JPH02188460A - セラミックコア及び他の種物品を製造する方法 - 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】 本発明は、セラミックその他の粒状材料のスラリーから
金属鋳造用のセラミックコアのような成形物品を製造す
る方法に関する。本発明は、型内での凝結−型から取り
出し後のゲル化作用−焼成段階を利用する新規な金属鋳
造用のセラミックコアのような成形物品を製造方法を提
供する。

１１立１１ よく知られるように、使い捨てセラミックコアが、例え
ば中空ガスタービンブレード或いはベーンのような様々
の型式の精密部品の精密鋳造用セラミックシェルモール
ドを作製するための「ロストワックス法」と関連して使
用されてきた。これら精密部品を鋳造するに際して、セ
ラミックコアは代表的に、断面において極めて薄（そし
て鋳造されたブレード或いはベーン部品に狭い冷却チャ
ネル、内部支持リブその他の特徴ある構造部を形成する
ための複雑な細部を含むことが多い。セラミックコアは
、高い鋳造温度で物理的にそして化学的に安定性を保持
せねばならず、鋳造される溶融金属と比較的非反応性で
なければならずそして工業的に至当な時間内で鋳造物か
ら浸出可能でなければならない。更に、セラミックコア
は、その周囲に鋳造される部品について使用者により指
定される厳密な寸法許容差を満足するものでなければな
らない。

従］Ｕ支術 これら要件を満たさんとする試みにおいて、金属鋳造用
途向けのセラミックコアを作製するためにトランスファ
ー成型及び射出成型のような様々の技術が開発されてき
た。これら技術は満足しうるセラミックコアの作製を可
能とする程度まで改良を重ねてきたが、これらは、実施
に比較的コストがかかり従って鋳造金属部品作製コスト
にかなり負担増となるセラミックコアしかもたらさなか
った。

特に、トランスファー技術は代表的に、セラミック粒子
と高価な熱硬化性バインダーとの混合物を所望の形状に
成型することと関与し、この場合バインダーは、所望の
形状への成型と成型されたコア形状をセラミックコア粒
子を焼結するための爾後の焼成段階まで保持するのを助
成する役目を為す。この焼成プロセス中、バインダー材
料の固体分は、存在するなら、セラミック粒子と焼結し
そしてセラミック物品の一体部分となる。

射出成型技術は、この技術が代表的にセラミック粒子と
比較的高い割合（１０〜２０重量％）のワックスのよう
な熱可塑性バインダーの混合物を射出成型し、バインダ
ーの一部或いは全部を除去するため成型されたコア形状
体に粉末バインダー吸収用媒体中で長い時間の昇温「プ
レベイク」処理を施しそして後コア形状体を焼成して焼
結セラミックコアを生成する段階を含む。この「ブレベ
イク」段階は、コストがかかるが、焼成（焼結）段階中
のコアの変形成いは崩壊、亀裂発生及び膨れを回避する
ためワックス基バインダー系においては必須である。

米国特許第３．２２２．４３５号及び第４．７３７．２
３７号は、金属鋳造において使用のためのセラミックコ
アを作製するための射出成型技術を記載しており、ここ
ではコア形状体が型内に射出されるセラミックスラリ−
中でのバインダー或いはゲルの硬化により型内で剛性化
される。両方の特許において、成型された剛性化コア形
状体は型から取り出しに際して焼結される。

型内に射出された粒状スラリーを凝結することにより型
内で所望の形状体を剛性化する粉末成型技術が、米国特
許第２．８９３．１０２　、２．８６９．２１５；並び
に２，９４４．３１６号に記載される。これら特許の最
初の２つにおいて、成型用スラリー即ちスリップはそれ
を所望の形状に凝結する温度に維持された型内に射出さ
れ、凝結形状体は液体相を発現することなく型外で乾燥
され、そして後乾燥形状体は焼結される。凝結コア形状
体は、真空室内でコア形状体から水を昇華させるか或い
は凝結コア形状体を融解に際して水を吸収するが起こり
得る形状体の変形を回避するようコア形状体を支持する
粉末乾燥／支持剤で包囲するかのいずれかにより乾燥さ
れる。

上記特許の最後のものにおいては、成型用スリップは、
粘稠なバインダーを含まずそしてスリップを成型するた
めの射出型内で凝結に先立って２〜４重量％過剰の水を
除去するように予備処理される。型から水を除去後、凝
結形状体は、成型スリップにおいてバインダーの完全排
除を許容する条件下で融解される。

が　　　　　　　よ　　　と　　　る 本発明の課題は、凝結性液体及び粒状材料から形状体、
特に金属鋳造において使用されるセラミックコアを、使
用される材料、設備及び処理工程段階に関してコスト節
減でき、そしてまた前述した方法と関連する欠点を克服
する態様で作製する方法を提供することである。

特に、本発明は、スラリー混合物中の高価なバインダー
の必要性を排除し、過剰の液体バインダーを除去するた
めの成型に先立ってのスラリー混合物のコストのかかる
処理の必要性を排除し、焼結に先立って真空室内での乾
燥処理或いは粉末充填媒体中でのコストのかかる予備焼
成処理の必要性を排除しそして複雑なコストのかかる焼
結処理の必要性を排除し、しかも生成物品、特に金属鋳
造におけるセラミックコアの総合的品質及び性能を落す
ことのない方法の確立を課題とする。

