JPH01245941A - 鋳造中子の製造方法 - Google Patents

鋳造中子の製造方法

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JPH01245941A
JPH01245941A JP1032567A JP3256789A JPH01245941A JP H01245941 A JPH01245941 A JP H01245941A JP 1032567 A JP1032567 A JP 1032567A JP 3256789 A JP3256789 A JP 3256789A JP H01245941 A JPH01245941 A JP H01245941A
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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】 本発明は、鋳造中子の製造に使用される熱可塑性コンパ
ウンド及びかかるコンパウンドを使用した鋳造中子の製
造方法に係る。
所謂「セラミックス」タイプの鋳造中子の使用は、耐高
温性、非反応性、寸法安定性、優れた機械的特性等の品
質特性及び厳密な品質基準を総合的に獲得することが必
要ないくつかの用途で特に知られている。このような用
途として特に航空機産業があり、例えばターボジェット
エンジン用のタービン羽根の鋳造でこのような中子が使
用されている。鋳造方法の改良は等軸鋳造から指向性ま
たは単結晶性凝固による鋳造に進展しており、この改良
に伴って中子に対する要求はより厳しくなっている。例
えば内部冷却型中空羽根の場合のように、製造すべき部
品に高性能が要求されるほど中子の必要性及び複雑ざが
増すことになる。
かかる中子の製造に使用される公知の組成物の例はフラ
ンス特許公開第2,371,257号に開示されており
、該組成物は主として、溶融シリカと粉末ジルコンと結
晶シリカの1つの形態であるクリストバライトとを含み
、シリコーン樹脂が粘結剤として使用され、潤滑剤及び
触媒のごとき少量の追加元素が添加されている。フラン
ス特許公開第2.569,586号においては、使用さ
れる樹脂のいくつかの特性を製造方法において利用する
ことによって触媒の添加を削除している。
公知の従来の解決方法は、指向性または単結晶性凝固に
よって鋳造を行なういくつかの特殊用途、例えばタービ
ン羽根の鋳造においては必ずしも十分な効果を与えるこ
とができなかった。中子の製造方法においては、得られ
る中子の表面状態の改良及び租度の低減を達成すると同
時に、容易に使用できる、ある種の物質に起因する臭気
の発生を阻止する、焼成以前の中子の校正処理ができる
、焼成サイクルを短縮し簡単にする等の改良が得られる
ことが必要である。従来の解決方法ではまた、いくつか
の用途に対する中子の脆性の問題が未解決であり、寸法
安定性が不十分である。本発明の熱可塑性コンパウンド
を使用することによってこれらの問題が解決され改良さ
れた結果が得られる。
本発明の熱可塑性コンパウンドは前述の組成物と同様の
成分から成り、その特徴は、無機充填材100重量部当
たり、分子量1400〜1600の選択されたポリエチ
レングリコールから成る有機粘結剤を15〜20重量部
以上含有することである。また、セチルアルコールのご
とき可塑化物質を添加するのが有利である。
本発明の熱可塑性コンパウンドから得られる鋳造中子の
有利な製造方法の特徴は、方法が焼成サイクルを一回だ
け含むこと、及び、前記焼成サイクルにおいて粘結剤の
除去と中子材料の焼結による緻密化とアモルファスシリ
カからクリストバライトへの変態による組織の安定化と
を同時に確保するために焼成サイクルが4段階、即ち、
(a)30℃〜50℃/時の加熱速度で500℃まで加
熱し、(b)100℃〜200℃/時の加熱速度で50
0℃から最高温度まで加熱し、 (c)前記最高温度で4〜5時間安定に維持し、(d)
送風によって急激に冷却する 段階を含み、焼成サイクルの総所要時間が24〜36時
間であることである。
用途次第で最高温度は1200℃または1250℃であ
る。
本発明の別の特徴及び利点は本発明の実施態様に関する
以下の記載からより十分に理解されよう。
本発明で使用される無機充填材は公知のごとく、溶融(
またはガラス質)シリカとジルコンとクリストバライト
との適度な粒度の混合物から成る。100重量部当たり
