KR900003319B1 - 세라믹회전체의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

세라믹회전체의 제조방법
제 1 도는 본 발명 실시예에 의한 세라믹회전체의 개략단면도.
제 2 도는 본 발명 다른 실시예에 의한 터어빈 휘일의 분해 단면도.
제 3 도는 제 2 도의 터어빈 휘일의 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 세라믹회전체 2 : 디스크부분
3 : 축부분 4 : 경사구멍
5 : 감합면 6 : 날개
본 발명은, 축부분 및 원형디스크부분을 가지는 세라믹회전체, 예를들면 터보챠아져 혹은 가스터어빈등에 사용되는 세라믹 터어빈 휘일의 제조방법에 관한 것이다.
상기 설명된 종류의 세라믹회전체의 제조방법은, 슬립캐스팅(Slip casting)법, 사출성형법, 프레스성형법 또는 냉간정수압가압법(cold isostatic pressing)등 여러 방법이 알려져 있다. 이들 방법중, 재료강도의 우수함, 중간성형품의 정밀도 및 대량생산의 편리함등의 이유 때문에 대개는 사출성형법이 사용되고 있다.
그렇지만, 사출성형법은 제품의 형상이 복잡하고, 대량으로 생산하는 데는 유리하지만, 실제로는 탈지(脫脂)에 있어서 장시간 가열하므로서 다수의 중간성형품이 파손, 변형등이 일어나기 쉬워서, 성형품의 두께나 형상에 현저한 제한이 생기는 문제가 있다. 이 때문에, 성형품이 두꺼울때 조차 쉽게 탈지될 수 있는 사출성형용 세라믹조성물이 일본국 특공소 54-9516호와 55-23097호에 제안되어있다. 또한 대기압보다 높은 고압가스하에서 가열에 의해 성형품으로부터 결합제를 제거하는 탈지공정이 일본국 특공소 54-17468호에 제안되어있지만, 상기 문제를 어느 정도 해결하는데는 효과적이지만 만족할만하지는 않다.
또한, 상기의 문제를 해결하기 위하여 일본국 특공소 60-11276호도 제안되어있다. 이 방법은, 디스크부분이 용이하게 탈지되도록 디스크 부분의 두께를 설정하여, 회전체의 디스크부분을 사출성형에 의해 성형하고 축부분이 용이하게 탈지되도록 냉간정수압가압에 의해 성형하고, 축부분과 디스크부분을 냉간정수압가압에 의해 조합한후, 조합된 축부분과 디스크부분을 단일의 소결체로 소성한다. 이 예에 있어서, 디스크부분과 축부분은 소성하는 동안 서로 다르게 팽창하고 수축한다. 이 때문에, 소성시에 디스크부분에 인장력이 발생하고, 소성후에도 그 부분에 잔류응력으로서 잔류한다. 잔류응력뿐아니라, 회전체, 특히 그것의 디스크부분은 회전시에 원심응력을 받게된다. 회전체의 허용응력은 회전체를 형성하는 재료의 인장강도에 의해 제한되기 때문에, 디스크 부분에서의 잔류응력이 제품의 설계를 현저하게 제한하는 결점이 있다.
본 발명에 의하면 신규의 향상된 세라믹회전체의 제조방법이 제공된다. 본 발명은 세라믹회전체를 내원주와 외원통으로 서로 독립하여 구성하고, 소성시 상기 내원주의 수축이 상기 외원통의 수축보다 크도록 상기 내원주와 외원통을 형성하고, 상기 내원주와 외원통을 함께 감합한후, 상기 내원주와 외원통을 일체가 되도록 소성하는 공정으로 이루어진 것이다.
본 발명에 있어서, 소성시 상기 내원주의 수축이 상기 외원통의 수축보다 0.1∼3% 크도록한 것이다.