るための 本発明は、金属粉末、セラミック粉末及びその混合物の
ような粒状材料から様々な型式の物品を前記課題を実現
する態様で作製する方法を提供する。

金属鋳造において使用されるセラミックコアを作製する
のに適用されるものとしての本発明方法は、（ａ）凝結
性或いは凍結性液体（ｆｒｅｅｚａｂｌｅｌｉｑｕｉｄ
）　、セラミック粉末及びゲル化剤のセラミックスラリ
−を形成する段階と、（ｂ）　（１）前記スラリーをコ
ア形状の型空洞内に導入しそしてスラリーの温度を少な
くとも凝結性液体の凝結温度まで減少せしめて型空洞内
でスラリーを凝結させそして凝結コア形状体を形成し、
（２）凝結コア形状体を型空洞から取り出し、（３）型
空洞から取り出した後の凝結コア形状体の温度を凝結温
度を超える周囲温度（例えば室温）に昇温し、そして（
４）液体及びゲル化剤を凝結温度を超える温度でゲル化
しく例えばスラリーの凝結前或いは後）、以って周囲温
度でコア形状体中にゲルを存在せしめて周囲温度で凝結
成形されたコアの形状を保持することを含むセラミック
スラリ−をコア形状体に形成する段階と、モして後（ｃ
）コア形状体を加熱して焼結セラミックコアを形成する
段階とを包含する。液体及びゲル化剤のゲル化は、セラ
ミックスラリ−の凝結をもたらすようセラミックスラリ
−の温度が型空洞内で減少されるに際してそして／また
は凝結形状体の１度が周囲温度まで昇温するに際して起
こりつる。好ましくは、凝結コア形状体の温度は室温へ
の徐々の融解（ｔｈａｗｉｎｇ　　解凍）により昇温さ
れる。

しかし１本発明は、金属鋳造用のコア作製に限定される
ものでなく、金属粉末、セラミック粉末及びその混合物
のような粒状材料から他の種粉末製品を作製するのに使
用され得る。

本発明方法はまた、セラミックスラリ−中にセラミック
ウィスカー、ファイバ、クロス、フェルト等の補強用媒
体を分散させることにより、該補強用媒体が焼結セラミ
ック物品中に包蔵されてその高温安定性を向上させるこ
とをも意図する。本発明の粒状補強セラミックコアの向
上された高温安定性は１個々のセラミックコア周囲に一
層寸法的に一貫した信頼性のある金属部品の鋳造を可能
ならしめる。

夾Ｗλ託朋 本発明を周囲に金属エーロフオイル（翼形）部材を鋳造
するのに最終的に使用される薄いセラミックコアを作製
することと関連して以下に詳しく説明するが、当業者は
、本発明がそれに限定されず、溶融金属を周囲に鋳造す
るのに使用される、簡単なもの及び複雑なものを含めて
、様々の形態のセラミックコアを作製するのに使用され
うることを理解しよう、更に、本発明は、様々の型式の
そして例えば金属粒子、セラミック粒子及びその混合物
のような様々の粒状材料から成る物品を作製するのに使
用されつる。

第２〜３図を参照すると、周囲にエアーフォイル部材料
（図示なし）を鋳造するのに使用されるセラミックコア
１０は、代表的な根本端部１２、翼区画１４及び先端部
１６を含んでいる。斯界で知られるように、翼区画１４
は、セラミックコア１０周囲に鋳造される金属エアーフ
ォイル部材内部に支持柱脚（図示なし）を形成するため
複数の隔置された、貫通柱脚穴１４ａを含んでいる。

セラミックコア１０を作製するための本発明の好ましい
方法を示すプロセスフローシートが第１図に示される。

図示のように、本方法は先ず、バインダー成分とセラミ
ック粉末充填材料成分からセラミックスラリ−バッチを
調製することと関与する。セラミック充填材料及びセラ
ミックスラリ−バッチの好ましい組成を表Ａ及びＢとし
て以下に呈示する。

表Ａ セラミック粉末充填材料組成物 註 成分（１）は次の混合物から成る。

（ａ）５７．０３重量％の、−３２５メツシユの、ＧＰ
−１溶製シリカ（ハルビソン・ウォルヵーから入手しつ
る）、 （ｂ）　　１２．３１重量％の、−３２５メツシユの、
ＧＰ１５１溶製シリカ（ハルビソン・ウオルカーから入
手しうる）及び （ｃ）１３．１９重量％の、１０ミクロン寸法の、溶製
シリカ（ナルコ・ケミカル・コーポレーションから入手
しつる） 成分（２）は、−３２５メツシュ寸法を有し、リメット
・コーポレーションから得られる。

成分（３）は、−３２５メツシュ寸法を有し、アルミニ
ウム・カンパニー・オブ・アメリカから得られる。

成分（４）は、２００メツシユ寸法を有し、インターナ
ショナル・ミネラルズのインコア・デイビジョンから得
られる。

体の爾後の焼成（焼結）中フラックスとして作用し、そ
れによりこれらフラックスが存在しなければ必要とされ
るよりもっと低い焼結温度で所要の強度及びミクロ組織
性状を発現する。

