(57)【要約】      （修正有）【課題】フェースコートを形成するのに適したスラリー、かかるスラリーから形成されたフェースコート及びかかるフェースコートを使用する方法を提供する。【解決手段】スラリー３２は、粒子状耐熱性物質、粒子状無機バインダーを含有する水性懸濁液、チキソトロープ性有機バインダー、分散剤、並びに場合により粒子状耐熱性物質及び無機バインダーを除く任意の構成成分から形成される。粒子状耐熱性物質はスラリーの少なくとも約６０重量％を構成し、本質的にイットリアからなる。粒子状無機バインダーを含有する水性懸濁液はフェースコートスラリーの最大で約３５重量％をなす。分散剤は約１０までのｐＨでスラリーを安定化するのに十分な量でスラリー中に存在し、一般式Ｈx［Ｎ（ＣＨ2）yＯＨ］zを有する。式中、ｘは０、１又は２の値を有し、ｙは１〜８の値を有し、ｚ＝３−ｘである。【選択図】図２
2010274329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性系フェースコートスラリー（３２）であって、
少なくとも６０重量％の、イットリアを含有する粒子状耐熱性物質、
最大で３５重量％の、粒子状無機バインダーを含有する水性懸濁液、
チキソトロープ性有機バインダー、
一般式Ｈx［Ｎ（ＣＨ2）yＯＨ］z（式中、ｘは０、１又は２の値を有し、ｙは１〜８の値を有し、ｚ＝３−ｘである）を有し、約１０までのｐＨでスラリー（３２）を安定化するのに十分な量でスラリー（３２）中に存在する分散剤、並びに
粒子状耐熱性物質及び無機バインダーを除く任意の構成成分
からなる、水性系フェースコートスラリー（３２）。
【請求項２】
粒子状耐熱性物質がイットリア及び不純物からなることを特徴とする、請求項１記載の水性系フェースコートスラリー（３２）。
【請求項３】
水性系フェースコートスラリー（３２）が約８２〜約８８重量％の粒子状耐熱性物質を含有することを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の水性系フェースコートスラリー（３２）。
【請求項４】
粒子状無機バインダーがコロイド状シリカであり、水性系フェースコートスラリー（３２）が粒子状無機バインダーを含有する水性懸濁液を約１〜約５重量％含有することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の水性系フェースコートスラリー（３２）。
【請求項５】
粒子状無機バインダーがコロイド状シリカであり、水性系フェースコートスラリー（３２）が粒子状無機バインダーを含有する水性懸濁液を約１５〜約２０重量％含有することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の水性系フェースコートスラリー（３２）。
【請求項６】
水性懸濁液が約１５〜約４０重量％の粒子状無機バインダーを含有し、水性懸濁液の残部が本質的に水であることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の水性系フェースコートスラリー（３２）。
【請求項７】
チキソトロープ性有機バインダーがスチレン−ブタジエンポリマー分散物であり、水性系フェースコートスラリー（３２）が約０．３〜約０．９重量％のチキソトロープ性有機バインダーを含有することを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の水性系フェースコートスラリー（３２）。
【請求項８】
分散剤が、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、トリプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、及びモノプロパノールアミンからなる群から選択され、水性系フェースコートスラリー（３２）が約１〜約１０重量％の分散剤を含有することを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の水性系フェースコートスラリー（３２）。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の水性系フェースコートスラリー（３２）を加熱して、水、チキソトロープ性有機バインダー、分散剤、及び存在する場合の任意の構成成分を除去すると共に粒子状耐熱性物質及び粒子状無機バインダーを焼結することにより形成されたフェースコート（３６）。
