JPS62202874A - セラミツクス焼結体の製造方法 - 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］ 本発明は、別々に成形した凹部を有するセラミックス未
焼結体と凸部を有するセラミックス未焼結体の凹凸部を
嵌合して、一体的に焼結して接合し、１個のセラミック
ス焼結体を製造する方法の改良に関し、詳しくは、嵌合
した凹凸部の接合強度が高いセラミックス焼結体の製造
方法を提供するものである。

本発明は、例えば、ガスタービン用セラミックスタービ
ンホイールの製造に用いることができる。

［従来技術］ 従来、例えばセラミックスタービンホイールの焼結体の
ｙＪ造に際して、凹部をイ１する４巾成形体と、凸部を
有する回転軸成形体とを別々に成形１ノ、（これらを仮
焼１）て、凹凸部が密盾］ノて嵌合するように接合面等
を刷械加工した後、嵌合１ノて焼結することにより、一
体化でる方法が知られている。

［発明が解決しようと４る問題点１ １）か１ノ、該製）へ方法（、二おいて、焼結前、嵌合
する凹凸部の接合面を完全に密着させるように機械加工
４ることは、困難であり、又焼結前に凹凸部を密着さ′
せて１．１焼結の際、接合面が」−分ｉ、：　ｌ　＠　
１４ず、このため所〒の接着強度が１りられない場合が
生じた。

本発明は、ト記事情に鑑みて案出されたちのであり、凹
凸部の接合面を焼結時の際にも」−分に密接させて、接
合面における焼結を促進号゛ることによって、接合強度
の弱さに基く、亀裂等の発生を防止１）ようと４るもの
である。

Ｅ問題点を解決づる１、′：めの手段］本発明１［係る
セラミックス焼結体の製造方法は、＋Ｓ合四部をｂつ第
１　セラミックス未焼結体と該嵌合凹部と嵌合する嵌合
凸部をもつ第２セラミックス未焼結体とを該嵌合凹部ど
該心合凸部どを１１χ合ざｆ±た状態で加熱（〕、該第
１１２ラミックス未焼結体と該第２セラミツクス末焼結
体とを一体的１こ焼結］ノで１個のセラミックス焼結体
を製造づ゛るセラミックス焼結体の製造り法において、 該第１セラミックス未焼結体の焼結収縮率は該第２セラ
ミックス未焼結体の焼結収縮率よりも大きく形成されで
おり、焼結時（、：焼結収縮率の差により該嵌合凹部が
該嵌合凸部を締めイ］ジノる締め付げ力が作用Ｊ゛るよ
うにしたことを特徴とづる。

以下、構成要件を説明づる。

セラミックス未焼結体には、各枠成形方法（例えば、ラ
バープレス、スリップキャスティング、射出成形法等）
によって成形された成形体、必要に応じて該成形体を説
脂した脱脂体、あるいは機械加工」ノやずいにうに仮焼
した仮焼体が含まれる。

又、セラミックス未焼結体の焼結時の収縮率を嵌合凹部
をもつ第１セラミックス未焼結体を嵌合凸部をもつ第２
セラミックス未焼結体より大きく１４）方法としては、
例えば、金型に原料粉末を入れ、プレス等で圧縮してセ
ラミックス成形体を製ｊ告４６場合には、第１セラミッ
クス未焼結体の圧密化の程度をより小さくすることによ
り、あるいは、仮焼体と４−る第１セラミックス未焼結
体の仮焼温度をより低く４“ることにより、又、第１セ
ラミックス未焼結体の原料粉末の粒（￥をより大きくし
たり、焼結助剤の添加耐をＪ：り多くすること等により
、第１セラミックス未焼結体の密度を第２セラミックス
未焼結体よりｆ匹くすることができる。

尚、」−記セラミックス未焼結体の原材料としでは、特
に限定しないが、例えば、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭
化珪素（Ｓ　Ｉ　Ｃ）　、”ｔ　イア　ロン（ＳＩ　Ａ
　Ｌ　ＯＮ　）　、ジルコニア（Ｚ　ｒｏ　２　）　、
フルミＪｉＡ交２０３）、ムライ１−等を用いることが
できる。

