(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱応力を管理することができ、反応性の高い合金を融解するのに適した耐熱性るつぼ（８）であって、
酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ランタニド系列の酸化物及びこれらの組合せからなる群から選択される酸化物を含む少なくとも１つのフェイスコート層（１８）を含むフェイスコート（１６）、
バッキング（２２）、及び
るつぼ（８）のバッキング（２２）の少なくとも一部の回りに設けられた１以上の保持リング（３０）
を含んでなり、該保持リング（３０）が導電性物質からなる
ことを特徴とする、耐熱性るつぼ。
【請求項２】
熱応力を管理することができ、反応性の高い合金を融解するのに適した耐熱性るつぼ（８）であって、
酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ランタニド系列の酸化物及びこれらの組合せからなる群から選択される酸化物を含む少なくとも１つのフェイスコート層（１８）を含むフェイスコート（１６）、
バッキング（２２）、及び
るつぼ（８）のバッキング（２２）の少なくとも一部の回りに設けられた１以上の保持リング（３０）
を含んでなり、該保持リング（３０）が、非導電性物質、又は、導電性物質及び非導電性物質の組合せ、からなる
ことを特徴とする、耐熱性るつぼ。
【請求項３】
熱応力を管理することができ、反応性の高い合金を融解するのに適した耐熱性るつぼ（８）であって、
酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ランタニド系列の酸化物及びこれらの組合せからなる群から選択される酸化物を含む少なくとも１つのフェイスコート層（１８）を含むフェイスコート（１６）、
バッキング（２２）、
基底領域（３２）、遷移領域（３４）、下部領域（３６）、上部領域（３８）及び注入口領域（４０）のいずれか、及び
るつぼ（８）の様々な領域に存在する特定の熱応力を管理するためにるつぼ（８）の２以上の領域（３２、３４、３６、３８、４０）の回りに設けられた複数の保持リング（３０）
を含んでなる
ことを特徴とする、耐熱性るつぼ。
【請求項４】
各保持リング（３０）が、グラファイト、炭化ケイ素、セラミック酸化物、窒化物及びこれらの組合せからなる群から選択される組成からなる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の耐熱性るつぼ（８）。
【請求項５】
各保持リング（３０）が、１〜５０ｍｍの厚さ（Ｔ）を含む幾何学的形状からなる、請求項１、２、３又は４に記載の耐熱性るつぼ（８）。
【請求項６】
幾何学的形状がさらに１〜２００ｍｍの幅（Ｗ）を含む、請求項５記載の耐熱性るつぼ（８）。
【請求項７】
複数の保持リング（３０）がるつぼ（８）の回りに設けられている、請求項１記載の耐熱性るつぼ（８）。
【請求項８】
るつぼの様々な領域に存在する特定の熱応力を管理するために保持リング（３０）が設けられている、請求項７記載の耐熱性るつぼ（８）。
【請求項９】
全ての保持リング（３０）が同じ組成及び幾何学的形状からなる、請求項２、３、７又は８に記載の耐熱性るつぼ（８）。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の耐熱性るつぼ（８）を製造する方法であって、
前記フェイスコート（１６）及び前記バッキング（２２）を備えるるつぼを用意し、
前記保持リング（３０）を加熱し、
前記保持リング（３０）を前記バッキング（２２）の少なくとも一部の周りに適用し、
前記保持リングを冷却し収縮させて前記るつぼの周りに嵌めて、前記バッキング（２２）の前記少なくとも一部の周りに所望程度の圧縮残留応力を課する
ことを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書中に記載する実施形態は一般に、熱応力を管理することができるるつぼに関する。より特定的には、本明細書中の実施形態は一般に、熱応力を管理するための１以上の保持リングを有しており、アルミ化チタンのような反応性の高いチタン合金を融解するのに適した耐熱性るつぼについて記載する。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジンの設計者は、エンジンの重量を低減し、かつより高いエンジンの作動温度を得るための改良された性質を有する新しい材料を絶え間なく探求している。チタン合金、特にアルミ化チタン（ＴｉＡｌ）を主体とする合金は、室温延性及び強靱性のような低温での機械的特性の有望な組合せ、並びに中間温度での高い強度及びクリープ耐性を有している。これらの理由からＴｉＡｌ基合金は、多くのタービンエンジン部品を作成するのに現在使用されているニッケル基超合金に取って代わる可能性がある。