【請求項１０】
水性系フェースコートスラリー（３２）をキャビティー（１４）内の表面（３４）に適用して表面（３４）上にフェースコート（３６）を形成し、
フェースコート（３６）を溶融したある量の反応性の物質と接触させる
ことを含んでなり、水性系フェースコートスラリー（３２）が、少なくとも６０重量％の、イットリアを含有する粒子状耐熱性物質、最大で３５重量％の、粒子状無機バインダーを含有する水性懸濁液、チキソトロープ性有機バインダー、一般式Ｈx［Ｎ（ＣＨ2）yＯＨ］z（式中、ｘは０、１又は２の値を有し、ｙは１〜８の値を有し、ｚ＝３−ｘである）を有し、約１０までのｐＨでスラリー（３２）を安定化するのに十分な量でスラリー（３２）中に存在する分散剤、並びに場合により粒子状耐熱性物質及び無機バインダーを除く構成成分からなる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に鋳造プロセス及び材料に関する。より特定的には、本発明は、反応性の材料の溶融及び鋳造を始めとする溶融及び鋳造操作に使用するのに適した材料及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニッケル基、コバルト基及び鉄基超合金がガスタービンエンジン内で、殊にこれらのエンジンの熱ガス路内で使用する部品として広く使用されて来ているが、より低い密度及びより高い温度性能を含めて様々な所望の性質を達成するために代わりの材料が使用され提案されて来ている。非限定例として、反応性の金属及びその合金（その注目に値する例としてニオブ、チタン、ジルコニウム及びそれらの合金がある）、耐熱性金属の金属間複合材（ＲＭＩＣ）材料（その注目に値する例としてニオブ、チタン、ハフニウム及びジルコニウムに基づく合金がある）、並びに比較的高レベルの反応性元素を含有するニッケル基、コバルト基及び鉄基超合金がある。上記反応性の金属に加えて、他の注目に値する反応性の元素としては、イットリウム、セリウム、セシウム、タンタル、タングステン、レニウムがあり、また可能性があるものとして溶融状態又は高温で酸素と容易に反応する傾向がある他の元素がある。
【０００３】
反応性の元素に基づく材料で形成される部品は鋳造技術によって形成されることが多く、注目に値する例はインベストメント鋳造（ロストワックス）法である。当技術分野で公知のように、インベストメント鋳造では通例、所望の部品のワックス又はプラスチックモデル又はパターンを、バインダー及び耐熱性粒子状物質を含むスラリー中に浸漬してパターン上にスラリー層を形成する。耐熱性粒子状物質として一般的な物質にはアルミナ、シリカ、ジルコン及びジルコニアがあり、バインダーとして一般的な物質にはシリカに基づく物質、例えばコロイド状シリカがある。通例、スラリー層の表面により粗い耐熱性粒子状物質のスタッココーティングを設け、その後スラリー／スタッココーティングを乾燥する。以上の段階を任意の回数繰り返して、ワックスパターンの回りに適切な厚さのシェル鋳型を形成することができる。次に、加熱などによってシェル鋳型からワックスパターンを除去することができ、その後鋳型を焼成して耐熱性粒子状物質を焼結し適切な強度を実現することができる。入り組んだ空冷チャンネルをタービンブレード及びベーンのような中空の部品を製造するには、シェル鋳型内に１以上の中子を配置して冷却チャンネル及びその他所要の内部構造を定める。中子は通例可塑化セラミック混合物をベーキング又は焼成することによって作成される。ワックス、プラスチック又はその他適切な低融点物質を導入してパターンを形成したパターンダイキャビティー内に１以上の中子を配置する。その後、その内部中子を有するパターンを用いて上記のようなシェル鋳型を形成することができる。シェル鋳型が完成し、パターンを選択的に除去してシェル鋳型及び中子が残ったら、溶融した金属をシェル鋳型中に導入し固化させて所望の部品を形成し、その後鋳型及び中子を除去する。
