JPS622601B2 - - Google Patents
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- JPS622601B2 JPS622601B2 JP58035721A JP3572183A JPS622601B2 JP S622601 B2 JPS622601 B2 JP S622601B2 JP 58035721 A JP58035721 A JP 58035721A JP 3572183 A JP3572183 A JP 3572183A JP S622601 B2 JPS622601 B2 JP S622601B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
- B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
- B23P15/006—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
- F01D5/284—Selection of ceramic materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2200/00—Mathematical features
- F05D2200/20—Special functions
- F05D2200/26—Special functions trigonometric
- F05D2200/261—Sine
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
- Y10T29/49316—Impeller making
- Y10T29/4932—Turbomachine making
-
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- Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
- Y10T428/12049—Nonmetal component
- Y10T428/12056—Entirely inorganic
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- Composite Materials (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えばガスタービンエンジン内に使
用する複合セラミツク―金属コンポネントに関す
る。
用する複合セラミツク―金属コンポネントに関す
る。
例えばガスタービンエンジン内のエーロフオイ
ルブレードおよびロータなどのセラミツクコンポ
ネントは、今日の超合金の多くよりも高い温度能
力を有することは以前から認識されている。しか
し、セラミツクスを使用する際の問題は、エンジ
ンの金属構造物に直接連結される場合に低熱膨張
率と組み合わさつて破損をもたらすそれらの脆性
にある。
ルブレードおよびロータなどのセラミツクコンポ
ネントは、今日の超合金の多くよりも高い温度能
力を有することは以前から認識されている。しか
し、セラミツクスを使用する際の問題は、エンジ
ンの金属構造物に直接連結される場合に低熱膨張
率と組み合わさつて破損をもたらすそれらの脆性
にある。
この問題を解決しようとする以前の試みは金属
とセラミツクとの間の支持体にレジリエンスを与
えることに集中しているが、ガスタービンエンジ
ンにおいてこれらの材料を用いることは依然とし
て広まつていない。
とセラミツクとの間の支持体にレジリエンスを与
えることに集中しているが、ガスタービンエンジ
ンにおいてこれらの材料を用いることは依然とし
て広まつていない。
本発明の目的は、前記問題を克服する複合セラ
ミツク―金属コンポネントを提供することにあ
る。
ミツク―金属コンポネントを提供することにあ
る。
本発明によれば、複合コンポネントは更に別の
金属構造物への連結に適した金属補強部分が連結
されることになる、負荷本体（load−bearing
body）となるべき主要セラミツクまたは非金属
予備成形本体（pre−formed body）を具備し、
この連結は、粉末状の金属をセラミツクまたは複
合本体の少なくとも所定領域に熱アイソスタチツ
クプレスすることによつて達成される。
金属構造物への連結に適した金属補強部分が連結
されることになる、負荷本体（load−bearing
body）となるべき主要セラミツクまたは非金属
予備成形本体（pre−formed body）を具備し、
この連結は、粉末状の金属をセラミツクまたは複
合本体の少なくとも所定領域に熱アイソスタチツ
クプレスすることによつて達成される。
本発明の特徴によれば、複合セラミツク―金属
