JP4077184B2 - インベストメント鋳造用鋳型の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属および合金を鋳造するための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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の等軸および方向性凝固技術を利用してスーパーアロイ・ガスタービンエンジンブレードおよびベーン即ち羽根を鋳造する際に、その中にセラミックの芯を有する、または有しないセラミックインベストメント・シェルモールド（shell mold）中に、該シェルモールド中で凝固する溶融金属または合金が充填される。セラミック・シェルモールドは、鋳造されるブレード、ベーンまたは他の物品の不堅牢性即ち劣化性（ワックスなど）の型を繰り返しセラミックスラリー中に浸漬し、過剰のスラリーを排除し、次いでセラミックサンド（スタッコ）等のセラミック粒子をその表面に付着させて、所定の厚さのシェルモールドの壁を形成するという公知のロストワックス法によって作られる。次いで、型は熱的または化学的脱ワックス技術によってシェルモールドから選択的に除去され、そして生型は鋳造に適した型の強度を得るために焼成される。米国特許第５，３３５，７１７および第５，９７５，１８８にはセラミックインベストメント鋳造シェルモールドを作るための通常のロストワックス法が開示されている。
【０００３】
現在のロストワックス型製造方法は水系のセラミックスラリーと低温度ワックス型を使用している。そのような型の回りにセラミックシェルモールドを作るのに通常４０時間以上かかる。
【０００４】
ワックス等の型材料は、約２６．７℃（８０゜Ｆ）のワックス維持温度では溶融または軟化してワックス型が変形するので、２５．６℃（７８゜Ｆ）未満の型の温度がロストワックス方法に使用される。さらに、型を水系のセラミックスラリーの層によってコーティングされたとき、型の温度は、蒸発熱のために下がる。この温度の低下によって続くセラミックスラリーの乾燥速度を低下するだけでなく、冷却中の型の収縮およびワックスの型が再度加熱されたときに続く膨張を発生する。そして不都合なことに後者では、スラリー層が乾燥するのとより硬くなるのとが同時に起こる。シェルモールドの亀裂は、比較的高い膨張率のワックスの型と比較的低い膨張率のシェル層の間の膨張率の不釣り合いによって、ロストワックス法の次の浸漬／スタッコ工程の前のワックスの温度が周囲温度に戻るときに熱膨張に起因して始まる。
【０００５】
シェルモールドの製造を早くするために、各浸漬／スタッコ工程の後のロストワックス方法において高温の、低湿度の空気（即ち１−１０％相対湿度の空気）そして高速の乾燥空気条件が使用される。そしてそのことによって、型をスラリー中に浸漬した後の最初の数分間に温度が大きく低下するという結果となる。スラリー層の亀裂は型とシェル（即ち殻状のもの）の熱膨張の不釣り合いの結果としてシェルモールドを形成している工程中そしてまた型除去作業中に起こり得る。米国特許第４，１１４，２８５にセラミックシェルモールドを早く作るための且つ型製造方法を改良する乾燥条件が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はセラミックシェルモールドを製造するための処理時間を著しく短くすることにある。
【０００７】
本発明の他の目的は型成形工程および型除去作業の間におけるシェルモールドの亀裂を著しく減少することにある。本発明の上記目的と利点は添付した図面と以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施態様において、型形成工程の間の型温度の変動を減少するために周囲温度以上の温度に加熱された例えばサンド（即ち砂）またはスタッコ等のセラミック粒子が型の上の少なくともいくつかのセラミックスラリー層に塗布されるセラミックインベストメント・シェルモールドを製造する方法が提供される。
【０００９】
本発明の詳細な実施態様において、型の上に塗布される加熱された少なくともいくつかのセラミックスラリーおよびスタッコ層は、最初はある時間比較的低い湿度の空気流の中で型の熱劣化温度（即ちワックス型に対しては約２６．７〜３５．０℃（８０〜９５゜Ｆ））以上の空気温度で乾燥され、次いで、一定時間比較的低い湿度の空気中中で劣化温度より低い空気温度（即ちワックス型に対しては約２５．６〜２６．７℃（７８〜８０゜Ｆ）を超えない）で乾燥される。