【０００４】
インベストメント鋳造プロセスに使用するシェル鋳型と中子は鋳造プロセスに耐えて存続するのに十分な強度と完全性を示さなければならない。反応性の物質の鋳造品を形成しようとする場合、その高い溶融温度と反応性の結果としてさらなる難問が生じ、慣用のセラミック鋳型を使用することの大きな障害となる。このため、反応性の材料の鋳造に使用する鋳型と中子の表面にはフェースコートといわれる保護性の障壁（バリヤー）を備えることが多い。フェースコートは一般にスラリーの形態で鋳型及び中子表面に付けるが、これは鋳造操作に先立って乾燥し焼結することもできるし、又は鋳造操作中に焼結させることもできる。典型的なフェースコートスラリーは水性系無機バインダー中に耐熱性粒子状物質を含んでおり、場合によりスラリーの加工処理、取扱い、及び流動特性を促進するために有機バインダー、界面活性剤、分散剤、ｐＨ調節剤、などのような様々な追加の構成成分を含んでいる。耐熱性粒子状物質は鋳造される個々の反応性の材料に対して十分に非反応性又は不活性であるという基準に基づいて選択される。コロイド状シリカバインダー中にイットリア（Ｙ2Ｏ3）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、及びジルコニア（ＺｒＯ2）を含有するものを含めて各種のフェースコート材料が提案されて来ている。
【０００５】
イットリアを含有するフェースコートは反応性の物質に対して比較的不活性であるために特に使用が確認されている。しかし、重大な欠点は、イットリア含有フェースコートを製造するのに適した慣用のスラリーが典型的な鋳型室内条件下で保存安定性が悪いことである。特に、イットリア系スラリーはゲル化し易く、施工特性が悪くなり、また鋳造品表面に欠陥を生じる。その結果、比較的短時間内に使用しない場合イットリア系スラリーは通例廃棄しなければならない。イットリア系フェースコートスラリーの不安定性に対処するために様々な解決策、例えば、スラリーｐＨの調節（例えば、１０．２超）、イットリアと他の酸化物との融合、及び空気との接触からのスラリーの保護が提案されて来ている。効果的である一方で、より複雑でなく、より高価でない方策があれば望ましいであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６２３７６７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、フェースコートを形成するのに適したスラリー、かかるスラリーにより形成されたフェースコート、及びかかるフェースコートを使用する方法を提供する。このフェースコートの組成は反応性の材料を溶融し鋳造するのに特に適切である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様によると、水性系フェースコートスラリーは、粒子状耐熱性物質、粒子状無機バインダーを含有する水性の懸濁液、チキソトロープ性有機バインダー、分散剤、及び場合により粒子状耐熱性物質及び無機バインダーを除く任意の構成成分で形成される。粒子状耐熱性物質はイットリアを含有しており、フェースコートスラリーの少なくとも約６０重量％をなす。粒子状無機バインダーを含有する水性の懸濁液はフェースコートスラリーの多くとも約３５重量％をなす。ある種のフェースコート用途の場合フェースコートスラリーは、粒子状無機バインダーを含有する水性の懸濁液を約１〜約５重量％含有するのがより好ましく、一方ある種の他のフェースコート用途の場合フェースコートスラリーは粒子状無機バインダーを含有する水性の懸濁液を約１５〜約２０重量％含有するのがより好ましい。分散剤は、約１０までのｐＨでスラリーを安定化するのに十分な量でスラリー中に存在し、一般式Ｈx［Ｎ（ＣＨ2）yＯＨ］zを有する。式中、ｘは０、１又は２の値を有し、ｙは１〜８の値を有し、ｚ＝３−ｘである。スラリーはさらに任意の構成成分を含有し得るが、そのいずれも粒子状耐熱性物質又は無機バインダーであることはできない。
【０００９】