溶融シリカ60〜85重量%と粒度0〜50μmのジル
コン15〜35重量%と粉末状クリストバライト1〜5
重量%とを含有する充填材を使用すると良好な結果が得
られる。該溶融シリカ自体は、粒度0〜63μmのシリ
カを充填材15〜805〜80重量する量で含有し粒度
0〜100μmの溶融シリカを充填材0〜60重量%に
相当する量で含有する。粉末状クリストバライトは粒度
50ハ未溝の微粉状物質である。好ましくは、粒度20
#m未満の微粉状クリストパライトを使用する。
本発明の組成物中では、クリストバライト、好ましくは
極めて微細な粒度をもつクリストバライトの存在が維持
されている。実際、アモルファス(または溶融)シリカ
を含有する物質の耐クリープ性がよくないことは公知で
ある。高温で使用できる鋳造中子を得るためにはアモル
ファスシリカからクリストバライトへの変態が必要であ
る。クリストバライトは1470℃と1710℃との間
におけるシリカの唯一の安定相であり、またこの相は、
鋳造中子の所望特性たる耐クリープ性が最もよい、上記
の本発明組成物において、クリストバライトはまず、温
度上昇中にクリストバライトに変態する溶融シリカの失
透促進剤として作用する。得られる別の注目すべき結果
及び重要な利点は、焼成後の鋳造中子が1500℃のオ
ーダの使用温度で原著な寸法変化を全く生じないことで
ある。
かかる無機充填材は、通常は混合機において有機粘結剤
と離型剤とから成る溶融生成物に2〜.3回混入される
。この有機粘結剤は本発明に従って無機充填材100重
量部当たり15〜20重量部のポリエチレングリコール
を含有し、ポリマーは平均分子量1400〜1600の
形態である。離型剤は0.2〜0.5重層部の割合で含
まれており好ましくはステアリン酸カルシウムから成る
前記のごとく混合した後に熱可塑性コンパウンドが得ら
れる。得られたコンパウンドを破砕または粉砕した後に
鋳造中子を製造するための公知の段階で処理する。
以下の実施例は本発明の熱可塑性コンパウンドの組成の
非限定例を示す。
K11[ 熱可塑性コンパウンドは、 一粒度0〜63μ箇の溶融シリカ77%と、−粒度0〜
50μmのジルコン20%と、−粒度2〜5μmのクリ
ストバライト3%とから成る無機充填材100重量部当
たり、 一ステアリン酸カルシウム0.5重量部から成る離型剤
と、 一分子量1550のポリエチレングリコール18重量部
と、 一セチルアルコール4.5重量部とから成る有機粘結剤
とを含む。
K1蝕1 熱可塑性コンパウンドは上記実施例1と同じ組成の無機
充填材100重量部当たり、上記と同じ割合のステアリ
ン酸カルシウム及びセチルアルコールと分子量1550
のポリエチレングリコール20重量部とを含む。
町1引1 分子量1550のポリエチレングリコールを17重量部
使用し粒度0〜50μmの溶融シリカを選択する以外は
実施例1及び2と同じ成分を同じ割合で含む。
丸Il先 熱可塑性コンパウンドの成分中の溶融シリカだけが実施
例3の熱可塑性コンパウンドとは異なる。
この実施例では2つの形態の溶融シリカを、−粒度0〜
50ハの溶融シリカ17%、及び、−粒度0〜100μ
mの溶融シリカ60%の割合で使用する。
上記のごとき本発明の熱可塑性ジンパウンドを出発材料
とし公知の方法に従い、例えば熱可塑性コンパウンドを
プレスに射出成形することによって鋳造中子を成型する
。この場合混合物を50℃〜100℃で室温の金型に射
出し、該金型において凝固させる0本発明はまた、鋳造
中子の改良製造方法を提供する。特に、本発明の熱可塑
性コンパウンドから得られた中子に対する焼成サイクル
が後述するごとく改良されている。実際、成型後の鋳造
中子が部品の成形に使用される前に焼成処理される必要
があることは公知である。この焼成処理において、中子
は予備成形金型に配置されてもよくまたは中子を埋め込
むアルミナ砂床に配置されてもよい。後者の態様が好ま
しい。また、砂に導入する前にPTFEタイプの物質の
ごとき付着防止剤を用いて中子の表面を被覆するのが好
ましい。「砂型」に保持して行なう焼成モードでは更に
、多数の中子を炉内に装入できるので製造時間が短縮さ
れる。いずれの場合にも、使用される砂は粘結剤及びP
TFEの分解産物に対して優れた吸収能特性をもつ。
本発明の特徴によれば、焼成サイクルは4つの段階、即
ち   ″ (a)30℃〜50℃/時の加熱速度で500℃まで加
熱し、(b)100℃〜200℃/時の加熱速度で50
