JPS6169405A - 複雑形状セラミツク部品の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明は、セラミック粉末を原料として、タービンホ
イールやガスタービンエンジン用ステータなどの複雑形
状部品を製造するための方法に関するものである。

従来の技術 セラミック製部品の製造は、基本的には、原料であるセ
ラミック粉末を所望の形状に成形し、かつ加圧加熱して
焼結することにより行なうが、最近では、成形法として
射出成形法やスリップキャスティング法等を応用し、ま
た加圧法として静水圧加圧法を応用することにより、複
雑形状のセラミック製部品を製造できるようになってき
ている。

すなわち射出成形法やスリップキャスティング法によれ
ば、材料に流動性を与えて型に注入する方法であるから
、相当？！！雑な形状の成形体を得ることができ、また
静水圧加圧法は等方加圧であるから、被加圧体の形状に
特に制約を受けず、均一に加圧することができ、成形体
の内部密度が均一化する。したがってこれらの成形法や
加圧法を応用することにより、タービンホイールやガス
ターピンエンジン用ステータなどの複雑形状の部品をセ
ラミック製とすることができるようになってきている。

ところで室温程度の冷間で行なう静水圧加圧法としてラ
バープレスと称される方法が知られており、これはセラ
ミック粉末などの被処理体をゴム袋に入れた状態で静水
圧加圧する方法である。しかしながらこのような方法で
は、被加圧体の形状が比較的簡単な形状に制約されるた
め、前述した複雑形状の成形体を対象とする場合には不
向きである。従来、このような不都合を解消するために
、加圧媒体の浸透を防ぐゴム袋に替え、ゴムあるいはプ
ラスチックからなる被膜を成形体の表面に形成し、その
状態で静水圧加圧を流す方法が開発されている。このよ
うな被膜は、セラミック成形体を被膜の原料液に浸漬す
ることにより容易に形成、１　　　　できるから、対象
とする成形体の形状が特に制約を受、けない。

したがって上記の被膜を形成して行なう静水圧加圧法は
、複雑形状のセラミック成形体に対して特に有効である
が、その反面、ｄ械的手段によって被膜を除去すること
が困難な場合が多く、そのため従来では、静水圧加圧後
に空気中で成形体を加熱することにより被膜を除去して
いる。

発明が解決しようとする問題点 しかるに、前記被膜は有機材料によって形成することが
一般的であり、したがってこれを空気中で加熱すれば、
酸化反応によって硬化変質し、極端な場合には発火懲焼
する。その結果被膜の寸法変化が生じ、それに伴ってセ
ラミック成形体の表面に剥離が発生することがあり、タ
ービンホイールなどの機械加工の因難な複雑形状部品で
は、表面の剥離に基づく欠陥を是正できないから、被膜
除去に伴う欠陥によって不良品となってしまう。

このように被膜を成形体の全表面に形成して行なう静水
圧加圧法は、！！錐形状のものを均一に加圧する点にお
いては良好であるが、従来では被膜の除去がネックとな
って複雑形状セラミック部品の製造に適用することはで
きなかった。

この発咀は上記の事情に鑑み、表面の！！ｊ　ｌ！ｉや
亀裂などの欠陥がなく、しかも均一密度の複雑形状セラ
ミック部品を得ることのできる方法を提供することを目
的とするものである。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、加熱するこ
とにより残渣を生じることなく分解消失するゴムもしく
はプラスチックからなる被膜を、セラミック成形体の全
表面に形成し、ついでその成シ体に静水圧加圧を施すと
ともに、加圧完了後の成形体を非酸化性雰囲気中で加熱
することにより前記１１Ｂを分解消失させ、しかる後焼
結を行なうことを特徴とする方法である。

この発明の方法は、タービンホイールやガスタービンエ
ンジン用ステータ等の複雑形状部品を製造する場合に好
適であり、その成形体の原料であるセラミックは、窒化
珪素（ＳｉｘＮ＋　＞質、炭化珪素（Ｓｉ　Ｃ）質、窒
化アルミニウム（ＡＩＮ）買あるいはサイアロン質のい
ずれであってもよい。

また成形体を得る方法は、射出成形法やスリップキャス
ティング法を採用でき、したがってこの発明におけるセ
ラミック成形体とは、射出成形法による場合は、有機バ
インダーを流出飛散させた後の脱脂体であり、またスリ
ップキャスティング法による場合は分散媒体を除去した
後の乾燥体である。ざらにこの発明における被膜の素材
としては、スチレンブタジェンゴム（ＳＩＲ）もしくは
ポリアクリル襞樹脂が好適である。

実施例 以下この発明の実！Ｍ例を比較例と併せて記す。

実施例　１ まず、対象とするセラミック成形体を以下のようにして
作成した。窒化珪素粉末９Ｑｗｔ％、イツトリア粉末５
ｗｔ％およびアルミナ粉末ａｗｔ％からなる混合物とバ
インダーとしての熱可塑性樹脂とを均一に混線するとと
もに、所定の金型のキャピテイ内に射出注入し、得られ
た射出成形体を昇温速度６℃／Ｈで室温から４８０℃ま
で加熱して脱脂を行ない、ターボチャージャー用タービ
ンホイールの形状に相似のセラミック成形体を作成した
。

静水圧加圧時の加圧媒体の浸透を防止する被膜は、前記
成形体をスチレンブタジェンゴム（８ＢＲ）液に２回浸
漬することにより、成形体の全表面に形成した。なお膜
厚は、０．２〜０．４！！Ｉ１１が好ましく、これより
薄い場合には、角部での破損が生じることがあり、逆に
厚過ぎた場合には、所定の圧力から降圧中（Ｄ水圧を除
く途中）に前記成形体における羽根先端部が＊ａ自身の
伸ｍ運力で折損するおそれがある。