上記セラミック粉末充填材料は凝結性（凍結性ｆｒｅｅ
ｚａｂｌｅ　）液体バインダー成分と混合されて、表Ｂ
に呈示されるような組成を有するセラミックスラリ−を
形成する。

上に見られるように、セラミック充填材料組成物は、優
れた熱衝撃耐性、金属鋳造物からの浸出の容易さ、低い
熱膨張性質及び入手の容易性の結果として、金属鋳造用
セラミックコアとしてこれまで使用されてきた溶製シリ
カから主に構成される。ジルコン（ＺｒＯ□・５ｉＯａ
　）成分は、最終焼結セラミックコアにその周囲で溶融
金属の高温下での鋳造中必要とされる耐火性を付与する
。アルミナ及び長石成分は、以下に説明するようにコア
形状表Ｂ セラミックスラリ−バッチ組成物 扛ＪＪ　　　　　　　　　　　　　　Ｌｔ上（ａ）セラ
ミック充填材料成分　　７８．０３（ｂ）バインダー成
分： （１）脱イオン水　　　　　　　１９．１８註 成分（２）は、キンド・アンド・ノックスから入手され
つる。

成分（３）は、エアー・プロダクツ・アンド・ケミカル
ズ・インコーホレーテッドから入手されつる。

成分（４）は、モービル・オイル・コーポレーションか
ら入手されつる。

上に示したように、バインダー組成物は主に脱イオン水
（他の種凝結性・凍結性液体）であり、これは他の水溶
性あるいは僅かに水溶性のバインダー成分（２）〜（４
）に対する溶剤としてまたセラミック粉末充填材料に対
するキャリヤーとして働（。ゲル化剤は、室温以下の水
溶液中ゲル化温度を有する蛋白質型式の水溶性ゼラチン
から成る。

分散剤／湿潤剤としての５ｕｒｆｙｎｏｌ　１０４Ｅ　
　（登録商標）は僅かに水溶性でありそして水溶液中に
高い固体分合大量水準（例えば最終射出成形可能なスラ
リーにおいて約５８．０容積％の固体分）をもたらすよ
うに分散剤及び湿潤剤として作用する。この試剤はまた
脱泡剤としても働（。Ｍｏｂｉｌｉｃｅｒ　Ｘは、ワッ
クスエマルジョンであり、スラリーバッチの射出型への
射出中可塑剤及び潤滑剤として作用する。

セラミックスラリ−バッチは次の態様で調製される： （１）セラミック粉末充填材料成分を一緒に混合しそし
て約６０〜６６℃の範囲の温度に加温する。

（２）ゲル化剤を金属容器内の沸騰している脱イオン水
に添加する。脱イオン水は、爾後にコアの焼結特性に悪
影響を与える恐れのあるアルカリを含んでいないから、
溶剤／キャリヤとして好ましい。

（３）　Ｍｏｂｉｌｃｅｒ　Ｘ可塑剤／潤滑剤を沸騰水
に添加しそして可塑剤／潤滑剤が完全に溶解しそして分
散されるまで撹拌する。

（４）その後、段階（３）の溶液の温度を約３５〜４０
℃（但し、溶液のゲル化温度を超えるものとする）まで
減少する。

（５ンその後、段階（４）の冷却された溶液を従来型式
の二重遊星型ミキサに導入する。溶液の温度を混合中及
び混合段階の完了まで、即ち段階（１０）の完了まで約
３８℃に維持する。

（６）加熱された（即ち段階（１）加熱された）セラミ
ック粉末充填材料の１７３を二重遊星型ミキサ内の溶液
に添加しそして低ブレード速度（例えば７０ｒｐｍ）で
５分間混合する。

（７）加熱されたセラミック粉末充填材料のもう１／３
を添加しそして上記の低ブレード速度で５分間混合する
。

（８）分散剤／湿潤剤の必要量の半分を段階（７）のバ
ッチに加える。分散剤／湿潤剤を上述した低いブレード
速度で２分間パッチに混合する。所望なら、２−エチル
−ヘキサノールのような脱泡剤がこの時点でバッチに随
意的に添加されつる。

（９）その後、加熱されたセラミック粉末充填材料の残
りの１／３をバッチに添加しそして上述の低いブレード
速度で５分間混合する。

（１０）分散剤／湿潤剤の残る半分をバッチに添加し上
記の低いブレード速度で３０分間混合する。

生成するセラミックスラリ−バッチは、約５８．０容積
％の固体分（セラミック粉末充填材料）を含んでおりそ
して射出成形可能な状態にある。

第４図は、開閉可能な型土部分２０ａ、２０ｂとそれら
の間に形成されそして第２〜３図に示したセラミックコ
ア形状体を生成するよう形付けられた型空洞２０ｃを具
備する射出成型用の型（コア型）２０を概略的に例示す
る。型２０は、例えば、ミューラー・フィップス・イン
ターナショナル社から販売される従来形式の射出成型機
の一部である。射出成型機は、セラミックスラリ−を圧
力下で型通路２０ｄを通して型空洞２Ｏｃ内に圧入する
よう設計されている。

