KR0183997B1

KR0183997B1 - 슬립 캐스팅 법

Info

Publication number: KR0183997B1
Application number: KR1019910007653A
Authority: KR
Inventors: 쥰지 사까이; 마사히사 소부에; 요시유끼 야스도미
Original assignee: 미다 가쓰시게; 가부시끼 가이샤 히다찌 세이사꾸쇼
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1999-04-15
Also published as: DE69115992T2; DE69115992D1; US5252273A; EP0459324A2; JPH0433806A; KR920021277A; EP0459324A3; EP0459324B1; JPH0813446B2

Abstract

예를 들면 압축기용 스크롤날개, 스크류로터, 등으로 대표되는 복잡형상이고 또 부분에 따라 두께가 다른 각종의 세라믹 제품을 제조하는 방법중, 세라믹 등으로 이루어지는 슬러리를 성형형에 주입하는 방법으로서, 성형형의 일부 또는 전부를 분산매의 비점보다 낮은 온도로 가열함으로써 용융되는 겔상의 유연한 재료로 구성함으로써 성형체를 성형할때에 발생하는 응력을 완화할 수 있게 되고, 성형품의 성형이 용이하고, 또 고치수 정도의 성형품이 얻어질 수 있는 제조방법이다.

Description

슬립 캐스팅 법

제1도는 실시예 1에 의한 성형 형의 성형공정을 나타낸 개략 구성도.

제2도는 실시예 1에 의한 세라믹제 스크류로터의 제조방법을 나타낸 개략 구성도.

제3도는 실시예 2에 의한 성형 형의 성형공정을 나타낸 개략 구성도.

제4도는 실시예 2에 의한 세라믹제 스크롤 날개의 제조방법을 나타낸 개략 구성도.

제5도는 실시예 3에 관한 성형 형의 성형공정을 나타낸 개략 구성도.

제6도는 실시예 3에 의한 세라믹체 터보 챠저 로터의 제조방법을 나타낸 개략 구성도.

제7도는 실시예 5에 의한 세라믹 중공구의 제조방법을 나타낸 개략 구성도.

제8도는 실시예 6에 의한 세라믹 중공구의 제조방법을 나타낸 개략 구성도.

제9도는 실시예 7에 의한 중공 원통형상품의 제조방법을 나타낸 개략 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 금속모형 2 : 정반

3 : 플레임 4 : 덮개

5 : 성형공간 6 : 젤라틴 형

7 : 선고형 8 : 재료주입구

9 : 보강용 금형 13 : 분산매 후수성 형

14 : 슬러리

본 발명은 세라믹스, 금속, 카본 등을 함유하는 슬러리를 성형 형내에 주입(鑄入)함으로써 각종의 제품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 압축기용 스크롤 날개, 스크류 로터 등과 같이 형상이 복잡하고 또 두께가 다른 제품의 제조에 적합한 제조방법에 관한 것이다.

각조의 재료를 제품형상으로 성형하는 방법의 하나에 재료분말을 분산매중(물이나 알콜 등)에 분산시켜, 유동상의 슬러리로 하여 성형 형내에 유입시켜 성형체를 얻는 슬립 캐스팅법이 있으며, 이 성형법에 의하여 많은 제품을 만들어내고 있다.

이 슬립 캐스팅 법에는 석고형을 사용하는 것이 통상적이나, 터보 챠저 로터, 스크류로터, 스크롤 날개 등의 복잡 형상품을 성형하는 경우에는 성형시에 클랙(균열)등의 결함이 생기는 일이 많아, 석고형 만으로서는 제품의 성형이 곤란한 일이 많다. 그러므로 종래는 복잡 형상품을 성형하기 위해서는 슬립 캐스팅법을 사용하여 석고형과 선고형에 착육시킨 후에 제거가능한 재료로 이루어지는 형을 조합하여 성형하고있었다. 이 제거가능한 재료로서는 열가소성 수지나 열경화성 수지로 이루어지는 수지형이나 왁스형, 고무형이 사용되고 있다. 이들의 형과 석고형을 접착, 감합(嵌合)등의 방법으로 맞붙임으로써 일체화시키고 있는 것이다.

또한, 이와같은 성형법에 대하여 기재되어 있는 문헌으로서는 예를 들면 일본국 특개 소56-28678호 공보, 특개 소59-120405호 공보, 특개 소59-190811호 공보, 특개 소60-253505호 공보, 특개 소63-288703호 공보 등을 들 수 있다.

일본국 특개 소 63-288703호 공보에 있어서는 폴리알킬렌글리콜 중의 폴리에틸렌 글리콜을 성형 형으로서 사용하여, 성형체를 형으로부터 떼어 낼때에 용융제거하고자 한 것이다.