【００１０】
本発明を実施することによって、セラミックインベストメント・シェルモールドは通常は鋳造組成物の組成、型の複雑さにもよるが１０〜２０時間以内の時間で、シェルモールド形成工程そして続く型除去作業の間におけるシェルモールドの亀裂の発生を著しく減少して形成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明によって、セラミックシェルモールドを造る工程時間を著しく減少したそしてロストワックス方法工程および型除去作業の間におけるシェルモールドの亀裂を著しく減少する方法で鋳造されるべき金属または合金の物品の不堅牢性即ち劣化性の型の回りにセラミックインベストメント・シェルモールドを形成する方法が提供される。
【００１２】
本発明の一実施態様は、不堅牢性の型を水系セラミックスラリーでコーティング即ち被覆すること、周囲温度以上に加熱されたセラミック粒子（即ちセラミックスラリーまたはスタッコ粒子）をスラリー層に塗布すること、型から過剰のスラリーを排除すること、最初にセラミック粒子がその上にあるセラミックスラリー層を型が溶融、軟化またはその原型からまたは工学的寸法公差から変形し始める温度（即ちワックス型に対して約２５．６℃（７８゜Ｆ）以上）である型の熱劣化温度を超える空気温度で、比較的低い湿度で空気流を使用してある時間乾燥すること、そして次いで、熱劣化温度（即ちワックス型に対して約２５．６〜２６．７℃（７８〜８０゜Ｆ）を超えない）より低い空気温度で、比較的低湿度の空気流を使用してある時間乾燥し、そして前記コーティング、過剰のスラリの排除、セラミック粒子の塗布および乾燥工程を繰り返し型の上に所定の厚さのシェルモールドを形成することからなる。
【００１３】
本発明を実施するに対して、不堅牢性の型は約２５．６℃（約７８゜Ｆ）より一般的には２３．９〜２９．４℃（７５〜８５゜Ｆ）で溶融するまたは軟化する通常のワックス型材料からなる。ワックス型は通常の方法で射出成形でまたは他の方法で鋳造されるべき合金または金属の物品の所定の形に成形される。本発明で使用する樹脂はワックス型材料に限定されなく紫外線硬化ＳＬＡ（立体石版印刷）樹脂、ポリスチレンおよび他の高分子材料等の不堅牢性の型材料を使用することができる。
【００１４】
通常、セラミックスラリーはワックス型に対して約２５．６℃（約７８゜Ｆ）、好ましくは２２．２〜２３．９±０．５６℃（７２〜７５゜Ｆ±１゜Ｆ）未満の温度の水系スラリーからなる。図１に示すように、上塗りセラミックスラリーは最初に型を浸漬装置Ｓ１のポットＰ１中に入れられたセラミック上塗りスラリー中に浸漬することにより型に塗布される。上塗りスラリーの組成は、鋳造成分の仕様およびシェルモールド中に鋳造される金属または合金によって選定される。図１に示すように、過剰の上塗りスラリーは重力によって通常の方法で浸漬ポットＳ１上で型から排除され次いで、細かいセラミックサンドまたはスタッコ粒子がスタッコ装置Ｓ３で通常の方法で、即ち湿潤状態のスラリーがコーティングされた型の上のホッパーからセラミックサンドまたはスタッコを重力により降らせることにより、型上の湿潤状態にあるセラミック上塗りスラリー層に塗布される。
【００１５】
図１Ａに示すように、本発明の一実施態様を実施するには、通常のワックス型組立体１０はワックス注型キャップ１２、ワックス湯道１３と選択的な他のワックス型要素等の鋳造される要素からなる複数のワックス型１１をワックス溶接即ちワックスによる接合することから作られる。成形されるセラミックインベストメント・シェルモールドが方向性直接凝固工程で使用される場合、ワックス型組立体１０は通常の方法によって固定板Ｆの上に載置される。成形されるセラミックシェルモールドが等軸凝固工程で使用される場合は、固定板Ｆは省略される。回転可能なロボット腕９０は、ワックス注型キャップ１２に取り付けられた型ハンドル１４上のピンＰを掴み型組立体１０を装置Ｓ１のセラミックスラリーポット中に浸漬し、型組立体をセラミックスラリーから引き上げ過剰のセラミックスラリーを型組立体から排除させ、セラミックスラリーでコーティングされた型組立体を装置Ｓ３に移動し、そこでロボット腕９０は型組立体をその縦軸線線がほぼ水平になるように向けて型組立体をスタッコ塔１１中に置き、そこで周囲温度以上の温度のスタッコまたはサンドがその自重によって降るときにロボット腕９０の手首９２は縦軸線の回りに型組立体を回転させる。図１における装置Ｓ２は組み入れ型装置であり、そこでは生のワックス型組立体はロボット腕が掴むために正確に所定の方向に向けられて置かれる。