0℃から最高温度まで加熱し、 (e)前記最高温度で4〜5時間安定に維持し、(d)
送風によって急激に冷却する 段階を含む。
この方法によって、粘結剤の均一な排出を確保し且つ中
子の寸法の優れた再現性が得られる。
上記のごとき鋳造中子の焼成サイクルは、常にすぐれた
結果を確保しまたサイクルの総所要時間が従来公知の方
法に比較してよ著に短縮されている。ポリエチレングリ
コールから成る有機粘結剤を選択したことがこの結果を
達成できた特に決定的な要因であると考えられる。複雑
な形状の中子を使用し中子に対する品質基準が厳しい幾
つかの特殊用途の場合、例えば高性能ターボエンジン用
タービン羽根製造用の中子の場合は、焼成サイクルの段
階(b)における温度上昇は最高温度1200℃または
1250℃の場合9時間で終了し、焼成サイクルの段階
(d)における冷却は12時間で終了する。
この結果、焼成サイクルの総所要時間は36時間である
中子に対して上記焼成サイクルを一回だけ行なえばよい
ことも処理時間の短縮に寄与し、これも方法のコストに
直接反映することに注目されたい。
この−回の焼成サイクルによって粘結剤の除去と焼結に
よる中子の材料の緻密化とクリストバライトの存在に起
因する組織の安定化とが同時に確保される。
得られた中子は、特にサンプルに対して行なった一連の
テストにおいて有利な緒特性を示した。
例えば、 一温度1550″Ci−で使用可能、 −1100℃で5分後の破壊係数110kl?/am2
及び1500℃で15分後の破壊係数95kFI/cm
2、−見掛密度1.72及び真密度2.4、−気孔率2
8%、 −tooo℃の熱膨張率0.13%〜0.16%であっ
た。
本発明の熱可塑性コンパウンドは可鍛性を有するので射
出後の中子をジグ内で整形することによって任意に補正
することが可能である。この利点及び成型後の語処理中
の中子の非変形性はいずれも、ポリエチレングリコール
から成る有機粘結剤の効果であると考えられる。実際こ
の成分は、従来使用されてきた多くの粘結剤と対照的に
、50℃〜、100℃の範囲で粘度特性の急激な破壊を
伴うことなく漸進的に凝固する特性をもつ0寸法安定性
及び非クリープ性も本発明の熱可塑性コンパウンドを出
発材料とし本発明の製造方法によって得られた鋳造中子
の重要な利点である。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)60〜85重量%の溶融シリカと15〜35重量
    %のジルコンと1〜5重量%のクリストバライトとから
    成る無機充填材100重量部と、離型剤0.2〜0.5
    重量部とを含み、更に分子量1400〜1600の選択
    されたポリエチレングリコール15〜20重量部以上か
    ら構成される有機粘結剤を含有することを特徴とする鋳
    造中子の製造に使用される熱可塑性コンパウンド。
  2. (2)1〜5重量部のセチルアルコールから成る可塑化
    物質が混入されていることを特徴とする請求項1に記載
    の熱可塑性コンパウンド。
  3. (3)離型剤がステアリン酸カルシウムであることを特
    徴とする請求項1または2に記載の熱可塑性コンパウン
    ド。
  4. (4)ジルコンが0〜50μmの粒度をもつことを特徴
    とする請求項1から3のいずれか一項に記載の熱可塑性
    コンパウンド。
  5. (5)クリストバライトが0〜20μmの粒度をもつこ
    とを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の
    熱可塑性コンパウンド。
  6. (6)0〜63μmの粒度をもつ溶融シリカが無機充填
    材の15〜80重量%に相当する量で含まれていること
    を特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の熱可塑
    性コンパウンド。
  7. (7)0〜100μmの粒度をもつ溶融シリカが無機充
    填材の0〜60重量%に相当する量で含まれていること
    を特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の熱
    可塑性コンパウンド。
  8. (8)粒度0〜63μmの溶融シリカ77%と粒度0〜
    50μmの粉末状ジルコン20%とクリストバライト3
    %とから成る無機充填材100重量部当たり、ステアリ