セラミックスラリ−は、型空洞２Ｏｃ内への射出に先立
って、射出成型機の保持室内で約３５〜４５℃に維持さ
れる。この温度範囲（約３５〜４５℃）は、スラリーの
ゲル化温度を超える。

約２００〜１０００ｐｓｉの射出圧力がセラミックスラ
リ−を型空洞２Ｏｃ内に射出してそこを充填するのに使
用される。セラミックスラリ−が型空洞２Ｏｃ内に射出
されるとき、バインダー成分はセラミック粉末充填材料
に対するキャリヤーとして作用して型空洞２０ｃが完全
にスラリーで充填されることを保証する。

射出型２０は、好ましくは、型空洞２Ｏｃ内に射出され
たセラミックスラリ−（即ち、液体バインダー成分）を
比較的短時間で凝結（凍結）せしめるため約−２０〜−
３０℃（或いは液体バインダー成分の凝結温度或いはも
っと低い別の温度）の範囲の温度に維持される。例えば
、エアーフォイル状の型空洞２０ｃを有する射出型２０
がほぼ−２０〜−３０℃に維持されるとき、セラミック
スラリ−は代表的に、冷却された型内で約１５秒〜６０
秒後に凝結しそして剛性化し、それにより型空洞２０ｃ
において所望のコア（エアーフォイル）形状体を凝結成
形する。凝結コア形状体３０の剛性は、主に液体バイン
ダーの凍結状態により与えられ、セラミックスラリ−の
温度が型空洞内で液体バインダー成分を凝結温度より低
く減少するに際してセラミックスラリ−中で発生した可
能性のある何らかのゲル化作用に依存するものではない
。

セラミックスラリ−の温度が型空洞２Ｏｃ内で減少する
に際して、バインダー水及びゲル化剤の僅かのゲル化が
形成されるべきコア形状体の断面及び質量（大きさ）に
依存して凝結温度を超える温度で起こり得る。より大き
な断面及び質量を有するコア形状体は、断面全体を通し
て凝結温度まで冷えるのに一層長い時間がかかり、従っ
て凝結温度に達する前に液体水及びゲル化剤がゲル化す
るためのより多くの機会を与えよう。他方、薄（て小さ
な質量のコア形状体はど、断面全体を通して凝結する時
間は少なくてすみ、従ってセラミックスラリ−の冷却中
水及びゲル化剤のゲル化に対する機会は少なくなる。セ
ラミックスラリ−が型空洞２Ｏｃ内で冷えるにつれセラ
ミックスラリ−中で形成される僅かのゲルは、最終的に
は、型空洞２Ｏｃ内で形成されたコア形状体３０中に凝
結される。上に述べたように、凝結コア形状体３０の剛
性は、主に液体バインダーの凍結状態により与えられ、
型内でのスラリーの冷却中発生した可能性のある何らか
のゲル化作用に依存するものではない。

剛性の凝結スラリー形状体が型空洞２Ｏｃ内で形成され
た後、射出型２０は開放されそして凝結コア形状体が型
２０から取り出される。凝結コア形状体は最初、極低温
空気（例えば約−１７〜−４６℃に維持）を凝結コア形
状体に当てて差し向けるための手持ち式ガン（図示なし
）を使用して開放型２０から分離され（浮き上がらされ
）そしてこれを手作業（或いはロボットを使用して）で
開放型２０から取り出す。別様には、ポツプアップ式の
突き出しピン（図示なし）が凝結コア形状体を型から最
初に分離或いは離脱するのに使用されその後手作業で取
り出しが行なわれる。

本発明の方法の一興体例として第５図に示されるように
、凝結コア形状体３０は、射出型２０に隣接しておかれ
たセック（設置・保持台）４０上にすぐ置かれる。セラ
ミック製セッタは室温に維持される。凝結コア形状体３
０は、セラミツクセツタ上にその側面を載せて置かれた
ものとして示されている。エアーフォイル形状のような
高度に複雑なコア形状体３０に対しては、上方セラミッ
ク製セッタ４２（やはり室温に維持される）が、間に収
容空洞を形成するよう下方セラミツクセツタ４０上に置
かれる。この空洞は、凝結コア形状体３０が室温まで徐
々に融解されるに際してのまた乾燥コア形状体の爾後の
焼成中その反りを最小限とするよう凝結コア形状体３０
の形状にぴったりとした厳密な誤差内で合致する形状を
有するものとされる。他の複雑さの少ないエアーフォイ
ルコア形状体に対しては、上方セラミツクセツタ４２の
必要性はな（、下方セラミック競った４゜上に置くだけ
で良い。