コンポネントの製造法は、セラミツクまたは非金
属材料から予備成形により主要セラミツク―負荷
本体を作り、セラミツク本体の全露出表面を金属
粉末で囲み、粉末を熱アイソスタチツクプレス法
によつてセラミツク本体上に圧縮し
（compact）、次いで金属をセラミツク本体の所定
領域から除去することからなる。
コンポネントの製造法は、セラミツクまたは非金
属材料から予備成形により主要セラミツク―負荷
本体を作り、セラミツク本体の全露出表面を金属
粉末で囲み、粉末を熱アイソスタチツクプレス法
によつてセラミツク本体上に圧縮し
（compact）、次いで金属をセラミツク本体の所定
領域から除去することからなる。
純セラミツクの代わりとして使用できる非金属
複合材料は、炭素中炭素複合材料または高温ガラ
ス／セラミツク複合材料であることができる。
複合材料は、炭素中炭素複合材料または高温ガラ
ス／セラミツク複合材料であることができる。
金属の除去を好適な方法、例えば化学的エツチ
ング、電気化学的加工、または機械的加工によつ
て達成できる。
ング、電気化学的加工、または機械的加工によつ
て達成できる。
本発明に従つて製造される複合セラミツク―金
属コンポネントの例は、ガスタービンエンジン用
のロータブレード、ロータデイスク、および内筒
である。
属コンポネントの例は、ガスタービンエンジン用
のロータブレード、ロータデイスク、および内筒
である。
各種のセラミツク―金属の組み合わせを使用で
き、一例はこれらのコンポネントに通常使用され
る窒化ケイ素とニツケルをベースとする超合金の
１種との組み合わせである。
き、一例はこれらのコンポネントに通常使用され
る窒化ケイ素とニツケルをベースとする超合金の
１種との組み合わせである。
本発明を添付図面を参照して更に詳細に説明す
る。
る。
図面の第１図を参照すると、ガスタービンエン
ジン用のロータデイスクはセラミツク材料から作
られかつそれを通して中心孔２を有する主要な負
荷本体１を具備している。孔の回りのデイスクの
径方向内方領域３は、ありみぞ（dovetail）効果
を生ずるように横方向にフレヤー状に開かれてい
る。更に穴４はデイスクの回りの離間間隔に設け
られており、それらは金属で充填され、その後ボ
ルト穴を与えるためにドリル穿孔され得る。
ジン用のロータデイスクはセラミツク材料から作
られかつそれを通して中心孔２を有する主要な負
荷本体１を具備している。孔の回りのデイスクの
径方向内方領域３は、ありみぞ（dovetail）効果
を生ずるように横方向にフレヤー状に開かれてい
る。更に穴４はデイスクの回りの離間間隔に設け
られており、それらは金属で充填され、その後ボ
ルト穴を与えるためにドリル穿孔され得る。
デイスクを、適当な超合金材料の粉末６を充填
した「カン」５内に入れて穴４および孔が粉末で
充填されるようになることを確実にさせる。残り
の製造プロセス時にセラミツク本体を配置させか
つ支持するために、粉末材料の少なくとも若干の
部分を中間またはグリーン強度を有する中間形態
に予プレスすることができる。
した「カン」５内に入れて穴４および孔が粉末で
充填されるようになることを確実にさせる。残り
の製造プロセス時にセラミツク本体を配置させか
つ支持するために、粉末材料の少なくとも若干の
部分を中間またはグリーン強度を有する中間形態
に予プレスすることができる。
ガラス、セラミツクまたは金属から作ることが
できる「カン」５をクロス・フイツテイング・リ
ツド（close fitting lid）によつて閉じ、そして
排気し、そしてシールする。次いで、シールされ
たカンを熱アイソスタチツク環境において800℃
を超える温度、25ksiまでの圧力で密閉容器７内
に入れ、そして粉末金属を圧縮し、セラミツクに
結合させる。
できる「カン」５をクロス・フイツテイング・リ
ツド（close fitting lid）によつて閉じ、そして
排気し、そしてシールする。次いで、シールされ
たカンを熱アイソスタチツク環境において800℃
を超える温度、25ksiまでの圧力で密閉容器７内
に入れ、そして粉末金属を圧縮し、セラミツクに
結合させる。
「カン」から取り出した場合、孔３および穴４
を包含するセラミツク本体は金属スキンで完全に
被覆されている。
を包含するセラミツク本体は金属スキンで完全に
被覆されている。
その後、金属―金属継手がデイスクを接合しな
ければならない隣接の金属構造物と形成されるよ
うに、不必要な金属を除去して所定位置内の金属
だけを残させるようにする。
ければならない隣接の金属構造物と形成されるよ
うに、不必要な金属を除去して所定位置内の金属
だけを残させるようにする。
第２図からわかるように、穴４をドリル穿孔し
て想像線でだけ示されるフランジ付スペーサ上に
螺合される標準ボルトを受容させ、デイスクを隣
接デイスクに連結することができる。同様に金属
