｓｏｎ氏の米国特許第２，９６４，８２３号は炭化
硅素成形物を泥漿鋳込成形し、次にこれを再結晶温度に
加熱することを開示している。Ｊｏｈｎｓｏｎ特許第３
．０７９．２７３号は、炭化硅素、グラファイト、およ
び重合体プラスチックの混合物から目的物を作ることを
開示している。この目的物は、プラスチックを成形し、
それに混合物の一部と合体させ、次に高温に加熱され、
混合物中に含まれているプラスチックは炭化され、かつ
炭素は硅素化される。ＡｌｌＡｌ１１ｅ氏の米国特許第
３，４８２，７９１号は、炭化硅素リファイナー板を泥
漿鋳込成形し、次にこれを、硅素化してその不透過性を
向上させることを記載している。

５ｃｈｌｅｉｃｈｅｒ氏の米国特許第２．３０３，３０
３号は、木材粉末を含む分解可能な泥漿鋳込成形型を開
示しているが、これは、焼くことによって成形型を弱体
化することができるものである。

しｅＢＩａｎｃ氏の米国特許第３，５４９．４７３号は
、セラミックに有機樹脂を添加することを記載している
。

同様のことが、Ｄａｎａｈｏｗｅｒ氏の古い米国特許第
１、４５０．１４０号にも開示されている。しかし、こ
の後三者の特許は、泥漿鋳込成形に関するものではない
。

劣ｉ１桿」攻 本発明の耐火性成形物の製造方法は、微細に粉末化され
た炭化硅素粉末から鋳込み成形可能な泥漿を調製し、こ
の泥漿を焼石膏成形型に鋳込み、この成形型を、得られ
た未焼成成形物から取り除き、この成形物を加熱処理す
る方法において、前記成形型を０．１ないし５重量％の
有機重合体の水溶液を含有する焼石膏混合物から調製し
、前記鋳込まれた成形物と成形型とを、前記成形物を部
分焼成してその強度を高め、かつ前記成形物の強度を高
め、同時に、前記成形物中の重合体を分解して成形型を
弱体化するのに十分高い温度に、かつ十分長い時間にわ
たり加熱することを含み、前記強化された成形物を損傷
することなく成形型を容易に取り除き得るようにするこ
とを弱体化する、ものである。

本　日の具体的ｉ゛明 本発明方法においては、好ましくは、２種の粒子サイズ
分布様式を有する炭化硅素粒子の混合物から鋳込み可能
な泥漿を調製する。この泥漿を焼石膏の成形型中に鋳込
む。この成形型は未焼成成形物から除去し得るように完
全に破壊することの可能なものである。成形物から成形
型を取り除く前に、好ましくは未焼成成形物を一部強化
することが好ましい。その一つの方法においては、成形
物を、それがまだ成形型中にある間に、酵素含有雰囲気
中において炭化硅素を酸化するのに十分高い温度、好ま
しくは６００℃以上、更に好ましくは６５０〜７００℃
の温度に加熱し、それによって、ガラス様結合を形成し
、それにより未焼成成形物を強化することが好ましい。

成形型を、強化された未焼成成形物から容易に取り除く
ことができるようにするために、焼石膏に水溶性の有機
重合体が添加される。この重合体は、次に上述のような
高温における成形型の加熱において分解又は焼却される
。この方法は成形型を徹底的に弱体化し、従って、それ
は、未焼成成形物からブラシ除去ができる。

本発明方法に用いられる炭化硅素粉末は、３ミクロンの
オーダーの平均粒子サイズを有する炭化硅素粉末と、２
００メツシュ以下の平均粒子サイズを有する炭化硅素粉
末とを含む混合物であることが好ましい。成形型の材料
は、比較的柔かで、かつ成形物の強度を付加するための
成形物の熱処理の間に、成形物中に歪が発生することを
防止できるものであることが好ましい。このように比較
的柔かな成形型を得るためにも、成形型が鋳込まれる直
前に石膏の泥漿中に有機重合体の溶液を添加す、る。本
発明の好ましい実施態様においては、この有機重合体と
して、メチルセルロースを用いることが好ましくこれは
Ｍｅｔｈｏｃｅｌの商標で市販されている。

メチルセルロースを導入すると、焼石膏混合物中に非常
に細かな気泡を発生するようになり、このことは更に受
路石膏成形物を多孔質にすることになる。これらの気泡
は、極めて小さいもので、よく分布しているので、平滑
な表面を持ち、しかし多孔質で柔かな石膏が得られ、こ
のものは容易に破壊されるものである。メチルセルロー
ズは、第二の機能を有していて、未溶解の石膏の粒子を
懸濁させる。石膏の水に対する割合を同一にして、メチ
ルセルロースを使用しないときにくらべてメチルセルロ
ースを使用したときは、石膏は非常に安定化する傾向が
ある。