그러나, 폴리에틸렌 글리콜은 그 분자량에 의하여 다양한 특성을 가지기 때문에 예를 들면 저분자량의 폴리에틸렌글리콜이면, 그 구조는 알콜에 가깝고 물등에 흡수함으로서 용융되어 코어로서의 역할을 다하지 못하는 것이다. 또 고분자량의 폴리에틸렌글리콜이면 슬러리와 접하는 부분에 대해서는 유연성을 나타내나, 분자량이 크기 때문에, 슬러리와 접촉하는 것만으로는 유연성을 나타내는 것이 아니고, 따라서 코어로서는 표면부분을 제외하고는 굳은 재료와 동일하며, 성형 형의 분산매(媒) 흡수에 의한 성형품의 수축시에 생기는 응력을 흡수할 수가 없어, 그때에는 균열이 발생하게 된다.

슬립캐스팅법에 있어서, 성형 형을 전부 석고 형으로 하고, 그 속에 슬러리를 유입시켜 착육체(성형체)를 형성할 때, 착육체의 적어도 일부가 형에 의하여 구속되는 형상을 가지는 경우에는 착육체의 건조시의 수축에 따라 생기는 응력을 완화시킬 수가 없어, 성형체에는 균열이 발생하고 만다.

또, 수지형과 석고형을 맞추었을(조합) 경우에도 석고형의 경우와 마찬가지로 착육체가 구속부를 가지는 경우에는 그 건조시에 균열이 발생한다. 또, 수지형을 가열하여 제거하는 경우에도 수지의 열팽창에 기인하여 성형체가 변형하거나 균열이 발생하거나 한다.

왁스형과 석고형과의 조합의 경우에도 동일하다. 이들의 경우에는 왁스형 또는 석고형이 유연성이 부족하기 때문에, 만일 이들의 조합으로 사용하기 위해서는 높은 습기가 있는 상태(착육체가 건조되지 않은 상태)로 유지하면서 가열하여 제거할 필요가 있다. 단, 가열할 때에 고온에서 분해하면 왁스가 착육체에 스며들어가는 일이 있어, 다량의 탄소가 착육체의 내부에 남아, 소성시에 소결체가 변형하거나, 소결체의 강도저하를 초래하거나 한다.

또, 고무형과 석고형을 조합시켰을 경우에는 수지형이나 왁스형의 경우와 다르게 고무자신이 가지는 우연성에 의하여 형에 의한 구속부가 있었다고해도 균열이 생기지 않는 경우가 있다. 그러나, 고무형의 제거는 통상 450 내지 500℃에서 연소시킴으로써 행해지기 때문에 슬러리중의 재료가 탄화규소나 질화규소와 같은 산화를 싫어하는 것일 경우에는 적합하지 않다.

따라서, 고무형의 연소제거 과정에 있어서는 고무형이 팽창하여 변형되어 성형체에 균열이나 변형이 생기거나 하는 일이 있다. 또, 고무형의 제거시의 가열온도가 분산매의 비점을 넘기 때문에, 고무형 제거시에는 성형체를 충분히 건조시켜 분산매를 제거하고, 분산매가 비등함으로써 생기는 성형체의 결함을 방지할 필요가 있다. 그러나, 이와 같은 충분한 건조는 성형체의 수축량을 증가시켜 성형체의 수축에 의한 균열의 발생으로 이어지게 된다.

다시, 상기한 성형형의 제작법은 어느것이나 대단히 복잡한 방법에 의하는 것이다. 수지형은 금형에 의한 사출성형법, 왁스형은 로스트 왁스이다.

즉, 만들려는 제품의 모형을 수용성 왁스를 사용하여 사출 성형법으로 만들고, 이 모형의 표면에 비수용성 왁스를 코팅하여 수중에서 수용성 왁스를 용해제거하여 왁스형을 만든다는 방법이다. 또, 고무형은 금형에 유입시킨 후 장시간에 걸쳐 숙성, 경화시켜 그 후 탈형(脫型)시켜 성형한다.

어느 경우에나, 어떤 성형형의 경우도 제작과정이 복잡하고, 고가의 것이되고, 또한 소모품이다.

그러므로 슬립 캐스팅법에 있어서 성형하는 제품의 형상이 복잡한 경우이더라도, 성형형이 간단하고, 또 성형체에 균열이나 변형을 발생시키지 않는 연구가 요구되고 있었다.

본 발명의 목적은 상기 과제를 해결하고, 성형품의 성형에 용이하게 되고, 또한 치수정밀도가 높은 성형품을 제작할 수 있는 슬립 캐스팅법을 제공하는데 있다.

상기 목적은 본 발명의 슬립캐스팅 법을 사용함으로써 해결된다.

