(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェルモールド壁を炭素基繊維補強材で補強したセラミックインベストメントシェルモールドであって、
前記炭素基繊維補強材は、
室温で少なくとも２５０，０００ｐｓｉ（１７５８０Ｋｇｆ／ｃｍ２  ）の引張力を有する複数の炭素繊維又はフィラメントから成る炭素繊維索類であり、
前記シェルモールドの周りで螺旋状に巻回又は巻装させるのに十分な連続長さを有し、  華氏２８００度（摂氏１５３８度）以上の高い鋳込温度時に前記シェルモールドのクリープ変形を軽減させるための抵抗力となる高度の引張力を有するとともに、
９０重量ポンド（４０．８重量キログラム）乃至１６５重量ポンド（７４．８重量キログラム）の破壊強さを有し、
前記鋳込温度時に圧縮荷重を得るべく室温で前記シェルモールドの平均熱膨張係数の４分の１の熱膨張係数を有することを特徴とするセラミックインベストメントシェルモールド。
【請求項２】
前記炭素繊維索類は、織成炭素繊維糸から成ることを特徴とする請求項１に記載のセラミックインベストメントシェルモールド。
【請求項３】
前記炭素基繊維補強材は、織成又は編成した炭素繊維の網状の布から成ることを特徴とする請求項１に記載のセラミックインベストメントシェルモールド。
【請求項４】
前記炭素基繊維補強材は、前記シェルモールド壁の中間厚肉部を形成する重複セラミックスラリー／スタッコ各層に設けたことを特徴とする請求項１に記載のセラミックインベストメントシェルモールド。
【請求項５】
前記炭素基繊維補強材は、前記シェルモールド壁の中間厚肉部を形成する６番目乃至９番目のシェルモールド層に巻回したことを特徴とする請求項１に記載のセラミックインベストメントシェルモールド。
【請求項６】
前記炭素基繊維補強材は、前記シェルモールドの周りに、継次巻き間にスペースを持たせて螺旋状に巻回したことを特徴とする請求項１に記載のセラミックインベストメントシェルモールド。
【請求項７】
前記螺旋状の炭素基繊維補強材は、該炭素基繊維補強材の継次巻き間に０．２インチ（０．５１センチメータ）乃至１インチ（２．５４センチメータ）のスペースを有することを特徴とする請求項６に記載のセラミックインベストメントシェルモールド。
【請求項８】
鋳造部品の所望の形状を有するパターンを、セラミックスラリーでコーティングし、次に、セラミックスタッコでコーティングし、
この順序を繰り返してシェルモールド壁を肉盛りすることによるセラミックインベストメントシェルモールドの製造方法において、
華氏２８００度（摂氏１５３８度）以上の高い鋳込温度時に前記シェルモールドのクリープ抵抗力を強める場合、前記鋳込温度時に前記シェルモールドのクリープ変形を軽減させるための抵抗力となる高度の引張力を有する炭素基繊維補強材であって、
この炭素基繊維補強材は、
室温で少なくとも２５０，０００ｐｓｉ（１７５８０Ｋｇｆ／ｃｍ２  ）の引張力を有する複数の炭素繊維又はフィラメントから成る炭素繊維索類であり、
前記シェルモールドの周りで螺旋状に巻回又は巻装させるのに十分な連続長さを有するとともに、
１２０重量ポンド（５４．４重量キログラム）乃至１６５重量ポンド（７４．８重量キログラム）の破壊強さを有し、
前記鋳込温度時に前記シェルモールド壁の圧縮荷重を得るべく室温で前記シェルモールドの平均熱膨張係数の４分の１の熱膨張係数を有し、
前記シェルモールド壁に内設することから成ることを特徴とするセラミックインベストメントシェルモールドの製造方法。
【請求項９】
前記炭素基繊維補強材を前記シェルモールド壁の中間厚肉部に設けることを含むことを特徴とする請求項８に記載のセラミックインベストメントシェルモールドの製造方法。
【請求項１０】
前記炭素基繊維補強材は、前記シェルモールド壁の前記中間厚肉部を形成する６番目乃至９番目のシェルモールド層に巻回したことを特徴とする請求項９に記載のセラミックインベストメントシェルモールドの製造方法。
【請求項１１】
前記炭素基繊維補強材は、前記シェルモールド壁の前記中間厚肉部に、継次巻き間にスペースを持たせて螺旋状に巻回したことを特徴とする請求項９に記載のセラミックインベストメントシェルモールドの製造方法。
【請求項１２】
前記螺旋状の炭素基繊維補強材は、０．２インチ（０．５１センチメータ）乃至１インチ（２．５４センチメータ）のスペースを該炭素基繊維補強材の継次巻き間に有することを特徴とする請求項１１に記載のセラミックインベストメントシェルモールドの製造方法。