被覆孔３をデイスクを駆動する軸上に直接取り付
けることができる。
て想像線でだけ示されるフランジ付スペーサ上に
螺合される標準ボルトを受容させ、デイスクを隣
接デイスクに連結することができる。同様に金属
被覆孔３をデイスクを駆動する軸上に直接取り付
けることができる。
熱アイソスタチツクプレス操作を実施する「カ
ン」を適当に造形することによつて、金属フラン
ジの形状をデイスク外部上に確立することができ
る。
ン」を適当に造形することによつて、金属フラン
ジの形状をデイスク外部上に確立することができ
る。
同一技術を使用してセラミツクコンポネントの
金属補強を与えることができる。第３図は、完全
なセラミツク物品を先ず金属粉末内に完全に入
れ、金属粉末を熱アイソスタチツクプレスするこ
とによつて圧縮し、次いで機械加工して支持リブ
１１，１２の骨格構造物を残すことからなる同一
の方法によつて作られた内筒１０を示す。
金属補強を与えることができる。第３図は、完全
なセラミツク物品を先ず金属粉末内に完全に入
れ、金属粉末を熱アイソスタチツクプレスするこ
とによつて圧縮し、次いで機械加工して支持リブ
１１，１２の骨格構造物を残すことからなる同一
の方法によつて作られた内筒１０を示す。
第４図は、セラミツクエーロフオイル部分１５
および複合セラミツク―金属ルート（root）を有
するエーロフオイルブレードを示す。予備成形セ
ラミツクコアを粉末状金属内に入れ、金属をデイ
スクに関連して前記した熱アイソスタチツクプレ
ス法によつてセラミツク上に圧縮し、その後金属
を機械加工してブレードのエーロフオイル表面か
ら除去することによつてブレードは作られる。
および複合セラミツク―金属ルート（root）を有
するエーロフオイルブレードを示す。予備成形セ
ラミツクコアを粉末状金属内に入れ、金属をデイ
スクに関連して前記した熱アイソスタチツクプレ
ス法によつてセラミツク上に圧縮し、その後金属
を機械加工してブレードのエーロフオイル表面か
ら除去することによつてブレードは作られる。
選択される材料の組み合わせは、物品および操
作しなければならない環境に依存するであろう。
例えば、セラミツク部分を窒化ケイ素から形成で
き、一方金属粉末は現在使用されているニツケル
をベースとする超合金材料の１種、例えばインタ
ーナシヨナル・ニツケル・カンパニーから商品名
でIN100で販売されている合金であることができ
る。
作しなければならない環境に依存するであろう。
例えば、セラミツク部分を窒化ケイ素から形成で
き、一方金属粉末は現在使用されているニツケル
をベースとする超合金材料の１種、例えばインタ
ーナシヨナル・ニツケル・カンパニーから商品名
でIN100で販売されている合金であることができ
る。
内筒応用においては良好な結合がセラミツクと
金属強化リブとの間に形成されることが重要であ
り、そしてセラミツクおよび金属の熱膨張率はか
なり注意深く釣り合わさなければならず、または
中間の熱膨張率を有する中間層をそれらの間に使
用できる。
金属強化リブとの間に形成されることが重要であ
り、そしてセラミツクおよび金属の熱膨張率はか
なり注意深く釣り合わさなければならず、または
中間の熱膨張率を有する中間層をそれらの間に使
用できる。
しかし、ブレードおよびデイスク応用において
は、セラミツク部分および金属部分は機械的に一
緒に固定されているので金属とセラミツクとの間
に良好な結合を有することは必要ない。
は、セラミツク部分および金属部分は機械的に一
緒に固定されているので金属とセラミツクとの間
に良好な結合を有することは必要ない。
前記の複合物品の製造法の利点の１つは、金属
およびセラミツクを物品の作動温度に近い高温に
おいて圧縮することである。このようにして２種
のコンポネントの膨張は物品に高度に応力をかけ
る操作時に前記温度において釣り合わされるであ
ろう。膨張の不釣合は、不釣合によつて惹起され
る応力に追加される外部的にかかつた応力がない
であろう操作後に物品が冷却する際にだけ明らか
になる。
およびセラミツクを物品の作動温度に近い高温に
おいて圧縮することである。このようにして２種
のコンポネントの膨張は物品に高度に応力をかけ
る操作時に前記温度において釣り合わされるであ
ろう。膨張の不釣合は、不釣合によつて惹起され
る応力に追加される外部的にかかつた応力がない
であろう操作後に物品が冷却する際にだけ明らか
になる。
全露出表面を金属粉で囲むことによつて、熱ア
イソスタチツクプレスを施すとき、この金属粉
は、「カン」とセラミツク本体との間のクツシヨ
ンの働きをし、熱アイソスタチツクプレス時にセ
ラミツク本体内部に微細な傷が生じるのを防ぎ、
それによつて複合セラミツク金属コンポーネント
使用時のセラミツク本体の致命的な破損を防ぐ。
また、この金属粉はセラミツク本体の囲りに流動
すると共に、金属粉と接触するセラミツク本体の