본 발명의 제조방법의 기본적인 사고방법은 성형형의 일부 또는 전부를 분산매의 비점보다 낮은 온도로 가열함으로써 용융하는 겔상의 재료로 구성하고, 이성형 형내에 세라믹스, 금속, 카본 등을 함유하는 슬러리를 유입시켜 성형, 고화시켜 성형체를 만들고, 이성형체를 건조, 소성하는데 있다.

성형체의 이형(이型)은 형이 유연성을 가지고 있기 때문에, 또 가열 용융함으로써 제거할 수 있으므로서 성형체에 결함이 생기기 어렵다. 또 분산매의 비점보다 낮은 온도로 용융할 수가 있기 때문에, 성형체중에 잔존하는 분산매가 급격하게 기화함으로써 생기는 결함도 방지할 수 있다.

그 때문에, 슬러리와 접촉하는 성형형이 표면 부분에만 겔상의 유연한 재료를 사용하고, 그 이외의 부분에는 보다 더 강성이 높은 재료를 사용하면 성형체에 생기는 균열을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 높인 치수정밀도의 성형을 하기 위해서도 효과적이다.

또, 겔상의 유연한 재료에 물, 유기용제 또는 이들의 혼합물의 용매에 용해되는 성질을 가지게하면, 착육체로부터의 이형을 용이하게 하여, 성형체에 생기는 균열이나 변형을 방지함과 동시에 고표면정밀도 성형을 가능하게 한다.

또, 내부에 기공을 혼입한 겔상의 유연한 재료를 사용하면 형은 더욱 압축성이 용이하고 또는 일층 유연성을 가져, 겔상의 유연한 재료에 분산매 흡수성을 가지게 하여 착육시키거나, 비흡수성으로 하여 슬러리로부터 탈수를 방지하도록 하면, 성형품의 형상에 대하여 더욱 효과적이다.

또한, 겔상의 유연한 재료로서는 젤라틴, 헤미셀루로스, 미리 수분을 흡수시켜 전체에 유연성을 가진 상태의 폴리에틸렌 글리콜로 대표되는 폴리알킬렌 글리콜 등 또는 이것에 기공을 혼입한 재료가 사용될 수 있다.

그런데, 석고형을 일부에 사용할 수 있음은 물론 가능하고, 겔상의 이( )압축성 또는 유연한 재료의 형과 조합시키면, 각종 형상의 성형체를 얻을 수가 있다.

또, 겔상의 유연한 재료에 난(難)압축성의 것을 사용하면, 가압하에서 성형하는 경우에 다이의 압축변형이 없어 치수정밀도가 높은 성형품을 얻을 수가 있다.

또, 겔상의 유연한 재료에 이압축성의 것을 사용하면, 더한층 성형품의 구속력을 저감할 수 있다.

한편, 겔상의 유연한 재료에는 내부에 용융되지 않은 입자, 섬유등을 함유시켜도 관계없으나, 이와같은 입자, 섬유등을 함유시키지 않으면, 가열하거나 용매에 용해시킴으로써 재료는 액상이 되기 때문에 성형체중의 공극(空隙)을 통하여 형의 제거가 되므로 재료에는 입자나 섬유를 함유시키지 않는 쪽이 바람직하다.

얻어진 성형품은 소결함으로써 결함이 없는 소결품이 된다. 슬러리에 분산시키는 재료로는 세라믹스, 금속, 카본 등의 1종 또는 2종 이상을 혼합할 수가 있다. 이때에는 입자, 섬유, 휘스커 등의 형상의 것을 이용할 수 있다. 성형품은 상기한 재료로 구성되나, 이것을 가열하여 소결시키는 과정에서 성형체중의 재료끼리 또는 분위기의 물질과 반응시킴으로써 성형체와는 다른 재질의 소결품을 얻을 수가 있다.

본 발명의 성형 형에 의하면 구속부가 되는 복잡 형상부가, 분산매의 비점 보다 낮은 온도로 가열함으로써 용융하는 겔상의 유연한 재료로 형성되어 있기 때문에, 슬러리의 착육 후, 성형체가 고화하여 수축할 때의 왜곡을 형이 흡수하여 완화한다. 이 때문에, 성형체에는 균열이 생기지 않게 된다.

또, 본 발명의 성형형을 사용한 제품의 제조방법에 의하면 종래의 수지형, 왁스형, 고무형과 같이 슬러리의 착육후에 고온으로 가열 제거할 필요는 없고, 분산매의 비점보다도 낮은 온도에서 용이하게 용융하여 제거할 수 있으므로 성형체에는 균열이 생기지 않는다.