【０００３】
真空誘導融解は、エアフォイルのようなタービンエンジン部品を作成するのに使用することが多い１つの方法であり、一般に非導電性の耐熱性合金酸化物製のるつぼでるつぼ内の金属の装入材料が融解して液体形態になるまで金属を加熱する。チタン又はチタン合金のような反応性の高い金属を融解する場合、低温壁又はグラファイトるつぼを用いる真空誘導融解が通例使用される。これは、セラミック製るつぼでの融解と鋳造ではかなりの熱応力がるつぼにかかる可能性があり、その結果るつぼに亀裂が生成する可能性があるからである。かかる亀裂の生成の結果、るつぼの寿命が短くなる可能性があり、かつ鋳造される部品内に異物が封入される可能性がある。
【０００４】
また、ＴｉＡｌのような反応性の高い合金を融解する場合、融解を起こすのに必要とされる温度における合金内の元素の反応性のために困難な問題が生じ得る。既に述べたように、殆どの真空誘導融解系は誘導炉内のるつぼとして耐熱性の合金酸化物を使用するが、ＴｉＡｌのような合金は反応性が非常に高いので、るつぼ内に存在する耐熱性合金を攻撃し、チタン合金を汚染する可能性がある。例えば、セラミック製のるつぼについては、反応性の高いＴｉＡｌ合金がそのるつぼを分解し、酸化物に由来する酸素と耐熱性合金の両者がそのチタン合金を汚染する可能性があるので、その使用は通例避けられる。同様に、グラファイト製のるつぼを使用する場合、アルミ化チタンは、そのるつぼから大量の炭素をチタン合金中に溶解させることにより汚染を引き起こす可能性がある。かかる汚染の結果、チタン合金の機械的性質が失われる。
【０００５】
その上、冷間るつぼ融解は既に記載した反応性の高い合金の加工処理に関して冶金学的利点を提供し得るが、一方ではスカル（なべ屑）の生成及び高い所要電力に起因して低い過熱、歩留まり損失を含めて幾つかの技術的及び経済的な制限もある。さらにまた、融解及び鋳造プロセス中るつぼ内に望ましくない熱応力が蓄積し得、これがるつぼを損傷する結果、亀裂が生成する可能性がある。より具体的には、融解及び鋳造プロセス中、るつぼの様々な領域が様々に異なる熱応力を受け得る。
【０００６】
例えば、るつぼの外側は、通例誘導カップリングのためにるつぼの内側より速く熱くなり、また注入後はるつぼの内側より速く冷たくなる。この温度差により、最大応力の点領域がるつぼの内側からるつぼの壁内にシフトされ、この壁を通り抜ける亀裂を促進し得る。もう一つ別の例として、通例融解中るつぼの頂部の回りには多くの熱応力がない。これは、一般に、この領域には融解した材料がないからである。しかし、注入中は、融解した金属がるつぼの頂部に接触することにより、るつぼのこの領域に存在する熱応力が増大する。既に記載したように、かかる熱応力及び熱応力の変化によって、るつぼに亀裂が生成し得、そのためるつぼの寿命が短くなると共にるつぼの性能に負の影響が出る可能性がある。
【特許文献１】米国特許第５４０７００１号明細書
【特許文献２】米国特許第５４６４７９７号明細書
【特許文献３】米国特許第６０２４１６３号明細書
【特許文献４】米国特許第４７８７４３９号明細書
【特許文献５】米国特許第４７０３８０６号明細書
【特許文献６】米国特許第４９６６２２５号明細書
【特許文献７】米国特許第５２９９６１９号明細書
【特許文献８】米国特許第４７４０２４６号明細書
【特許文献９】米国特許第４９６６１７５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、反応性の高いチタン合金の鋳造中に発生する熱応力を管理・制御することができる耐熱性るつぼに対するニーズが残されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、一般に、熱応力を管理することができ、反応性の高い合金を融解するのに適した耐熱性るつぼに関し、このるつぼはフェイスコート、バッキング及びるつぼのバッキングの少なくとも一部の回りに設けられた１以上の保持リングを含んでなり、この保持リングは導電性物質、非導電性物質及びこれらの組合せからなる群から選択される組成物からなる。