メチルセルロースを使用する場合、メチルセルロースの
使用量をかなり変動させてもよいことが見出された。メ
チルセルロースを高濃度で使用すると、焼石膏中におけ
る可燃成分として作用し、それを燃焼させると、焼石膏
成形型は極度に弱体化する。後に記載されている非限定
的実施例には、メチルセルロースを使用する場合が記載
されている。

焼石膏成形型を、少くとも泥漿と接触する内側表面にお
いて、処理して、成形型の完全な充填ができるようにす
るための水の吸収を適度に遅くすることが好ましい。こ
のことは、タービンブレードのエヤホイルその他のよう
な極めて薄い断面を有するものが形成されるときに特に
重要である。

成形型から取り出された未焼成生成物を、炭化硅素を再
結晶し、比較的凸凹のある構造を形成するために十分な
温度に加熱することが好ましい。

これによって得られる製品は、樹脂結合剤の分解によっ
て生成し加熱操作後に残っている残留炭素を含んでいる
。極めて密度の高い製品が所望のときは、Ｈｅｙｒｏ　
ｔｈ氏の米国特許第２．４３１．３２６号又は、Ｔａｙ
１ｏｒ氏の米国特許第３，２０５，０４３号に記載され
ているように、フルフリルアルコールを利用して比較的
多孔性な再結晶された炭化硅素構造の空隙部に、追加の
炭素を生成させる。製品製造の最終段階において、炭素
含有多孔性炭化硅素を、２０００℃のオーダーの温度で
、硅素含有雰囲気内で加熱して、その含まれている炭素
の全部を炭化硅素に変成し、そして、若し所望ならば、
遊離の硅素で、成形物を完全に含浸する。

本発明の一つの好ましい実施態様として、下記の非限定
的実施例に記載されているように、１組のタービンホイ
ールブレード（タービン車の羽根）を鋳込成形する場合
について説明する。

実施例１ 最終タービンホイールブレードの正確なワックス製レプ
リカを適当な成形技法により調製し、これらのレプリカ
を用いてそのまわりに焼石膏の成形型を形成した。前記
の最初の成形体用に用いられたワックスは、通常、Ｆｒ
ｅｅｍａｎ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ社により、Ｊ
　Ｗ３７１５−　Ｈの商品名で市販されている宝石パタ
ーンワックスであった。成形型形成材料として２ｇの水
に２００ｇの焼石膏を添加した。

これを３分間混合し、一つまみの既に硬化され、粉砕さ
れた石膏を、それに添加し、更に急速に硬化するように
した。混合を９分間続け、その後にメチルセルロース溶
液を添加し、更に２分間混合した。その後に、１５０’
Ｆ（約６５℃）で、１０ｐ、ｓ、ｉでこの混合物を注入
して焼石膏成形型を射出形成した。メチルセルロースの
量は０．１ないし４重量％に変化し、この量は、メチル
セルロースの濃度を約１ないし８％に変化させたメチル
セルロース溶液によって添加されたものである。

メチルセルローズの濃度が高いと、乾燥間の成形型の収
縮が過剰になる。一般に、２％メチルセルロース溶液を
１０ないし１５％用いると十分であり、特に焼石膏成形
型を、酸浸出法により破壊する場合に十分である。焼石
膏成形型を焼いて破壊する場合には、メチルセルロース
の濃度を幾分高めて用いることが好ましい。

焼石膏が硬化された後に、成形型を１２０’Ｆ（約４９
℃）に加熱してワックスをとかし、焼石膏成形型の内側
表面全体にワックスの薄い被覆を残すようにし、鋳込泥
漿からの前記表面による水の吸収を適当に減少させた。

鋳込み用泥漿を下記混合物から調製した。

平均粒子サイズが２．５ないし３ミクロンの微細な炭化
硅素　　　　　　５８３３グラム粗い　炭化硅素　　　
　　　５６００グラム水　　　　　　　　　　　　　２
５００グラム群酸ナトリウム　　　　　　　２５グラム
この混合物をプラスチック製混合ミル中で直径２．５セ
ンチメートルのゴム球によって、１６時間かきまわした
。

次にこの泥漿を、好ましくは底湯口を通して焼石膏成形
型に注入した。この泥漿は、各成形型中にその頂部から
延びている湯口を通って完全に通過できるようになって
いる、成形型が完全に充填されたとき、泥漿に約２０　
ｐ、ｓ、ｉの圧力をかけ、この圧力を４５分間保持し、
成形型のあらゆる部分が、完全に確実に充填されるよう
にした。その後、各成形型中で泥漿が固化された後に圧
力を除去した。

重合体を分解又は焼却するために、炭化硅素泥漿成形物
と一体になっている成形型を空気中で室温から６００℃
以上、好ましくは約６５０ないし７００℃に、１時間当
り１５℃の時間計画で空気中で加熱した。室温まで冷却
しもどすと、石膏成形型は極度に柔かであって、容易に
成形物からブラシ除去することができた。この加熱サイ
クルの間に、炭化硅素未焼成成形物は、わずかに酸化さ
れガラス状相を形成した。このガラス状相は未焼成成形
物の強度をかなり増大させていた。