또, 본 발명의 성형형은 용이하게 용융되기 때문에, 성형체중의 공극을 통해서도 용이하게 제거할 수 있어, 중공상의 것을 성형하는 것도 가능하게 된다.

거기에다가 본 발명의 성형형은 저렴하고 고정밀도로 효율좋게 성형할 수 있고, 재료의 회수도 가능하기 때문에 더욱 경제적이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 작용을 가지므로 터보챠저용의 케이싱이나 로터, 각종 임페라, 스크류식 유체기계의 로터, 스크롤식 유체기계의 스크롤 날개나 올덤링, 정밀주조용 세라믹 주형, 정류자, 자기디스크장치용의 캐리지 부품이나 가이드레일, 유량계용 타원기어, 중공보올등의 중공형상품, 각종노즐, 중공원통품, 단이진 형상품, 기타의 복잡 형상, 중공형상의 각종기계부품, 구조부품의 제조에 유효하다.

또, 슬러리의 용질에는 입자, 섬유, 휘스커 등의 형상의 것이 모두 이용할 수 있고, 재질로서는 세라믹스, 금속, 카본등을 사용할 수가 있으므로, 폭넓은 재질의 제품을 제조할 수가 있다.

본 발명의 성형형에 사용되는 겔상의 유연한 재료로서는 그 영(0)율이 성형체의 영율보다 작은 것이면, 건조시의 균열을 방지하기 위하여 유효하다. 또 이 겔상의 유연한 재료를 사용한 성형형은 코어등과 같이 성형체의 성형수축시에 그 내측에 위치하는 성형형으로서 사용되는 재료로서 특히 유효하다.

본 발명은 이상에 설명한 바와 같이, 구속부를 가지는 복잡 형상의 성형체이더라도 균열의 발생이 없다. 또, 성형형으로부터의 성형체의 이형(離型)도 용이하고, 표면이 원활하여 치수정밀도가 높은 성형체를 얻을 수가 있다. 그 때문에 성형체의 건조, 소성시에도 변형이 작아 치수정밀도가 높은 소결체를 얻을 수가 있다.

이하에 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 단, 본 발명은 실시예의 기재에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

본 발명의 성형형을 압축기용 스크류 로터의 제조에 적용한 예에 대하여 설명한다. 여기서 제1도는 본 발명의 성형형의 제조방법의 공정을 나타내는 구성도, 제2도는 본 발명의 성형형을 사용한 압축기용 스크류 로터의 제조방법의 공정을 나타내는 개략구성도이다.

먼저, 제조하고자 하는 스크류로터의 복잡 형상부인 스크류부(날개 5매)를 기계가공으로 제작하여 금속모형(1)으로 했다.

이 모형(1)을 제1도(a)에 나타낸 바와같이 정반(定盤)(2)의 소정위치에 고정하고, 프레임(3)과 덮개를 설치함으로써 생기는 성형공간(5)에 덮개(4)에 설치된 재료주입구(8)로부터 미리 준비해둔 다음과 같은 재료를 주입했다.

시판되고 있는 젤라틴 100g에 대하여 온수(50℃) 500ml를 가하여 잘 교반한 유동상의 용액이다. 이어서, 형 전체를 냉장고 내에 보관하여 10℃까지 냉각하여 용액을 겔 상으로 고화시켰다. 그리고 정반(2)과 덮개(4)를 제거하고, 금속모형(1)과 고화한 겔상 물질의 계면에 압축공기를 넣으면서 금속 모형(1)을 비틀림 방향으로 회전시켜 이형했다. 그러면 제1도(b)에 나타낸 바와 같이, 내부에 스크류부 공간을 형성한 젤라틴형(6)이 얻어진다. 그리고 그 후 냉장고에 보관했다.

한편, 축부를 형성하는 석고형(7)는 다음과 같이 작성했다. 시판의 소석고 100중량부에 대하여 80중량부의 비율의 물속에 석고를 조금씩 투입하여 조용히 교반하여 니장(泥漿)을 얻었다.

다음에 미리 준비한 목재의 모형내에 니장을 유입하고, 니장이 응결, 고화한 후에 모형을 떼어냈다. 그 후 건조기에서 50℃×72h의 가열을 한 후 실온까지 냉각했다. 또 젤라틴형(6)과 석고형(7)를 조하하면 제2도에 나타낸 바와 같은 스크류로터 성형형이 된다.

세라믹 슬러리는 다음과 같은 배합으로 조정했다. 평균 입경 0.9㎛의 금속규소분말 240g와 평균입경 0.6㎛의 탄화규소분말 60g과의 혼합 분말에 분산매로서 증류수 120ml, 해장제(解漿劑)로서 나프탈렌 술폰산나트륨 0.39g을 수지성 포트에 넣고, 50시간 볼밀중에서 혼합하여 슬러리로 했다. 그 후, 슬러리중의 공기를 제거하기 위하여 감압실에서 2분간 방치하여 탈포처리를 하였다.