【０００９】
本発明の実施形態はまた、一般に、熱応力を管理することができ、反応性の高い合金を融解するのに適した耐熱性るつぼであって、フェイスコート、バッキング及びるつぼのバッキングの回りに設けられた複数の保持リングを含んでなり、各保持リングが約１〜約５０ｍｍの厚さと約１〜約２００ｍｍの幅を含む幾何学的形状を有する、前記耐熱性るつぼに関する。
【００１０】
本発明の実施形態はまた、一般に、熱応力を管理することができ、反応性の高い合金を融解するのに適した耐熱性るつぼであって、基底領域、遷移領域、下部領域、上部領域及び注入口領域のいずれかと、るつぼの様々な領域に存在する特定の熱応力を管理するためにるつぼの２以上の領域の回りに設けられた複数の保持リングとを含む、前記耐熱性るつぼに関する。
【００１１】
上記その他の特徴、態様並びに利点は以下の開示から当業者には明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本明細書に先行する特許請求の範囲には本発明を特に指摘し区別して記載しているが、本明細書に記載する実施形態は添付の図を参照した以下の説明からより良く理解されるであろう。添付の図面中、類似の参照番号は類似の要素を示す。
【００１３】
本明細書中に記載した実施形態は、一般に、反応性の高いチタン合金の鋳造中に発生する熱応力を管理することができる耐熱性るつぼに関する。より具体的には、本明細書中に記載した実施形態は一般に、フェイスコート（上塗り）、バッキング（裏打ち層）及びるつぼのバッキングの少なくとも一部の回りに設けられた１以上の保持リングを含んでなり、この保持リングが導電性物質、非導電性物質及びこれらの組合せからなる群から選択される組成物からなる、熱応力を管理することができ反応性の高い合金を融解するのに適した耐熱性るつぼに関する。
【００１４】
一般に本発明の実施形態はニアネットシェイプのエアフォイルを作成するのに使用するＴｉＡｌを融解するのに適したるつぼを中心とするが、以下の説明はかかるるつぼに限定されるものではない。当業者には了解されるように、本実施形態は、熱応力が問題となるあらゆるニアネットシェイプのガスタービン部品を作成するのに使用するいかなるチタン合金を融解するのにも適切であろう。
【００１５】
図１を参照して、本発明の実施形態は、反応性の高い合金、特にチタン合金を融解するのに適した耐熱性るつぼ８に関する。るつぼ８は内部９を有することができ、以下の記載に従って作成することができる。始めに、るつぼのモールドを作成することができる。本明細書で使用する場合、「モールド」とは、適切な条件下で焼成したときに図１のるつぼ８を形成する未焼成の部品を指す。るつぼのモールドを作成するには、図２に示すような原形１０を用意することができる。原形１０はるつぼモールドから除去することができるあらゆる材料からなることができるが、一実施形態では原形１０はワックス、プラスチック又は木材からなることができ、中空であっても中実であってもよい。また、原形１０はいかなる形状をとることもでき、るつぼの所望の内部を生成するのに必要な任意の寸法をとることができ、取扱いを容易にするためにハンドル１２その他類似の機構を含んでいてもよい。
【００１６】
図３及び図４に示すように、１以上のフェイスコート層１８及び場合により１以上のスタッコ層２０を含むフェイスコート１６を原形１０に設けることができる。本明細書を通じて使用する場合、「１以上」とは１つでも又は２以上てもよいことを意味し、特定の層は本明細書を通じて「第１のフェイスコート層」、「第２のフェイスコート層」などという。フェイスコート層１８は融解プロセス中ＴｉＡｌに暴露される可能性があるので、融解中に合金の質を低下させ汚染することがないようにフェイスコート層１８は反応性のＴｉＡｌに対して不活性でなければならない。従って、一実施形態では、フェイスコート層１８は酸化物からなり得る。本明細書を通じて使用する場合、「酸化物」とは、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ランタニド系列の酸化物及びこれらの組合せからなる群から選択される組成物を指す。さらにまた、ランタニド系列の酸化物（「希土類」組成物ともいう）は、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユーロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム及びこれらの組合せからなる群から選択される酸化物からなっていてもよい。