本発明方法の好ましい具体例に従えば、凝結コア形状体
３０は、射出型２０から取り出しセラミツクセツタ４０
．４２間に置いた後、室温（例えば２０〜３０℃）まで
徐々に融解（ｔｈａｗ　、自然に解凍する）される。融
解は、真空設備或いは粉末バインダー吸収用充填媒体の
必要なく周囲温度及び圧力条件下で行なわれる。凝結コ
ア形状体３０がゆっくりと融解するにつれ、型空洞２Ｏ
ｃ内でセラミックスラリ−の凝結に先立って形成された
僅かのゲルは溶けてコア形状体内部で高粘稠ゲルを与え
そして凝結形成コア形状体をそれが融解するに際してそ
の形状を保持するに充分剛性化するに有効となる。更に
、液体バインダー成分の凝結温度以上での融解中、バイ
ンダー中に存在する僅かの非ゲル化凍結水は液体相に変
態しく即ち液体水）そしてバインダー中に存在する僅か
の残存ゲル化剤とゲル化する。それにより、融解中ゲル
がコア形状態３０中でその場で発生しつる。いずれにせ
よ、型空洞２Ｏｃ内でのセラミックスラリ−の冷却及び
型空洞外での凝結コア形状体の融解は、室温でコア形状
体３０中に高粘度のゲルを提供して室温で凝結成形（成
型）コア形状を保持するのに有効である。

代表的に、ゲルは、凝結コア成形体３０が型２０から取
り出された後すぐに融解及び／或いは発生し始め、そし
て周囲温度及び圧力条件下で約１５分の融解後充分発達
した高粘度ゲル組織を持つ外側包被体をコア形状体に形
成する。この時点以前なら、凝結コア形状体３０は、そ
れが欠陥品であるか、何らかの理由で満足すべきもので
ない場合には、再使用のため射出成型機の保持室内のセ
ラミックスラリ−バッチ中に戻して転用（再循ｉ）され
つる。融解の継続に伴い、ゲルは、外側包被体からコア
形状体の中心部に向けて融解及び／或いは発生し続け、
そして最終的にコア形状体３０を自己支持（保形）性の
非流動体として充分剛性化する。特に、融解中コア形状
体３０中で融解及び／或いは発生したゲルは、室温への
融解中そしてその後凝結されたままの（成型されたまま
の）コア形状を崩壊することなく保持するに充分に強固
な結合組織を確立する。

凝結コア形状体３０は好ましくは、室温へのその完全な
融解とそれに伴っての上述したゲル−剛性化をもたらす
ようにそしてまたコア形状体３０の少なくとも部分的乾
燥をもたらすように、合計約４８〜１００時間セラミツ
クセツタ間で保持される。好ましくは、この期間中、液
体バインダー成分の実質部分はコア形状体３０から蒸発
せしめられる。

当業者は、コア形状体３０の室温への融解及び液体バイ
ンダー成分の少なくとも一部の蒸発に要する時間がコア
形状体の断面の厚さ及び質量（かさ）に依存することを
理解しよう。より大きな厚さ及び質量のコア形状体はど
、より長い時間を必要とする。しかし、すべてのバイン
ダーが爾後の焼成に先立ってコア形状体３０から蒸発さ
れることは必須ではない。例えば、０．２５インチ厚さ
を有するコア形状体に対しては、コア形状体３０のバイ
ンダー成分の約８０重量％が４８時間後の融解及び乾燥
後蒸発される。更に、当業者は、コア形状体３０にＩＲ
ランプ、高温気流及び他の種加熱手段を使用して熱を適
用することによりそして／或いは融解及び乾燥中周囲空
気の湿度を減少することによる等しての適当な手段によ
り促進され得ることを理解しよう。

コア形状体３０の融解と乾燥に続いて、セラミツクセツ
タ４０．４２とそれらの間にまだ配置されているコア形
状体とは、従来形式のキルン内に置かれそして約１２３
２℃の最大温度に合計約２４時間迅速に焼成される。こ
の温度への加熱速度は代表的に１１１℃／時間である。

焼成サイクル中、ゲル化剤並びに可塑剤／潤滑剤はセラ
ミック形状体３０から比較的きれいに燃焼除去され同時
に個々のセラミック粉末粒は当業者に周知の粒間焼結機
構の下に置かれて互いに結合する。セラミック充填材料
のフラックス剤（即ちアルミナ及び長石）がそれらが存
在しない場合よりも低い焼成温度で所要のコア強度及び
コアミクロ性質の発現を許容する。ジルコン（ＺｒＯ□
・５ｉＯｉ）成分は後にコアが遭遇する金属鋳造温度（
例えば１２００〜１５５０℃）に耐えるに適当な、必要
な耐火性を焼結セラミックコアに付与する。

バインダー成分が焼成中コアから燃焼除去された後、セ
ラミックコア中に開通された相互連結孔のネットワーク
が確立される。このネットワークは、ネットワークがセ
ラミック成分を溶解するために焼結されたコア中に流体
浸出剤の容易な侵入を提供するので、既知の化学的浸出
技術により周囲に鋳造された金属エアーフォイル部材か
ら後にコアを除去するのを助成する点で非常に有益であ
る。

生成する多孔質、焼結セラミックコア１０は、金属エア
ーフォイル部材鋳造物を周囲に形成するべ（溶融金属の
精密鋳造において使用するに満足しうる水準を超える物
理的及び化学的性質を具備するものであることが見出さ
れた。例えば、満足しつるｌＮ７１３型ニツケル基スー
パーアロイが本発明に従い上述したようにして個々のセ
ラミックコア周囲に鋳造された。セラミックコアは、シ
リカ基コアを除去するための斯界で良く知られた高温苛
性水溶液を使用して約２５時間以内にｌＮ７１３鋳造エ
アーフオイルから好適に除去された。ｌＮ７１３鋳造エ
アーフオイルの鋳造後の検査から、セラミックコアとｌ
Ｎ７１３合金との間での有害な反応は起こっていないこ
とがわかりそしてセラミックコアが鋳造プロセス全体を
通して物理的にもまた化学的にも安定状態を維持するこ
とが確認された。

