チタン合金融解用るつぼ
【課題】高反応性チタン合金を融解するためのセラミックるつぼであって、合金を汚染する可能性の低いるつぼを提供する。
【解決手段】チタン合金を融解するためのるつぼであって、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１以上のフェースコート層１８を含むフェースコート１６と、１以上のバッキング層を含むバッキング２２とを含んでなり、６．５：１〜２０：１のバッキング２２−フェースコート１６厚さ比を有する。
【解決手段】チタン合金を融解するためのるつぼであって、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１以上のフェースコート層１８を含むフェースコート１６と、１以上のバッキング層を含むバッキング２２とを含んでなり、６．５：１〜２０：１のバッキング２２−フェースコート１６厚さ比を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書中に記載される実施形態は、一般にはチタン合金を融解するために適したるつぼに関する。さらに詳しくは、本明細書中の実施形態は、アルミニウム化チタンのような高反応性チタン合金を融解するために適した耐火性るつぼを一般的に記載している。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジン設計者は、エンジンの重量を減少させルと共に高いエンジン運転温度を得るため、改善された性質を有する新材料を絶えず探し求めている。チタン合金、特にアルミニウム化チタン（ＴｉＡｌ）を基材とする合金は、室温延性及び靱性のような低温での機械的性質と高い中温強度及び耐クリープ性との有望な組合せを有している。これらの理由から、ＴｉＡｌ基合金は、多数のタービンエンジン部品を製造するため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、タービンエンジン部品（例えば、翼形部）を製造するためにしばしば使用される方法の１つであり、一般に非導電性の耐火性合金酸化物から作られたるつぼ内で金属を加熱することでるつぼ内の金属装入物を液体状態に融解することを含んでいる。チタン又はチタン合金のような高反応性金属を融解する場合には、低温壁るつぼ又は黒鉛るつぼを用いる真空誘導融解が通例使用される。これは、セラミックるつぼを用いる融解及び鋳造がるつぼに大きな熱応力を導入し、それによってるつぼの割れが生じることがあるためである。かかる割れは、るつぼの寿命を短縮すると共に、鋳造すべき部品中に介在物を生み出すことがある。
【０００４】
その上、ＴｉＡｌのような高反応性合金を融解する場合には、融解のために必要な温度で合金中の元素の反応が起こるに原因する困難が生じることがある。前述の通り、大抵の真空誘導融解装置は誘導炉内のるつぼ用として耐火性合金酸化物を使用しているが、ＴｉＡｌのような合金は反応性が非常に高いので、るつぼ中に存在する耐火性合金を攻撃してチタン合金を汚染することがある。例えば、セラミックるつぼは通例回避される。これは、高反応性のＴｉＡｌ合金がるつぼを分解し、酸化物からの酸素及び耐火性合金でチタン合金を汚染することがあるからである。同様に、黒鉛るつぼを使用すれば、アルミニウム化チタンがるつぼからの多量の炭素をチタン合金中に溶解し、それによって汚染を生じることがある。かかる汚染は、チタン合金の機械的性質の低下を引き起こすことがある。
【０００５】
さらに、低温るつぼ融解は前述のような高反応性合金の加工に関して冶金学的な利点をもたらし得るが、これもまた、低い過熱度、スカル形成による歩留り低下、及び高い所要電力をはじめとするいくつかの技術的及び経済的制約を有している。これらの制約は商業的実行可能性を制限することがある。
【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】
【０００６】
そこで、高反応性合金を融解するためのセラミックるつぼであって、合金を汚染する可能性が低くかつ現行の用途に比べて技術的及び経済的制約が少ないセラミックるつぼに対するニーズが今なお存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書中の実施形態は、一般に、チタン合金を融解するためのるつぼであって、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１以上のフェースコート層を含むフェースコートと、１以上のバッキング層を含むバッキングとを含んでなり、約６．５：１〜約２０：１のバッキング−フェースコート厚さ比を有するるつぼに関する。
【０００８】
本明細書中の実施形態はまた、一般に、チタン合金を融解するためのるつぼであって、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１以上のフェースコート層を含むフェースコートと、１以上のバッキング層を含むバッキングとを含んでなり、約６．５〜約４０ｍｍの全肉厚を有するるつぼに関する。
【０００９】