【００１６】
装置Ｓ３の位置のスタッコ塔はこの出願と同一出願人の共同継続出願米国特許出願シリーズＮｏ．０９／６２６，４９６“スタッコ塔と方法”２０００年７月２７日出願に詳細に記載された型のものである。その内容は参照することによりここに組み入れる。スタッコ塔は内部チャンバー１１２を含み、その中で湿潤セラミックスラリーでコーティングされた型組立体１０はほぼ水平に置かれロボット腕９０によって回転され型組立体の外部表面はスタッコ粉末ＳＰをチャンバー１１２を通して湿潤セラミックスラリーで被覆された型組立体の上に下方に向けて降下させるためにスタッコ塔の上に置かれたホッパー１３２から放出される緩い乾燥したセラミックスタッコ粉末ＳＰに曝される。下方に向けられたダストを制限するエアカーテンが、チャンバー１１２の前部開口１１２ａの前で、エアマニホールド１５２からの圧縮された作業上の空気を受ける排出ノズル１５４から排出される平坦な空気流によって形成される。垂直スロット開口２００ａを有するダスト捕集ダクト２００は、チャンバー前部開口１１２ａの反対側に置かれチャンバー１１２から排出されるダストを捕集する。ホッパー１３２はホッパー１３２の側壁に載置された複数の長い電気カートリッジ加熱要素１４１を含む。電気カートリッジ加熱要素１４１は、ホッパー１３２を横切って延在しその中のセラミックスタッコ粒子ＳＰに接触しそれを下記の周囲温度より高い温度に加熱する。熱電対Ｔはホッパー１３２中に載置されスタッコの温度を検知しフィードバック信号を電源コントローラＣに送り、コントローラＣは加熱要素１４１に接続された電源供給ＰＳを制御しホッパー１３２中のスタッコ粒子を所定の周囲温度以上の温度に維持する。適した加熱要素はテキサス州ヒューストンのヘンプステッドハイウエー１３６１６のＧａｕｍｅｒ Ｃｏ．ｉｎｃ．，から入手することができる。
【００１７】
ホッパー１３２は固定開口付き（スロット付き）板１３３および可動開口付き（スロット付き）板１３５を含む。可動開口付き板１３５は、同時継続出願連続Ｎｏ．０９／６２６，４９６に記載されているように、加熱されたスタッコ粒子が一定の速度でホッパーから下方にチャンバー１１２を通って排出されるような方法でアクチュエーター即ち駆動手段１３９によって動かされて板開口と位置合わせされる。湿潤セラミックスラリーでコーティングされた型組立体に当たるセラミックスタッコ粒子は、セラミックスラリー層に付着してスタッコ層を形成する。スラリーでコーティングされた型組立体の上の湿潤セラミックスラリーに衝突または付着しなかったセラミックスタッコ粒子は、チャンバー１１２の底部開口のスタッコ捕集装置１２９中に落ちる。そして上記同時継続中の出願の図３、４に見るように、ピックアップエレベーター１７０はエンドレスチェイン１７２に付いたバケット１７１が設けられており捕集されたスタッコ粒子をシュート１７６とドラム分離装置１９０を介してホーパー１３２に返す。ドラム分離装置は電気モーター１９４によって回される。
【００１８】
本発明の実施態様に従って、セラミックサンドまたはスタッコ粒子は、ワックス型の上に塗布されるシェル用に、湿潤上塗りスラリーコーティングの上に塗布される前に、ホッパー１４１中にある間に加熱要素１４１によって周囲より高い温度即ち約３２．２〜９３．３℃（９０〜２００゜Ｆ）好ましくは±２．８℃（５゜Ｆ）に調節されて４８．９〜８２．２℃（１２０〜１８０゜Ｆ）に加熱される。加熱したセラミックサンドまたはスタッコを本発明に従って塗布することにより、次の加熱によって湿潤上塗り層の乾燥が促進され乾燥時間が減少され蒸発冷却による型の冷却を減少し、そのようにしてスラリー／スタッコ工程の間のワックス型の温度の変動とセラミック層の応力を減少する。
【００１９】