【００１７】
フェイスコート層１８は、コロイド懸濁液中に混合された酸化物の粉末から作成されたフェイスコートスラリーからなり得る。一実施形態では、酸化物粉末は約７０ミクロン未満、別の実施形態では約０．００１〜約５０ミクロン、さらに別の実施形態では約１〜約５０ミクロンの大きさを有する小粒子粉末であり得る。コロイドは制御された様式でゲル化する任意のコロイドであることができ、ＴｉＡｌに対して不活性であって、例えば、コロイド状シリカ、コロイド状イットリア、コロイド状アルミナ、コロイド状酸化カルシウム、コロイド状酸化マグネシウム、コロイド状二酸化ジルコニウム、コロイド状ランタニド系列酸化物及びこれらの混合物である。既に述べた酸化物のいずれを用いてもフェイスコート層１８のフェイスコートスラリーを作成することができるが、一実施形態ではフェイスコートスラリーはコロイド状シリカ懸濁液中の酸化イットリウム粒子からなり得、もう一つ別の実施形態ではフェイスコートスラリーはコロイド状イットリア懸濁液中の酸化イットリウム粒子からなり得る。フェイスコートスラリーの組成は変化し得るが、一般にフェイスコートスラリーは重量で約４０〜約１００％の酸化物と約０〜約６０％のコロイドを含み得る。
【００１８】
慣用法を用いてフェイスコート層１８のフェイスコートスラリーを調製したら、浸漬、噴霧及びこれらの組合せからなる群から選択される方法を用いて原形１０をフェイスコートスラリーに暴露することができる。一般に、こうして施されたフェイスコート層１８は約５０〜約５００ミクロン、一実施形態では約１５０〜約３００ミクロン、さらに別の実施形態では約２００ミクロンの厚さを有することができる。
【００１９】
場合により、フェイスコート層１８がまだ湿っているうちに、図３及び図４に示すようにスタッコ層２０でコートしてもよい。本明細書で使用する場合、「スタッコ」とは、一般に約１００ミクロンより大きく、一実施形態では約１００〜約５０００ミクロンの大きさを有する粗いセラミック粒子を指す。スタッコ２０はるつぼの壁の厚さを増大すると共に追加の強度を与えるのに役立つように各フェイスコート層に対して施すことができる。様々な材料がスタッコ層２０として使用するのに適しているであろうが、一実施形態ではスタッコは、限定されることはないが本明細書で定義した酸化物と組み合わせたアルミナ又はアルミノシリケートのような耐熱性材料からなり得る。スタッコ層２０中のこの耐熱性材料と酸化物の比率は変化し得るが、一実施形態ではスタッコ層２０は重量で約０〜約６０％の耐熱性材料と約４０〜約１００％の酸化物とからなることができる。スタッコ層２０は例えば散布のような許容できる方法でフェイスコート層１８に施すことができる。一般に、スタッコ層２０は約１００〜約２０００ミクロン、一実施形態では約１５０〜約３００ミクロン、さらに別の実施形態では約２００ミクロンの厚さを有することができる。
【００２０】
フェイスコート層１８及び任意のスタッコ層２０は風乾することができ、所望であれば、追加のフェイスコート層とスタッコ層を既に記載したようにして施してフェイスコート１６を完成することができる。図３と４に示す実施形態では、第１及び第２のフェイスコート層１８及び交互のスタッコ層２０が存在するが、当業者には分かるようにフェイスコート１６はいかなる数のフェイスコート層とスタッコ層を含んでいてもよい。各フェイスコート層１８は様々な酸化物／コロイド混合物からなり得るが、一実施形態では各フェイスコート層１８は同じ酸化物／コロイド混合物からなる。所望の数のフェイスコート層１８とスタッコ層２０が施されたら、次にバッキング２２を施すことができる。
【００２１】
バッキング２２は完成したるつぼ８に追加の強度及び耐久性を付与するのに役立つことができる。従って、バッキング２２は図４に示す１以上のバッキング層２４からなり得、これは酸化アルミニウム、ケイ酸ジルコニウム、二酸化ケイ素及びこれらの組合せからなる群から選択される耐熱性材料をコロイド状シリカ懸濁液中に含むバッキングスラリーからなることができる。特定の層は本明細書を通じて「第１のバッキング層」、「第２のバッキング層」などと指称し得る。一例として、一実施形態では、バッキング層２４はコロイド状シリカ懸濁液中に酸化アルミニウム粒子を含むバッキングスラリーからなり得る。バッキングスラリーの組成は変化し得るが、一般にバッキングスラリーは重量で約１０〜約４０％の耐熱性材料と約６０〜約９０％のコロイドからなり得る。フェイスコート層と同様に、各バッキング層２４は場合により図４に示されるようにこれに接着したスタッコ層２０を含み得、これはフェイスコートを作成するのに既に使用したスタッコと同じでもよいし、又は異なっていてもよい。スタッコを含めて各バッキング層２４は、約１５０〜約４０００ミクロン、一実施形態では約１５０〜約１５００ミクロン、さらに別の実施形態では約７００ミクロンの厚さを有することができる。