本明細書中の実施形態はまた、一般に、チタン合金を融解するためのるつぼであって、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１以上のフェースコート層を含むフェースコートと、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火性材料をコロイド状シリカ懸濁液中に含んでなるバッキングスラリーから形成される１以上のバッキング層を含むバッキングと、各フェースコート層及び各バッキング層に適用されたスタッコ層とを含んでなり、各フェースコート層が約５０〜約５００ミクロンの厚さを有し、当該るつぼが約６．５：１〜約２０：１のバッキング−フェースコート厚さ比を有するるつぼに関する。
【００１０】
上記その他の特徴、態様及び利点は、以下の開示内容から当業者には明らかであろう。
【００１１】
本明細書には本発明を詳細に指摘しかつ明確に権利主張する特許請求の範囲が付属しているが、本明細書中に開示される実施形態は添付の図面に関連して以下の説明を読むことで一層良く理解されると考えられる。図面中では、同じ参照番号は類似の構成要素を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本明細書中に記載される実施形態は、一般的にはチタン合金を融解するために適した耐火性るつぼに関する。さらに詳しくは、本明細書中に記載される実施形態は、チタン合金を融解するためのるつぼであって、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１以上のフェースコート層を含むフェースコートと、１以上のバッキング層を含むバッキングとを含んでなるるつぼに関する。本明細書中の実施形態は一般にニアネットシェイプ翼形部を製造する際に使用するためのＴｉＡｌの融解に焦点を合わせているが、記載内容はそれに限定すべきでない。当業者であれば、これらの実施形態は任意のニアネットシェイプガスタービン部品を製造する際に使用するための任意のチタン合金を融解するために使用できることが理解されよう。
【００１３】
図１について説明すれば、本明細書中の実施形態はチタン合金を融解するために適した耐火性るつぼ８に関する。るつぼ８は内部９を有し得ると共に、本明細書中の以下の記載に従って製造できる。まず最初に、るつぼ成形品を製造すればよい。本明細書中で使用する「成形品」とは、適当な条件下で焼成した場合に図１のるつぼ８を形成する未焼成部材をいう。るつぼ成形品を製造するためには、図２に示すような成形型１０を用意すればよい。成形型１０はるつぼ成形品から除去できる任意の材料からなり得るが、一実施形態では、成形型１０はろう、プラスチック又は木材からなることができ、中空又は中実であってよい。その上、成形型１０はるつぼの所望の内部を形成するために必要な任意の形状及び任意の寸法を有することができ、取扱いを容易にするためのハンドル１２又は他の類似機構を有することができる。
【００１４】
図３に示すように、１以上のフェースコート層１８及び任意には１以上のスタッコ層２０を含むフェースコート１６を成形型１０上に施工できる。本明細書全体を通じて使用される「１以上の」とは、１又はそれを超える数のフェースコート層が存在し得ることを意味し、個々の層は本明細書全体を通じて「第１のフェースコート層」、「第２のフェースコート層」などと呼ばれる。フェースコート層１８は融解プロセス中にＴｉＡｌに暴露されるので、融解中に合金の劣化及び汚染を引き起こさないため、フェースコート層１８は反応性のＴｉＡｌに対して不活性でなければならない。したがって、一実施形態では、フェースコート層１８は酸化物を含み得る。本明細書全体を通じて使用される「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いう。さらに、ランタニド系列酸化物（「希土類」組成物としても知られる）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、酸化ユウロピウム、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り得る。
【００１５】
フェースコート層１８は、酸化物の粉末をコロイド懸濁液中に混入することで調製されるフェー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ミクロンの粒度を有する小粒子粉末であり得る。コロイドは、制御下でゲル化すると共にＴｉＡｌに対して不活性な任意のコロイド、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り得る。フェースコート層１８のフェースコートスラリーほ調製するためには上述の酸化物のいずれかを使用できるが、一実施形態では、フェースコートスラリーはコロイド状シリカ懸濁液中に酸化イットリウム粒子を含んでなり、別の実施形態では、フェースコートスラリーはコロイド状イットリア懸濁液中に酸化イットリウム粒子を含んでなることができる。フェースコートスラリーの組成は様々に変化し得るが、一般には、フェースコートスラリーは約４０〜約１００重量％の酸化物及び約０〜約６０重量％のコロイドを含み得る。
【００１６】