また、加熱したセラミックサンドまたはスタッコは、サンド（即ち砂）またはスタッコを流動床中で流動化し、スラリーをコーティングし排除した型を流動化したサンドまたはスタッコ中に浸漬するという公知の方法で塗布することができる。乾燥空気または窒素等の加熱ガスを、流動化サンドまたはスタッコ中への型の浸漬の前に周囲温度の流動化ガスに切り替えて、サンドまたはスタッコを適当な温度に加熱するのに使用することができる。
【００２０】
最初に、その上にセラミックサンド粒子を有する湿潤セラミック上塗りスラリーを、型の熱劣化温度（即ちワックス型に対して約２６．７℃（８０゜Ｆ））を上回る空気乾球温度で比較的低い湿度の空気流を使用してある時間乾燥し、次いで、型の熱劣化温度より低い空気乾球温度（即ち約２５．６℃（７８゜Ｆ）を超えない）で比較的低い湿度空気流を使用してある時間乾燥する。熱劣化温度とは、型が溶融、軟化またはその望ましい形から変形を始める温度である。
【００２１】
例えば、ワックス型組立体に対しては、セラミックサンド粒子をその上に持つセラミック上塗りを、最初に２９．４〜３２．２℃（８５〜９０゜Ｆ）の範囲の空気温度で空気流を使用してある時間乾燥し、次いで２３．９〜２５．６℃（７５〜７８゜Ｆ）の範囲のより低い空気温度で空気流を使用してある時間乾燥する。通常、乾燥空気は約６１ｍ／ｍｉｎ（２００ｆｔ／ｍｉｎ）（即ち７６．２ｍ／ｍｉｎ（２５０ｆｔ／ｍｉｎ））で流される。そして相対湿度は約１〜１０％（即ち相対湿度１０％）である。図１に示すように、スラリーをコーティングされた／サンドを塗布された型組立体は、最初に第一乾燥室Ｒ１中で２９．４〜３２．２℃（８５〜９０゜Ｆ）の範囲の乾球温度の空気で乾燥され、次いで第二乾燥室Ｒ２中で２３．９〜２５．６℃（７５〜７８゜Ｆ）の範囲の低い乾球温度の空気で乾燥される。
【００２２】
図１に関連して説明する。ロボット腕９０は、乾燥室Ｒ２中の開口ＯＰを通って伸びて、各スラリーでコーティングされた／サンドを塗布された型組立体１０（図１にその略図を点線で示す）を、通常の動力付きの自由に直線運動をする割出し可能な組立体１０を乾燥室Ｒ１を通り次いで乾燥室Ｒ２へ運ぶ高架コンベア２００（図１ａ，１ｂ）に掛けることができる。例えば各型ハンドル１４は、コンベア２００に取り付けられた型キャリア即ち型担持体２１０に引っ掛かるフック１４ａを含む。乾燥室Ｒ１は６枚の壁を有するより大きい乾燥室Ｒ２中の部屋である。乾燥室Ｒ１は乾燥室Ｒ２から、環境のための制御ドア即ち摺動環境制御ドアＤ１，Ｄ２を摺動させることによって仕切られている。摺動環境制御ドアＤ１，Ｄ２は開いて組立体１０が通過するのを可能にし、コンベアが乾燥室Ｒ１に出入りすることができる適当な開口を有している。
【００２３】
乾燥室Ｒ１は、加熱乾燥空気を矢印で示したように横方向に（即ち水平に）コンベア上を乾燥室Ｒ１を通過している組立体１０に向けて向けて流すために、ルーバー付きの出口開口２０２を有する空気供給ダクト２０１を含み、ダクト２０１の内部垂直側壁上にブロアまたはファンを有する。加熱された乾燥空気は、上記温度、流速そして相対湿度で排出される。通常の乾燥空気制御システムＡＣＩが、所定の温度、流速そして相対湿度で乾燥空気をダクト２０１に供給するために設けられている。帰還ダクト２０４は帰還開口２０５をその垂直側壁に有しており、乾燥室Ｒ１中に載置され使用した乾燥空気を受けて空気調整システムＡＣＩに導く。各スラリーでコーティング即ち被覆された／サンドが塗布された型組立体１０を最初に乾燥室Ｒ１で乾燥した後に、それはドアＤ２の開口を経て乾燥室Ｒ１からより大きな乾燥室またはトンネルＲ２中に出され、そこで型組立体１０は２３．９〜２５．６℃（７５〜７８゜Ｆ）の範囲の低い乾球温度の空気で乾燥される。乾燥室Ｒ２は、コンベア２００の長さの上に載置され長さに沿って延在する共通ダクト３０１上に、複数の乾燥空気出口３０２を含む。図１Ａに示すように、各出口３０２はそれぞれブロアまたはファン３０３を含み、矢印で示すように乾燥空気は下方に向けて組立体１０を通過し、次いでコンベア２００の下に載置されその長さに沿って伸びる共通帰還ダクト３０５に流れる。通常の乾燥空気調整システムＡＣ２が供給ダクト３０１に接続され、それに調整された空気を供給し、また帰還ダクトに接続され使用された乾燥空気を受ける。コンベアは、それがコンベア部分ＣＲに沿ってロボット腕９０に戻る途中に乾燥室Ｒ２を通過するときに各組立体１０を各乾燥空気出口３０２に導く。
【００２４】