상기 방법은 세라믹회전체의 종래 제조방법에 있어서의 상기에 언급한 문제를 해결하는데 효과적이다. 따라서, 본 발명의 목적은 재료강도가 우수한 세라믹회전체의 신규의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 회전체의 설계를 제한하는 상기 결점을 해결하는 신규의 제조방법을 제공하는 것이다. 제 1 도에 있어서, 세라믹회전체(l)는 내원주 또는 디스크부분(2)과 그것과 일체가 되도록 디스크부분(2)의 중앙에 끼워진 외원통 또는 측부분(3)으로 구성된다. 디스크부분(2)과 축부분(3)은, 파괴하기 위한 임계속도로의 회전체(1)의 회전시에 있어서, 그 최대 원심응력이 생기는 위치(8)에 압축응력을 디스크부분(2)의 방사상내향으로 향하게 구성된다.
이 결과, 디스크부분(2)과 축부분(3)은, 소성시 축부분(3)의 수축이 디스크부분(2)의 축소보다 0.1∼3%크게 설계된다. 그래서, 축부분(3)은 소성시 현저한 축소를 하기에 적합하므로, 디스크부분(2)보다 더욱 다공성이 된다. 이에 의해, 소성압축응력이 디스크부분(2)에서 생긴 후에는 회전시에 원심응력을 받게된다.
축부분(3)과 반대로, 디스크부분(2)은 축부분(3)보다 덜 축소되고 더 적은 다공성이 되기에 적합하다. 디스크부분(2)을 형성하기 위한 파우더는 고압으로 압축된다. 터어보챠아져등을 위한 더어빈휘일을 형성하는 경우에 있어서, 날개로된 디스크부분은 사출성형에 의해서 형성하고, 형성한후 탈지처리하고, 그후 냉간정수압가압처리하여 밀도를 높인다.
상기에 있어서, 디스크부분(2)과 축부분(3)사이외 축소의 차가 0.1%보다 작아지는 경우, 디스크부분(2)내에 어떠한 압축응력도 생기지 않는 반면에, 차가 3%보다 더 큰 경우에는, 소성시 디스크 부분(2)과 축부분(3)사이에 압축응력이 발생하여 서로를 분리한다. 상기 차가 0.1%∼0.3%의 범위내에만 있는 경우, 축부분(3)에 발생된 인장력은 회전시의 원심력보다 작게받는 반면, 디스크부분(2)에 발생된 인장력은 원심력보다 크게 받는다. 이 결과, 제 1모울드본체의 소결시의 수축이 더 큰 경우는 소결시의 수축이 더 작은 제 2모울드본체와 결합하여 동시에 함께 소결되어, 큰 수축의 제 1모울드본체는 더작은 수축의 제 2모울드본체에 인장력을 인가하므로서 더 작은 수축의 모울드 본체에 압축응력을 발생한다. 상기와 같은 본 발명의 방법에 의하면, 기계강도가 높은 회전체가 얻어진다.
제 2 도 및 제 3 도에 있어서, 회전체(1)는 터어보챠아저, 가스터어민 등에 사용하기 위한 터어빈휘일로서 도시된다. 디스크부분(2)은 그 중앙에 날개 (6) 및 경사구멍(4)을 가진다. 축부분(3)은 대응하여 경사져서 디스크부분(2)의 구멍(4)에 감압한다.
회전체(1)의 제조에 있어서, 평균입경 0.5μm의 질화규소에 소결 첨가제로서 적합한 알루미나와 이트리아를 각각 5%씩 첨가하므로서 조성분말을 작성한다. 조성분말은 사출성형용 결합제 20%를 가열하고 혼합하여 사출성형용 재료소지를 작성한다. 이 소지를 사출성형에 의해 날개(6) 및 중앙의 경사구멍(4) 헝상으로 성형하고, 탈지하여, 날개로된 디스크부분(2)용 중간성형품을 구성한다. 평균입경 0.5μm의 질화규소에, 알루미나와 이트리아를 각각 5%씩 첨가하여 구성한 조성분말을 고무튜브에 충진한후, 냉간정수압가압하여 환봉을 형성하고, 축부분(3)에 절삭가공을 실시하여, 날개로된 디스크부분(2)의 경사구멍(4)에 감합된다. 이때, 냉간정수압가압을 변화시키므로서, 냉간정수압가압동안 조성분말을 환봉으로 압축되도록 인가하여, 축부분(3)은 날개로된 디스크부분(2)과 밀도가 다르게 된다.