通常の実施方法を用いてフェースコート層１８のフェースコートスラリーを調製した後、浸漬、吹付け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成形型１０をフェースコートスラリーに暴露することができる。一般に、適用後のフェースコート層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し得る。
【００１７】
まだ濡れているうちに、フェースコート層１８を図３に示すようにスタッコ層２０で任意に被覆することができる。本明細書中で使用する「スタッコ」とは、一般に約１００ミクロンを超え、一実施形態では約１００〜約５０００ミクロンの粒度を有する粗大セラミック粒子をいう。スタッコ２０は、るつぼ壁の厚さの増大を助けるさせると共に追加の強度を付与するため、各フェースコート層に適用できる。各種の材料がスタッコ層２０として使用するために好適であり得るが、一実施形態では、スタッコは本明細書中に定義されるように耐火性材料（例えば、特に限定されないが、アルミナ又はアルミノケイ酸塩）を酸化物と組み合わせたものからなり得る。スタッコ層２０中における耐火性材料と酸化物との比は様々に変化し得るが、一実施形態では、スタッコ層２０は約０〜約６０重量％の耐火性材料及び約４０〜約１００重量％の酸化物を含み得る。スタッコ層２０は、スタッコ層２０は任意の容認される方法（例えば、ダスチング）でフェースコート層１８に適用できる。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し得る。
【００１８】
フェースコート層１８及び任意のスタッコ層２０は風乾することができ、所望ならば、前述のやり方で追加のフェースコート層及びスタッコ層を適用してフェースコート１６を完成させることができる。図３及び４に示す実施形態では、第１及び第２のフェースコート層１８及び交互に位置するスタッコ層２０が存在しているが、当業者であれば、フェースコート１６は任意の数のフェースコート層及びスタッコ層を含み得ることが理解されよう。各フェースコート層１８は異なる酸化物／コロイド混合物からなり得るが、一実施形態では、各フェースコート層１８は同一の酸化物／コロイド混合物からなる。所望数のフェースコート層１８及びスタッコ層２０を適用した後には、フェースコート１６は完成し、バッキング２２を適用することができる。
【００１９】
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ために役立ち得る。したがって、バッキング２２は図４に示すように１以上のバッキング層２４からなり得ると共に、バッキング層２４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火性材料をコロイド状シリカ懸濁液中に含んでなるバッキングスラリーから形成できる。個々の層は、本明細書全体を通じて「第１のバッキング層」、「第２のバッキング層」などと呼ぶことがある。例えば、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んでなるバッキングスラリーから形成できる。バッキングスラリーの組成は様々に変化し得るが、一般には、バッキングスラリーは約１０〜約４０重量％の耐火性材料及び約６０〜約９０重量％のコロイドを含み得る。フェースコート層と同じく、各バッキング層２４には図４に示すようにスタッコ層２０を任意に付着させることができるが、かかるスタッコ層はフェースコートを形成するために以前に使用したスタッコと同一であっても異なっていてもよい。スタッコを含めた各バッキング層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し得る。
【００２０】
フェースコート層と同じく、各バッキング層２４は、浸漬、吹付け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適用できる。任意の数のバッキング層２４を適用できるが、一実施形態では、２〜４０のバッキング層が存在し得る。各バッキング層２４は、同一組成の耐火性材料及びコロイドからなっていてもよいし、異なる組成のものからなっていてもよいし、或いはこれらの中間の組合せからなっていてもよい。所望数のバッキング層及び任意のスタッコ層を適用した後、得られたるつぼ成形品２６をさらに加工することができる。
【００２１】
場合によっては、スタッコ層を適用する際に粒度、層厚さ及び／又は組成を変化させることで、スタッコ層のグレーディングを行うのが望ましいことがある点に注意すべきである。本明細書中で使用する「グレーディング」という用語及びそれのすべての形態は、例えば、スタッコ材料の粒度を増大させること、スタッコ層の厚さを増大させること、及び／又は次第に強固となる耐火性材料／コロイド組成物をスタッコ層として使用することで、相次いで適用されるスタッコ層の強度を徐々に増大させることをいう。かかるグレーディングは、スタッコ層を適用する様々なフェースコート層及びバッキング層の熱膨張及び化学的性質の差に対処するようにスタッコ層を調整することを可能にする。さらに詳しくは、スタッコ層のグレーディングは異なる多孔度を与えてるつぼのモジュラスを調整でき、これらを総合して前述のような熱膨張率の差に対処することができる。
【００２２】