本発明によって上記したように、型組立体を上塗りスラリーに浸漬し、排除し、サンドを塗布し、乾燥した後に、それをコンベア２００から外し次の処理工程にかける。そして、さらに、一次、二次のスラリーとサンドまたはスタッコ（ｓｔｕｃｃｏ）のバックアップ層即ち裏当て層を塗布し所定の型の壁厚さのシェルモールドを形成する。詳細に説明すると、ロボット腕９０は前にスラリーをコーティングされた／スタッコを塗布された型組立体１０をそれぞれの装置Ｓ１，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７でセラミックスラリーポットＰ１，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７の一つに浸漬し、過剰のスラリーをそれから排除し、それからスタッコ塔Ｔ１またはＴ２でセラミックスタッコ粒子を塗布する。セラミックスラリーポットＰ１，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７は通常はその中に異なったセラミックスラリーを有している。一方装置Ｓ３にあるスタッコ塔Ｔ１，と装置Ｓ４にあるスタッコ塔Ｔ２は通常そのホッパー３２中に異なった型のセラミックスタッコ粒子を有し、金属鋳造作業を行うのに適した異なったセラミックスラリーとセラミックスタッコ粒子の層を有するシェルモールドを形成する。セラミックスラリーおよびセラミック粒子の各層は乾燥室Ｒ１次いで乾燥室Ｒ２で上記の方法で乾燥される。通常のシェルモールドの壁の厚さは０．３２ｍｍ〜１．３ｍｍ（１／８〜１／２ｉｎ）の範囲であるが、異なった鋳造用に必要に応じて他の壁厚さの型も形成することができる。
例えば、第二から第八までのバックアップ層を第一の上塗りスラリー／サンド層の上に塗布することができる。バックアップ層の組成と数は必要に応じて個々のシェルモールド鋳造の用途に対応して変えることができる。サンドまたはスタッコを有しないセラミックスラリーからなる一番外側の被覆層を、シェルモールドをシールする即ち密封するために最も外側のバックアップ層に塗布することもできる。
【００２５】
バックアップ層と被覆層は、通常は異なったセラミックスラリーと異なったサンドまたはスタッコからなり、その内第一の上塗りスラリー／サンド層は公知である。例えば、ニッケル系のスーパーアロイを鋳造するための第一の上塗りセラミックスラリーは水系のコロイダル・シリカ懸濁液中に７５重量％の量のアルミナ粉または粉末と他の表面活性剤、有機グリーン強度添加剤と消泡剤等の通常の添加剤を含む。これらの添加剤については、例えば、米国特許５，９７５，１８８に記載されている。上塗りスラリーには微細溶融アルミナサンド粒子を塗布することができる。第一の上塗り層の近くに塗布される一次バックアップ層（即ち第二と第三スラリー／サンド層）は、溶融シリカとジルコンセラミック粉または粉末と僅かに粗い溶融シリカサンドとコロイダルシリカを有する比較的低粘度の水系のスラリーを含むことができる。加えて、第二のバックアップ層（即ち第四から第八そして主要なバックアップ層の上に塗布される被覆層）は溶融シリカとジルコンセラミック粉または粉末、そしてさらに粗い溶融シリカサンドまたはスタッコさえ有するコロイダルシリカを有する高粘度の水系スラリーを含むことができる。
【００２６】
本発明によって上記記載したようにさらなるバックアップ層と被覆層を塗布することができる。そして各セラミックスラリーはワックス型に対して２２．２℃〜２３．９℃±０．６（７２゜Ｆ〜７５゜Ｆ±１゜Ｆ）の範囲の温度である。各バックアップ層はコーティングされた型に、最初にコーティングされた型をそれぞれのセラミックスラリーに浸漬し、過剰なスラリーを排除しそして湿潤セラミックバックアップスラリー層に約３２．２〜９３．３℃（９０〜と２００゜Ｆ）の範囲、好ましくは３２．２〜８２．２℃±２．８℃（９０〜１８０゜Ｆ±５゜Ｆ）の範囲の温度に加熱されたセラミックサンドまたはスタッコ粒子を塗布する（自重降下）ことによって塗布される。各セラミックバックアップスラリー層とセラミックサンド粒子をその上に有する被覆スラリー層は最初にある時間型の熱劣化温度より上の空気温度で比較的低湿度の空気流を使用して、次いである時間型の熱劣化温度よりも低い空気温度で比較的低湿度の空気流を使用して乾燥される。特に、ワックス型組立体に対しては、最初の乾燥をある時間２９．