本発明の別の態様は上記水性系フェースコートスラリーを焼成することにより形成されるフェースコートである。焼成プロセス中、水、チキソトロープ性有機バインダー、分散剤、及び任意の構成成分（存在する場合）がスラリーから除去され、粒子状の耐熱性及び無機物質は焼結する。焼成後、フェースコートは粒子状耐熱性物質により形成された第１の相を少なくとも６０重量％含んでおり、フェースコートの残部は本質的に粒子状無機バインダーにより形成されたバインダー相である。
【００１０】
本発明のもう１つ別の態様によると、部品を鋳造する方法が提供される。この方法では、キャビティー内で水性系フェースコートスラリーを表面に適用してその表面上にフェースコートを形成する。このスラリーは粒子状耐熱性物質、粒子状無機バインダーを含有する水性の懸濁液、チキソトロープ性有機バインダー、分散剤、そして場合により粒子状耐熱性物質及び無機バインダーを除く任意の構成成分で構成される。粒子状耐熱性物質はイットリアを含有しており、フェースコートスラリーの少なくとも約６０重量％をなす。粒子状無機バインダーを含有する水性の懸濁液はフェースコートスラリーの多くとも約３５重量％をなす。分散剤は約１０までのｐＨでスラリーを安定化するのに十分な量でスラリー中に存在し、一般式Ｈx［Ｎ（ＣＨ2）yＯＨ］zを有する。式中、ｘは０、１又は２の値を有し、ｙは１〜８の値を有し、ｚ＝３−ｘである。その後、フェースコートを溶融した反応性の材料と接触させる。例えば、反応性の材料をキャビティー内で溶融するか、又は溶融した一定量の反応性の材料をキャビティー中に導入する。場合により、この溶融した一定量を冷却させ固化させて反応性の物質から形成された部品を形成することができ、いずれにしてもその後フェースコートを部品から除去する。
【００１１】
本発明が特に有利となる反応性の物質としてはニオブ及びチタンを含有する金属合金及びＲＭＩＣ材料があるが、他の反応性の元素を含有する合金及び材料も本発明に包含される。本発明の顕著な利点は、反応性の物質と鋳造操作の過程で使用する鋳型、中子、又はるつぼとの間の反応を低減することができるフェースコートが生成することに加えて、フェースコートスラリーが改良された安定性のために長い保存安定性を示すことである。その他の利点としては、望ましい鋳造品表面仕上がりを達成するための高い固体装填率(solids loading)、望ましい混合特性を達成するための比較的低い粘度、並びに溶融した反応性の物質と鋳型又は中子との間に信頼性のある保護性の障壁を提供するための強度及び比較的低い気孔率がある。特に、この性質の組合せは、主にスラリー中に使用する特定の分散剤に帰因すると考えられ、この分散剤により、スラリーとフェースコートは、１０．２を超えるｐＨを維持したり、イットリアを他の酸化物と融合したり、スラリーを空気との接触から保護したり、その他過去において行われた追加の方策の手段を取ることなく、本発明のこれらの好ましい態様を達成することが可能になる。代わりに、これらの態様は、スラリーの組成を狭く調整する一方で、比較的単純で低コストの材料及び方法を使用することを可能にすることによって、実現される。
【００１２】
本発明の他の態様及び利点は以下の詳細な説明からより良好に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、鋳造装置の断面図を表す。
【図２】図２は、図１の鋳型アセンブリの部分断面図を表し、本発明の１つの実施形態に従って内側の鋳型キャビティー表面に付けられたフェースコートスラリーを示す。
【図３】図３は、図２の鋳型アセンブリの部分断面図を表し、図２のスラリーにより形成されたフェースコートと接触する溶融した反応性の物質を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明で使用することができる鋳造装置１０を概略的に表す。装置１０及び以下のその説明は単に、溶融した材料をインベストメント鋳造プロセスにより鋳造する際に使用するのに適したシェル鋳型１２を示す非限定的説明を意図したものである。なお、鋳型１２を保護することを意図したフェースコートスラリー３２（図２）及びフェースコート３６（図３）に関して本発明を説明するが、これらのスラリー３２及びフェースコート３６はまた、鋳型１２内に配置された中子、並びに鋳型１２に導入する前に材料を溶融するのに使用するるつぼのコーティングとしても有用であることが明らかになるであろう。
