JPH0310420B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、鋳物用の非シリカをベースとするセ
ラミツクコアおよび鋳造法に関する。

〔発明の背景〕

中空ガスタービンエンジン部品（以下、本明細
書において使用される「部品」なる用語は、鋳造
法によつて製造される物品を意味する）、例えば
タービンプレードおよび羽根の鋳造において、伝
統的セラミツクコア材料は、シリカであつた。と
いうのは高耐火性と、苛性アルカリ（以下苛性塩
ということがある）溶液での浸出により鋳造部品
からの除去の容易さとの組み合わせをシリカが有
するためである。

ガスタービンエンジンブレードおよび羽根の鋳
造における最近の発展は、直接固化技術を包含し
ており、これらの技術においてはセラミツクコア
は高温にかなり長期間付され、そしてシリカコア
は結局変形し、これらの鋳造法においては高いス
クラツプ割合をもたらすことが見い出されてい
る。

この種の方法用の高耐火性の別の材料、例えば
アルミナに、注目が集中している。高耐火性の材
料の場合の問題は、それらの浸出性である。化学
文献の検索によれば、アルミナが苛性塩溶液に溶
けることを示唆する化学反応式を書くことが可能
であることがわかるであろうが（インステイテユ
ート・オブ・セラミツクス・テキストブツク、シ
リーズ、ダブリユー・イー・ウオーラルによる
「原料（（Raw Materials）」という名称の本、第
93頁参照）、実際は、浸出によつて実用速度でこ
れを除去することは困難である。したがつて、高
焼成されかつ高密化されて鋳造物用コアに必要な
強度および耐火性を与えている商業上入手可能な
アルミナは、コア材料としては使用されていない
のが現状である。

この問題を克服しようとする数種の試みが、最
近なされている。例えば、英国特許第1602027号
明細書においては、特別に成形された高多孔内部
を有するコンパクトとして作られているアルミナ
コアが記載されており、このアルミナコアは浸出
と機械的解体との組み合わせによつて鋳物から比
較的容易に除去される。

別の提案においては、アルミナと更に容易に浸
出可能な材料、例えばシリカまたはマグネシアと
の混合物から作られたコアが作られている。しか
し、本発明者等は、シリカ単独の場合の経験に反
して、少なくともシリカ20％〜30％が存在するア
ルミナとシリカとの混合物に関しては、塩濃度が
増大するにつれてコアが余り溶けなくなることを
見出している。このように、シリカ単独は、高濃
度塩に更に迅速に溶解し、かつ融解無水苛性塩に
溶解することは既知であるのに対して、等量の各
物質を有するアルミナ−シリカ混合物は、濃厚塩
溶液中で鋳物からは実際上不溶となる。本発明者
等は、このことは、鋳造部品内の小孔において塩
溶液がコア表面に到達するのを防止する不溶性ア
ルミノシリケートの生成によるものであると考え
ている。

英国特許出願第8032060号明細書は、苛性塩溶
液によつてアルミナコアを鋳物から除去する方法
を開示しているが、アルミナは溶解法を遅延させ
る不溶性化合物の生成を回避するために特に純粋
でなければならないことが見出された。しかし、
純アルミナは溶解できたが、依然として比較的遅
い方法であり、そしてシリカコアの場合の経験に
反して、苛性塩溶液の濃度の増大はアルミナの溶
解度が再び減少する点を超える点に対してだけ有
益であり、そしてその範囲においてアルミナは融
解無水苛性塩に完全に不溶になつた。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、シリカ以外のセラミツクコア
材料の濃度を増大させる手段を提供することにあ
る。

前記目的は、水素供与基を含有する物質を、
1500℃を超える温度で焼成された高密度アルミナ
材料であるセラミツク材料に添加し、次いでセラ
ミツク材料を融解無水苛性塩（苛性アルカリ）に
よつて接触させる方法によつて達成され得る。

本発明において水素供与基は、苛性アルカリが
接触した時に発生期水素（nascent hydrogen）
を放出する化学基であつて、例えば水酸基、水素
化物または化学的結合水などの基を意味する。

また、水素供与基を含有する物質は、セラミツ
クコアの製造および用途に使用される温度におい
ても前記水素供与基を保持するものでなければな
らない。このような高温下においても水素供与基
を保持する物質としては、特にシリカガラス（石
英ガラス）が好ましく用いられ得る。