성형은 상기 성형형 상부의 슬러리 주입구(8)로부터 슬러리를 유입하여 충전했다. 그러면 젤라틴 다이(6)는 비흡수성(吸收性)이기 때문에, 슬러리중의 수분은 석고형(7)이 흡수하여 순차 착육체가 형성되어 간다. 이 사이에는 순차 슬러리를 보금하고 있다. 착육종료 후 프레임(3)을 벗겨내고 성형형을 50℃의 항온조내에 넣어 젤라틴형(6)을 용융시켜 착육체로부터 제거하고, 최후로 석고형(7)을 떼어 성형체를 얻었다.

또한, 비교를 위하여 젤라틴형(6) 대신에 금속형, 수지형, 왁스형, 고무형 및 흡수(吸水) 붕괴형을 별도 제작하여 성형하여 보았다.

그러나, 금속형, 수지형, 왁스형에서는 형의 유연성이 작기 때문에, 착육 완료 후의 탈수건조과정에서 생기는 성형체의 수축에 의하여 균열이 생기고, 또 고무형에서는 성형시에는 균열이 생기지 아니했으나, 이형(이型)이 곤란하여 무리하게 힘을 가하면 성형체가 파손되었다. 또 흡수붕괴형은 수분의 흡수에 의하여 골재입자의 결합재가 용융하는 방식의 성형형이기 때문에 그 흡수성에 의하여 착육이 이 성형면으로부터도 생겨, 성형품 중심부에 수축공(shrinkage hole)결함이 생기고 또 이형후의 형재 제거에도 시간이 걸린다. 또 골재 입자가 성형체 표면에 부착하기 쉽고, 성형시에 형이 완화하여 강도를 상실하기 때문에, 성형품의 치수정도가 나빠졌다.

다음에, 성형체중의 수분을 완전히 제거하기 위하여 이와 같은 처리를 하였다. 성형체를 항온실(온도 20℃, 습도 50 내지 60%)에 70hrs. 방치한 후, 건조로에 의하여 60℃×5h, 100℃×5hr의 가열을 하고, 그 후 소성했다. 소성조건은 소성로에 의하여 0.88MPa의 질소가스 분위기중에서 1100℃×20h, 1200℃×20h, 1300℃×10h, 1350℃×20h이고, 가열유지후에 냉각했다. 여기서 각 온도의 승온속도는 5℃/min로 하였다. 이 결과, 성형체에는 균열이나 변형의 발생은 없고, 치수, 표면 정도가 높은 상대밀도가 83%의 질화규소결합 탄화규소 세라믹스제 스크류 로터를 얻을 수가 있었다.

[실시예 2]

압축기용 스크롤 날개의 제조에 적용한 실시예에 대하여 설명한다. 여기서 제3도는 성형형의 제작방법의 공정을 나타내는 개략구성도, 제4도는 압축기용 스크롤날개의 성형형의 개략 구성도이다.

먼저 제조하고자 하는 스크롤 날개를 기계가공에 의하여 제작하여 금속모형(1)으로 하였다. 이 모형을 제3도(a)에 나타낸 바와같이 정반(2)의 소정의 위치에 고정하고 프레임(3)을 설치한 후 보강용 코어(9)를 올려놓아 생긴 성형공간(5)에 다음과 같은 재료를 주입했다.

시판의 실리콘(백색에멀존 : 신에쯔 가가꾸) 300ml를 50℃로 가열하여 그 속에 젤라틴(과립) 30g을 가하고, 교반하여 얻은 유동상의 용액을 사용했다. 이어서, 성형형 전체를 냉장고에 넣어 10℃까지 냉각하여 용액을 겔상으로 고화시켜 정반(2)을 떼고 수중(10℃)에 투입하여 금속모형(1)과 겔상고화물과의 계면에 물을 침입시켜 금속모형을 떼면, 제3도(b)에 나타낸 바와 같은 내부에 스크롤 날개부 공간을 형성한 젤라틴형(6)이 얻어진다.

한편, 축부공간을 형성하는 성형 형은 실시예 1과 동일하게 제작했다.

또한, 젤라틴형(6)과 석고형(7)을 조합하면, 제4도(a)에 나타낸 바와 같은 스크롤 날개 성형형이 된다.