次１こ、第１セラミックス未焼結体と第２セラミックス
未焼結体を１８（合して、一体向に焼結４る際の焼結条
（′（はｌ？ラミックス材料によってｔ）箕なり、従来
のセラミックス成形体、脱脂体、仮焼体の焼結と同様に
焼結できる。又、該焼結を加圧下で行うか、非酸化雰囲
気で行うかも自由１ｌＸ−ある。

第１セラミックス未焼結体と第２セラミックス焼結体の
嵌合部の形状（五、特に限定しないが、例えば、嵌合凹
部は、第１セラミックス未焼結体を旧Ｉるものでもよい
。又、テーパー状としたり、十文字の形状どすることも
自由である。又、ＩＮ合凹部と嵌合部ＢＳの嵌合部−に
対応ｊる位置にビン穴を設け、第１、第２セラミックス
未焼帖休と同質のセラミックス未焼結体のビンを設ビン
穴にＩ；１めこみ、一体向に焼結Ｊ′るような方法をイ
ノ１用しＣちよいし、嵌合凹部ど嵌合凸部の接合面に、
母材と同素材のセラミックス粉末や接首剤を塗布して焼
結する方法を併用４゛ること１う７゛きる。

［作用１ 本発明において第１セラミックス未焼結体の焼結収縮率
（、玉、第２セラミックス未焼結体の焼結収縮率よりち
大きい。従って、焼結時１、二は、第２セラミックス未
焼結体の嵌合凸部は、第１セラミックス未焼結体の嵌合
凹部により締め付けられながら一体的に焼結されること
となり、嵌合凹部と嵌合凸部の接合面は完全に密着する
。

このため、嵌合凹部と嵌合凸部の接合面は、セラミック
ス未焼結体の他の部分と異なることなく焼結し、従来密
着が十分でなかった場合に比し、焼結が促進され、接合
強度は十分強固なものとなる。

［実施例１ 以下、本発明の具体的な１実施例を図を参照しつつ説明
する。

本実施例は、本発明をセラミックスタービンホイールの
焼結体の製造に適用する場合である。

第１図は、本実施例に係るセラミックスタービンホイー
ルの焼結体の縦断面の概略図である。第１図に示すよう
に本実施例に係るセラミックスタービンホイールは、円
錐状のセンタ凹部１０を有する円錐状のハブ部２０と、
該ハブ部２０のまわりに設けられた羽根部３０を有する
翼！ｔ１と、センタ穴１０に嵌合する凸部を有する回転
シャフト２とをセンタ穴１０の凹凸部で嵌合させて、一
体向に焼結して得たものである。

該セラミックスタービンホイールは、次の要領で製造し
た。

即ち、窒化珪素とスピネルからなる酸化物助剤とから構
成されるセラミック粉末８０部に対し、熱可塑性樹脂２
０部を加えて、これらを均一に混練し、第１図に示す翼
車１と回転シャフト２の形状と同形状に各々射出成形し
た。次いで、これらを室温から４５０℃まで窒素ガス雰
囲気で加熱し前記樹脂を除去して脱脂し、その後翼車１
の脱脂体の焼成収縮率が１６．０％となるように約１２
００℃で４時間加熱し、又、回転シャフト２の脱脂体の
焼成収縮率が１５．８％となるように約１３００℃で加
熱した。

その後、肩車の仮焼体と回転シャフトの仮焼体が、セン
タ穴１０において、密着して嵌合するように両者の接合
面を機械加工により平滑にし、嵌合して７５０℃で、４
時間常圧焼結を行い、一体化して、第１図に示すセラミ
ックスターボホイールを製造した。

尚、第１図においてセンタ穴１０の１横断面Ａ部は、焼
結前の仮焼体の状態で１５ｍ１φであるため、焼結時の
翼車（収縮率１６％）と回転シャフト（収縮率１５．８
％）の収縮によりＡ部は、３０μｍ［１５ｇ＋＋＋φＸ
　（１６，０−１５，８）＋１００−０．０３ｍｍφ］
のしめじろを有することになる。