囲いのすべての点で焼結金属とセラミツク本体と
の間の良好な結合を生じさせる。
イソスタチツクプレスを施すとき、この金属粉
は、「カン」とセラミツク本体との間のクツシヨ
ンの働きをし、熱アイソスタチツクプレス時にセ
ラミツク本体内部に微細な傷が生じるのを防ぎ、
それによつて複合セラミツク金属コンポーネント
使用時のセラミツク本体の致命的な破損を防ぐ。
また、この金属粉はセラミツク本体の囲りに流動
すると共に、金属粉と接触するセラミツク本体の
囲いのすべての点で焼結金属とセラミツク本体と
の間の良好な結合を生じさせる。
前記の純セラミツクの代わりの材料は、高温ガ
ラス／セラミツク複合材料、例えばセラミツクと
混合されたコージーライト（Cordierite）、また
は炭素中炭素複合材料である。
ラス／セラミツク複合材料、例えばセラミツクと
混合されたコージーライト（Cordierite）、また
は炭素中炭素複合材料である。
第１図は本発明に従つて熱アイソスタチツク環
境において粉末状金属によつて囲まれたセラミツ
クロータデイスクを示し、第２図は金属補強の選
択的機械加工後の第１図のデイスクを示し、第３
図は本発明に従つて作られた選択的金属補強を有
するセラミツク内筒を示し、第４図は本発明によ
つて作られた複合エーロフオイルブレードを示
す。 １…セラミツク本体、６…金属粉末、１０…内
筒、１５…セラミツクエーロフオイル部分。
境において粉末状金属によつて囲まれたセラミツ
クロータデイスクを示し、第２図は金属補強の選
択的機械加工後の第１図のデイスクを示し、第３
図は本発明に従つて作られた選択的金属補強を有
するセラミツク内筒を示し、第４図は本発明によ
つて作られた複合エーロフオイルブレードを示
す。 １…セラミツク本体、６…金属粉末、１０…内
筒、１５…セラミツクエーロフオイル部分。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ セラミツクまたは非金属の予備成形本体表面
に粉末状金属を熱アイソスタチツクプレスしてそ
の表面に該金属を連結することを含む、該予備成
形本体と連結し更に別の金属構造物への連結に適
合する金属補強部分と該本体とから成る複合コン
ポネントの製造法であつて、上記粉末状金属６
は、上記予備形成本体１に、その表面の全面上で
結合され、次に、その表面部分から選択的に除去
されて、その除去された部分において上記本体の
ベース材料が露出され、部分的に補強された本体
が残されることを特徴とする複合コンポネントの
製造法。 ２ 予備成形本体１が、ありみぞ効果を生ずるよ
うにフレヤー状に開かれた部分３を有し、金属６
が上記フレヤー状に開かれた部分３の回りに残さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の複合コンポネントの製造法。 ３ コンポネントがガスタービンエンジン用のロ
ータデイスクであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の複合コンポネントの製造法。 ４ コンポネントがガスタービンエンジン用のロ
ータブレード１５である、特許請求の範囲第１項
に記載の複合コンポネントの製造法。 ５ コンポネントがガスタービンエンジン用の内
筒である、特許請求の範囲第１項に記載の複合コ
ンポネントの製造法。 ６ セラミツクが窒化ケイ素である、特許請求の
範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の複合
コンポネントの製造法。 ７ 金属がニツケルをベースとする超合金である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項
のいずれか１項記載の複合コンポネントの製造
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8206583 | 1982-03-05 | ||
| GB8206583 | 1982-03-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58189306A JPS58189306A (ja) | 1983-11-05 |
| JPS622601B2 true JPS622601B2 (ja) | 1987-01-21 |
Family
ID=10528819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58035721A Granted JPS58189306A (ja) | 1982-03-05 | 1983-03-04 | 複合セラミック金属コンポネントの製造法 |
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