【００１５】
当技術分野で公知のように、鋳型１２は、アルミナ、シリカ、などのような耐熱性物質で形成されるのが好ましく、鋳造品、例えばタービンブレード又はバケットの所望の形状を有する内部鋳型キャビティー１４を画定する。インベストメント鋳造の技術分野で公知のように、キャビティー１４は、鋳造品の所望の形状に対応する形状を有するワックスパターン（図には示してない）を使用することによって定めることができる。このパターンは、鋳造操作の前に、例えば、フラッシュ脱蝋(flash-dewaxing)、マイクロ波加熱、オートクレーブ処理、及び慣用のオーブンでの加熱などを始めとする慣用技術によって、シェル鋳型１２から除去される。キャビティー１４は、鋳造品内に内部キャビティー又は通路を形成する目的で１以上の中子（図には示してない）を含有していてもよい。
【００１６】
鋳型１２は、チルプレート１６に固定され、鋳造材料（本発明では反応性の物質であり得るがその他の物質の鋳造も本発明の範囲内である）の溶融温度以上の温度に鋳型１２を加熱するように加熱ゾーン１８（例えば、Ｂｒｉｄｇｍａｎ炉）内に配置されて示されている。装置１０は鋳造品の一方向性凝固用に装備されているものが示されているが、この能力も本発明の必要条件又は制限ではない。一方向性凝固のために、冷却ゾーン２０が加熱ゾーン１８のすぐ下に位置して示されており、バッフル又は熱シールド２２が加熱ゾーン１８と冷却ゾーン２０との間にあってこれらを分離して示されている。冷却ゾーン２０は溶融した金属のような液体冷却浴２４を収容するタンクであることができる。冷却ゾーン２０の他の代わりは、排気されていても若しくは周囲温度若しくは低下した温度のガスを含有していてもよい輻射冷却タンク、ガス衝突冷却（例えば、Ｂａｌｌｉｅｌらの米国特許第７０１７６４６号参照）、又は流動床（例えば、米国特許第６４４３２１３号参照）を使用することである。液体冷却浴２４に特に適した液体としては、約２３５〜約３５０℃の温度の溶融したスズ及び約７００℃までの温度の溶融したアルミニウムがあり、溶融したスズがその低い溶融温度と低い蒸気圧のために殊に適していると考えられる。熱シールド２２は冷却ゾーン２０を加熱ゾーン１８から絶縁して、鋳型１２と冷却浴２４との間の急な熱勾配を促進する。熱シールド２２は、鋳型１２を加熱ゾーン１８から熱シールド２２を通して液体冷却浴２４中に引き下げるときにシールド２２が鋳型１２の形状にぴったり嵌合することができるような可変の大きさの開口２６を有するのが好ましい。
【００１７】
鋳造プロセスは、真空又は不活性雰囲気中で、反応性の材料の溶融（液相線）温度を超える温度（非限定例としてチタン又はその合金の１種の場合約１４７０℃以上、そしてニオブ又はその合金の１種の場合約１７００℃以上）に予熱された鋳型１２を用いて行うのが好ましい。溶融した合金を予熱された鋳型１２に注ぎ入れた後、一方向性凝固の慣行に従って、鋳型１２全体が冷却ゾーン２０内に入るまで鋳型１２の基部とチルプレート１６を一定の引き下げ速度で冷却ゾーン２０内を下方に引き下げる。チルプレート１６の温度は冷却ゾーン２０の温度又はその付近に維持して、鋳型１２の下端で樹脂状の成長が始まり、凝固前線が鋳型１２内を上方に移動するようにするのが好ましい。鋳造は、鋳型１２の基部における小さいブロックの単結晶種晶材料２８の結晶構造と配向に基づいてエピタキシャル的に成長するように起こすことができる。この種晶から始まって単結晶が結晶セレクター３０、例えばピッグテールソーティング構造から形成される。柱状の単結晶はキャビティー１４の広がった部分でより大きくなる。
【００１８】