【請求項１３】
前記炭素繊維索類は、織成炭素繊維糸から成ることを特徴とする請求項８に記載のセラミックインベストメントシェルモールドの製造方法。
【請求項１４】
前記炭素基繊維補強材は、織成又は編成した炭素繊維の網状の布から成ることを特徴とする請求項９に記載のセラミックインベストメントシェルモールドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、セラミックインベストメントシェルモールドとその製造方法に係り、特に、大型の産業用ガスタービンと航空宇宙の部品鋳造において特に有用な補強セラミックインベストメント鋳造シェルモールドと、鋳造の寸法統制力を保つ高度の強度とクリープ抵抗力が前記シェルモールドによって高い鋳込温度時に示されるようなシェルモールドの製造方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックインベストメントシェルモールドは、タービンブレード等のガスタービンエンジン部品と、機体の構造部品等の航空宇宙部品と、を準網形状に製造するとともに、この場合、鋳造の寸法統制をシェルモールドキャビティの寸法で行う、超合金及びその他の金属／合金のインベストメント鋳造において幅広く使用されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
改善された稼働性能を有する産業用ガスタービン（ＩＧＴ）が必要であるために、柱状晶及び単晶の鋳造微小構造等の指向性凝固（ＤＳ）微小組織を備えた大型のＩＧＴ部品に対する需要が高まった。但し、ＤＳ部品を生産すると、前記セラミックインベストメントシェルモールドは、高温度や金属静圧と時間等、現在のセラミックインベストメントシェルモールドの能力を超えた鋳造パラメータにさらされる。特に、現在のセラミックインベストメントシェルモールドは、ＤＳ鋳造過程中にバルジングとクラッキングを受けやすく、特に、このシェルモールドを、例えば、ＩＧＴ部品の指向性凝固を行うために必要な比較的高い鋳込温度と比較的長い時間において大量の溶湯で充填する場合に、バルジングとクラッキングを受けやすい。
【０００４】
また、前記インベストメントシェルモールドがＤＳ鋳造過程中に膨らんだり又は撓んだりすると、寸法統制力を失うので、不正確に定寸された鋳造部品が生産される。さらに、このシェルモールドに深刻なクラッキングが発生して溶湯が無くなりスクラップ鋳物が生じる場合がある。
【０００５】
セラミックシェルモールドを生産するために使用されるアルミナやジルコニア等の最も一般的なセラミックモールド材料は、華氏約２７００度でクリープ変形を示すとともに、このクリープ変形は、温度が上昇するにつれてひどくなり、且つ、温度時の保持時間が長くなるにつれてひどくなる。大型の指向性凝固ＩＧＴ部品の鋳造において、３時間を超える保持時間と華氏２８００度を超える温度が一般的である。高い金属静圧を伴う前記鋳造パラメータは、従来のセラミックシェルモールドが大型の指向性凝固ＩＧＴ部品の鋳造に適さなかったぐらいに厳しい。特に、大型指向性凝固ＩＧＴブレードを鋳造する場合に従来のセラミックシェルモールドを使用すると、ＤＳ鋳造中に鋳型のバルジングやサッギングを示すブレードコード幅の変化又はブレード弓形及び変位に対する変化が生じた。
【０００６】
従って、かかる厳格な鋳造パラメータに耐えることができるとともにクラックキングだけでなくバルジングとサッギング等のクリープ変形にも侵されない、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品の鋳造を寸法統制しながら行うことが可能な比較的頑強なセラミックシェルモールドに対する深刻な必要性がある。
【０００７】