４〜３２．２℃（８５〜９０゜Ｆ）の範囲にある空気温度で空気流を使用して、次いである時間２３．９〜２６．７℃（７５〜８０゜Ｆ）の範囲にある空気温度で空気流を使用して乾燥を行う。乾燥空気は６１．０ｍ／ｍｉｎ（２００ｆｔ／ｍｉｎ）以上の流速で流れ、相対湿度は、上記したように約１〜１０％である。好ましくは、第二から第四までのバックアップ層は２３．９〜２５．６℃（７５〜７８゜Ｆ）の空気温度で乾燥され、第五から第八までのバックアップ層と被覆層は２３．９〜２６．７℃（７５〜８０゜Ｆ）の温度で乾燥される。本発明によるワックス型の処理のための通常のパラメータの範囲を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１および下記の他の表において、温度Ｉと時間Ｉは乾燥室Ｒ１における最初の乾球空気温度と合計乾燥時間であり、温度ＩＩと時間ＩＩは乾燥室Ｒ２における乾球空気温度と合計乾燥時間である。用語“ｆ／ｍ”はフィート／ｍであり、用語“ｒＨ”は相対湿度である。
【００２９】
次の実施例は本発明をさらに説明するが、発明を限定するものではない。
約２５．６℃（７８゜Ｆ）で溶融、軟化変形を始める熱劣化温度を有する同じワックス型を総ての実施例に使用した。型をガスタービンエンジン・ノズルリングの形状に射出成形した。
【００３０】
（実施例１）
型を、３２５メッシュ寸法（即ちＵＳ標準メッシュシステムの３２５メッシュより小さい）のアルミナセラミック粉を７２重量％有し、Ｚａｈｎ＃４カップ粘度が１８秒の水系コロイダルシリカ分散液からなる上塗りスラリー中に浸漬した。上塗りスラリーは、また５重量％より少ないコバルトを含有する２０μより細かいセラミック粉末と濡れ性を改善するため、生強度を向上するため且つ消泡性を付与するため２．５重量％より少ない有機添加剤を含有する。浸漬した型の過剰のスラリーを排除し微粒サンド（１２０メッシュの溶融アルミナ）をコーティングし表２に示すように加熱した。サンドを塗布した上塗りスラリーを温度と湿度を制御した乾燥装置に入れて表２に示すように３０．０℃（８６゜Ｆ）の空気流中で１５ｍｉｎ次いで２３．９℃（７５゜Ｆ）の空気流中で３０ｍｉｎ乾燥した。空気流の流速は７６．２ｍ／ｍｉｎ（２５０ｆｔ／ｍｉｎ）であり相対湿度は約１５％から乾燥が始まった直後に最初の乾燥段階の間７％以下に減少した。空気流の相対湿度は３０ｍｉｎの第二乾燥段階の間７％未満であった。
【００３１】
処理を早めるため予備湿潤スラリーなしで上塗りスラリー／サンド塗布層に一次バックアップ層を塗布した。コーティングした型を２００メッシュの溶融シリカ粉末をスラリーに対して６０重量％含有する比較的低粘度の水系コロイダルシリカのスラリーに含浸した。一次バックアップスラリーは、また湿潤性を向上し、排除を向上しｍ生強度を向上し、消泡性を持たせるために２重量％未満の有機添加剤を含有する。Ｚａｈｎ＃４カップ粘度１２秒のスラリーを第二および第三のバックアップスラリー層に使用した。過剰のスラリーを排除した後、コーティングした型を第二浸漬用に６５．６℃（１５０゜Ｆ）に加熱された９０メッシュの溶融アルミナそして第三浸漬用に２８×４８メッシュ（即ちスタッコ粒子サイズはＵＳ標準篩システムで２８メッシュ以下４８メッシュ以上）の同様に６５．６℃（１５０゜Ｆ）に加熱した板状アルミナを塗布した。サンドを塗布した湿潤スラリーを含浸した層を、環境のために制御した１５．２４ｍ／ｍｉｎ（５０ｆｔ／ｍｉｎ）より速い速度の気流中で表２に示す条件である時間上記サンドを塗布した湿潤上塗りスラリーに対すると同様に乾燥した。
【００３２】
次いで、二次バックアップ層（第四から第８バックアップ層と被覆層）を２００メッシュの溶融シリカ粉末をスラリーの６６重量％含有する水系コロイダルシリカの比較的高粘度のスラリーにコーティングした型を含浸することにより塗布した。二次バックアップスラリーは、また湿潤性を向上し、排除を向上し、生強度を向上し、消泡性を持たせるために２重量％未満の有機添加剤を含有し、１９秒のＺａｈｎ＃４カップ粘度を有する。過剰のスラリーを排除した後、各スラリーを含浸したものに６５．６℃（１５０゜Ｆ）に加熱した粗いサンド（１４×２８メッシュＭｕｌｇｒａｉｎ４７）を塗布した。スラリーを含浸した層を、環境のために制御した７６．２ｍ／ｍｉｎ（２５０ｆｔ／ｍｉｎ）より速い速度の気流中である時間表２に示す条件で上記サンドを塗布した湿潤上塗りスラリーに対すると同様に乾燥した。被覆層を含浸した後、シェルモールドの最終乾燥を表２に示すように同様に行った。