本発明方法に従って作製された多数の（例えば約２０）
多孔質焼結セラミックコアの平均物理的及び化学的性質
を以下の表Ｃに呈示する。ここでは、すべての性質は断
りのないかぎり室温で測定した。

表Ｃ コア性質 破断モジュラス　　　　　２１００ｐｓ１弾性モジュラ
ス　　　　　１．１７Ｘ１０’ｐｓｉ見掛は気孔率　　
　　　　３３容積％ かさ密度　　　　　　　　１．６２　ｇ／ｃｃみかけ密
度　　　　　　　２．４１　ｇ／ｃｃ９６０℃での熱膨
張　　　０．３１％ クリストバライト含有量　２５重量％ 第１図に例示したように、型空洞２Ｏｃ内での成型中セ
ラミックコア上に生じた過剰のフラッシュ及び合せずじ
（分割線）は焼結作業の前に或いは後に除去され得る。

特に、融解されたゲル剛性化乾燥自己保形性コア形状体
３０は本体に傷付けることなくフラッシュ及び合せすじ
を除去するために「生の状態での加工」に耐えるに充分
強固である。別法として、フラッシュ及び合せすしは焼
結後にセラミックコアから除去され得る。

本発明の特に好ましい方法において、セラミックコアの
高温安定性は、焼結セラミツクコア１０全体を通して約
４％の高純度単結晶α酸化アルミニウム（アルミナ）セ
ラミックウィスカーを分散せしめることにより更に向上
され得る。特に、セラミックウィスカーは、スラリーバ
ッチ調製工程の段階（１）において従来形式の高速剪断
混合方法を使用してセラミック粉末と相互に混合される
。

その後、ウィスカーを混合したセラミック充填材料は、
その工程の続く段階（６）　、（７）及び（９）におい
て沸騰脱イオン水に添加される。本発明方法は、その後
上述したようにして実施されて、焼結セラミック粉末マ
トリックス中にセラミックウィスカーを一様に分散せし
めた多孔質焼結ウィスカー補強セラミックコアを製造す
る。本発明のこの具体例で有用であることが判明した高
純度単結晶αアルミナセラミックウィスカーは、例えば
ビスツ・コーポレーションから市販入手出来そして３〜
１０の平均アスペクト比と約０，５０〜３０．　Ｏ０ミ
クロンの平均直径により特性付けられる。

４容積％のこれらセラミックウィスカーを焼結セラミッ
クマトリックスに一様に分散せしめることは、焼結セラ
ミックコアの、代表的に遭遇する金属鋳造温度（例えば
１２００〜１５５０℃）での変形に対する安定性従って
耐性を増大する。特に、コア安定性（片持ち梁スランプ
（垂れ）試験において測定して）は、驚くべきことに、
セラミックウィスカーを使用しない、本発明により作製
されたセラミックコアの剛性に比較して約６倍も増大し
た。

片持ち梁スランプ試験において、同等の寸法を有するセ
ラミックコア試験バー（例えば５インチ長さ×ｌ／２イ
ンチ巾×ｌ／４インチ厚さ）を、水平に支持されたバー
の４インチを残してバ一端部１インチを把持する治具に
より水平面に保持した。

その後、バーをセラミックコアが実際の溶融金属鋳造中
曝露される条件を模擬する温度（焼成）スケジェール下
に置いた。バーの自由端が垂れる即ち下方に落下する距
離を高温鋳造条件下でのコア剛性の目安として測定した
。こうした片持ち梁スランプ試験においては、上に呈示
した本発明方法に従って作製したウィスカー補強セラミ
ックコアは、ウィスカー補強材を含まない本発明に従う
コアの約１／６以下の垂れしか示さなかった。ウィスカ
ーを含まない、本発明に従って作製されたセラミックコ
アは一般に、高温安定性において、トランスファー成型
技術により作製されたシリカ基コアに匹敵しつる。

更に、乾燥コア形状態３０におけるセラミックウィスカ
ーの存在は、焼成（焼結）段階中セラミックコア３０の
収縮量を減少することが観察された。収縮の減少は、本
発明に従い作製された焼結セラミックコアの寸法コント
ロールの向上を与える。その結果、これら多孔質焼結ウ
ィスカー補強コアは、寸法的に一層一貫した信頼性のあ
る金属エアーフォイウル鋳造物をもたらす。

当業者は、本発明の好ましい方法が上に詳しく述べたセ
ラミックウィスカーの使用のみに限定されず、セラミッ
クファイバ、クロス、フェルト等のような他の形式のセ
ラミック補強媒体が同じ目的でセラミックコア中に含め
ることが出来ることを理解しよう。

本発明方法を融解、乾燥及び焼結段階中セラミツクセツ
タ４０．４２間でその側面を載せて配置されたコア形状
体３０と関連して記載したが、本発明はこれらプロセス
段階中地の様式でコアセラミック形状体３０を支持する
ことをも包括する。