성형은 상기 성형형 상부의 슬러리 주입구(8)로부터 슬러리를 유입시켜 충전하였다. 또 슬러리는 실시예 1과 동일한 것을 사용했다. 슬러리중의 수분은 석고형에 흡수되어 순차 착육체가 형성되어진다. 슬러리를 보급하면서 착육을 완료시킨 후에, 50℃로 가열된 건조로에 넣어 젤라틴 형(6)을 경화, 용융유출시켜, 착육체로부터 벗겨내어 보강용금형(9)과 프레임을 떼고, 최후에 석고형(7)을 떼어 성형체를 얻었다.

그 후 성형체를 실시예 1과 동일하게 건조, 소성하면, 젤라틴형이 유연하고, 또한 무리한 힘을 가하는 일없이 이형할 수 있기 때문에, 성형체에는 균열이나 변형의 발생은 없고, 치수 및 표면정도가 모두 우수한 상대밀도가 83.5%의 질화규소결합탄화규소 세라믹스제 스크롤날개(제4도(b)에서 사시도에 의하여 개략형상을 나타냄) 소결체를 얻을 수가 있었다.

또, 보강용 금형(9)의 치수를 크게하여 그만큼 젤리틴형(6)의 두께를 얇게 하면, 어느 두께가 되면 성형체에 균열이 생기게되었다. 이것은 성형체의 건조수축을 형이 더이상 흡수할 수 없게 되기 때문이다. 이 경우, 다수의 기포를 혼입시킨 젤라틴형을 사용하면 유연성이 높아짐과 동시에 용이하게 압축하여 체적에 수축되기 쉽게 되어 더 얇은 두께로 해도 성형체에 균열이 발생하는 일은 없었다.

또, 보강용 금형(9)을 사용하지않고, 이 부분도 젤라틴으로 형성하였던 바, 형이 유연해지기 때문에 성형체에 균열은 새기지 아니했으나, 반대로 형의 강성이 너무 작아져 성형체의 치수정도가 나빠졌다. 따라서, 본 발명의 성형형은 제품의 형상, 치수, 정도에 따라 적절한 구조로 할 수가 있다.

[실시예 3]

다음에, 자동차용 터보챠저용 로터를 제작한 실시예에 대하여 설명한다.

제5도는 본 발명의 성형형의 제작방법의 공정을 나타내는 개략구성도, 제6도는 본 발명의 성형형을 사용한 로터의 제작방법의 공정을 나타내는 개략 공정도이다.

먼저, 제작하고자 하는 로터의 복잡형상부(날개 11매)를 금형으로 만들고, 이 금형을 이용하여 실리콘 고무제의 날개를 만들어 고무모형으로 했다.

이 모형을 제5도(a)에 나타낸 바와 같이 정반(2)의 소정의 위치에 고정하고 프레임(3)과 덮개(4)에 의하여 생기는 성형공간(5)에 덮개(4)에 설치된 재료주입구(8)로부터 미리 준비한 재료를 주입하여 이하와 같은 순서로 성형형을 제작했다.

시판의 젤라틴 100g에 대하여 온수(50℃) 400ml를 가하여 잘 교반하여, 유동상의 용액으로 했다. 이어서, 이 용액을 넣은 형전체를 냉장고에 보관하여 5℃까지 냉각하여 용액을 겔 상으로 고화시킨 후, 정반(2)과 덮개(5)를 벗겨내고, 고무막형(10)을 날개의 뒤틀림 방향으로 회전시키면서 이형했다. 그러면, 제5도(b)에 나타낸 바와 같은 내부에 로터공간을 가지는 젤라틴형(6)이 얻어진다. 축부공간을 형성하는 성형형은 실시예 1과 동일하게 작성했다.

또 젤라틴형(6)과 석고형(7)과를 조합하면, 제6도에 나타낸 바와 같은 로터 성형형이 된다.

세라믹 슬러리에 대해서는 다음과 같은 배합으로 조정을 하였다.

(1) 원료분

질화규소분(Si₃N₄; 평균입경 0.6㎛) 85.5중량%

질화알루미늄(AlN; 평균입경 1㎛) 3.0중량%

산화이트륨(Y₂O₃; 평균입경 0.5㎛) 6.0중량%

산화알루미늄(Al₂O₃; 평균입경 0.5㎛) 5.5중량%

(2) 분산매(分散媒)

증류수

(3) 해교제(解膠劑)

나프탈렌술폰산나트륨

원료분 300g에, 증류수 120ml와 해교제 0.5g을 가하고, 수지포트에 수지볼과 함께 넣고, 72h의 볼밑혼합을 하여 슬러리를 얻었다. 다음에 슬러리중의 공기를 제거하기 위하여 감압실에서 3분간 방치했다. 이렇게하여 얻어진 슬러리를 상기 성형형의 상부주입구(8)로부터 유입하면 충전했다. 슬러리는 석고형(7)으로 부터 수분을 흡수당하여 순차 착육체가 형성되어갔다. 그리고 슬러리의 착육이 종료한 후 프레임(3)을 제거하고, 성형형을 40℃로 가열한 항온조내에 놓고, 젤라틴형(6)을 용해시켜 이형했다. 그 후 석고형(7)을 떼어내고 성형체를 얻었다.