【００３３】
【表２】

【００３４】
表２により作られたシェルモールドにワックス型の蒸気オートクレーブによる除去を含む型剥離作業を行いシェルモールドを型から剥離した。そして得たシェルモールドを空気中で８７１．１℃（１６００゜Ｆ）で２ｈｒ加熱し鋳造に必要な型強度を得た。焼成後型を切り開き欠陥を検査した。欠け、亀裂等の欠陥は観察されなかった。
【００３５】
（標準実施例２）
型を実施例１で使用した上塗りスラリー中に浸漬し、過剰のスラリーを自重によって排除し、２２．２℃（７２゜Ｆ）に加熱されない微粒サンド（１２０メッシュ溶融アルミナ）でコーティングした。サンドでコーティングした湿潤上塗りスラリーを温度と湿度が制御された乾燥装置に入れて２３．９℃（７５゜Ｆ）の静止空気中で３ｈｒで表３に示すように乾燥した。一次バックアップ層を処理を早めるために予備湿潤スラリーなしで実施例１におけるように上塗りスラリー／サンド層に塗布した。コーティングした型を実施例１の一次バックアップスラリーに含浸し、コーティングした型に第二含浸として２２．２℃（７２゜Ｆ）に加熱されない９０メッシュの溶融アルミナと第三含浸として２８×４８メッシュの同様に加熱されない板状アルミナを塗布した。サンドを塗布したスラリー含浸層を環境のために制御された比較的静かな空気中である時間乾燥した。表３に含浸条件を示す。
【００３６】
次いで、二次バックアップ層（第四から第八バックアップ層および被覆層）を、コーティングをした型を実施例１の比較的高粘度の第二バックアップスラリーに含浸することにより塗布した。過剰のスラリーを排除した後に、各含浸したものに２２．２℃（７２゜Ｆ）に加熱しない粗いサンド（１４×２８メッシュＭｕｌｇｒａｉｎ）を塗布した。スラリー含浸層を、環境を制御した３０．５ｍ／ｍｉｎ（１００ｆｔ／ｍｉｎ）より早い速度の空気流中である時間乾燥した。表３に含浸条件を示す。被覆含浸コーティングを行った後にシェルモールドの最終乾燥を同様に表３に示すように行った。
【００３７】
【表３】

【００３８】
表３により作られたシェルモールドをオートクレーブを使用した型剥離作業にかけて剥がし実施例１におけると同様に８７１℃（１６００゜Ｆ）で空気中で２ｈｒ加熱した。焼成後、型を切り開き欠陥を検査した。いずれの掛けの欠陥も観察されなかった。しかしながらプロペラ部分の間に６個の小さな亀裂が観察された。それは鋳造に欠陥をもたらすかも知れなく捕集する必要があった。
【００３９】
（比較例３）
型を実施例１で使用した上塗りスラリー中に浸漬し、過剰のスラリーを自重によって排除し２２．２℃（７２゜Ｆ）に加熱しない微粒サンド（１２０メッシュ溶融アルミナ）でコーティングした。サンドをコーティングした上塗りスラリーを温度と湿度を制御した乾燥装置中に入れて表４に示すように静止空気中で２３．９℃（７５゜Ｆ）で４５ｍｉｎ乾燥した。一次バックアップ層を実施例１におけるように工程を早くするために予備スラリーなしで上塗りスラリー／サンド層に塗布した。コーティングした型を実施例１の一次バックアップスラリー中に浸漬し、コーティングした型を第二含浸として２２．２℃（７２゜Ｆ）加熱しない９０メッシュ溶融アルミナを第三含浸として同様に加熱しない２８×４８メッシュの板状アルミナで塗布した。サンドを塗布した湿潤スラリー含浸層を環境を制御した比較的静かな空気中である時間乾燥した。表４に試験条件を示す。
【００４０】
次いで、二次バックアップ層（第四から第八バックアップ層および被覆層）を、コーティングをした型を実施例１の比較的高粘度の第二バックアップスラリーに含浸することにより塗布した。過剰のスラリーを排除した後に、各含浸したものに２２．２℃（７２゜Ｆ）に加熱しない粗いサンド（１４×２８メッシュＭｕｌｇｒａｉｎ）を塗布した。スラリー含浸層を、環境を制御した３０．５ｍ／ｍｉｎ（１００ｆｔ／ｍｉｎ）より早いの速度の空気流中である時間乾燥した。表４に含浸条件を示す。被覆含浸コーティングを行った後にシェルモールドの最終乾燥を表４に示すように同様に行った。
【００４１】
【表４】

【００４２】