【００２２】
フェイスコート層と同様に、各バッキング層２４は、浸漬、噴霧及びこれらの組合せからなる群から選択される方法を使用して設けることができる。任意の数のバッキング層２４を設けることができるが、一実施形態では２〜４０のバッキング層があり得る。各バッキング層２４は同じ組成の耐熱性材料とコロイドからなり得、各々が異なっていてもよいし、又はそれらのある種の組合せからなっていてもよい。所望の数のバッキング層及び任意のスタッコ層を設けた後、得られたるつぼモールド２６はさらに加工処理することができる。
【００２３】
場合によって、設けられるスタッコ層を、その粒子の大きさ、層の厚さ及び／又は組成を変化させることによって傾斜させるのが望ましいことがあり得ることに留意されたい。本明細書で使用する場合、用語「傾斜させる」及びその全ての変形は、例えば、スタッコ材料の粒子の大きさを増大することにより、スタッコ層の厚さを増大することにより及び／又はスタッコ層として次第に強くなる耐熱性材料／コロイド組成を利用することにより、以後に施されるスタッコ層の強度を徐々に増大することを指す。かかる傾斜により、スタッコ層を調整して、これらが設けられる様々なフェイスコート層及びバッキング層の熱膨張及び化学的特性の差を相殺することが可能になる。より具体的には、スタッコ層を傾斜させることにより、異なる気孔率が得られ、またるつぼのモジュラスを調節することができ、これらが相俟って既に述べたような熱膨張の差を相殺するのに役立ち得る。
【００２４】
次いで、慣用法を用いてるつぼモールド２６を乾燥することができ、原形１０を除去することができる。様々な方法を用いてるつぼモールド２６から原形１０を除去することができる。既に述べたように、原形１０はワックスからなり得、従ってこれを除去するには、るつぼモールド２６を炉、蒸気オートクレーブ、電子レンジその他類似の装置内に入れ、原形１０を融解させて、図５に示すようにつぼモールド２６内に開放内部９を残すとよい。るつぼモールド２６から原形１０を融解するのに必要とされる温度は一般に低くすることができ、一実施形態では約４０〜約１２０℃の範囲とすることができる。
【００２５】
場合によっては、次いでるつぼモールド２６の内部９をコロイド状スラリーで洗浄して、図５に示すようにトップコート２８を形成してもよい。洗浄は一般に、るつぼを焼成する前に、噴霧のような当業者に公知の任意の方法を用いてるつぼの内部にコーティングを施すことを含むことができる。トップコート２８はあらゆる所望の厚さを有することができるが、一実施形態ではトップコート２８は約５００ミクロンまで、もう一つ別の実施形態では約２０〜約４００ミクロンの厚さを有する。トップコート２８は、コロイド状イットリア懸濁液中のイットリア、コロイド状シリカ懸濁液中のイットリア及びこれらの組合せからなる群から選択されるコロイド状スラリーからなることができる。このトップコートは、融解中るつぼがチタン合金に対して不活性のままであることをさらに確実にするのに役立つことができる。
【００２６】
その後、中空のるつぼモールド２６をより高い温度に焼成することができる。るつぼモールド２６を焼成することにより、この加熱プロセスの間にフェイスコート層、スタッコ及びバッキング層を構成する材料が互いに相互拡散し一緒に焼結することができるので、完成したるつぼに追加の強度を付与するのに役立つことができる。最初に、るつぼモールドを約８００〜約１４００℃、一実施形態では約９００〜約１１００℃、一実施形態では約１０００℃の温度に焼成することができる。この第１の焼成は残っている原形材料を全て焼き尽くすと共に、るつぼのセラミック成分間の限られた程度の相互拡散を提供するのに役立つように必要な時間生起させることができ、これは一実施形態では約０．５〜約５０時間、もう一つ別の実施形態では約１〜約３０時間、さらに別の実施形態では約２時間であり得る。次に、るつぼモールドを約１４００〜約１８００℃、一実施形態では約１５００〜約１８００℃、さらに別の実施形態では約１６００〜約１７００℃の温度に焼成することができる。この第２の焼成は、セラミック成分の相互拡散を実質的に完了させると共に、フェイスコート酸化物中に存在するコロイドの反応を引き起こすのに必要な任意の時間生起させることができ、これは一実施形態では約０．５〜約５０時間、もう一つ別の実施形態では約１〜約３０時間、さらに別の実施形態では約２時間であり得る。例えば、コロイド状シリカはケイ酸塩を形成することができ、一方コロイド状イットリアはフェイスコートのスラリー中に存在するイットリア粒子と共に焼結することができる。
