(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェルモールド壁には所定の鋳込温度範囲でクリープ変形を軽減するための抵抗力となる引張力を有して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炭素基繊維補強材を配置し、
この炭素基繊維補強材は、炭素繊維索類、フィラメント、あるいは、織成又は編成した炭素繊維の網状の布のいずれかからなり、前記シェルモールドの平均熱膨張係数よりも小さな熱膨張係数を有するとともに、華氏２７５０度（摂氏１５１０度）乃至華氏２８５０度（摂氏１５６６度）の鋳込温度において温度の上昇と共に引張力が強まる性質を有し、
前記炭素基繊維補強材で補強した前記シェルモールドを華氏２７５０度（摂氏１５１０度）以上の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一定時間にわたって前記溶湯に凝固前線を伝播させることによって前記シェルモールド中に滞留する前記溶湯を指向性凝固させることから成り、指向性凝固部品を寸法統制しながら鋳造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の製造方法。
【請求項２】
溶融したニッケル基の超合金を前記シェルモールド中に導入し、前記指向性凝固部品を寸法統制しながら鋳造す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の製造方法。
【請求項３】
４０ポンド（１８．１キログラム）乃至３００ポンド（１３６．１キログラム）の溶湯を前記シェルモールド中に導入し、前記指向性凝固部品を寸法統制しながら鋳造す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の製造方法。
【請求項４】
前記溶湯を３時間乃至６時間の間隔にわたって指向性凝固させ、前記指向性凝固部品を寸法統制しながら鋳造す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の製造方法。
【請求項５】
前記炭素基繊維補強材は、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）の破壊強さを有する炭素繊維索類であ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の製造方法。
【請求項６】
前記炭素繊維索類は、織成炭素繊維糸からなることを特徴とする請求項５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７】
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の製造方法。
【請求項８】
前記炭素基繊維補強材は、継次巻き間にスペースを備えながら前記シェルモールド壁の周囲に螺旋状に巻回され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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の製造方法に係り、特に大型の産業用ガスタービンや航空宇宙の部品の鋳造で特に有用な補強をするセラミックインベストメントシェルモールドにおいて、鋳造の寸法統制力を保つ高い強度とクリープ抵抗力とが、セラミックインベストメント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関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックインベストメントシェルモールド（以下単に「シェルモールド」という）は、タービンブレード等のガスタービンエンジン部品や、機体の構造部品等の航空宇宙部品を準網形状に製造し、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国再発行特許第３４７０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、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、シェルモールドは、高温度や金属静圧と時間等、現在の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。
【０００５】
また、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。
【０００６】
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シェルモールドの材料は、華氏約２７００度（摂氏１４８２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、温度上昇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（摂氏１５３８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。
【０００７】
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シェルモールドに対する深刻な必要性がある。
【０００８】
また、通常のセラミック材料で製造した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、シェルモールドの結晶成長を最小限に抑えるべく、したがって、シェルモールドのクリープ変形を減らすべく、各セラミックの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３４７０２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シェルモールド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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、シェルモールド壁には所定の鋳込温度範囲でクリープ変形を軽減するための抵抗力となる引張力を有して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炭素基繊維補強材を配置し、この炭素基繊維補強材は、炭素繊維索類、フィラメント、あるいは、織成又は編成した炭素繊維の網状の布のいずれかからなり、前記シェルモールドの平均熱膨張係数よりも小さな熱膨張係数を有するとともに、華氏２７５０度（摂氏１５１０度）乃至華氏２８５０度（摂氏１５６６度）の鋳込温度において温度の上昇と共に引張力が強まる性質を有し、前記炭素基繊維補強材で補強した前記シェルモールドを華氏２７５０度（摂氏１５１０度）以上の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一定時間にわたって前記溶湯に凝固前線を伝播させることによって前記シェルモールド中に滞留する前記溶湯を指向性凝固させることから成り、指向性凝固部品を寸法統制しながら鋳造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、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込温度が上昇するにつれて強まり、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し、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、この補強されたセラミックインベストメントシェルモールドは、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】
【００１１】
【図１】図１は炭素基繊維補強材を巻回した状態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を部分的に分解した概略側面図である。（実施例）
【図２】図２は温度上昇に伴うセラミックモールドとネクステル４４０（Ｎｅｘｔｅｌ４４０）繊維と炭素繊維との強度保持率を示す図である。（実施例）
【図３】図３は炭素基繊維補強材を巻回した状態で補強した他のセラミックインベストメントモールドの斜視図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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て、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て、更に、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を得るものである。
【実施例】
【００１３】
図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。
