JPH0523926B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、乗用車用ガスタービンエンジン部
品、例えばタービンホイール、ステーター、スク
ロールなどをセラミツク粉末を成形・焼成して製
造する場合等をはじめとして、セラミツク粉末そ
の他の粉末の成形方法に関するものである。

従来の技術 例えば複雑形状のセラミツク製品を製造する場
合等のセラミツク粉末の成形方法として泥しよう
鋳込み法が知られている。この泥しよう鋳込み法
はセラミツク原料粉末を溶媒中に分散させた泥し
ようを石こうなどの吸収性のある型に注入して溶
媒を吸収させ、固体分のみを残すことにより所定
の形状を得る成形法である。

発明が解決しようとする問題点 しかし以上の従来の泥しよう鋳込みによる粉末
の成形方法には次のような問題があつた。

すなわち上述するように泥しよう鋳込みでは、
一般に石こう型が用いられ、対象の形状等の制約
から特にゴム型等を適用する場合であつても、脱
水を目的として少なくとも部分的には石こうが用
いられていた。しかし、そのように石こう質の型
を用いる場合、鋳込まれた泥しようの乾燥時に収
縮によつて被成形体の肉厚の薄い部分に割れが生
じるという不都合があつた。そのため、例えばガ
スタービンエンジンに用いられる軸流タービンの
ように肉厚の薄い部分がある複雑形状物は従来の
泥しよう鋳込み法によつては一体形で製造するの
が困難であるという問題があつた。

この発明は以上の従来の事情に鑑みてなされた
ものであつて、肉厚の薄い部分がある複雑形状物
であつても一体形で製造することができ、被成形
体に割れなどを生じさせることがない粉末の成形
方法を提供することを目的とするものである。

発明が解決しようする問題点 すなわちこの発明の粉末の成形方法は、水溶性
ワツクスからなる模型の表面を非水溶性ワツクス
によつてコーテイングし、上記水溶性ワツクスか
らなる模型を溶出させて非水溶性ワツクス型を作
成し、その非水溶性ワツクス型の内表面に弾性体
の膜を形成し、その弾性体の膜が形成された非水
溶性ワツクス型の内部に粉末原料から作成した泥
しようを注入して保形性を有する程度に半乾燥し
次いで非水溶性ワツクス型を溶出させた後に残留
する弾性体の膜によつて被覆された被成形体を静
水加圧し、その後その被成形体を被覆する弾性体
の膜を除去すると共に被成形体を加熱して乾燥す
ることを特徴とするものである。

発明の具体的説明 以下にこの発明の粉末の成形方法を第１図〜第
７図を参照してさらに具体的に説明する。

第１図に示すようにこの発明の粉末の成形方法
によれば、先ず水溶性ワツクスからなる模型１の
表面を非水溶性ワツクスによつてコーテイングす
る。第１図に示す模型１は乗用車用ガスタービン
エンジンの軸流タービンを形取つたものである。
水溶性ワツクスとしてはロストワツクス法をはじ
めとする精密鋳造法において用いられるもの等を
用いることができる。また非水溶性ワツクスとし
てもロストワツクス法をはじめとする精密鋳造法
において用いられるもの等を用いることができ
る。

次にこの発明では、以上のようにして得られた
模型１の表面を非水溶性ワツクスによつてコーテ
イングしてなる中間体２から模型１を溶出させて
第３図に示す非水溶性ワツクス型３を作成する。
模型１の溶出には、模型１の作成に用いた水溶性
ワツクスの種類にもよるが、一般に弱酸性水溶液
等を用いる。

次いでこの発明では、第４図に示すように以上
の過程で得た非水溶性ワツクス型３の内表面に弾
性体の膜４を形成する。

弾性体の膜４としてはゴム又はプラスチツクス
等を用いることができ、それ等のゴム又はプラス
チツクスの被覆形成液体を非水溶性ワツクス型３
内部に注入して非水溶性ワツクス型３内側面に付
着させた後、乾燥させ、または適当な薬剤と反応
させることによつて、それ等のゴム又はプラスチ
ツクスの被膜４を非水溶性ワツクス型３内側面に
形成することができる。