静水圧加圧は、前記被膜を形成したセラミック成形体を
、加圧媒体としの水の中に浸漬するとともに、１４００
ｋ（＋／Ｃｌ１ｒに加圧して行なった。

被膜の除去は、加圧完了後の前記成形体を焼成炉内に配
置するとともに、窒素ガスを導入して非膣化性雰囲気と
し、その状態で空温から６００℃まで加熱昇温して被膜
を熱分解させることにより行なった。

上記の操作の後、被膜の分解によって発生した？ ガスを炉外へ排気し、ついで再度窒素ガスを焼成炉内に
導入し、１７５０℃、１０気圧Ｎ２．２時間保持の条件
で焼結を行なった。

得られたセラミック焼結体を調べたところ、表面の剥離
や内外部の亀裂などの欠陥は認められなかった。

実施例　２ セラミック成形体の作成および被膜の形成ならびに静水
圧加圧は、実施例１の場合と同様にして行なった。

被膜の除去は、焼成炉内に成形体を配置するとともに、
空温かう６００’Ｃまで加熱し、かつ炉内を排気減圧し
ながら真空中で熱分解させることにより行なった。

また成形体の６００℃以降め焼成は、実ｍ倒１における
場合と同様にして行なった。

得られたセラミック焼結体には、表面の剥遁や内外部の
亀裂などの欠陥は認められなかった。

比較例　１ 実施例１で述べた方法と同一の方法で作成したセラミッ
ク成形体を、静水圧加圧を施さずに、実施例１と同一の
焼成条件で焼成した。

得られた焼結体の総て（６０個）に亀裂が発生していた
。これはセラミック成形体の密度が、加圧工程を経てい
ないために不均一であることが原因であると考えられる
。

実施例　３ 炭化珪素９８ｗｔ％、ホウ素１ｗｔ％、炭素１ｗｔ％か
らなる粉末混合物を原料として、スリップキャスティン
グ法により、ガスタービンエンジン用ステータの形状と
相似のセラミック成形体を作成した。

その成形体に対する被膜の形成、および静水圧加圧は、
実施例１における場合と同様にして行なった。

被膜の除去は、前記成形体を焼成炉内に配置するととも
に、アルゴンガスを炉内に導入し、ｙｌから６ｏ○℃ま
で加熱することにより行なった。

被膜の除去後、被膜の熱分解によって生じたガスをロー
タリーポンプによって炉外へ排気し、ついでアルゴンガ
ス（１気圧）を再度炉内に導入し、２００℃まで加熱し
て焼成を行なった。

その結果、表面の剥離や１似などの欠陥のないガスター
ビンエンジン用ステータを得ることができた。

比較例　２ 実施例３で述べた方法と同一の方法で作成したセラミッ
ク成形体を、静水圧加圧を施さずに、そのまま実施例３
と同一条件で焼成した。

得られたステータの羽根部と環部との境界に亀裂が発生
していた。これはセラミック成形体の密度が、加圧工程
を経ていないために不均一であることが原因と考えられ
る。

実施例　４ 被膜をポリアクリル酸樹脂によって形成し、その他の方
法、条件は実施例３と同一にして焼結体を作成した。

得られた焼結体には、前記の実施例と同様に、表面の剥
離や内外部の亀裂などの欠陥は認められなかった。これ
は、ポリアクリル酸樹脂がスチレンブタジェンゴムと同
様に、非酸化性雰囲気中で加熱することにより、残渣を
生じずに分解消失すること、および静水圧加圧を施して
均一密度になつていることに起因していると考えられる
。

比較例　３ シリコンゴムによって被膜を形成し、その他の条件、方
法は実第例３と同様にして焼結体を作成した。

得られた焼結体の表面には、被膜の熱分解により生成し
たシリカが残留、付着していた。そのシリカの除去は、
焼結体の形状が複雑であるために困難を極めた。

発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の方法によれば
、セラミック成形体に静水圧加圧を施すこと、加圧媒体
浸透防止のための被膜を、加熱することにより残漬を生
じずに分解消失するゴムもしくはプラスチックで形成し
たこと、被膜除去のための加熱を非酸化性雰囲気中で行
なうことの各操作を行なうために、被膜除去時の成形体
表面層−、おくｔｓ’ｃ５Ｅ、　ｙ　９１：ｉｔｉ：（
７）ｔＪＩｆｉｓＩＵｆ、ヨヨッ形体の内部密度が静水
圧加圧によって均一化し、その結果表面の剥離や内部の
亀裂などの欠陥のないＩＩ形状セラミック部品を得るこ
とができる。

出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　豊　１）武　久 くほか１名）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）最終製品形状と相似の複雑形状セラミック粉末成
   形体を加圧しかつ焼結することにより複雑形状セラミッ
   ク部品を製造するにあたり、加熱することにより残渣を
   生じることなく分解消失するゴムもしくはプラスチック
   からなる被膜を、前記成形体の全表面に形成し、ついで
   その成形体に静水圧加圧を施すとともに、加圧完了後の
   成形体を非酸化性雰囲気中で加熱することにより前記被
   膜を分解消失させ、しかる後焼結を行なうことを特徴と
   する複雑形状セラミック部品の製造方法。
2. （２）前記被膜が、スチレンブタジエンゴムもしくはポ
   リアクリル酸樹脂からなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の複雑形状セラミック部品の製造方法。