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、有用なこの発明の具体的な実施例を詳覧するが、但し、この発明は、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の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、セラミックインベストメントシェルモールド（以下、単に「シェルモールド」という）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、最終のシェルモールド壁の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。使用されるシェルモールド壁の中間厚肉部は、所望の最終のシェルモールド壁の厚肉部に依って変えることができる。通常、シェルモールド壁の中間厚肉部は、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。シェルモールド上に形成された鋭いエッジとコーナは、このシェルモールド壁の肉盛りされた中間の段階で丸みをつけている。
【００１６】
この実施例によると、図１に示すように、炭素基繊維補強材１２は、シェルモールド１１のシェルモールド壁Ｗの中間厚肉部周りの補強が必要な領域に巻回している。例えば、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においてシェルモールド壁Ｗの中間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Ｒ１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１１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１１の領域に巻回したりすることができる。炭素基繊維補強材１２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込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、鋳込温度でシェルモールド壁Ｗの圧縮荷重が得られるようにシェルモールド１１の平均熱膨張係数よりも低い熱膨張係数を有する。シェルモールド１１の平均熱膨張係数は、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（１７５８０Ｋｇｆ／ｃｍ２  ）の引張力とシェルモールド１１の平均熱膨張係数の約４分の１である華氏２７００度（摂氏１４８２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。この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（ＡｍｏｃｏＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）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、炭素基繊維補強材１２は、例えば、ＩＴＧエーロフォイルの場合、図１に示すように、所要に応じてシェルモールド壁Ｗの中間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】
好適な延伸の炭素基繊維補強材１２は、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、望ましくは、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）の破壊強さを有する炭素繊維索類から成る。通常、この炭素繊維索類は、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。捻り炭素繊維索類は、シェルモールド壁Ｗの中間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、編成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】
炭素繊維索類の破壊強さは、この炭素繊維索類の直径全体に左右されるとともに、今度は、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、炭素繊維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（０．０８６センチメータ）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本含有する炭素繊維索類の代表的な破壊強さは、約９０重量ポンド（４０．８重量キログラム）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（０．１８３センチメータ）の索類の破壊強さは、約１６５重量ポンド（７４．８重量キログラム）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、この実施例に係る有用なポリアクリロニトリルタイプの炭素補強繊維（炭素繊維）と、ネクステル４４０（Ｎｅｘｔｅｌ  ４４０）のムライト基セラミック繊維（ネクステル繊維）と、セラミック（アルミナ基のスラリー／スタッコ各層）モールド材料（セラミックモールド）と、に対する高温時の室温引張力の強度保持率を示するものである。
【００２１】
炭素補強繊維（炭素繊維）は、図２に示すように、残りのネクステル４４０のムライト基セラミック繊維（ネクステル繊維）あるいはセラミックモールド材料（セラミックモールド）とは異なり、ＤＳ鋳造法の場合、華氏２７５０度（摂氏１５１０度）乃至２８５０度（摂氏１５６６度）の通常の鋳込温度の範囲内で、温度の上昇と共にそ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（摂氏１５１０度）乃至２８５０度（摂氏１５６６度）のＤＳ鋳込温度範囲、更に、一般的には、華氏２５００度（摂氏１３７１度）乃至華氏４０００度（摂氏２２０４度）のＤＳ鋳込温度範囲において、温度の上昇と共にその引張力が強まる。
【００２２】
米国再発行特許第３４７０２号によるネクステル４４０（Ｎｅｘｔｅｌ  ４４０）の補強シェルモールドでは、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（摂氏１５１０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（摂氏１５３８度）よりも高くなると、ネクステル４４０（Ｎｅｘｔｅｌ  ４４０）のムライト基セラミック繊維（ネクステル繊維）のシェルモールドが、図２に示すように、ネクステル（Ｎｅｘｔｅｌ）繊維の軟化のために、クリープ変形が生ずる。
【００２３】
この実施例による炭素基繊維補強材１２のシェルモールド１１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、クリープを軽減させたり又は回避したりする。シェルモールド１１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】
炭素基繊維補強材１２は、シェルモールド１１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、炭素基繊維補強材１２を固定させたままの状態を保つぐらいの張力で、シェルモールド壁Ｗの中間厚肉部に巻回している。取り扱い易くするために、炭素基繊維補強材１２の自由端と中間部位とをシェルモールド壁Ｗ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、シェルモールド壁Ｗ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、炭素基繊維補強材１２をシェルモールド１１に構造的に接合すべく、シェルモールド１１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、炭素基繊維補強材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（０．５１センチメータ）乃至１インチ（２．５４センチメータ）にすることができる。
【００２６】
この炭素基繊維補強材１２をシェルモールド壁Ｗの中間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、シェルモールド壁Ｗを所望の最終全厚まで肉盛りする。次に、この生（未焼成）のシェルモールド１１を乾燥させて、ワックスパターンの場合には、通常の脱ろう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（摂氏９８２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１１の領域を局所的に補強するために、炭素基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シェルモールド壁Ｗの中間厚肉部の端部領域Ｒ２に巻回している。
【００２８】
なお、図３に示すように、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、炭素基繊維補強材１２’を他のパターン中のシェルモールド１１’に巻着させることができる。
【００２９】
この発明は、実質的に補強したシェルモールド１１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（１８．１キログラム）乃至約３００ポンド（１３６．１キログラム））補強したシェルモールド１１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、この鋳型取出法では、鋳造炉中のチルプレート上に留めたシェルモールド１１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１１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１１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、シェルモールド１１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】