（切り出しテストピースの評価） 上記実施例に係るセラミックスタービンホイールの嵌合
部の接合強度が十分なものであるかを調べるためにテス
トピースを切り出して評価を行つｌこ　。

第２図はテストピース切り出しを模式的に説明する説明
図である。第２図に示すように厚み１゜２１１１１１、
長さ２Ｑｍｍ、幅１，２１１１１のテストピース５０を
嵌合部の接合面が中央にくるように切り出した。

又、比較例として翼車と回転シャフトに、焼成収縮率が
異ならない仮焼体を用いる他は、全て実施例と同様にし
て嵌合して一体的に焼結させた従来のセラミックスター
ビンホイールからも、同様にテストピースを切り出した
く第１比較例）。又、テストピースと同一形状のセラミ
ックス焼結体を実施例と同様の材料を用いて、射出成形
し、その後、実施例と同一条件で焼成して製作した（第
２比較例）。

これらの実施例、比較例に係るテストピースの各々の３
点曲げ強度（ＪＩｓ−Ｒ−１６０１ｒフッインセラミッ
クスの曲げ強さ試験方法」による）と、ワイブル係数（
一般的に均質な材料はどワイブル係数は大きく、強度の
統計的ばらつきが少ない）を調べた。尚、ここで３点曲
げ強度における抗折条件は、クロスヘッドスピード０．
５ｍｍ／’ｍ１ｎ１スパン１５ｍｍである。

調査の結果を表に示す。表から明らかなように、実施例
の３点曲げ強度、ワイブル係数は、第１比較例（従来品
）より良好な数値を示し、第２比較例（粗材）と比較し
ても、遜色の少ない結果を示した。これは焼結時におけ
る芙車と回転シｔ！フトの収縮差によりｍｓの凹部が回
転シャフトの凸部を締めつけるため、嵌合部の接合面が
強固に密着し、接合面が他の部位と同様に均一に焼結さ
れたためと考えられる。

［発明の効果］ 以上、述べたように本発明は、嵌合部である凹凸部の接
合面をセラミックス未焼結体の焼成収縮率の差異によっ
て強固に密着させながら一体的に焼結するものである。

このため、本発明において凹凸部の接合面は、強固に接
合され、従来、接合強度の弱さに起因して生じたセラミ
ックス焼結体の亀裂等を有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本実施例に係るセラミックスタービンホイー
ルの焼結体の縦断面の概略図である。 第２図は、テストピースの切り出しを模式的に説明する
説明図で′ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）嵌合凹部をもつ第１セラミックス未焼結体と該嵌
   合凹部と嵌合する嵌合凸部をもつ第２セラミックス未焼
   結体とを該嵌合凹部と該嵌合凸部とを嵌合させた状態で
   加熱し、該第１セラミックス未焼結体と該第２セラミッ
   クス未焼結体とを一体的に焼結して１個のセラミックス
   焼結体を製造するセラミックス焼結体の製造方法におい
   て、該第１セラミックス未焼結体の焼結収縮率は該第２
   セラミックス未焼結体の焼結収縮率よりも大きく形成さ
   れており、焼結時に焼結収縮率の差により該嵌合凹部が
   該嵌合凸部を締め付ける締め付け力が作用するようにし
   たことを特徴とするセラミックス焼結体の製造方法。
2. （２）第１セラミックス未焼結体の密度は第２セラミッ
   クス未焼結体の密度より低いことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のセラミックス焼結体の製造方法。
3. （３）第１セラミックス未焼結体は、周囲に回転翼を有
   するタービンホィールのロータであり、第２セラミック
   ス未焼結体は、該ロータを回転させるシャフトであり、
   かつ、該第１セラミックス未焼結体の嵌合凹部と第２セ
   ラミックス未焼結体の嵌合凹部と嵌合凸部は、テーパー
   状をなしていることを特徴とするセラミックス焼結体の
   製造方法。