JPS6384902A - セラミツク焼結体の製造方法 - 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］ 本発明はセラミック焼結体の製造方法に関する。

本発明の方法はセラミックタービンホイール等の製造方
法に使用できる。

〔従来技術］ 従来、例えばセラミックタービンホイールの製遊方法の
１つとして射出成形方法が一般に採用されている。この
場合翼車のハブ部と羽根部は一体物として成形するため
金型の羽根部を形成するスライドコアの構造が複雑であ
り、複雑な形状や肉厚差のため金型製作に多くのコスト
と時間を要する。又形状や肉厚差によって脱脂時に内部
亀裂や表面亀裂が発生するといった問題がある。

又、従来の他のセラミックタービンホイールの製造方法
としては、特開昭５６−４６７０９号明Ｉｌ１に記載さ
れているようにセラミックタービンホイールの厚肉部分
であるディスク又はシャフト部を予じめ成形した後、こ
の成形体を射出成形金型内の定位置に配置し、しかる侵
、タービンホイールの薄肉部分であるブレードリングを
射出成形すると同時に、厚肉部分であるディスク部又は
シャフト部との接合を併せて行いこれらを一体化し、脱
脂焼結する方法が知られている。この場合においても射
出成形により形成された成形体の脱脂に多くの時間（通
常１週間程度）を要したり脱脂を？３潟で行わねばなら
ないという問題がある。

そこでこれら従来法を改良する方法として、厚内部分を
構成するハブあるいはシャフト部を予じめ成形した後、
その成形体をスリップキャスティング成形型内に配置し
、スリップキャスティングを行い、プレス成形体との接
合一体化を行い乾燥、焼結させる方法が提案されている
。

［ｙ！！明が解決しようとする問題点］本発明は、かか
るスリップキャスティングによる成形方法を更に改良し
従来方法に比しより短時間で着肉を行うことが出来、例
えばタービンホイールの成形の場合の舅周囲を形成させ
る型の１個当りの使用時間を短縮できるとともに芯部成
形体であるハブ部中央のヒケ、発生を防止可能なセラミ
ック焼結体の製造方法を提供することを目的とするもの
である。

し問題点を解決するための手段］ 本発明のセラミック焼結体の製造方法は、セラミックス
粉末を解膠剤とともに分散媒液中に懸濁させたスリップ
を用いて成形後焼結してなるセラミック焼結体の製造方
法において、 該セラミック焼結体の薄肉部分を構成するスリップキャ
スティング成形型内の型部分へ前記スリップを鋳込み中
空の着肉成形体を形成する第１！８込み成形工程と、 あらかじめ成形した該セラミック焼結体の厚肉部分を構
成する芯部成形体を、該スリップキャスティング成形型
内の該着肉成形体の中空部に挿入配置する配置工程と、 詠着肉成形体と挿入配置された該芯部成形体との間隙に
前記スリップを鋳込み一体成形体を１ニアる第２鋳込み
成形工程と、 該鋳込み一体成形体を該スリップキャスティング成形型
から離型させる脱型工程と、 脱型後、該鋳込み一体成形体を乾燥させる乾燥工程と、 乾燥後、該鋳込み一体成形体を焼成し緻密化する焼結工
程と、 からなることを特徴とするものである。

即ち、本発明のセラミック焼結体の製造方法は、スリッ
プキャスティング成形を、例えばセラミックタービンホ
イールの場合薄肉部分である閃周囲部の着肉成形と、厚
肉部分であるハブ部成形体との着肉固化による一体成形
との２段階に分けて行うことを特色とするものである。

製造工程は、第１の鋳込み成形工程、配置工程、第２の
鋳込み成形工程、脱型工程、乾燥工程、及び焼結工程と
からなる。

本発明は、複雑形状の各種部品の製造に適用しうるがこ
こでは、−例としてセラミックタービンホイールに適用
する場合について説明する。

第１の鋳込み成形工程は、セラミックタービンホイール
の薄肉部分を構成する翼周囲部の中空の着肉成形体を形
成するため、スリップキャスティング成形型内の該石こ
う型部分へスリップを鋳込む工程である。スリップはセ
ラミックス粉末を解膠剤とともに分子ｌ媒液中に懸濁さ
せたものである。