また、通常のセラミック材料で製造したセラミックシェルモールドの能力を高める幾つかの試みが調べられた。例えば、ある試みは、鋳型の結晶成長を最小限に抑えるべく、したがって鋳型のクリープ変形を減らすべく、各セラミック材料を組み合わせて作った複合シェルモールドの使用に関するものであった。米国再発行特許第３４，７０２号には、アルミナ基又はムライト基のセラミック繊維補強材を鋳型に巻回するという別の試みを記述している。これらの技法は、従来のシェルモールドの限界を更に押し出したものではあったが、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を寸法統制しながら鋳造することにおいて課された厳格な鋳造パラメータに見合うほど十分ではないことが分かった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、上述の不都合を除去するために、鋳型壁を炭素基繊維補強材で補強したセラミックインベストメントシェルモールドであって、前記炭素基繊維補強材は、前記シェルモールドのクリープ変形を軽減させるぐらいの引張力を鋳込温度時に有するとともに、鋳造温度時に圧縮荷重を得るべくシェルモールドの平均熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明は、高い鋳込温度時に、特に、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を寸法統制しながら鋳造することに求められる上述した厳格な鋳造パラメータの下で、クリープ変形とクラッキングに対する向上した抵抗力を示すように補強したセラミックインベストメントシェルモールドを得る。
【００１０】
また、高い鋳込温度時にクリープ変形とクラッキングに対する向上した抵抗力を示すように補強したセラミックインベストメントシェルモールドを得る。
【００１１】
また、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を寸法統制しながら鋳造する方法を得る。
【００１２】
【実施例】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。図１〜３は、この発明の実施例を示すものである。
【００１３】
大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を正確に寸法統制しながら鋳造する場合に特に有用な本発明の具体的な実施例を詳覧するが、但し、本発明は、指向性凝固以外の鋳造法で他の無数の部品を鋳造するために実施することができる。
【００１４】
製造する所望の鋳造部品の形状を有する一過性のパターンを用意する。このパターンは、所謂「ロストワックス」法で使用するワックス、プラスチック、フォーム又はその他の適切なパターン材料で作ることができる。この「ロストワックス」法は、周知であり、前記パターンを、バインダ中のセラミック粉末又は粉から成るセラミックスラリー中に浸漬させて前記パターン上にスラリー層が形成するようにし、余分なスラリーを流し出して、次に、比較的粗大な乾燥したセラミックスタッコ粒子（例えば、１２０メッシュ以上の粗いアルミナ粒子）から成るスタッコ層を付着することに係わるものである。このスラリー／スタッコ各層を乾燥させた後、浸漬／排水／スタッコ塗しの順序を反復させて、所望のシェルモールド壁厚肉部を肉盛りする。前記パターンに付着させた最初のスラリーコーティング又はスラリー層は、溶湯と接触する所謂フェースコートを形成するものであり、強度の耐火性セラミック材と、バインダと、から成る。このため、前記セラミックスラリーは、シェルモールド中に鋳造される金属に依って、適切なバインダ（例えば、コロイド状のシリカ）中のシリカ、アルミナ、ジルコニア、又はその他の適切なセラミック粉末又は粉で構成することができる。
【００１５】
この発明の具体的な実施例を実施するにあたり、通常、前記浸漬／スタッコ塗しの各ステップを前記フェースコートの上で反復させて、最終のモールド壁厚肉部全体よりも小さいシェルモールド壁の中間厚肉部を肉盛りする。使用される前記中間壁厚肉部は、所望の最終モールド壁厚肉部に依って変えることができる。通常、中間シェルモールド厚肉部は、前記浸漬ステップと前記スタッコ塗しステップを６回乃至９回反復させることによって肉盛することができる。前記シェルモールド上に形成された鋭いエッジとコーナは、このシェル肉盛りの中間の段階で丸みをつけている。
【００１６】