図２は、図１の鋳型１２の壁部の一部分を表す。図１に関して既に述べたように、本発明の好ましい態様は、鋳型１２が、反応性の材料（その限定されることはないが注目に値する例として、ニオブ、チタン、及びジルコニウムに基づく合金、並びにこれらの金属又は別の反応性の元素を比較的高レベルで含有する物質又は合金がある）の鋳造に使用できるということである。鋳型１２を製造するには、本発明の範囲内の様々な方法が可能である。鋳型１２は、鋳造操作に必要とされる温度で多くの反応性物質と反応する傾向がある既に述べたアルミナ又はシリカのような慣用のシェル鋳型材料から製造することができる。このため、鋳型１２は、図２で、その内面３４付けられたフェースコートスラリー３２の層を有するものとして示されており、このスラリーはその後加熱され焼結されて図３に示す固体のフェースコート３６を形成する。スラリー３２を鋳型１２に付けるには様々な技術を使用することができ、その非限定例には浸漬、成形、噴霧、などがある。図には示してないが、鋳型キャビティー１４内に配置された中子もまた同じ又は類似のスラリーの層を設けてフェースコートを形成することができるものと了解されたい。
【００１９】
図３は、反応性の材料をシェル鋳型キャビティー１４内に導入し固化させて鋳造品３８を形成した後の鋳型１２とフェースコート３６の様子を概略的に表す。シェル鋳型１２とそのフェースコート３６は実質的に慣用のインベストメント鋳造プロセス並びに他のタイプの鋳造プロセスで使用することができるので、鋳造プロセス自体についてはさらに詳細に述べることはない。
【００２０】
フェースコート３６はイットリア（Ｙ2Ｏ3）及び最小量の無機バインダーを含有するセラミック組成物であって、そのためフェースコート３６は無機バインダー相内に耐熱性相を有する。イットリア耐熱性相はフェースコート３６の主要な相であり、フェースコート３６の少なくとも６０重量％をなす。フェースコート３６の組成物は主として又は全体として耐熱性相及びバインダー相である。シェル鋳型１２はまたフェースコート３６を形成するのに用いたのと同一又は類似の組成物から形成され得るが、伝統的な鋳型組成物を使用することができる。
【００２１】
鋳造プロセス用のフェースコートの製造において広く慣用されているように、図３のフェースコート３６を形成するのに使用される図２のスラリー３２は、バインダー及び望ましい性質をスラリー３２に付与することを意図したその他の成分と混合された耐熱性粉末を含有する。耐熱性粉末は、全体がイットリア粒子（及び恐らくは不純物）から形成されるのが好ましく、従ってイットリアと他の酸化物又はセラミック材料との意図的な混合物ではない。しかし、他の酸化物又はセラミック材料の存在は許容され、その非限定例としてはアルミナ、ジルコン、ジルコニア、カルシア、マグネシア、及び希土類酸化物がある。イットリア粒子の適切な粒径は約４４マイクロメートルまで、より好ましくは約５〜約４０マイクロメートルである。耐熱性粉末はスラリー３２の少なくとも６０重量％、より好ましくはスラリー３２の約８２〜約８８重量％を構成し、適切な公称含量は約８５重量％であり、その結果高い固体装填率といわれる割合を有するスラリー３２が得られる。
【００２２】
スラリー３２は、耐熱性粉末を、水性懸濁液中の粒子状無機バインダー、チキソトロープ性有機バインダー、分散剤、並びに場合により粒子状耐熱性物質及び無機バインダーを除く任意の構成成分と混ぜ合わせることによって形成される。粒子状無機バインダーを含有する水性懸濁液は、スラリー３２の３５重量％より多くを構成しないのが好ましい。水性懸濁液の好ましい量はフェースコート３６としての特定の用途に依存する。反応性の材料の鋳造に使用されるシェル鋳型１２のようなフェースコート用途の場合、フェースコートスラリーは粒子状無機バインダーを含有する水性懸濁液を約５重量％までで含有するのが好ましい。より好ましくは、水性懸濁液はスラリー３２の約１〜約５重量％を構成し、適切な公称含量は約２．５重量％である。反応性の材料を溶融するためのるつぼのような他のフェースコート用途では、フェースコートスラリーは粒子状無機バインダーを含有する水性懸濁液を約１５〜約２０重量％含有するのがより好ましい。これらのスラリー３２中の最小量の粒子状無機バインダーは、鋳型１２内に入れた無機バインダーと溶融した反応性の材料との間の潜在的な反応の可能性を低減する。好ましい無機バインダーはコロイド状シリカであると考えられるが、他の無機バインダーを使用することもできよう。水性懸濁液は約１５〜約４０重量％の固体を含有するのが好ましく、約２０〜約３０重量％の固体を含有するのがより好ましく、適切な公称含量は約３０重量％の固体である。水性懸濁液の残部は全体が水であるのが好ましい。粒子状無機バインダーの典型的な粒径は一般に約１４ナノメートル以下である。適切なコロイド状シリカの商品例はＲｅｍｅｔから入手可能なＲｅｍａｓｏｌ（登録商標）ＬＰ−３０である。
