(57)【要約】【課題】複雑な３次元形状を有しかつ耐熱合金用のセラミックスコアとして使用可能な耐熱性に優れた耐熱セラミックコアとその鋳造品の製造方法を提供する。【解決手段】精密鋳造法によって内部に中空流路を鋳造するために用いる３次元形状を有する耐熱セラミックコアの製造方法。樹脂を被覆したセラミックス粉末１から３次元形状を有するセラミックスコア２を粉末積層造型法で成形する粉末積層造型ステップと、成形したセラミックスコア２にセラミックス強化液３を含浸させる含浸ステップと、含浸後のセラミックスコア２を焼成しその耐熱性を強化する焼成ステップとを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精密鋳造法によって内部に中空流路を鋳造するために用いる３次元形状を有する耐熱セラミックコアの製造方法であって、
樹脂を被覆したセラミックス粉末から３次元形状を有するセラミックスコアを粉末積層造型法で成形する粉末積層造型ステップと、成形したセラミックスコアにセラミックス強化液を含浸させる含浸ステップと、含浸後のセラミックスコアを焼成しその耐熱性を強化する焼成ステップとを有する、ことを特徴とする３次元形状を有する耐熱セラミックコアの製造方法。
【請求項２】
前記セラミックス強化液は、焼成によりセラミックスを形成するコロイダルシリカ、シリカの前駆体、アルミナゾル、酸化イットリウムゾル、酸化ニオブゾル、又はジルコニアゾルである、ことを特徴とする請求項１に記載の３次元形状を有する耐熱セラミックコアの製造方法。
【請求項３】
前記焼成ステップにおいて、含浸後のセラミックスコアを変形防止用の耐熱粉体内に充填し、セラミックスコアを耐熱粉体と共に加熱する、ことを特徴とする請求項１に記載の３次元形状を有する耐熱セラミックコアの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの方法によるセラミックスコアを用いた鋳造品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元形状を有する耐熱セラミックコアとその鋳造品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン用のタービン翼やタービンノズルには、内部冷却のため内部に複雑な流路を有する超合金製の鋳造部品が用いられる。かかる鋳造部品は従来から精密鋳造法で製造され、その内部に３次元形状の中空流路を形成するために耐熱セラミックコアが用いられる。
【０００３】
また、この耐熱セラミックコアは、複雑な中空流路を形成するために３次元形状を有するため、組立構造（特許文献１、参照）が用いられていた。
【０００４】
【特許文献１】
特表２００３−５０２１５９号公報
【０００５】
特許文献１の「鋳造翼用の多部片コア組立体」は、超合金翼鋳造品を鋳造するためのセラミックコア組立体であり、図３に示すように、複数のコア要素を組み立てて３次元的な形状を作成するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の多部片コア組立体では、複数のコア要素５１、５２、５３を組み立てて３次元形状を作成するため、各コア要素は単独で製造可能な形状に限定される。そのため複雑な３次元形状の場合には、コア要素の設計・製造が困難となり、適用できない場合がある。
【０００７】
また、粉末積層造型法で３次元形状のセラミックス成形体を作成する場合、有機バインダーでセラミックス粉末を固着させているため、耐熱性に乏しく、耐熱合金用のセラミックスコアとしては使用できない。
【０００８】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、複雑な３次元形状を有しかつ耐熱合金用のセラミックスコアとして使用可能な耐熱性に優れた耐熱セラミックコアとその鋳造品の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、精密鋳造法によって内部に中空流路を鋳造するために用いる３次元形状を有する耐熱セラミックコアの製造方法であって、
樹脂を被覆したセラミックス粉末から３次元形状を有するセラミックスコアを粉末積層造型法で成形する粉末積層造型ステップと、成形したセラミックスコアにセラミックス強化液を含浸させる含浸ステップと、含浸後のセラミックスコアを焼成しその耐熱性を強化する焼成ステップとを有する、ことを特徴とする３次元形状を有する耐熱セラミックコアの製造方法が提供される。
【００１０】