本発明の実施例によると、炭素基繊維補強材１２は、前記シェルモールドの中間シェルモールド厚肉部周りの補強が必要な領域に巻回している。例えば、図１においては、炭素基繊維補強材１２は、大型の産業用ガスタービンブレードを作るシェルモールド１１のエーロフォイル先端領域Ｒ１において中間シェルモールド厚肉部に巻回している。このシェルモールド１１のエーロフォイル先端領域は、モールドベースＢに連結し、次にこのモールドベースＢが、周知のようにＤＳ鋳造装置のチルプレート（図示せず）に支持されている。炭素基繊維補強材１２は、シェルモールド全体に巻回したり、あるいは、補強が必要なシェルモールドの領域に巻回したりすることができる。前記炭素基繊維補強材は、通常のセラミック材料には弱いＤＳ鋳造温度範囲内で鋳型温度と共に強まる超高度の引張力を有するとともに、さらに、鋳込温度でモールド壁の圧縮荷重が得られるようにシェルモールドの平均熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する。前記シェルモールド平均熱膨張係数は、セラミックスラリー粉末とセラミックスタッコから成るセラミック材料の熱膨張係数に基づく。
【００１７】
炭素基繊維補強材１２は、タール基材料のピッチ基材料よりもむしろポリアクリロニトリルのパン基材料から成るものが望ましい。このため、炭素基繊維補強材１２は、室温で少なくとも約２５０，０００ｐｓｉの引張力と、シェルモールドの平均熱膨張係数の約４分の１である華氏２７００度の熱膨張係数と、を有するパン基炭素繊維又はフィラメントから成るものが望ましい。前記炭素繊維とフィラメントは、米国サウスカロライナ州グリーンビレ市（Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅ、Ｓｏｕｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ）のアモコ・コーポレーション（Ａｍｏｃｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と、米国デラウェア州ウイルミントン市（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ）のヘクレス・コーポレーション（Ｈｅｃｕｌｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と、から市販されている。通常、前記炭素基繊維補強材は、例えば、ＩＴＧエーロフォイルの場合、図１に示すように、所要に応じて中間シェルモールド壁厚肉部に巻回又は巻装させるのに十分な連続長さを有する。
【００１８】
好適な延伸炭素基繊維補強材は、９０重量ポンド乃至１６５重量ポンドの索類破壊強さ、望ましくは１２０重量ポンド乃至１６５重量ポンドの索類破壊強さ、を有する炭素繊維索類から成る。通常、前記炭素繊維索類は、索類を形成する１２，０００本乃至２４，０００本の編成繊維又はフィラメントから成る。捻り繊維索類は、中間モールド壁厚肉部に巻回しながら取り扱う利便性において有利である。通常、前記繊維又はフィラメントは、１０ミクロン乃至２０ミクロンの範囲内の直径を個別に有する。
【００１９】
前記炭素繊維索類の破壊強さは、当該索類の直径全体に左右されるとともに、今度は、前記炭素繊維索類の直径全体が、個別の繊維直径に左右されるだけでなく索類中の炭素繊維又はフィラメントの数にも左右される。０．０３４インチの直径を有する炭素繊維索類であって、直径が１２ミクロンのフィラメントを１２，０００本含有する前記炭素繊維索類の代表的な破壊強さは、約９０重量ポンドであるが、同じ直径の２４，０００本のフィラメントを含有する直径０．０７２インチの索類の破壊強さは、約１６５重量ポンドである。この種の炭素繊維索類は、米国メイン州ビッドフォード市（Ｂｉｄｄｅｆｏｒｄ、Ｍａｉｎｅ）のファイバー・マテリアルズ・インク（Ｆｉｂｅｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ．）から市販されている。
【００２０】
図２は、この発明を実施する際に有用なポリアクリロニトリルタイプの炭素補強繊維と、ネクステル４４０（Ｎｅｘｔｅｌ  ４４０）のムライト基セラミック繊維と、セラミック（アルミナ基のスラリー／スタッコ各層）シェルモールド材料と、に対する高温時の室温引張力の保持率を図示するものである。
【００２１】
前記炭素補強繊維は、図２に示す残りの材料とは異なり、ＤＳ鋳造法の場合、華氏２７５０度乃至２８５０度の通常の鋳込温度の範囲内で温度の上昇と共に前記炭素補強繊維の引張力が喪失することはない。この炭素補強繊維は、華氏２７５０度乃至２８５０度のＤＳ鋳込温度範囲、更に一般的には、華氏２５００度乃至華氏４０００度のＤＳ鋳込温度範囲、において温度の上昇と共に引張力が強まる。
【００２２】