スリップの組成としては窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）系を主
剤とし、これにポリアクリル醇アン七ニウム塩及び純水
を混合したものか、あるいは炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）系
を主剤とし、これに右概リン酸工ステルのアンモニウム
塩、ポリオキシエチレンアルキルアミン、及びポリカル
ボン酸アンモニウム塩を混合、懸濁させたものとするこ
とが出来る。

配置工程とは、予じめ、例えばプレス成形した厚肉部分
でありタービンホイールの芯部を構成するシャフト形状
成形品をスリップキャスティング成形型内の前記翼周四
部着肉成形体の中空部へ挿入配置する工程のことである
。

第２の鋳込み成形工程とは、岡周囲部着肉成形体と、そ
の中空部内に挿入配置されたシャフト形状成形品との間
隙に前記スリップを鋳込み略０゜２気圧までヘッドをか
けた状態で着肉固化させ一体成形体を１りる工程である
。

脱型工程とは、第２の鋳込み成形工程にて得られた鋳込
み一体成形体をスリップキャスティング成形型から離型
させる工程である。

乾燥工程及び焼結工程は常法による。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を説明する。本発明を一例と
してセラミックタービンホイールに適用した場合で説明
する。

タービンホイールの薄肉部分を構成する買周囲部形状（
タービンホイールの最外径φ１０２．Ｈ枚数１２枚）を
成形する石こう型構成を第１図に示す。

第１図において、スリップキャスティング成形型は、吸
液性のない鋳込み口型１．１２個の石こうコアが集合し
コア間のキャピテイが翼の形状を成す石こう等の可動型
２、石こう組型（固定型）３、及び４、キャピテイ５、
スリップ鋳込み口６、吸液性の無い入れ子型７とから構
成されている。

前記石こう製の可動型２から得られた成形体が第２図の
響周囲成形体８である。第２図において９は芯部成形体
、１ｏは石こう型、１１は位置決め型である。

上記鋳込み成形は、６．６ナイロン質ボールミルで混合
し、常法に従い脱泡処理した下記の組成のスリップを選
んで用いた。

（１）窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４） ａ−８Ｉ３Ｎａ、平均粒径０．９μｍ、９７゜４ｗｔ％
：Ｙ２Ｏ３、平均粒径０．８μｍ、１゜３ｗｔ％：Ｍｇ
Ｏ１平均粒径０．０１μｍ、０゜３５ｗｔ％：　Ａ　＋
　２０３　、平均粒径０．０２μｍ。

０．９４ｗｔ％以上を７５．５ｗｔ％混合したセラミッ
クス粉末に解膠剤としてポリアクリル酸アンモニウム塩
Ｑ、５ｗｔ％、純水２３．９ｗｔ％を懸濁させたもの。

（２）炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ） β−３ｉＣ１平均粒径０．２８．ｃｚｍ、９８．５ｗｔ
％；カーボンブラック、平均粒径０．０２μｍ、１，０
ｗｔ％；非晶１１ホウ素、平均粒径０゜５μｍ、Ｑ、５
ｗｔ％以上を７０．８ｗｔ％と、これにベンゼン２７．
６ｗｔ％、有機リン酸ニスデルのアンモニウム塩ｉ、Ｑ
ｗｔ％、ポリオキシエチレンアルキルアミン ホン酸アンモニウム塩Ｑ．５ｗｔ％を懸濁させたものの
いずれかを第１図のスリップ鋳込み口６からキャピテイ
５へ鋳込み、２０〜３０分後に翼部形成と共に厚さ２〜
３ａｖ程度のキャピテイ５の内壁を４用させた後（第１
の鋳込み成形工程）、余分のスリップを排泥し、乾燥し
て第２図の誓周囲成形体８を得た。

次いで厚肉部分を構成する芯部成形体９を第２図々示の
ようにスリップキャスティング成形型内に配置しく配置
工程）、スリップ鋳込み口６より、上記翼周囲着肉成形
体８と芯部成形体９との隙間にスリップを鋳込んで一体
成形体とした（第２鋳込み成形工程）。