    ン酸カルシウム0.5重量部と、平均分子量1550の
    ポリエチレングリコール18重量部と、セチルアルコー
    ル4.5重量部とを含む請求項1から6のいずれか一項
    に記載の鋳造中子の製造に使用される熱可塑性コンパウ
    ンド。
  9. (9)粒度0〜63μmの溶融シリカ77%と粒度0〜
    50μmの粉末状ジルコン20%と粒度2〜5μmのク
    リストバライト3%とから成る無機充填材100重量部
    当たり、ステアリン酸カルシウム0.5重量部と、平均
    分子量1550のポリエチレングリコール20重量部と
    、セチルアルコール4.5重量部とを含む請求項1から
    6のいずれか一項に記載の鋳造中子の製造に使用される
    熱可塑性コンパウンド。
  10. (10)粒度0〜50μmの溶融シリカ77%と粒度0
    〜50μmの粉末状ジルコン20%とクリストバライト
    3%とから成る無機充填材100重量部当たり、ステア
    リン酸カルシウム0.5重量部と、平均分子量1550
    のポリエチレングリコール17重量部と、セチルアルコ
    ール4.5重量部とを含む請求項1から6のいずれか一
    項に記載の鋳造中子の製造に使用される熱可塑性コンパ
    ウンド。
  11. (11)粒度0〜100μmの溶融シリカ60%と粒度
    0〜50μmの溶融シリカ17%と粒度0〜50μmの
    粉末状ジルコン20%とクリストバライト3%とから成
    る無機充填材100重量部当たり、ステアリン酸カルシ
    ウム0.5重量部と、平均分子量1550のポリエチレ
    ングリコール17重量部と、セチルアルコール4.5重
    量部とを含む請求項1から7のいずれか一項に記載の鋳
    造中子の製造に使用される熱可塑性コンパウンド。
  12. (12)中子の成型処理を含む請求項1から11のいず
    れかに記載の熱可塑性コンパウンドを用いた鋳造中子の
    製造方法において、前記成型処理後に一回の焼成サイク
    ルを行なうこと、及び、前記焼成サイクルにおいて粘結
    剤の除去と中子材料の焼結による緻密化とアモルファス
    シリカからクリストバライトへの変態による組織の安定
    化とを同時に確保するために焼成サイクルが4段階、即
    ち、 (a)30℃〜50℃/時の加熱速度で500℃まで加
    熱し、 (b)100℃〜200℃/時の加熱速度で500℃か
    ら最高温度まで加熱し、 (c)前記最高温度で4〜5時間一定に維持し、 (d)送風によって急激に冷却する 段階を含み、焼成サイクルの総所要時間が24〜36時
    間であることを特徴とする鋳造中子の製造方法。
  13. (13)焼成サイクルの段階(b)で500℃(300
    ℃)から最高温度まで温度を上昇させる時間が9時間で
    あり、段階(d)の冷却時間が12時間であり、サイク
    ルの総所要時間が36時間であることを特徴とする請求
    項12に記載の鋳造中子の製造方法。
  14. (14)焼成サイクルの段階(b)で到達し段階(c)
    で維持される最高温度が1200℃であることを特徴と
    する請求項12または13に記載の鋳造中子の製造方法
  15. (15)焼成サイクルの段階(b)で到達し段階(c)
    で維持される最高温度が1250℃であることを特徴と
    する請求項12または13に記載の鋳造中子の製造方法
  16. (16)焼成以前の成型が熱可塑性材料の射出によって
    行なわれることを特徴とする請求項12から15のいず
    れか一項に記載の鋳造中子の製造方法。
  17. (17)中子を焼成するために中子をアルミナ砂に埋め
    込むことを特徴とする請求項12から16のいずれか一
    項に記載の鋳造中子の製造方法。
  18. (18)温度50℃〜100℃のコンパウンドを室温の
    金型に射出することを特徴とする請求項16または17
    に記載の鋳造中子の製造方法。
JP1032567A 1988-02-10 1989-02-10 鋳造中子を製造するための熱可塑性コンパウンド及びかかる中子の製造方法 Expired - Lifetime JPH0673713B2 (ja)

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