【００２７】
るつぼ８の特定の特性を所望の用途に応じて変化させたり改変したりすることができるが、一実施形態ではるつぼ８は、全てのフェイスコート層、スタッコ層及びバッキング層を含めて、少なくとも約３ｍｍ、もう一つ別の実施形態では少なくとも約６ｍｍ、さらに別の実施形態では約６．５〜約４０ｍｍの全壁厚を有することができる。壁厚が約４０ｍｍより大きいと、望ましくないほど長い高温の加熱時間が必要となり得る。同様に、バッキングとフェイスコートの厚さの比は一実施形態では約６．５：１〜約２０：１であることができる。上記と同様に、厚さの比が約２０：１より大きいと、アルミナバッキング層の厚さのため、望ましくないほど長い高温の加熱時間が必要になり得る。
【００２８】
その後、るつぼ８に、それぞれ図６及び図７に示すように、１以上の保持リング３０、一実施形態では複数の保持リングを取り付けることができる。リング３０はるつぼ８の１又は複数の領域に圧縮応力をかけることができ、これは鋳造プロセスの加熱、融解、注入及び冷却段階を通じてるつぼ８が熱応力に耐えるのを助けることができる。１以上のリング３０の数、位置、組成及び幾何学的形状を調整して、るつぼの基底領域３２、遷移領域３４（すなわち基底領域３２を下部領域３６につなぐ部分）、下部領域３６（すなわち鋳造中融解したチタンを収容する部分）、上部領域３８（すなわち鋳造中融解したチタンの上方の部分）及び注入口領域４０のような様々な領域に存在する特定の熱応力を管理することができる。
【００２９】
より具体的にいうと、場合によって、るつぼの様々な領域に存在する応力を相殺するために、図７に示すように２以上のリング３０を使用するのが有益なことがある。例えば、リング３０の存在により上部領域３８にたが応力が生じ得る。２以上のリング３０を使用する場合、以下に説明するように各リング３０が異なる組成、位置及び幾何学的形状を有し得ることが当業者には了解されよう。
【００３０】
また、リング３０の組成としては、様々な導電性物質、非導電性物質及びこれらの組合せを挙げることができ、これは所望の特性に基づいて選択することができる。一実施形態では、リング３０は、グラファイト、炭化ケイ素、セラミック酸化物、窒化物（例えば窒化ハフニウム及び窒化チタン）及びこれらの組合せからなる群から選択される耐熱性組成からなり得る。というのは、かかる組成はリング３０が目的通りに機能するのに必要とされる適正な熱膨張率を有するからである。
【００３１】
さらに、リング３０は図７に示すように様々な幾何学的形状をとることができ、これは所望の程度の圧縮応力が得られるように調整することができる。本明細書で使用する場合、「幾何学的形状」とは、保持リング３０の厚さと幅をいう。一般に、リング３０の厚さと幅が増大するにつれて、リング３０にかかる圧縮応力の程度も増大する。リング３０は任意の所望の厚さＴと幅Ｗを有し得るが、一実施形態ではリング３０は約１〜約５０ｍｍ、一実施形態では約１〜約２０ｍｍ、さらに別の実施形態では約５〜約２０ｍｍ厚さＴと、約１〜約２００ｍｍ、一実施形態では約１〜約１００ｍｍ、さらに別の実施形態では約２〜約５０ｍｍ、さらに別の実施形態では約３〜約１５ｍｍの幅Ｗを有することができる。るつぼの特定の領域に対してリング３０の数、位置、組成及び幾何学的形状を特別に調整することによって、熱応力耐性を最適化して加熱、融解、注入及び冷却段階を通じてるつぼの完全性を確実に維持する補助とすることができる。
【００３２】