米国再発行特許第３４，７０２号によるネクステル４４０（Ｎｅｘｔｅｌ  ４４０）の補強シェルモールドは、保持時間が短く（例えば２時間）且つ金属静圧が低い限りにおいて、華氏２７５０度の温度に至るまでは比較的良好に機能するが、鋳込温度が華氏２８００度よりも高くなると、ネクステル４４０（Ｎｅｘｔｅｌ  ４４０）繊維補強シェルモールドは、図２に示すネクステル（Ｎｅｘｔｅｌ）繊維の軟化のためにクリープ変形を示す。
【００２３】
本発明による炭素繊維補強シェルモールドは、図２に示した温度と共に上昇する炭素繊維の引張力とクリープ抵抗力のために、前記クリープを軽減させたり又は回避したりする。前記シェルモールドのかかる高度の引張力とクリープ抵抗力は、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を正確な寸法で鋳造する場合に使用される大型のセラミックシェルモールドにとって必要なものである。
【００２４】
前記炭素基繊維補強材１２は、前記シェルモールドをその厚さ全体まで肉盛りするために必要とされる処理と浸漬とスタッコ塗しとを順次実施中に前記補強材１２を固定させたままの状態を保つぐらいの張力で、中間シェルモールド厚肉部に巻回している。取り扱い易くするために前記繊維補強材の自由端と中間部位をシェルモールドに局所的に締め付けるために、必要に応じて、セラミック接着又はディップコートを使用することができる。
【００２５】
通常、炭素基繊維補強材１２は、シェルモールドの中間厚肉部の周りに継次巻き又は螺旋間にスペース１３を備えながら略連続的な螺旋形状で巻回している。この継次螺旋状巻き間のスペースは、前記炭素基繊維補強材をシェルモールドに構造的に接合すべくシェルモールドの炭素基繊維補強材１２周辺を適切に肉盛りすることができるように設けたものである。このため、炭素繊維補強材１２の場合、この炭素基繊維補強材１２の継次螺旋状巻き間のスペースを約０．２インチ乃至１インチにすることができる。
【００２６】
この炭素基繊維補強材１２を中間モールド壁厚肉部に巻回した後、残りのセラミックスラリーとスタッコの各層を付着させて、モールド壁Ｗを所望の最終全厚まで肉盛りする。次に、この生のシェルモールドを乾燥させて、ワックスパターンの場合には通常の脱蝋作業等のパターン取り出し作業を施し、通常の仕方で高温度（例えば華氏１８００度）で焼成し、鋳造に適した鋳型強度を持たせるようにする。
【００２７】
あるいはその代わりに、炭素基繊維補強材１２の螺旋状巻回が容易ではないシェルモールドの領域を局所的に補強するために、炭素基の繊維で緩く織成又は編成した繊維織布又は布１４を使用することができる。例えば、図１では、緩く織成又は編成した炭素繊維布１４を、大型の産業用ガスタービンブレードを製造するシェルモールド１１のプラットホームを区画する中間モールド壁厚肉部の領域Ｒ２に巻回している。
【００２８】
上述した螺旋状巻きの代わりに、単なる例として、広いプラットフォーム型の端部領域Ｒ２’を有する鋳型のエーロフォイル領域Ｒ１’の周りに炭素基繊維補強材１２’を縦横に張り巡らした図３に示すように、前記炭素基繊維補強材を他のパターン中のモールドに巻着させることができる。
【００２９】
本発明は、実質的に補強セラミックインベストメントシェルモールドを提供するために実施することができるので、ＤＳ凝固処理状態下で鋳型のバルジング又はサッギング等のクリープ変形を軽減又は根絶したことによって、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を正確に寸法統制しながら鋳造する（例えば、各鋳造毎に約４０ポンド乃至約３００ポンド）補強セラミックインベストメントシェルモールドの場合、特に有用であり且つ有利である。ＤＳ凝固処理は、周知の鋳型取出法で行うことが可能であり、この取出法では、鋳造炉中のチルプレート上に留めたシェルモールドを、選択した高い鋳込温度まで予熱し、この予熱したシェルモールド中に溶湯を導入し、この溶湯で充填したチルプレート上のシェルモールドを、鋳造中に柱状晶又は単晶の微小組織を形成すべく長時間にわたって鋳造炉から徐々に引き出す。また、前記シェルモールド中の溶湯から一方向に除熱を行うその他のＤＳ鋳造法だけでなく、周知のパワーダウン法も使用することができる。
【００３０】
