JPH0536205B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、セラミツク粉末を原料として、タ
ービンホイールやガスタービンエンジン用ステー
タなどの複雑形状部品を製造するための方法に関
するものである。

従来の技術 セラミツク製部品の製造は、基本的には、原料
であるセラミツク粉末を所望の形状に成形し、か
つ加圧加熱して焼結することにより行なうが、最
近では、成形法として射出成形法やスリツプキヤ
ステイング法等を応用し、また加圧法として静水
圧加圧法を応用することにより、複雑形状のセラ
ミツク製部品を製造できるようになつてきてい
る。すなわち射出成形法やスリツプキヤステイン
グ法によれば、材料に流動性を与えて型に注入す
る方法であるから、相当複雑な形状の成形体を得
ることができ、また静水圧加圧法は等方加圧であ
るから、被加圧体の形状に特に制約を受けず、均
一に加圧することができ、成形体の内部密度が均
一化する。したがつてこれらの成形法や加圧法を
応用することにより、タービンホイールやガスタ
ービンエンジン用ステータなどの複雑形状の部品
をセラミツク製とすることができるようになつて
きている。

ところで室温程度の冷間で行なう静水圧加圧法
としてラバープレスと称される方法が知られてお
り、これはセラミツク粉末などの被処理体をゴム
袋に入れた状態で静水圧加圧する方法である。し
かしながらこのような方法では、被加圧体の形状
が比較的簡単な形状に制約されるため、前述した
複雑形状の成形体を対象とする場合には不向きで
ある。従来、このような不都合を解消するため
に、加圧触体の浸透を防ぐゴム袋に替え、ゴムあ
るいはプラスチツクからなる被膜を成形体の表面
に形成し、その状態で静水圧加圧を施す方法が開
発されている。このような被膜は、セラミツク成
形体を被膜の原料液に浸漬することにより容易に
形成できるから、対象とする成形体の形状が特に
制約を受けない。

したがつて上記の被膜を形成して行なう静水圧
加圧法は、複雑形状のセラミツク成形体に対して
特に有効であるが、その反面、機械的手段によつ
て被膜を除去することが困難な場合が多く、その
ため従来では、静水圧加圧後に空気中で成形体を
加熱することにより被膜を除去している。

発明が解決しようとする問題点 しかるに、前記被膜は有機材料によつて形成す
ることが一般的であり、したがつてこれを空気中
で加熱すれば、酸化反応によつて硬化変質し、極
端な場合には発火燃焼する。その結果被膜の寸法
変化が生じ、それに伴つてセラミツク成形体の表
面に剥離が発生することがあり、タービンホイー
ルなどの機械加工の困難な複雑形状部品では、表
面の剥離に基づく欠陥を是正できないから、被膜
除去に伴う欠陥によつて不良品となつてしまう。
このように被膜を成形体の全表面に形成して行な
う静水圧加圧法は、複雑形状のものを均一に加圧
する点においては良好であるが、従来では被膜の
除去がネツクとなつて複雑形状セラミツク部品の
製造に適用することはできなかつた。

この発明は上記の事情に鑑み、表面の剥離や亀
裂などの欠陥がなく、しかも均一密度の複雑形状
セラミツク部品を得ることのできる方法を提供す
ることを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、加
熱することにより残渣を生じることなく分解消失
するスチレンブタジエンゴムもしくはポリアクリ
ル酸樹脂からなる被膜を、セラミツク成形体の全
表面に形成し、ついでその成形体に静水圧加圧を
施すとともに、加圧完了後の成形体を非酸化性雰
囲気中で加熱することにより前記被膜を分解消失
させ、しかる後焼結を行なうことを特徴とする方
法である。

この発明の方法は、タービンホイールやガスタ
ービンエンジン用ステータ等の複雑形状部品を製
造する場合に好適であり、その成形体の原料であ
るセラミツクは、窒化珪素（Si₃N₄）質、炭化珪
素（SiC）質、窒化アルミニウム（AlN）質ある
いはサイアロン質のいずれであつてもよい。また
成形体を得る方法は、射出成形法やスリツプキヤ
ステイング法を採用でき、したがつてこの発明に
おけるセラミツク成形体とは、射出成形法による
場合は、有機バインダーを流出飛散させた後の脱
脂体であり、またスリツプキヤステイング法によ
る場合は分散媒体を除去した後の乾燥体である。
さらにこの発明における被膜の素材としては、ス
チレンブタジエンゴム（SBR）もしくはポリア
クリル酸樹脂が使用され、これは、非酸化性雰囲
気中で加熱されて分解消失させられる。

実施例 以下この発明の実施例を比較例と併せて記す。

実施例 １ まず、対象とするセラミツク成形体を以下のよ
うにして作成した。窒化珪素粉末90wt％、イツ
トリア粉末5wt％およびアルミナ粉末6wt％から
なる混合物とバインダーとしての熱可塑性樹脂と
を均一に混練するとともに、所定の金型のキヤビ
テイ内に射出注入し、得られた射出成形体を昇温
速度６℃／Ｈで室温から480℃まで加熱して脱脂
を行ない、ターボチヤージヤー用タービンホイー
ルの形状に相似のセラミツク成形体を作成した。

静水圧加圧時の加圧媒体の浸透を防止する被膜
は、前記成形体をスチレンブタジエンゴム
（SBR）液に２回浸漬することにより、成形体の
全表面に形成した。なお膜厚は、0.2〜0.4mmが好
ましく、これより薄い場合には、角部での破損が
生じることがあり、逆に厚過ぎた場合には、所定
の圧力から降圧中（静水圧を除く途中）に前記成
形体における羽根先端部が被膜自信の伸縮運動で
折損するおそれがある。