次に羽根成形物を、加熱器から取り出し、そしてＦＡＰ
ＲＥＧ　Ｐ５　（Ｑｕａｋｅｒ　０ａｔｓ社製）の溶液
で室温で２時間含浸することによって、重合可能なフル
フリルアルコールを主とする材料で処理し、９０℃で２
４時間および２５０℃で２時間の硬化処理を施した。こ
の工程を２回繰り返えし、実質的にボイド域のない成形
物を得た。

次に、この成形物を硅素雰囲気ををする炉中で、約２０
７０℃で約３０分間加熱し、製品中の炭素の実質的に全
部を、炭化硅素に変成した。この加熱により、追加量の
硅素が、製品中に吸収されて、最終製品が１２％以下の
単体硅素を含むようになった。

Ｈｅｙｒｏ　ｔｈ氏の米国特許第２，４３１，３２６号
および７ａｙ１ｏｒ氏の米国特許第３．２０５，０４３
号に述べられているようにフルフリルアルコールを用い
ることによって製品の密度を高めるのも一つの好ましい
方法であるが、再結晶された炭化硅素成形物中に炭素を
沈澱させるための他の方法を用いることもできる。

上記には、１種の水溶性有機重合体としてメチルセルロ
ースについて述べたが、成形型を弱体化するために、酸
分解の可能な多数の重合体を使用することができる。こ
のような有機重合体の例を追加すると、Ｂ、Ｆ、Ｇｏｏ
ｄｒｉｃｈ社からＣａｒｂｏｐｏｌ　９３４の商標名で
市販されているカルボキシビニル重合体や、Ｋｅｌｃｏ
社よりＫｅｌｚｏｎの商標名で市販されているキサンタ
ンガム、或は、Ｋｅｌｃｏ社より５ｕｐｅｒｌｏｉｄの
商標名で市販されているアルギン酸アンモンなどがある
。

焼石膏は好ましいものであるが、使用の技術が高度に開
発されているので、他のタイプの成形型を用いることも
できる。特に、付加的な多孔性を得るために、水溶性有
機重合体が用いられる場合にしかりである。

前述の本発明の説明において、壁を有し、デリケートで
、かつ複雑な形状物を形成する概念のみが説明されたが
本発明をそのように限定すべきでないことに注意された
い。本発明方法はまた、大きな、又は、小さな、厚い、
または薄い、複雑な、または単純な成形物を形成するた
めに適用することができる。

同様に、上記の実施例は、炭化硅素を用いているが、本
発明は金属硅素粉末に適用することができ、この金属硅
素粉末をＥ、Ｒ，Ｗ、Ｍａｙの米国特許第３．８１９．
７８９号又は、Ｎ、Ｌ、Ｐａｒｒ等の米国特許第３．２
２２，４３８号に教示されているようにして窒素化した
ものにも適用できる。未焼成成形物を強化するための安
定なガラス（例えば、Ｂｔｕｓ、５ｉｆｔ又はＴｉ０ｚ
）を形成するように、わずかに酸化される耐火性化合物
の粉末は、いづれも使用可能で、この場合、未焼成成形
物は、空気中での加熱により強化される。

Ｌユ下余白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微細に粉末化された炭化硅素粉末から鋳込み成形可
   能な泥漿を調製し、この泥漿を焼石膏成形型に鋳込み、
   この成形型を、得られた未焼成成形物から取り除き、こ
   の成形物を加熱処理する耐火性成形物の製造方法におい
   て、 前記成形型を０．１ないし５重量％の有機重合体の水溶
   液を含有する焼石膏混合物から調製し、前記鋳込まれた
   成形物と成形型とを、前記成形物を部分焼成してその強
   度を高め、同時に、前記成形物中の重合体を分解して成
   形型を弱体化するのに十分高い温度に、かつ十分長い時
   間にわたり加熱することを含み、前記強化された成形物
   を損傷することなく成形型を容易に取り除き得るように
   する耐火性成形物の製造方法。 ２、前記炭化硅素粉末が、３ミクロンのオーダーの平均
   粒子サイズを有する炭化硅素粉末と、２００メッシュ以
   下の平均粒子サイズを有する炭化硅素粉末とを含む混合
   物である、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、前記加熱が、酸素含有雰囲気中で行われ、前記成形
   型中の重合体の大部分を酸化して成形型を弱体化する、
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、前記酸素含有雰囲気中における加熱が、６００℃以
   上の温度で行われ、それにより前記成形物中の炭化硅素
   を部分的に酸化してその未焼成強度を増大させ、かつ前
   記成形型中の重合体を酸化して成形型を弱体化する、特
   許請求の範囲第３項記載の方法。 ５、前記重合体が、メチルセルロースである、特許請求
   の範囲第１項記載の方法。