例えば、第６図は、融解、乾燥及び焼結中筒単な焼成セ
ラミツクセツタ５０上に端面を載せて支持された複雑度
の少ない形状体、例えばシリンダ形状体３０°を例示す
る。一般に、所望されるセラミックコアの形状、厚さ及
び他の形態特性がどうした態様でコア形状体が最適の結
果を得るために融解、乾燥及び焼結中支持されるべきか
を決定しよう。

及旦Ａと肱里 本発明は、粒状材料から成るセラミックコア並びに他の
物品の製造方法を材料、設備、及び゛関連する初期工程
段階に関してコスト有効性のある態様で提供する。加え
て、本発明方法は、過剰の液体バインダー成分を排除す
るためのセラミックスラリ−の特別な処理の必要性を排
除する。バインダー吸収用充填媒体中での成型コア形状
体の予備ベーキングの必要性或いは真空設備での成型コ
ア形状体の乾燥の必要性も排除される。更には、セラミ
ックコアを焼結するための焼成段階は、複雑な温度スケ
ジュールを必要とすることなく簡単に且つ迅速に実施さ
れ得る。

これら利益のすべては、セラミックコアの物理的及び化
学的性質を落すことなく実現される。

更に、セラミックスラリ−中に補強媒体（例えばセラミ
ックウィスカー）を含めることにより、著しく改善され
た寸法コントロール及び高温性質を具備するセラミック
コアが入手出来て、−層一貫した金属部品をコアの周囲
に鋳造することを可能ならしめる。