上記本発明の方法によれば、３次元形状を有するセラミックスコアを粉末積層造型法で成形するので、複雑な３次元形状を有する場合でも、容易に製造することができる。
また、成形したセラミックスコアにセラミックス強化液を含浸させ、これを焼成しその耐熱性を強化するので、耐熱性の乏しい粉末積層造型で成形したセラミックスコアに耐熱性を付加して耐熱合金用のセラミックスコアとして使用することが可能となる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記セラミックス強化液は、焼成によりセラミックスを形成するコロイダルシリカ、シリカの前駆体、アルミナゾル、酸化イットリウムゾル、酸化ニオブゾル、又はジルコニアゾルである。
【００１２】
この方法により、粉末積層造型で成形したセラミックスコアを構成する樹脂を被覆したセラミックス粉末の隙間に、これらのセラミックス強化液を容易に含浸させることができ、焼成により樹脂被覆を熱分解させるとともに、その界面にセラミックスを形成してセラミックスコアの形状を保持すると共にその耐熱性を強化することができる。
【００１３】
また、前記焼成ステップにおいて、含浸後のセラミックスコアを変形防止用の耐熱粉体内に充填し、セラミックスコアを耐熱粉体と共に加熱する、ことが好ましい。
【００１４】
この方法により、樹脂被覆の熱分解から界面のセラミックス形成までの間、セラミックスコアの全表面を耐熱粉末で支持し、その変形を防止することができる。
また、このセラミックスコアを用いて複雑な３次元形状を有する超合金製の鋳造品を製造することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の耐熱セラミックコアの製造方法のフロー図である。本発明の方法は、精密鋳造法によって内部に中空流路を鋳造するために用いる３次元形状を有する耐熱セラミックコアの製造方法である。この図に示すように、本発明の方法は、粉末積層造型ステップ１２、含浸ステップ１４及び焼成ステップ１６からなる。
【００１７】
粉末積層造型ステップ１２では、樹脂を被覆したセラミックス粉末１から３次元形状を有するセラミックスコア２を粉末積層造型法で成形する。樹脂を被覆したセラミックス粉末１として、例えばフェノール樹脂を被覆したジルコン粉末又はシリカ粉末を用いる。
また、粉末積層造型法として、周知のレーザー焼結法により、３次元ＣＡＤのデータからダイレクトに３次元形状を有するセラミックスコア２を成形することができる。
【００１８】
粉末積層造型法で成形されたセラミックスコア２を構成するセラミックス粉末１は、その表面の樹脂皮膜が溶けて互いに接着された状態にある。しかし、樹脂皮膜自体は、耐熱性がなく低温（２００〜４００℃）で熱分解し結合力が失われる。
そこで、本発明の含浸ステップ１４において、成形したセラミックスコア２にセラミックス強化液３を含浸させる。このセラミックス強化液３は、無機バインダーであり、この際、減圧容器内で含浸させ、成形体（セラミックスコア）の内部に含まれている空気を無機バインダーとスムースに置換するのが好ましい。このステップは例えば５〜１０分程度行うのがよい。
【００１９】
セラミックス強化液３として、焼成によりセラミックスを形成するコロイダルシリカ、シリカの前駆体、アルミナゾル、酸化イットリウムゾル、酸化ニオブゾル、又はジルコニアゾルを用いる。
これらのセラミックス強化液は、単体で用いるのが好ましいが、必要により複数を組み合わせてもよい。
【００２０】
セラミックス強化液は、単に含浸させただけでは、十分な耐熱性が得られない。そこで本発明の焼成ステップ１６において、含浸後のセラミックスコアを焼成しその耐熱性を強化する。このステップでは、はじめに樹脂皮膜を熱分解して除去するため、２００〜４００℃程度まで予熱し、その後、セラミックス強化液の特性に合わせて、高温に数時間保持する。
【００２１】
コロイダルシリカは、負に帯電した無定形シリカ粒子が水中に分散してコロイド状をなしたものである。このコロイダルシリカは乾燥させると乾燥ゲルとなり、強固な乾燥ゲル固形物が得られる。また、約８００℃以上において、シリカ粒子間の表面融着が生じる。このコロイダルシリカを用いる場合には、例えば１１００〜１４００℃で２〜３時間程度保持するのがよい。
【００２２】
シリカの前駆体は、触媒反応下で水と反応して最終的にシリカ（ＳｉＯ２）となる。また、コロイダルシリカと同様に加熱してシリカ粒子間の表面融着を生じさせることもできる。
【００２３】
アルミナゾルは、コロイド状のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が分散した液であり、８００℃以下で焼成した場合は無定形であるが、１１００℃以上で焼成するとα−アルミナとなり、高い耐熱性を発揮する。