その後、脱型、乾燥、焼結工程を実施した。なお第１及
び第２鋳込み成形工程において贅肉に伴いスリップ液面
が沈下していくのでスリップはつぎ足していった。

また乾燥後、焼結してもさしつかえないが、タービンホ
イールの信頼性を向上させたい場合には、更に次のこと
が効果的である。

即ち、得られた一体成形とポリアクリル樹脂のトルエン
溶液（濃度１５％位が望ましい）に没潰し、成形体の表
面を濡らし、過剰分を滴下させた後、乾燥させることに
より１ｇさ０．２〜Ｑ．５ｍｍの膜を１成させる。この
膜が成形体全面を１つた後水中で静水圧を負荷＜１５０
０〜３０００ｋ。

／Ｃ１）する１５００ｋｑ／ｃ翔２以下では効果が少な
い。又３０００ｋ（Ｊ／ｃ１程度がよいがもつと高圧で
も勿論良い。こうすることにより高さ密度の成形体とす
ることが出来るので気孔（ボア）の欠陥の大きさを小さ
くすることができる。

第２図の芯部成形体９は、上記と同じスリップキャステ
ィングで予じめ作成しておいたものが好ましい。或いは
、スリップギヤスティングで１１られるものと同密度に
なるようにプレスあるいは静水圧成形しておけばよい。

焼結については、窒化計測系のスリップの場合はＮ２１
０気圧下１７３０℃４時間焼結し、炭化水素系のスリッ
プを使う場合はヘリウム１気圧下２０８０℃で１．５時
間焼結する。いずれの場合には閉気孔はぼ０、開気孔率
３〜５％の焼結体で製品に常法の非破壊検査（通過Ｘ線
、超音波ｒＲ傷、蛍光探傷）でクラックのような欠陥は
見つからなかった。

［発明の効果］ 本発明のセラミック焼結体の製造方法によれば、例えば
タービンホイールなど薄肉部と厚肉部を有する複雑形状
の部品の製造にに適用することにより特に従来略２０時
間要していた薄肉部分である翼周囲の成形時間が３０分
間以内と大巾に短縮化出来、買周囲を形成させる型の１
個当りの使用時間が減少しコストの低減につながり大き
な実用的効果を有する。また芯部成形体のヒケ発生が確
実に防止でき良質の成形体を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するためのタービンホイー
ル翼周囲形状成形型の構成図であり、第２図は第１図の
成形型により得られた一体成形型構成を示す断面構成図
である。 １・・・吸液性のない鋳込み口型 ２・・・石こう製可肋型（翼部形状成形）３．４・・・
石こう組型（固定型） ５・・・キャピテイ　　　６・・・スリップ鋳込みロア
・・・吸液性のない入れ子 ８・・・翼周囲の成形体　９・・・芯部成形体１０・・
・石こう型　　　１１・・・位置決め型特許出願人　　
　トヨタ自動車株式会社代理人　　　　弁理士　大川　
宏 同　　　　　弁理士　丸山明夫 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックス粉末を解膠剤とともに分散媒液中に
   懸濁させたスリップを用いて成形後焼結してなるセラミ
   ック焼結体の製造方法において、該セラミック焼結体の
   薄肉部分を構成するスリップキャスティング成形型内の
   型部分へ前記スリップを鋳込み中空の着肉成形体を形成
   する第１鋳込み成形工程と、 あらかじめ成形した該セラミック焼結体の厚肉部分を構
   成する芯部成形体を、該スリップキャスティング成形型
   内の該着肉成形体の中空部に挿入配置する配置工程と、 該着肉成形体と挿入配置された該芯部成形体との間隙に
   前記スリップを鋳込み一体成形体を得る第２鋳込み成形
   工程と、 該鋳込み一体成形体を該スリップキャスティング成形型
   から離型させる脱型工程と、 脱型後、該鋳込み一体成形体を乾燥させる乾燥工程と、 乾燥後、該鋳込み一体成形体を焼成し緻密化する焼結工
   程と、 からなることを特徴とするセラミック焼結体の製造方法
   。
2. （２）乾燥工程終了後、一体成形体を、ポリアクリル樹
   脂のトルエン溶液（濃度略１５％）へ浸漬し、次いで乾
   燥させて該一体成形体表面に厚さ０．２〜０．６ｍｍの
   ポリアクリル樹脂膜を形成させ、更に静水圧加圧を施し
   た後焼成工程を行う特許請求の範囲第１項記載のセラミ
   ック焼結体の製造方法。