다음에, 성혀체중의수분과 해교제를 제거하기 위하여 성형체를 건조로내에 넣어 60℃×2h, 100℃×5h의 가열을 한후, 500℃까지 승온시켜 10h 유지한 후 냉각했다. 이어서 소성로에 의하여 8.88MPa의 질소가스 분위기 중에서, 1600℃×2h, 1750℃×5h로 가열 유지하여 소성하고, 그후 냉각했다. 여기서 ,각 온도의 승온속도는 10℃/min로 했다. 이 결과, 성형체에는 균열이나 변형이 생기는 일도없고, 상대미도 99.9%의 질화규소세라믹제의 터보챠저용 로터의 소결체를 얻을 수가 있었다.

[실시예 4]

세라믹 중공구를 작성하는 경우에 대하여 설명한다.

제7도는 본 발명의 성형형을 사용한 중공구의 성형방법을 나타낸 개략구성도이다. 석고형(7)은 중앙에서 좌우로 분할될 수 있는 구조로 되어 있다. 젤라틴형(6)은 시판의 젤라틴(과립) 100g을 온수(50C) 300ml중에 넣어 용액으로 한 것으로서, 계면활성제(알파 올레핀술폰산 나트륨) 0.2ml를 가하여 고속믹서로 교반하여 유동상으로하고, 금형내에 주입하여 성형한 내부에 기포를 혼입한 중실구(中實球)이고, 누름추(12)에 의하여 용접고정된 고정핀(11)이 찔려져 있다. 젤라틴형(6)과 석고형(7)과의 사이에는 중공구상의 성형공간(5)이 설치되어 있다.

슬러리를 주입구(8)로부터 고정핀 및 젤라틴형에 따라 조금씩 주입함으로써 성형공간(5)의 하부로부터 선고형에 분산매를 흡수시키면서 착육층을 형성하고, 착육부가 주입구(8)의 가까이까지 형성된 시점에서 고정핀(11)이 젤라틴형(6)으로부터 빼내고, 다시 슬러리를 주입함으로써 주입구(8)의 바로 밑까지 착육부를 형성시켰다. 이 상태에서 하루를 방치하면, 착육부, 즉 성형체는 건조수축을 발생하여 젤라틴형이 다공질의 유연재이기 때문에, 용이하게 이 수축을 흡수하여 균열은 발생하지 아니했다. 그후 석고형을 벗기고, 건조기내에서 40℃의 온도로 가열함으로써 젤라틴구를 용융하여 다공질의 성형체 속을 통하여 제거했다. 이것을 소결하면 세라믹 중공구가 얻어졌다. 젤라틴형, 석고형 및 슬러리는 실시예 1과 동일한 것을 사용했다.

또, 중공구의 두께가 얇은 경우에는 젤라틴 구의 가열용융시에 젤라틴 및 내부의 기포의 팽창에 의하여 성형체에 균열이 발생하기 쉽게 되나, 이 경우에는 가열 가스분위기중에서 가열 용융시키면 된다. 즉, 분위기의 가스의 압력으로 젤라틴구의 팽창압력을 억제하여 균열을 방지한다.

또, 가열만으로서는 젤라틴구의 제거가 불충분한 경우에는 이(易)압축성재료, 여기서는 젤라틴을 용해하는 용매, 예를 들면 물, 알콜 또는 아세톤 등을 성형체의 내부에 스며들게하여 녹여내는 방법이 유효하다.

[실시예 5]

세라믹 중공구의 제작에 대한 다른 예를 설명한다.

제8도는 세라믹 중공구의 성형방법을 나타낸 개략 구성도이다. 구형인 분산매 흡수성형(13)은 시판의 젤라틴(과립) 10g을 온수(50C) 30ml중에 넣어 용액으로 하고, 분말상의흡수성수지(아쿠아키프) 8g을 가하여 혼합하고, 20C까지 냉각하여 가소상으로 한후, 금형내에 압입 성형한 것이다. 이것은 분산매의 비점보다도 낮은 온도로 가열하면 용융되는 겔상의 유연하고 또한 이압축성의 재료이다. 이 분산매흡수성형(13)은 슬러리(14)의 속에 넣으면 슬러리의 분산매를 흡수하므로 표면으로부터 착육층(15)이 형성된다. 소정의 두께가 되었을 때 슬러리 속으로부터 끌어올려 건조한다. 착육층은 이때 수축되나, 분산매 흡수성형(13)이 이압축성이기 때문에 균열이 발생하는 일은 없다. 그후는 실시예 4와 동일하게 분산매 흡수성형(13)을 제거하고, 소결함으로써 중공의 세라믹구를 얻었다.