以上、本発明は、金属粉末、セラミック粉末及びその混
合物のような粒状物質から様々な型式の物品を最初に述
べた課題を実現する態様で作製する方法の確立に成功し
た。

以上、本発明の好ましい具体例について説明したが、本
発明に範囲内で多くの変更を為し得ることを銘記された
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のプロセスフローチャートを示す。 第２図は、本発明方法に従って作製されたエアーフォイ
ル状セラミックコアの側面図である。 第３図は、先端部に向けて見たエアーフォイル状セラミ
ックコアの端面図である。 第４図は、エアーフォイル状型空洞部を有する射出型の
概略断面図である。 第５図は、２つの焼成セラミツクセツタ間での凝結コア
形状体の端面図である（上方セラミツクセツタとコア形
状体との間隔は誇張して示しである）。 第６図は、焼成セラミツクセツタ上に端面を載せて置か
れた別の形状の凝結セラミックコアの側面図である。 ｌＯ：セラミックコア １２：根本端部 １４：Ｒ区画 １６：先端部 １４ａ：穴 ２０：射出型 ２０ａ、ｂ：型土部分 ２０ｃ：型空洞 ２０ｄ：型通路 ３０：コア形状体 ４０．４２：セッタ 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　粒状材料から物品を製造する方法であって、（ａ
   ）凝結性液体、粒状材料及びゲル化剤から成るスラリー
   を形成する段階と、 （ｂ）（１）前記スラリーを該物品形状の型空洞内に導
   入しそして該スラリーの温度を少なくとも前記凝結性液
   体の凝結温度まで減少せしめて該型空洞内でスラリーを
   凝結しそして凝結物品形状体を形成し、 （２）前記凝結物品形状体を前記型空洞から取り出し、 （３）前記型空洞から取り出し後の前記凝結物品形状体
   の温度を凝結温度を超える周囲温度に昇温し、そして （４）前記凝結性液体及びゲル化剤を凝結温度を超える
   温度でゲル化し、以って周囲温度で物品形状体中にゲル
   を存在せしめて、周囲温度で前記凝結成形された物品の
   形状を保持することを含む前記スラリーを物品形状体に
   形成する段階と、（ｃ）前記物品形状体を加熱して粒状
   材料を結合する段階と を包含する粒状材料から物品を製造する方法。 ２）　液体及びゲル化剤が温度を段階（ｂ）（１）で減
   少するに際してそして／或いは段階（ｂ）（３）で昇温
   するに際してゲルを形成する特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ３）　段階（ｂ）（３）において、凝結物品形状体が室
   温に融解される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４）　周囲に溶融金属を鋳造するのに有用なセラミック
   コアを製造する方法であって、 （ａ）凝結性液体、セラミック粉末及びゲル化剤のセラ
   ミックスラリーを形成する段階と、 （ｂ）（１）前記セラミックスラリーをコア形状の型空
   洞内に導入しそしてスラリーの温度を少なくとも前記凝
   結性液体の凝結温度まで減少せしめて前記型空洞内でス
   ラリーを凝結せしめそして該型空洞内で凝結コア形状体
   を形成することにより前記セラミックスラリーをコア形
   状体に成形し、（２）前記凝結コア形状体を型空洞から
   取り出し、 （３）前記型空洞から取り出し後の前記凝結コア形状体
   の温度を凝結温度を超える周囲温度に昇温し、そして （４）前記液体及びゲル化剤を凝結温度を超える温度で
   ゲル化し、以って周囲温度でコア形状体中にゲルを存在
   せしめて、周囲温度で凝結成形されたコアの形状を保持
   する ことを含むセラミックスラリーをコア形状体に形成する
   段階と、そして （ｃ）コア形状体を加熱して焼結セラミックコアを形成
   する段階と を包含セラミックコアを製造する方法。 ５）　液体及びゲル化剤が温度を段階（ｂ）（１）で減
   少するに際してそして／或いは段階（ｂ）（３）で昇温
   するに際してゲルを形成する特許請求の範囲第４項記載
   の方法。 ６）　段階（ｂ）（３）において、凝結物品形状体が室
   温に融解する特許請求の範囲第４項記載の方法。 ７）　ゲル化剤がほぼ室温或いはそれ以下の水溶液中ゲ
   ル化温度を示すゼラチンから成る特許請求の範囲第４項
   記載の方法。 ８）　ゲル化剤が蛋白質ゲル化剤から成る特許請求の範
   囲第７項記載の方法。 ９）　凝結性液体が水である特許請求の範囲第４項記載
   の方法。 １０）　セラミック粉末がセラミックフラックス剤を含
   んでいる特許請求の範囲第４項記載の方法。 １１）　セラミック粉末が主に溶製シリカである特許請
   求の範囲第４項記載の方法。 １２）　段階（ｂ）（１）において、セラミックスラリ
   ーが液体の凝結温度より低い温度に維持された型内に導
   入される特許請求の範囲第４項記載の方法。 １３）　段階（ｂ）（３）において、凝結コア形状体の
   温度が凝結コア形状体をその側面において支持しながら
   周囲温度及び圧力条件下での融解により昇温される特許
   請求の範囲第４項記載の方法。 １４）　段階（ｂ）（３）において、凝結コア形状体の
   温度が凝結コア形状体をその端面において支持しながら
   周囲温度及び圧力条件下での融解により昇温される特許
   請求の範囲第４項記載の方法。 １５）　段階（ｂ）後、コア形状体を室温で乾燥して段
   階（ｃ）に先立って液体の一部を蒸発せしめることを含
   む特許請求の範囲第４項記載の方法。 １６）　セラミックスラリーが補強媒体をも含んでいる
   特許請求の範囲第４項記載の方法。 １７）　補強媒体がセラミック粒状物を含む特許請求の
   範囲第１６項記載の方法。 １８）　段階（ｃ）後、セラミック粒状物が焼結セラミ
   ックコア中に分散されている特許請求の範囲第１７項記
   載の方法。 １９）　段階（ｂ）（２）後、凝結コア成形体が段階（
   ｂ）（１）においての再成形のため新しいセラミックス
   ラリーと混合のためセラミックスラリーに戻して再循環
   される特許請求の範囲第４項記載の方法。 ２０）　段階（ｂ）後で且つ段階（ｃ）前に、コア形状
   体からフラッシュ及び／或いは合せすじを除去すること
   を含む特許請求の範囲第４項記載の方法。 ２１）　周囲に溶融金属を鋳造するのに有用なセラミッ
   クコアを製造する方法であって、 （ａ）水、セラミック粉末及び水溶性ゲル化剤から成る
   セラミックスラリーを形成する段階と、（ｂ）（１）前
   記セラミックスラリーをコア形状の型空洞内に導入しそ
   してスラリーの温度を少なくとも水の凍結温度まで減少
   せしめて型空洞内でスラリーを凝結しそして該型空洞内
   で凝結コア形状体を形成することにより前記セラミック
   スラリーをコア形状体に成形し、 （２）前記凝結コア形状体を前記型空洞から取り出し、 （３）前記凝結コア形状体を融解してその温度を室温に
   昇温し、そして （４）段階（ｂ）（１）において温度を減少するに際し
   てそして／或いは段階（ｂ）（３）において温度を昇温
   するに際して水及びゲル化剤をゲル化し、以って室温で
   コア形状体中にゲルを存在せしめて、室温で凝結成形さ
   れたコアの形状を保持することを含む前記セラミックス
   ラリーをコア形状体に形成する段階と、そして （ｃ）前記コア形状体を加熱して焼結セラミックコアを
   形成する段階と を包含セラミックコアを製造する方法。 ２２）　ゲル化剤がほぼ室温或いはそれ以下の水溶液中
   ゲル化温度を示す蛋白質ゲル化剤である特許請求の範囲
   第２１項記載の方法。 ２３）　セラミックスラリーが補強媒体をも含んでいる
   特許請求の範囲第２１項記載の方法。 ２４）　補強媒体がセラミック粒状物を含む特許請求の
   範囲第２３項記載の方法。 ２５）　セラミック粉末、セラミック補強媒体及びバイ
   ンダーを混合して成型可能な組成物を形成し、該組成物
   を所望のコア形状に成型し、そして成型されたコア形状
   体を加熱して補強媒体を含む焼結セラミックコアを形成
   することを包含するセラミックコア製造方法。 ２６）　補強媒体がセラミックウィスカーを含む特許請
   求の範囲第２５項記載の方法。 ２７）　焼結セラミック粒マトリックスと該マトリック
   ス中のセラミック補強媒体を備える金属鋳造において使
   用されるセラミックコア。 ２８）　補強媒体がセラミックウィスカーを含む特許請
   求の範囲第２７項記載のコア。