前記炭素基繊維補強材が、前記シェルモールドを構成するセラミック材の平均熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有することによって、この炭素基繊維補強材１２は、当該補強材１２が載設される前記シェルモールドの領域に圧縮荷重を付与する。この圧縮荷重が、前記シェルモールドの生（未焼成）強度と、焼成強度と、高温鋳造強度と、を高める役目をする。前記炭素基繊維補強材によって生じたこの圧縮荷重は、温度の上昇と共に増大するので、従来の脱蝋作業で形成したおそれがあるクラックの成長拡張を最小限に抑え易くする。
【００３１】
以下の実施例は、この発明を例示するために記述するものであるが、それに限定するものではない。
【００３２】
第１の例
長さ１６インチ、幅が１０インチの単晶シェルモールドに炭素索類補強材を７番目のスラリーディップコート又は層に螺旋状に巻回した。ガスタービンベーンを製造するためにモールドキャビティを形削りした。この炭素索類は、ファイバ・マテリアルズ・インク（Ｆｉｂｅｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．）から入手したものであり、直径０．０７５インチを有し、且つ、個々のフィラメント直径が１２ミクロンたる２４，０００本の炭素フィラメントを有した。全部で７周の索類を、図１に示すようにシェルモールド中間壁厚肉部に螺旋状に巻回し、２分の１インチのスペースを継次螺旋状巻き間に設けた。この補強材を巻回した後、更に前記シェルモールドを浸漬してスタッコを塗し、更に７つの層を別途付着させてシェルモールド壁厚肉部を２分の１インチの最終壁厚肉部になるようにした。前記ディップコートのセラミックスラリーはアルミナスラリーから成るものであったが、セラミックスタッコはアルミナスタッコから成るものであった。
【００３３】
全部で５つの上記シェルモールドを製造した。各々の鋳型を華氏２８００度まで予熱し、４５ポンドのＮ５ニッケル基超合金を華氏２８２０度の融解温度で鋳造し、この後、凝固前線を溶湯に伝播させてシェルモールド中に単晶鋳物を形成させるべく４時間の間周知の鋳型取出法で指向性凝固させた。前記シェルモールドは、溶湯を収容し、寸法上許容できる鋳物を生成した。
【００３４】
第２の例
長さ２０インチ、幅６インチのＩＧＴブレードシェルモールドに炭素索類補強材を８番目のディップスラリーコート又は層に螺旋状に巻回した。この炭素索類は、ファイバ・マテリアルズ・インク（Ｆｉｂｅｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．）から入手したものであり、０．０７５インチの直径を有し、且つ、個々のフィラメント直径が１２ミクロンたる２４，０００本の炭素フィラメントを有した。全部で８周の索類を、図１に示すようにシェルモールド中間壁に螺旋状に巻回し、８分の５インチのスペースを継次螺旋状巻き間に設けた。この補強材を巻回した後、更にシェルモールドを浸漬してスタッコを塗し、更に７つの層を別途付着させて、シェルモールド壁厚肉部を２分の１インチの最終壁厚肉部になるようにした。前記ディップコートのセラミックスラリーはアルミナスラリーから成るものであったが、セラミックスタッコはアルミナスタッコから成るものであった。
【００３５】
このシェルモールドを華氏２７５０度まで予熱し、４０ポンドのＧＴＤ１１１ニッケル基超合金を華氏２７５０度の融解温度で鋳造し、この後、凝固前線を溶湯に伝播させて単晶鋳物を形成すべく４時間の間周知の鋳型取出法で指向性凝固させた。このシェルモールドは、鋳型漏れが無く、溶湯を収容した。このブレード鋳造品の寸法を吟味したが、この鋳造品が試案の仕様に対して許容できるものであることが分かり、ブレードコード幅の増加が無かったこと又はブレード弓形及び変位に対する変化が無かったことを示し、鋳型のバルジングやサッギングが無いことを示している。
【００３６】
即ち、具体的に且つ縦横に説明したとおり、セラミックインベストメントシェルモールドを、高い鋳込温度時に、特に、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品の鋳造中に受ける温度時に、バルジング又はサッギング等、前記シェルモールドのクリープ変形を減少させるに足るほど極めて高度の引張力を有する炭素基の繊維補強材で補強している。前記炭素基繊維補強材は、室温（華氏７０度）時に少なくとも約２５０，０００ｐｓｉの引張力と、シェルモールドの圧縮荷重を得るために前記シェルモールドの平均熱膨張係数よりも低い熱膨張係数と、を有する炭素繊維又はフィラメントから成るものが望ましい。