【００２３】
有機バインダー、界面活性剤、分散剤、消泡剤、ｐＨ調節剤、などのような追加の添加剤がフェースコートスラリーに有用であることが当技術分野で知られているが、本発明に好ましいスラリー組成物は、上記のようなスラリー３２の非常に高い固体含量と低い無機バインダー含量を補うことが本発明により確定された特定の添加剤を特定の量で選択的に利用する。特に、スラリー３２は分散剤を含有して配合され、その組成は、部分的に、スラリー３２のｐＨを安定化し、かつ適切な範囲内のｐＨ、好ましくは約１０までのｐＨを維持することができるという理由に基づいて選択され、特定の好ましい例ではｐＨ８．６〜１０．１である。本発明のスラリー３２中に使用するのに適切であると考えられる分散剤は一般式Ｈx［Ｎ（ＣＨ2）yＯＨ］zを有し、この式中のｘは０（第三アミン）、１（第二アミン）又は２（第一アミン）の値を有し、ｙは１〜８の値を有し、ｚ＝３−ｘである。好ましい分散剤はトリエタノールアミン（Ｎ［（ＣＨ2）2ＯＨ］3）であると考えられ、これはスラリー３２にとって重要な性質を有すると考えられる。先ず、トリエタノールアミンは弱塩基性であり、従ってスラリー３２のｐＨを上げることができる。次に、トリエタノールアミンは分散剤特性を与えるアルコール官能基を３つ含有する。スラリー３２中に使用することができる一般式Ｈx［Ｎ（ＣＨ2）yＯＨ］zを有する他の化合物としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミンがある。分散剤はスラリー３２の１重量％以上約１０重量％以下、より好ましくはスラリー３２の約１〜約５重量％を構成し、適切な公称含量は約２重量％である。適切な分散剤の商品例はＡｌｆａ  Ａｅｓａｒから入手可能なＡｌｆａ  Ａｅｓａｒ（登録商標）２２９４７である。
【００２４】
さらにスラリー３２はチキソトロープ性有機バインダーを含有して配合され、これはスラリー３２の高い固体装填率を維持するのを助ける一方で、フェースコート３６の滑らかな表面仕上がりを促進し、また殊に混合中のスラリー３２の粘度を低減する。用語チキソトロープは、その普通の意味で使われており、剪断力（速度）の変化に伴ってその粘度が大きく変化するある種の物質を意味する。好ましいチキソトロープ性有機バインダーはまた混合速度の低減も可能にし、このため混合中スラリーの摩擦と温度を低下させることによってスラリー３２の保存安定性を助長すると考えられる。有機バインダーのチキソトロープ性はまた、混合中の混合速度を調節することによりスラリー３２の粘度が変化することも可能にする。本発明にとって特に重要なチキソトロープ性有機バインダーには、コロイド状シリカバインダーと共に使用するのに特に適したスチレン−ブタジエンポリマー分散物がある。有機バインダーはスラリー３２の０．３重量％以上約０．９重量％以下、より好ましくはスラリー３２の約０．６〜約０．７重量％を構成し、適切な公称含量は約０．６重量％である。適切なチキソトロープ性有機バインダーの商品例は、Ｏｎｄｅｏ  Ｎａｌｃｏ社から市販されているＬＡＴＲＩＸ（登録商標）６３０５である。
【００２５】
スラリー３２は、界面活性剤、消泡剤、さらなる有機バインダー、などのような他の添加剤を含有していてもよい。例えば、スラリー３２は、いずれもＮａｌｃｏ社から市販されているＮＡＬＣＯ（登録商標）８８１５イオン性湿潤剤のような湿潤剤、及び／又はＮＡＬＣＯ（登録商標）２３０５水性系消泡剤のような消泡剤を含有していてもよい。しかし、注目すべきことに、スラリー３２は、フェースコート３６中の固体相の一部を形成するさらなる粒子状構成成分を含有しないのが好ましい。その代わりに、スラリー３２中のチキソトロープ性有機バインダー、分散剤、及び追加の添加剤は、フェースコート３６を形成するためにスラリー３２を乾燥、加熱及び／又は焼結する間にきれいに燃え尽きるのが好ましい。