【００２４】
酸化イットリウムゾルは、超微粒子の酸化イットリウムからなる水溶液であり、乾燥すると非晶質の粉末になり、７００℃以上で焼成すると、立方晶の酸化イットリウムを生成する。
【００２５】
酸化ニオブゾルは、酸化ニオブからなる安定な水溶液であり、乾燥により高純度で均一組成の酸化物膜を形成する。
ジルコニアゾルは、コロイド状のジルコニアが分散した液であり、高温で焼成すると高い耐熱性を発揮する。
【００２６】
また、上述した焼成ステップ１６において、樹脂被覆の熱分解から界面のセラミックス形成までの間、セラミックスコア２の全表面を耐熱粉末４で支持し、その変形を防止するために、含浸後のセラミックスコア２を変形防止用の耐熱粉体内に充填し、セラミックスコアを耐熱粉体と共に加熱するのがよい。
この焼成ステップ１６の後、耐熱粉末４を除去することにより、耐熱セラミックコア５が完成する。
【００２７】
図２は、本発明により、製造した耐熱セラミックコア５を用いた精密鋳造法のフロー図である。この図に示すように、製造した耐熱セラミックコア５をワックス射出成形ステップ（Ｄ）によりワックス６中に封じ込め、その回りにシェル造型ステップ（Ｅ）により耐熱性のシェル７を形成する。この耐熱セラミックコア５とシェル７の間に存在するワックス６が製造する超合金製の鋳造部品の形状となる。
【００２８】
次いで、脱ワックスステップ（Ｆ）でワックス６を溶かして除去し、鋳型焼成ステップ（Ｇ）で耐熱セラミックコア５とシェル７を焼成して強化し、鋳造ステップ（Ｈ）で耐熱セラミックコア５とシェル７の間に超合金を鋳造し、シェル除去ステップ（Ｉ）でシェル７を機械的に除去し、中子除去ステップ（Ｊ）で耐熱セラミックコア５をアルカリ液で溶かして除去することにより、超合金製の鋳造部品が完成する。
このセラミックスコアを用いた鋳造品の金属は、Ｎｉ基超合金、Ｔｉ合金などの耐熱合金であるのがよい。
【００２９】
上述したように、本発明の製造方法は、粉末積層造型法にて作成したセラミックス体に特殊な処理をすることにより、３次元的な形状を有する耐熱合金用セラミックスコアを一体物として製造することができる製造方法であり、このセラミックス体は耐熱合金の中子として用いることができる。
【００３０】
すなわち、上述した本発明の方法によれば、３次元形状を有するセラミックスコアを粉末積層造型法で成形するので、複雑な３次元形状を有する場合でも、容易に製造することができる。
また、成形したセラミックスコアにセラミックス強化液を含浸させ、これを焼成しその耐熱性を強化するので、耐熱性の乏しい粉末積層造型で成形したセラミックスコアに耐熱性を付加して耐熱合金用のセラミックスコアとして使用することが可能となる。
【００３１】
なお、本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更できることは勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
上述したように、本発明の方法は、以下の特徴を有する。
（１）３次元的な形状を有するセラミックス体を一体成形することが可能となる。
（２）耐熱性の乏しい積層造型で作成したセラミックス体を、耐熱合金用のセラミックス中子として用いることが可能になる。
（３）通常の精密鋳造でセラミックスコアを用いる方法の工程をそのまま使用することができる。
【００３３】
従って、本発明の耐熱セラミックコアとその鋳造品の製造方法は、複雑な３次元形状を有しかつ耐熱合金用のセラミックスコアとして使用可能な耐熱性に優れた耐熱セラミックコアを製造できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐熱セラミックコアの製造方法のフロー図である。
【図２】製造した耐熱セラミックコアを用いた精密鋳造法のフロー図である。
【図３】従来のセラミックコア組立体の構成図である。
【符号の説明】
１  セラミックス粉末、２  セラミックスコア、
３  セラミックス強化液、４  耐熱粉末、
５  耐熱セラミックコア、６  ワックス、７  シェル、
１２  粉末積層造型ステップ、
１４  含浸ステップ、
１６  焼成ステップ
【図１】
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【図２】
2004330280.tif 000004
【図３】
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