또한, 슬러리로서는 실시예 1과 동일한 것을 사용했다.

[실시예 6]

성형시간을 단축할 수 있는 가압하에서의 슬립캐스팅법에 의한 중공원통형상품의 제작에 관하여 설명한다.

제9도는 본 발명의 성형방법을 나타낸 개략구성도이다.

고압에 견딜 수 있는 원통형상의 금형(16)의 내부에 석고형(7) 및 중실난(難) 압축성이고, 원주형상의 젤라틴 형(6)을 제9도에 나타낸 바와 같이 배치하고, 슬러리(14)를 실선의 위치까지 주입구(8)로부터 주입한 후, 주입구(8)로부터 가스압력 300기압을 가하였다. 젤라틴형(6)이 난압축성이기 때문에 가압시에 변형이 생기지 않고, 소정의 내경 및 외경 치수를 가지는 성형체가 얻어졌다. 높이는 제9도중 파선으로 나타낸 위치의 것이었다.

또한, 슬러리 및 젤라틴 형은 실시예 1과 동일하다.

성형후는 젤라틴 형을 가열 용융하여 제거한 후, 건조소결하여 결함이 없고 또 치수정도가 높은 세라믹스의 중공원통형상품이 얻어졌다.

비교하기 위하여 젤라틴형 대신 고무형을 사용해 보면 고무가 압축성을 가지기 때문에 고무형이 수축 변형하여 착육품의 형상정도가 나빠지고, 또 고무형의 팽창에 의하여 성형품에 균열이 생기게 되었다.

Claims

분산매 중에 성형원료를 분산시킨 슬러리를 성형형에 주입하는 공정과, 상기 슬러리 중의 상기 성형원료를 고화시켜 성형체로 한 후, 상기 성형형과 상기 성형체를 이형하는 공정을 가지는 슬립 캐스팅법에 있어서, 상기 성형형은, 상기 분산매의 비점보다 낮은 온도에서 용해되는 겔상 재료인 부분을 가지고, 상기 성형체의 모형을 고정한 형틀 내에 상기 겔상 재료의 용액을 주입하여 겔상으로 고화함으로써 상기 성형형을 형성하는 공정을 가지고, 상기 성형형과 상기 성형체를 이형하는 공정은, 상기 성형형을 상기 분산매의 비점보다 낮은 온도로 가열하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬립 캐스팅법.
제1항에 있어서, 상기 겔상 재료의 영율은, 상기 성형체의 영율보다 작은 것을 특징으로 하는 슬립 캐스팅법.
제1항에 있어서, 상기 겔상 재료는, 물 또는 유기용매를 함유하는 용액에 용해되는 것이며, 상기 성형형과 상기 성형체를 이형하는 공정은, 상기 용액으로 상기 겔상 재료를 용해하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬립 캐스팅법.
중공형상을 갖는 성형품의 내부공간을 형성하기 위한 코어로서, 분산매 중에 성형원료를 분산시킨 슬러리로 상기 코어의 주위를 둘러싸고, 상기 슬러리 중의 성형원료를 고화하여 상기 코어의 주위를 둘러싸는 성형체로 한후, 상기 코어를 제거하기 위한 슬립 캐스팅법 코어에 있어서, 상기 성형형은, 상기 분산매의 비점보다 낮은 온도에서 용해되는 겔상 재료인 것을 특징으로 하는 슬립 캐스팅법용 코어.
제4항에 있어서, 상기 겔상 재료의 영율은, 상기 성형체의 영율보다 작은 것을 특징으로 하는 슬립 캐스팅법용 코어.
제4항에 있어서, 상기 겔상 재료는, 물 또는 유기용매를 함유하는 용액에 용해되는 것을 특징으로 하는 슬립 캐스팅법용 코어.
분산매 중에 성형원료를 분산시킨 슬러리를 주입하고, 주입된 상기 슬러리 중의 성형원료를 고화하여 성형체로 한 후, 상기 성형체를 이형하기 위한 슬립 캐스팅법용 성형형에 있어서, 상기 분산매의 비점보다 낮은 온도로 용해하는 겔상 재료인 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 슬립 캐스팅법용 성형형.
제7항에 있어서, 상기 겔상 재료는, 물 또는 유기용매를 함유하는 용액에 용해되는 것을 특징으로 하는 슬립 캐스팅법용 성형형.
제7항에 있어서, 상기 겔상 재료의 영율은, 상기 성형체의 영율보다 작은 것을 특징으로 하는 슬립 캐스팅법용 성형형.