炭素基繊維補強材１２が、シェルモールド１１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、この炭素基繊維補強材１２が載設されるシェルモールド１１の領域に圧縮荷重を付与する。この圧縮荷重が、シェルモールド１１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。炭素基繊維補強材１２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、従来の脱ろう作業で形成したおそれがあるクラッキング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の例では、長さ１６インチ（４０．６４センチメータ）、幅が１０インチ（２５．４センチメータ）の単晶シェルモールドに炭素索類補強材１２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。この炭素索類補強材１２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（０．１９センチメータ）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周の炭素索類補強材１２を、図１に示すように、シェルモールド壁Ｗの中間壁厚肉部に螺旋状に巻回し、２分の１インチ（１．２７センチメータ）のスペースを継次螺旋状巻き間に設けた。この炭素索類補強材１２を巻回した後、更に、シェルモールド１１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Ｗの厚肉部を２分の１インチ（１．２７センチメータ）の最終壁厚肉部になるようにした。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つのシェルモールドを製造した。各々のシェルモールドを華氏２８００度（摂氏１５３８度）まで予熱し、４５ポンド（２０．４キログラム）のＮ５ニッケル基超合金を華氏２８２０度（摂氏１５４９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。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の例では、長さ２０インチ（５０．８センチメータ）、幅６インチ（１５．２４センチメータ）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。この炭素索類補強材は、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（０．１９センチメータ）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、シェルモールド壁Ｗの中間部に螺旋状に巻回し、８分の５インチ（１．５７センチメータ）のスペース１３を継次螺旋状巻き間に設けた。この炭素索類補強材１２を巻回した後、更に、シェルモールド１１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Ｗの厚肉部を２分の１インチ（１．２７センチメータ）の最終壁厚肉部になるようにした。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１１を華氏２７５０（摂氏１５１０度）度まで予熱し、４０ポンド（１８．１キログラム）のＧＴＤ１１１ニッケル基超合金を華氏２７５０度（摂氏１５１０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１１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、シェルモールド１１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、シェルモールド１１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、シェルモールド１１のクリープ変形を減少させる抵抗力となる極めて高度の引張力を有する炭素基繊維補強材１２で補強している。この炭素基繊維補強材１２は、室温（華氏７０度（摂氏２１度））時に少なくとも約２５０，０００ｐｓｉ（１７５８０Ｋｇｆ／ｃｍ２  ）の引張力と、シェルモールド１１の圧縮荷重を得るためにシェルモールド１１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、炭素基繊維補強材１２としては、室温時に、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、望ましくは、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】
炭素基繊維補強材１２は、シェルモールド壁Ｗ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、炭素基繊維補強材１２は、シェルモールド壁Ｗ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】
この発明の方法に係る実施例においては、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Ｗを肉盛りする。炭素基繊維補強材１２は、シェルモールド壁Ｗの中間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、シェルモールド壁Ｗの中間部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Ｗに巻着させ、この後に続いて、浸漬とスタッコ塗しの各ステップを続行して炭素基繊維補強材１２の上にシェルモールド壁Ｗの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１２は、使用時、約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）のスペースを継次巻きの間に有することができる。
【００４０】
炭素基繊維補強材１２には、シェルモールド１１に巻回し難い又は巻回できないシェルモールド１１の領域を補強するために、炭素基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】
この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のシェルモールド１１を華氏約２８００度（摂氏１５３８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１１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１１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（１８．１キログラム）乃至約３００ポンド（１３６．１キログラム）の溶湯範囲内で溶湯を前記予熱済みシェルモールド１１中に導入し、このシェルモールド１１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】
この結果、この実施例においては、極めて高度の引張力を有する炭素基繊維補強材１２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り、炭素基繊維補強材１２でシェルモールド１１を補強し、炭素基繊維補強材１２は、シェルモールド壁Ｗ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、この補強されたシェルモールド１１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。
即ち、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シェルモールド１１を得る。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シェルモールド１１を得る。更に、大型の指向性凝固ＩＧＴ部品を寸法統制しながら鋳造するシェルモールド１１の製造方法を得る。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明に係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は、指向性凝固以外の鋳造法で他の無数の部品を鋳造可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１１  シェルモールド 
１２  炭素基繊維補強材 
１３  スペース 
１４  布 
Ｂ  モールドベース 
Ｒ１  エーロフォイル先端領域 
Ｒ２  シェルモールドの端部領域 
Ｗ  シェルモールド壁 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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