次にこの発明では、第５図に示すように、以上
のようにして内側面に膜４を形成した非水溶性ワ
ツクス型３内部に粉末原料から作成した泥しよう
５を注入して乾燥する。

粉末原料としてはセラミツク粉末その他金属粉
末等を用いることができる。尚、泥しよう５の型
３内部への注入にあたつては、型３を加振台６上
に載置し、その加振台６によつて型３に振動を加
えるようにすれば、泥しよう５を型３のすみずみ
まで充分に充填することができる。また、型３内
に注入された泥しよう５の乾燥は、密閉容器中に
型３を収納し、その密閉容器内を減圧して行なえ
ば、効率良く行なうことができる。その泥しよう
５の乾燥は充分な乾燥である必要はなく、型３を
溶出させた後に残留する被成形体が一定の保形性
を有するに至る程度に行なえば足りる。したがつ
て泥しよう５の乾燥は乾燥後の被成形体の含有水
分が35％以下となる程度に行なわれる。

次に、以上の過程で内部に半乾燥状態の被成形
体を有するに至つた非水溶性ワツクス型３を、第
６図および第７図に示すように有機溶剤７によつ
て溶出させ、それにより残留した弾性体膜４が被
覆された被成形体５ａを静水圧加圧する。

有機溶剤７としては非水溶性ワツクス型３の材
質に応じて例えばトリクレン等を用いることがで
きる。また、静水圧加圧は周知の手段・装置を適
用して行なうことができる。

最後にこの発明では、以上の過程で得られた被
成形体５ａの表面を被覆する弾性体膜４を除去す
る。

弾性体膜４の除去は、弾性体膜４の材質に応じ
て、例えば空気中もしくは不活性ガス雰囲気中で
の加熱による熱分解等によつて行なうことができ
る。

実施例 以下にこの発明の実施例を記す。

実施例 １ 第１図に示す乗用車用ガスタービンエンジンの
軸流タービンをこの発明の粉末成形方法を適用し
てセラミツク焼成体をもつて製造した。

模当１は最外径155mmとしてロストワツクスに
よる精密鋳造法で周知の通りワツクスセグメント
を溶着することにより成形した。その模型１の表
面をデイツピングによつてコーテイングした後、
模型１を弱酸性の水で溶出させて非水溶性ワツク
ス型３を作成した。その非水溶性ワツクス型３内
部にシリコンゴムのトルエン溶液を注入して非水
溶性ワツクス型３内壁面をシリコンゴムのトルエ
ン溶液で漏らし、この溶液の残部を排出させ、付
着層のみを乾燥させて、非水溶性ワツクス型３内
壁面に、厚さ0.3mmのシリコンゴム膜を形成した。

以上の非水溶性ワツクス型３内部に予め調整し
た泥しようを型３に振動を加えながら注入した。

泥しようは次のようにして調整した。

原料粉末としては、焼結助剤として5.5wt％の
Y₂O₃と4.5wt％のAl₂O₃とが混合された90wt％の
窒化珪素粉末を準備した。一方、98.9wt％の蒸溜
水と0.5wt％の添加剤と、0.6wt％の解こう剤（東
亜合成製A6114）とからなる混合液を準備した。
上記原料粉末100重量部に対し、上記混合液を80
重量部を加え、ボールミルで充分混合した。得ら
れた混練スラリーを真空脱泡し、さらに含有水分
を加熱蒸発させて、上記原料粉末100重量部に対
する上記混合液の混合比率が50重量部となるまで
濃縮し、この実施例に用いる泥しようを得た。

さて、その泥しようを非水溶性ワツクス型３内
に充填した後、五酸化リンガス雰囲気の密閉容器
内に室温で１日放置し、次に600torrの減圧下で
10時間放置し、さらに400torrまで減圧して14時
間放置し、最後に100torrまで減圧して含有水分
を18wt％まで減少させた。

次に、以上の処理を行なつた後、非水溶性ワツ
クス型３を50℃程度に加熱されたトリクレン液中
に浸して非水溶性ワツクス型３を溶解除去させ
た。それにより残留したシリコンゴムで覆われた
成形体の露出部分（非水溶性ワツクス型３に対す
る泥しようの注入時における注入口にあたる部
分）に前述したシリコンゴムのトルエン溶液を塗
布し、乾燥させて成形体の全表面をシリコンゴム
によつて完全に被覆した。

以上のようにシリコンゴムに被覆された成形体
を水中に没し、1.5ton／cm²の静水圧を加えた。そ
の後、大気圧下で0.2℃／minの昇温速度で120℃
まで加熱し、その温度に２時間保持した後、減圧
下で５〜10℃／minの昇温速度で700℃まで加熱
して表面を被覆するシリコンゴムを除去し、目的
とする成形体を得た。