【００３７】
特に、前記炭素基繊維補強材としては、室温時に、９０重量ポンド乃至１６５重量ポンドの索類破壊強さ、望ましくは１２０重量ポンド乃至１６５重量ポンドの索類破壊強さ、を有する炭素繊維索類（多数の炭素繊維又はフィラメントから成る）が望ましい。
【００３８】
前記炭素基繊維補強材は、シェルモールド壁の中間厚肉部を形成するセラミックスラリー／スタッコ各層に設けることが望ましい。単なる例として、前記炭素基繊維補強材は、シェルモールド壁の中間厚肉部を形成する６番目乃至９番目のシェルモールド層に巻回することができる。
【００３９】
本発明の方法実施例においては、製造する鋳造部品の所望の形状を有するパターンをセラミックスラリー中に浸漬し、次に、比較的粗大なセラミックスタッコで塗して、この順序を繰り返しながら、前記パターン上の重複セラミックスラリー／スタッコ各層から成るシェルモールド壁を肉盛りする。前記炭素基繊維補強材は、中間のシェルモールド壁厚肉部を区画する中間のセラミックスラリー／スタッコ各層において、望ましくは中間シェルモールド壁の周りを螺旋状に巻回することによって、シェルモールド壁に巻着させ、この後に続いて、前記浸漬とスタッコ塗しの各ステップを続行して前記炭素基繊維補強材の上にシェルモールド壁厚肉部全体を肉盛りする。この螺旋状に巻回した炭素基繊維補強材は、使用時、約０．２インチ乃至１インチのスペースを継次巻きの間に有することができる。
【００４０】
前記補強材をシェルモールドに巻回し難い又は巻回できないシェルモールドの領域を補強するために、炭素基の織成又は編成繊維布状の補強材を使用することができる。
【００４１】
本発明の実施例にしたがって大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を寸法統制しながら鋳造する方法は、上述したように補強したセラミックインベストメントシェルモールドを華氏約２８００度を越える高い鋳込温度まで予熱し、この予熱したシェルモールド中に溶湯を導入し、柱状晶又は単晶の微小組織を形成すべく長時間にわたって溶湯に凝固前線を伝播させることによって、このシェルモールド中に滞留する溶湯を指向性凝固させることに関する。通常、大型のＩＧＴ部品は、約４０ポンド乃至約３００ポンドの溶湯範囲内で溶湯を前記予熱済みシェルモールド中に導入し、このシェルモールド中に約３時間乃至約６時間の間隔にわたって凝固させることが必要である。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳細な説明から明らかなようにこの発明によれば、極めて高度の引張力を有する炭素基繊維補強材であって、引張力は、特に、大型の指向性凝固産業用ガスタービン部品を鋳造する場合に利用される鋳込温度の範囲内で鋳型温度が上昇するにつれて強まる、炭素基繊維補強材でセラミックインベストメントシェルモールドを補強する。前記炭素基繊維補強材は、シェルモールド壁の中間厚肉部を形成する重複セラミックスラリー／スタッコ各層に巻回又は巻装している。この補強シェルモールドは、大型の指向性凝固産業用ガスタービン部品を正確に寸法統制しながら鋳造するために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭素基繊維補強材の索類を巻回した状態で補強したこの発明の一つの実施例によるセラミックインベストメントモールドを部分的に分解した概略側面図である。
【図２】温度上昇に伴う、セラミックモールドと、ネクステル４４０（Ｎｅｘｔｅｌ  ４４０）繊維と、炭素繊維と、の強度保持率を示すグラフである。
【図３】炭素基繊維補強材の索類を巻回した状態で補強したこの発明のもう一つの実施例によるセラミックインベストメントモールドの斜視図である。
【符号の説明】
１１  シェルモード
１２  炭素基繊維補強材
１３  スペース
１４  布
【図１】
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【図２】
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【図３】
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