이 실시예에 있어서, 축부분(2)을 500Kg/cm2의 냉간정수압가압 성형하고, 날개로된 디스크부분(2)의 중앙의 경사구멍(4)에 감합한다. 축부분과 디스크부분의 외표면을 라텍스고무로 고팅한후, 5ton/cm2의 냉간정수압가압으로서 일체로 접합하고, 1700℃의 질소중에서 소결하는 것으로 세라믹회전체(1)를 얻는다. 이 세라믹회전체(1)는, 날개로된 디스크부분(2)과 축부분(3)사이의 밀도차때문에 그 감합면(5)에 잔류응력이 있고, 제 2 도에 도시된 날개(6)의 저단에 인접하고 날개로된 디스크부분(2)과 축부분(3)의 감합면(5)의 외방근방에 있는 위치(88)에 최대응력을 받는다.
더우기, 이 회전체(1)를 바란스의 수정후 진공증에 회전시킨바, 22만 rpm의 회전속도에서 파괴되는 것을 확인하였다. 한편, 비교하기 위한 실험으로서, 제 1실시예에 있어서, 상기와 마찬가지의 재료로부터 냉간정수압가압을 700kg/cm2로 하여 잔류응력이 없게 형성된 축부분(3)을 가진다. 제 2 실시예에 있어서, 상기와 마찬가지의 재료로부터 냉각정수압가압을 100kg/cm2로하여 인장응력을 가지고 형성된 축부분(3)을 가진다. 제 1 및 제 2 실시예를 진공중에 있어서 회전시킨바, 그 파괴회전수는 20만과 18만 rpm이고, 어느 경우에도, 파괴를 발생하는 회전속도가 본 발명회전체(1)의 대응속도보다 낮았다.

Claims (8)

  1. 세라믹회전체를 내원주와 외원통으로 서로 독립하여 구성하고, 소성시 상기 내원주의 수축이 상기 외원통의 수축보다 크도록 상기 내원주와 외원통을 형성하고, 상기 내원주와 외원통을 함께 감합한후, 상기 내원주와 외원통을 일체가 되도록 소성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹회전체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 형성공정은, 소성시 상기 내원주의 수축이 상기 외원통의 수축보다 0.1∼3% 크도록한 것을 특징으로 하는 세라믹회전체의 제조방법.
  3. 다수의 날개를 가지는 세라믹터어빈휘일의 제조방법에 있어서, 터어빈 휘일을 축부분과 날개로된 디스크부분으로 서로 독립하여 구성하고, 소성시 상기 축부분의 수축이 상기 디스크부분의 수축보다 크도록 상기축부분과 상기 날개로된 디스크부분을 형성하고, 상기 날개로된 디스크부분내에 상기 축부분을 감합하고, 상기 축부분과 상기 디스크부분을 일체가 되도록 소성하는 공정으로 이루어진것을 특징으로 하는 세라믹터어빈휘일의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 형성공정은, 소성시 상기 축부분의 수축이 상기 날개로된 디스크부분의 수축보다 0.1∼3%크도록 한 것을 특징으로 하는 세라믹터어빈휘일의 제조방떱.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 형성공정은, 상기 축부분을 냉간정수압가압으로 형성하고, 상기 날개로된 디스크부분을 사출성형으로 형성한 것을 특징으로 하는 세라믹터어빈휘일의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 냉간정수압가압으로 형성하는 공정은 상기 축부분을 상기 날개로된 디스크부분과 밀도가 만드는 것을 특징으로 하는 세라믹터어빈 휘일의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 형성공정은 상기 삽입공정전에 상기 날개로된 디스크부분을 탈지하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 세라믹터어빈휘일의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 감합공정후에는, 상기 축부분과 상기 날개로된 디스크부분을 일체로 되도록 냉간정수압가압에 의해 조합하는 것을 특징으로 하는 세라믹터어빈휘일의 제조방법.
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