実施例 ２ 他の条件、工程は実施例１と全く同様にして、
次の点について異なる態様でこの発明の方法を実
施した。

泥しようを次のようにして調整した。

原料粉末としては焼結助剤として1wt％のカー
ボンブラツクと1wt％の非晶質ホウ素とが混合さ
れた98wt％の炭化珪素を準備した。一方、ベン
ゼンに、1.5wt％のエチルセルロースを混合した
混合液を準備した。上記原料粉末100重量部に対
し、上記混合液を160重量部加え、実施例１と同
様に混合、真空脱泡し、最終的に混合液の混合比
率が115重量部となるまで加熱濃縮して、この実
施例の泥しようを得た。その泥しようを用いて実
施例１と同じ条件・工程により得られた成形体を
3ton／cm²の静水圧によつて加圧した。その後、実
施例１と同様にして成形体を得た。

尚、上記各実施例では、非水溶性ワツクス型３
内にシリコンゴムのトルエン溶液を注入して弾性
体膜を形成したが、その他にネオプレンゴムのベ
ンゼン溶液、スチレン−ブタジエンゴムの水溶液
またはトルエン溶液等を用いることもできる。ま
た、ポリアクリル酸のキシレン溶液を注入してプ
ラスチツクス膜を形成するようにしても良い。以
上の場合において、形成された皮膜を最終的に除
去するには、ポリアクリル酸皮膜は空気中加熱で
セラミツク成形体の表層を剥離させることなく燃
焼除去することができ、他のゴム皮膜はN₂等の
不活性雰囲気中で加熱し、熱分解させることによ
つて除去することができる。

さて以上の実施例１によつて得られたSi₃N₄成
形体を10.5気圧、1820℃で焼結し、実施例２によ
つて得られたSiC成形体を2100℃、１気圧のAr雰
囲気中で焼結した。

以上の各焼結体について回転試験を行なつたと
ころ、実施例１の成形体によつて得られた窒化珪
素質タービンは85000rpmでも破損せず、実施例
２の成形体を焼結して得られた炭化珪素質タービ
ンは62000rpmでも破損しなかつた。

発明の効果 以上のようにこの発明の粉末の成形方法によれ
ば、水溶性ワツクスからなる模型の表面に非水溶
性ワツクスをコーテイングして模型を溶出するこ
とによつて得られた非水溶性ワツクス型内表面に
弾性体膜を形成し、その弾性体膜内に泥しようを
注入・乾燥し、非水溶性ワツクス型を溶出した後
に静水圧加圧を行ない、その後弾性体膜を除去し
て所要の成形体を得るようにしたので、例えば乗
用車用ガスタービンエンジンの軸流タービンのよ
うに形状が複雑で薄肉部分を有する物品であつて
も、割れなどを生じさせずに一体形で製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は乗用車用ガスタービンエンジンの軸流
タービンの斜視図である。第２図から第７図はこ
の発明の方法の各工程を示す断面図であり、第２
図は軸流タービンの模型に非水溶性ワツクスをコ
ーテイングした状態を示す図、第３図は模型を溶
出させて得られる非水溶性ワツクス型を示す図、
第４図は非水溶性ワツクス型内側面に弾性体膜を
形成した状態を示す図、第５図は非水溶性ワツク
ス型内側面に形成された弾性体膜内部に泥しよう
が充填された状態を示す図、第６図は有機溶剤に
よつて非水溶性ワツクス型を溶出する状態を示す
図、第７図は弾性体膜中の被成形体に静水圧加圧
を行なう状態を示す図である。 １……模型、３……非水溶性ワツクス型、４…
…弾性体膜、５……泥しよう。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水溶性ワツクスからなる模型の表面を非水溶
   性ワツクスによつてコーテイングし、上記水溶性
   ワツクスからなる模型を溶出させて非水溶性ワツ
   クス型を作成し、その非水溶性ワツクス型の内表
   面に弾性的の膜を形成し、その弾性体の膜が形成
   された非水溶性ワツクス型の内部に粉末原料から
   作成した泥しようを注入して保形性を有する程度
   に半乾燥し、次いで非水溶性ワツクス型を溶出さ
   せた後に残留する弾性体の膜によつて被覆された
   被成形体を静水圧加圧し、その後その被成形体を
   被覆する弾性体の膜を除去すると共に被成形体を
   加熱して乾燥することを特徴とする粉末の成形方
   法。