静水圧加圧は、前記被膜を形成したセラミツク
成形体を、加圧媒体としての水の中に浸漬すると
ともに、1400Kg／cm²に加圧して行なつた。

被膜の除去は、加圧完了後の前記成形体を焼成
炉内に配置するとともに、窒素ガスを導入して非
酸化性雰囲気とし、その状態で室温から600℃ま
で加熱昇温して被膜を熱分解させることにより行
なつた。

上記の操作の後、被膜の分解によつて発生した
ガスを炉外へ排気し、ついで再度窒素ガスを焼成
炉内に導入し、1750℃、10気圧N₂、２時間保持
の条件で焼結を行なつた。

得られたセラミツク焼結体を調べたところ、表
面の剥離や内外部の亀裂などの欠陥は認められな
かつた。

実施例 ２ セラミツク成形体の作成および被膜の形成なら
びに静水圧加圧は、実施例１の場合と同様にして
行なつた。

被膜の除去は、焼成炉内に成形体を配置すると
ともに、室温から600℃まで加熱し、かつ炉内を
排気減圧しながら真空中で熱分解させることによ
り行なつた。

また成形体の600℃以降の焼成は、実施例１に
おける場合と同様にして行なつた。

得られたセラミツク焼結体には、表面の剥離や
内外部の亀裂などの欠陥は認められなかつた。

比較例 １ 実施例１で述べた方法と同一の方法で作成した
セラミツク成形体を、静水圧加圧を施さずに、実
施例１と同一の焼成条件で焼成した。

得られた焼結体の総て（60個）に亀裂が発生し
ていた。これはセラミツク成形体の密度が、加圧
工程を経ていないために不均一であることが原因
であると考えられる。

実施例 ３ 炭化珪素98wt％、ホウ素1wt％、炭素1wt％か
らなる粉末混合物を原料として、スリツプキヤス
テイング法により、ガスタービンエンジン用ステ
ータの形状と相似のセラミツク成形体を作成し
た。

その成形体に対する被膜の形成、および静水圧
加圧は、実施例１における場合と同様にして行な
つた。

被膜の除去は、前記成形体を焼成炉内に配置す
るとともに、アルゴンガスを炉内に導入し、室温
から600℃まで加熱することにより行なつた。

被膜の除去後、被膜の熱分解によつて生じたガ
スをロータリーポンプによつて炉外へ排気し、つ
いでアルゴンガス（１気圧）を再度炉内に導入
し、200℃まで加熱して焼成を行なつた。

その結果、表面の剥離や亀裂などの欠陥のない
ガスタービンエンジン用ステータを得ることがで
きた。

比較例 ２ 実施例３で述べた方法と同一の方法で作成した
セラミツク成形体を、静水圧加圧を施さずに、そ
のまま実施例３と同一条件で焼成した。

得られたステータの羽根部と環部との境界に亀
裂が発生していた。これはセラミツク成形体の密
度が、加圧工程を経ていないために不均一である
ことが原因と考えられる。

実施例 ４ 被膜をポリアクリル酸樹脂によつて形成し、そ
の他の方法、条件は実施例３と同一にして焼結体
を作成した。

得られた焼結体には、前記の実施例と同様に、
表面の剥離や内外部の亀裂などの欠陥は認められ
なかつた。これは、ポリアクリル酸樹脂がスチレ
ンブタジエンゴムと同様に、非酸化性雰囲気中で
加熱することにより、残渣を生じずに分解消失す
ること、および静水圧加圧を施して均一密度にな
つていることに起因していると考えられる。

比較例 ３ シリコンゴムによつて被膜を形成し、その他の
条件、方法は実施例３と同様にして焼結体を作成
した。

得られた焼結体の表面には、被膜の熱分解によ
り生成したシリカが残留、付着していた。そのシ
リカの除去は、焼結体の形状が複雑であるために
困難を極めた。

発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の方法
によれば、セラミツク成形体に静水圧加圧を施す
こと、加圧媒体浸透防止のための被膜を、加熱す
ることにより残渣を生じずに分解消失するスチレ
ンブタジエンゴムもしくはポリアクリル酸樹脂で
形成したこと、被膜除去のための加熱を非酸化性
雰囲気中で行なうことの各操作を行なうために、
被膜除去時の成形体表面層におけるセラミツク粉
末の剥離が生じず、また成形体の内部密度が静水
圧加圧によつて均一化し、その結果表面の剥離や
内部の亀裂などの欠陥のない複雑形状セラミツク
部品を得ることができる。またこの発明では、被
膜をスチレンブタジエンゴムもしくはポリアクリ
ル酸樹脂によつて形成したから、この被膜は非酸
化性雰囲気中で加熱することにより残渣を生じず
に分解消失し、したがつてこの発明の方法によれ
ば、被膜の除去工程後、そのままの状態、具体的
には、成形体を炉内から一旦取出すことなく、焼
結工程に移行でき、作業性が向上する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 最終製品形状と相似の複雑形状セラミツク粉
   末成形体を加圧しかつ焼結することにより複雑形
   状セラミツク部品を製造するにあたり、加熱する
   ことにより残渣を生じることなく分解消失するス
   チレンブタジエンゴムもしくはポリアクリル酸樹
   脂からなる被膜を、前記成形体の全表面に形成
   し、ついでその成形体に静水圧加圧を施すととも
   に、加圧完了後の成形体を非酸化性雰囲気中で加
   熱することにより前記被膜を分解消失させ、しか
   る後焼結を行なうことを特徴とする複雑形状セラ
   ミツク部品の製造方法。