【００２６】
スラリー３２は、慣用の混合装置を用いて標準的な技術により製造し、その後慣用の方法で、例えば浸漬、成形、その他適切な技術により鋳型キャビティー表面３４上にフェースコート３６を形成することができる。これらの施工方法を使用する際、スラリー３２として適した粘度範囲は標準的な＃５のＺａｈｎカップ測定を用いて約５〜約７秒である。スラリー層の適切な厚さは個々の反応性の材料、鋳型材料、及びスラリーの組成を含めて様々な要因に依存する。一般に、スラリーは、鋳型１２に対する信頼性のある保護性の障壁を生成するために、約０．３ｍｍ以上、例えば約０．３〜約０．６ｍｍ、より好ましくは約０．５ｍｍの厚さを有するフェースコート３６が生成するように付けるのが好ましい。その後、フェースコートスラリー３２の層を周知の方法に従って乾燥し焼成する。スラリー３２の有機バインダー、分散剤、及びその他の追加の添加剤は乾燥後に適当なレベルのグリーン強度をスラリー層に付与するのが好ましく、その後耐熱性粉末の粒子を焼結させる焼成の前又は焼成中にきれいに燃え尽きる。乾燥は室温で行うことができ、その後予備焼結段階が続くのが好ましく、約２００℃／時の速度で約１０００℃の温度まで加熱し、１時間約１０００℃に保持した後、約２００℃／時の速度で室温まで冷却する。この中間の焼成手順は、スラリー３２内の有機添加剤を排除する目的で最終の焼結温度での焼成に先立って行うのが好ましく、慣用技術に従って、例えば、ガス又は電気炉内で行うことができる。フェースコート３６の完全な焼結は１６００℃付近で起こり、鋳造プロセスの鋳型予熱段階の間に起こることができる。当技術分野で理解されているように、乾燥及び焼成中の適切で好ましい温度、持続時間、及び加熱速度はスラリーの厚さ、組成、粒径、などのような要因に依存する。従って、乾燥及び焼成温度並びに持続時間は大きく変わり得る。
【００２７】
焼成の結果として、フェースコート３６はキャビティー表面３４上でモノリシックの低い−気孔率で保護性の障壁の形態であり、これが鋳型１２を保護し、また鋳型１２と溶融した反応性の材料との間の反応を防止することにより、鋳造品３８の欠陥の可能性を低減する。加えて、フェースコート３６もまた、好ましいことに、図１に関して記載したように従来のインベストメント鋳造プロセスであることができる鋳造プロセスの間フェースコート３６が存続するのを確実にするように望ましいレベルの強度と接着を示す。
【００２８】
本発明に至った研究において、上記組成を有する高固形分のイットリアフェースコート３６が、慣用のシリカ鋳型材料に対して極めて反応性が高いことが知られているＴｉＡｌ合金を鋳造するのにうまく使用することができることが示された。フェースコート３６はまた溶融したスズとの表面反応に抵抗することも示され、これは鋳造品３８の冷却中に鋳型１２が割れるか又はその他の意味で溶融したスズが浸潤した場合に溶融したスズ冷却浴２４（図１）との反応から鋳造品３８を保護するのに有利である。最後に、研究によって、上記組成を有するフェースコートスラリー３２は、室温における空気への暴露を含めて典型的な鋳型室内条件下で貯蔵したとき６ヶ月以上という長くなった貯蔵期間が可能になることが示された。
【００２９】
特定の実施形態に関して本発明を説明して来たが、明らかに当業者は他の形態を採用することができよう。従って、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００３０】
１０  装置
１２  鋳型
１４  キャビティー
１６  チルプレート
１８  加熱ゾーン
２０  冷却ゾーン
２２  熱シールド
２４  冷却浴
２６  開口
２８  材料
３０  セレクター
３２  スラリー
３４  表面
３６  フェースコート
３８  鋳造品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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