保持リング３０の数、位置、組成又は幾何学的形状に関係なく、リングの設置は一般に同じ手順に従う。リング３０を加熱してその内径を広げ、所望の領域でるつぼの回りにリング３０を嵌めることができる。リング３０を加熱する正確な温度は組成及び幾何学的形状に応じて変わり得るが、一般にリングは約２３℃（７３°Ｆ）〜約１４００℃（２５５０°Ｆ）、一実施形態では約１００℃（２１２°Ｆ）〜約１４００℃の温度に加熱することができる。加熱は、限定されることはないが、炉、ガスバーナー、誘導系、などのような当業者に公知の任意の適切な方法又は装置を用いて達成することができる。加熱したら、そのリングをるつぼの所望の領域の回りに設置することができる。加熱されたリングが室温に冷えるにつれて、リングは縮んでるつぼの回りに嵌ることにより、るつぼの選択された領域の回りに圧縮応力の状態を課する。２以上のリングを使用する場合、同じ手順を使用して各リングをるつぼに設置することができる。また、２以上の保持リングを使用する場合、当業者には理解されるように、全ての保持リングが同じであっても（すなわち、同じ組成と幾何学的形状を有する）、各保持リングが異なっても（すなわち、各保持リングが異なる組成と幾何学的形状を有し得る）、又はこれらの組合せであってもよい（すなわち、保持リングが同じ組成を有するが異なる幾何学的形状を有し得るか、又は同じ幾何学的形状を有するが異なる組成を有し得る）。
【００３３】
適切に配置された１以上のリングを有するるつぼを用いると、当業者に公知の慣用の融解及び鋳造技術を用いてチタン合金、特にＴｉＡｌを融解することができる。本明細書中に記載したるつぼは、鋳造プロセスの加熱、融解、注入及び冷却段階のいずれにおいても亀裂を生成することなく急速に加熱することができる。
【００３４】
この改良されたるつぼの性能の原因は、るつぼの回りに設けた１以上の抵抗リングにあると考えることができる。既に記載したように、これらのリングはるつぼに残留圧縮応力の状態を作りだし、これが他の場合にはるつぼの亀裂生成を生じ得る熱応力の蓄積を低減させることができる。その結果、るつぼの性能、並びにるつぼの寿命を改善することができる。また、るつぼの亀裂を殆どなくすことができるので、慣用のグラファイト又はセラミック製のるつぼで融解したＴｉＡｌと比較して、融解プロセス中のＴｉＡｌの汚染の可能性が低減する。合金の汚染が低減する結果、この合金から作成される部品は、現行の方法を用いてＴｉＡｌから作成されるものと比較して、亀裂の生成がより少なく、また欠陥がより少なくなり得る。
【００３５】
以上記載した説明は最良の形態を含めて本発明を開示するための例示であり、当業者が本発明を実施できるようにするためのものである。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲に規定されており、当業者には自明の他の例を包含し得る。かかるその他の例は、特許請求の範囲の文言と異なる構造要素を有していても、又は特許請求の範囲の文言と実質的でない差を有する等価な構造要素を含んでいても、特許請求の範囲の範囲内に入るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本明細書の記載に従うるつぼの一実施形態の概略透視図である。
【図２】図２は、本明細書の記載に従う原形の一実施形態の概略透視図である。
【図３】図３は、本明細書の記載に従うるつぼモールドの一実施形態の概略断面図である。
【図４】図４は、図３のるつぼモールドの実施形態の断面の一部分の概略近景図である。
【図５】図５は、本明細書の記載に従って原形が取り出されトップコートが施された後のるつぼモールドの一実施形態の概略断面図である。
【図６】図６は、本明細書の記載に従う保持リングを有するるつぼの一実施形態の概略透視図である。
【図７】図７は、本明細書の記載に従う、２以上の保持リングを有し、各リングが異なる幾何学的形状を有するるつぼの一実施形態の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
８  るつぼ
９  （るつぼの）内部
１０  原形
１２  ハンドル
１６  フェイスコート
１８  フェイスコート層
２０  スタッコ層
２２  バッキング
２４  バッキング層
２６  るつぼモールド
２８  トップコート
３０  保持リング
３２  基底領域
３４  遷移領域
３６  下部領域
３８  上部領域
４０  注入口領域
Ｔ  厚さ
Ｗ  幅
【図１】
0005530093.tif 000002
【図２】
0005530093.tif 000003
【図３】
0005530093.tif 000004
【図４】
0005530093.tif 000005
【図６】
0005530093.tif 000006
【図７】
0005530093.tif 000007
【図５】
0005530093.tif 000008