本発明者等は、シリカガラスが、電気融解後で
さえ痕跡量の水を含有すること、および融解無水
苛性塩に不溶である非シリカセラミツク材料への
少量、例えば２〜３重量％のシリカガラスの添加
が、この種のセラミツクスを無水塩に対して易溶
にさせることを見出している。このように、驚異
的なことに、アルミナコアへの少量のシリカガラ
スの添加によつて、苛性塩溶液に余り可溶にさせ
なかつたアルミナを溶解無水苛性塩に対して易溶
にさせるのである。

前記のように、本発明において、水素供与基を
含有する第二材料は、無水苛性アルカリが接触し
た時に、高度に活性な形態の水素（おそらく発生
期の水素）を供給することのできる物質であり、
このようにして発生した活性水素はアルミナと反
応して、無水苛性アルカリ可溶性の水酸化物を形
成する。

このように水素供与基からの離脱水素は、触媒
として作用するか、アルミナおよび塩と反応して
塩に可溶の化合物を生成するものと考えられる。

本発明の必須の特徴（水素供与基をセラミツク
材料自体に与えること）は、アルミナ以外の非シ
リカをベースとするセラミツク材料に適用でき
る。

本発明で使用される苛性塩（苛性アルカリ）
は、好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ムまたは水酸化リチウムまたはそれらの混合物で
ある。しかし、周期表の同一族の元素の他の水酸
化物を使用できる。

〔実施例〕

本発明の効果を立証するために、数個の試験片
が1600℃以上の温度で焼成されたアルミナ粉末か
ら出発してつくられた。この粉末を、シリカガラ
ス粉末約２〜３重量％とブレンドし、そして樹脂
結合剤と混合しかつダイに射出する標準法によつ
て２mm×10mm×100mmの大きさのロツドに形成し
た。次いで、ロツドを、1500℃で焼成して高強度
耐火物品とした。

このようにして得られたロツドを、融解無水水
酸化ナトリウム40％と60％融解無水水酸化カリウ
ム60％からなる液体混合物に約200℃で浸漬した
ところ15分以内にロツドの10mmまでが溶解され
た。

類似長さの高温焼成純アルミナロツドを融解無
水苛性塩の同一混合物に浸漬したが、識別可能な
溶解は４時間後にも生じなかつた。

アルミナに添加すべきシリカガラスの最適量
は、1/2〜10重量で変化できるが、アルミニウム
と一緒にシリカガラスが余りに多く存在すると溶
解プロセスを遅延し始めるであろう不溶性アルミ
ノシリケートの生成を生じさせてしまうので、通
常前記範囲の下方の量、例えば２％〜３％が好ま
しい。少量のシリカガラスの添加による更に別の
利点は、低温焼成予備成形アルミナコアの強度を
増大するであろうことである。

明らかに、塩の混合物比を純水酸化ナトリウム
から純水酸化カリウムまで変化させて最良の結果
を得ることができ、そして浴の温度も変化させて
各場合における最適値を決定することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 1500℃を超える温度で焼成された高密度アル
   ミナ材料90〜99.5重量％と、水素供与基が含有さ
   れた第二材料10〜0.5重量％とを含有するコアを
   作り、 このコアを鋳型に挿入し、 溶融鋳造材料を前記鋳型に注入して前記コアを
   包囲し、そして前記鋳造材料を固化させて鋳造部
   品を調製し、 これら鋳造部品とコアとを前記鋳型から取り出
   し、そして 前記コアを無水苛性アルカリと接触させてコア
   を溶解させる、 ことを特徴とする部品鋳造法。 ２ 前記第二材料が、水素供与基を含有するシリ
   カガラスである、特許請求の範囲第１項に記載の
   鋳造法。 ３ シリカガラスの含有量が、２〜３重量％の範
   囲内である、特許請求の範囲第２項に記載の鋳造
   法。 ４ 水素供与基が、化学的結合水である、特許請
   求の範囲第１項に記載の鋳造法。 ５ 前記第二材料が、水酸基またはヒドリド基で
   ある、特許請求の範囲第１項に記載の鋳造法。 ６ 1500℃を超える温度で焼成された高密度アル
   ミナ材料90〜99.5重量％と、水素供与基が含有さ
   れた第二材料10〜0.5重量％とを含有してなるこ
   とを特徴とする、無水苛性アルカリとの接触で溶
   解される鋳造用コア。