表４により作られたシェルモールドを実施例１におけると同様にオートクレーブを使用した型剥離作業にかけて剥がした。型剥離後の観察において欠陥の可能性が見られた。そして型を切断し開き欠陥を観察した。総てのプロペラ部分の間に大きな掛け欠陥が観察されたそして大きな貫通亀裂が沢山の箇所で観察された。このように、実施例１の本発明を実施することによって標準実施例２に比較して良好な結果の製品を短い時間で得ることができる。標準実施例２においてもシェルモールド形成工程の間の型の温度変動による小さな欠陥はあるけれども全体的には許容できる品質の型を得ることができ、比較例３におけるように標準工程を単純に早めることに起因する欠陥を除くことができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明による実施例１によれば、現在の代表的なシェルモールド形成方法である標準実施例に比較して、同様に迅速型工程の単純な効果を示す比較例３と比較して、欠陥のないシェルモールドを製造することができる。
【００４４】
本発明についていくらかの実施態様により記載してきたが、当業者には本発明がこれら実施態様に限定されないことが理解するべきであり、発明の範囲の中で変形したまたは変更した実施態様を添付した請求項の範囲の中で作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスラリー浸漬装置、スタッコ塔装置および乾燥空気室である。
【図１Ａ】乾燥室の乾燥出口に固定して載置された従来のワックス型組立体の概略立面図である。
【図１Ｂ】型ハンドルの概略立面図である。
【図２】本発明を実施するためのスタッコ塔の立面図である。
【図３】図２のスタッコ塔の正面図である。

Claims (13)

1. 型をセラミックスラリーでコーティングし、周囲温度より高く加熱されたセラミック粒子をスラリー層に塗布し、セラミック粒子を上部に有するセラミックスラリー層を乾燥することを有する、物品の劣化性型の回りにセラミックインベストメント・シェルモールドを形成する方法。
2. 前記コーティング工程と前記塗布工程との間に過剰のスラリーを排除することを含む、請求項１に記載の方法。
3. コーティング、塗布および乾燥の工程を繰り返してシェルモールドを形成することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記型がワックス材料を含んでいる、請求項１に記載の方法。
5. 前記セラミックスラリーが、約２１．１℃（７０゜Ｆ）〜約２３．９℃（７５゜Ｆ）の温度範囲内の水系スラリーを含んでいる、請求項１に記載の方法。
6. 前記セラミック粒子が約３２．２℃（９０゜Ｆ）〜９３．３℃（２００゜Ｆ）の範囲内の温度である、請求項１に記載の方法。
7. 最初に比較的低湿度の空気流を使用して、セラミック粒子を上部に有するセラミックスラリーを型の熱劣化温度より高い空気温度で一定時間乾燥し、次いで比較的低い湿度の空気流を使用して、熱劣化温度よりも低い空気温度で一定時間乾燥する、請求項１に記載の方法。
8. 最初に２９．４℃（８５゜Ｆ）〜３２．２℃（９０゜Ｆ）の範囲の空気温度の空気流を使用して、上部にセラミック粒子を有する前記セラミックスラリーをワックス型上で一定時間乾燥する、請求項７に記載の方法。
9. 次いで２３．９〜２６．７℃（７５〜８０゜Ｆ）の範囲内の空気の空気流を使用して、上部にセラミック粒子を有する前記セラミックスラリーをワックス型上で一定時間乾燥する、請求項７の方法。
10. 前記空気流が約６１．０ｍ／ｍｉｎ（２００ｆｔ／ｍｉｎ）より速い速度で流れ、且つ相対湿度が約１０％である、請求項８または９に記載の方法。
11. スタッコ装置において、該スタッコ装置が、スラリーによって被覆された物品の劣化性型を収容するチャンバーと、該チャンバー上のホッパーとを有し、前記ホッパーが、前記チャンバー内の、前記スラリーによって被覆された物品の劣化性型の上に、スタッコ粒子を排出するために、ホッパー中にあるスタッコ粒子を周囲温度以上の温度に加熱する加熱手段を含む、スタッコ装置。
12. ホッパー中に載置された複数の電気加熱要素を含む、請求項１１に記載の装置。
13. 加熱要素がホッパーの一枚の側壁から他の一枚の側壁に横切って架設している、請求項１２に記載の装置。

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