次に、通常の実施方法を用いてるつぼ成形品２６を乾燥し、成形型１０を取り除くことができる。成形型１０をるつぼ成形品２６から取り除くためには各種の方法が使用できる。前述の通り、成形型１０はろうからなることがあるので、るつぼ成形品２６を炉、蒸気オートクレーブ、マイクロ波オーブン又はその他類似の装置内に配置し、成形型１０を融解することで、図５に示すようにるつぼ成形品２６中に開放された内部９が得られる。るつぼ成形品２６から成形型１０を融解除去するために必要な温度は一般に低く、一実施形態では、約４０〜約１２０℃の範囲内にあり得る。
【００２３】
任意には、次にるつぼ成形品２６の内部９をコロイドスラリーで洗浄することで、図５に示すようにトップコート２８を形成できる。かかる洗浄は一般に、るつぼの焼成に先立ち、当業者にとって公知である任意の方法を用いてるつぼの内部にコーティングを適用することを含み得る。トップコート２８は任意の所望厚さを有し得るが、一実施形態では、トップコート２８は約５００ミクロン以下の厚さを有し、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スラリーからなり得る。このようなトップコートはさらに、るつぼが融解中にもチタン合金に対して不活性であり続けることを保証するために役立ち得る。
【００２４】
次いで、中空のるつぼ成形品２６を高温で焼成できる。るつぼ成形品２６の焼成は、完成したるつぼに追加の強度を付与するために役立ち得る。これは、かかる過熱プロセス中に、フェースコート層、スタッコ層及びバッキング層を構成する材料が相互に拡散しかつ一緒になって焼結し得るからである。最初、るつぼ成形品を約８００〜約１４００℃、一実施形態では約９００〜約１１００℃、別の実施形態では約１０００℃の温度で焼成できる。このような第１の焼成は、残留する成形型材料を焼き去ると共にるつぼのセラミック成分間で限られた程度の相互拡散をもたらすのに必要な任意の時間にわたって行うことができる。かかる時間は、一実施形態では約０．５〜約５０時間、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、るつぼ成形品を約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℃の温度で焼成できる。このような第２の焼成は、セラミック成分の相互拡散を実質的に完結させると共にフェースコート酸化物中に存在するコロイドの反応を生起するのに必要な任意の時間にわたって行うことができる。かかる時間は、一実施形態では約０．５〜約５０時間、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生成し得る一方、コロイド状イットリアはフェースコートのスラリー中に存在するイットリア粒子と焼結し得る。
【００２５】
焼成の完了後、得られたるつぼはチタン合金を融解するために使用するのに好適であり得る。図６について説明すれば、「Ａ」はイットリア及びケイ酸イットリウムからなる第１のフェースコート層であり、「Ｂ」はイットリアスタッコ層であり、「Ｃ」はイットリア及びケイ酸イットリウムからなる第２のフェースコート層であり、「Ｄ」は第２のフェースコート層及び次のスタッコ層（それぞれＣ及びＥ）の相互作用から生じたアルミン酸イットリウム及びケイ酸イットリウムからなり、「Ｅ」はアルミナスタッコ層であり、「Ｆ」はアルミナ及びケイ酸アルミニウムからなるバッキング層であり、「Ｇ」はアルミナスタッコ層である。
【００２６】
るつぼ８の個々の特性は所望の用途に応じて変更又は修正できるが、るつぼ８の（すべてのフェースコート層、スタッコ層及びバッキング層を含めた）全肉厚は一実施形態では約３ｍｍ以上、別の実施形態では約６ｍｍ以上、さらに別の実施形態では約６．５〜約４０ｍｍであり得る。約４０ｍｍを超える肉厚は、望ましくないほど長い高温加熱時間をもたらすことがある。同様に、バッキングとフェースコートとの厚さ比は、一実施形態では約６．５：１〜約２０：１であり得る。上述のように、約２０：１を超える厚さ比は、アルミナバッキング層の厚さのために望ましくないほど長い高温加熱時間をもたらすことがある。
【００２７】
特定の構造に関係なく、るつぼ８は低い格子間不純物レベル及び低いセラミック介在物含有量を有するチタン合金を融解するために使用できる。特に、本明細書中に記載されるるつぼ内では、当業者にとって公知である通常の融解及び鋳造技法を用いてＴｉＡｌを融解することができる。本明細書中に記載されるるつぼは、フェースコートを形成するために使用する材料が反応性ＴｉＡｌに対して不活性であるので、かかる高反応性合金と共に使用することができる。換言すれば、フェースコートは合金の劣化及び汚染を生じることなしに融解中のＴｉＡｌに暴露できる。その上、本明細書中のるつぼは、真空誘導融解サイクルの融解、注出、鋳込み及び冷却サイクルのいずれに際しても、割れを生じることなく急速に加熱できる。
【００２８】
このような改善されたるつぼ性能の最終結果は、その中で融解したＴｉＡｌが純粋なままに保たれかつ向上した疲労寿命を有することである。本明細書中で使用する「純粋な」とは、合金が重量基準で約１２００ｐｐｍ未満の酸素含有量を有すると共に、融解プロセス中にるつぼから生じるイットリウム又はケイ素夾雑物を重量基準で約５００ｐｐｍ未満含むことを意味する。このような向上した純度のため、かかるＴｉＡｌから製造した部品は、現行の方法を用いてＴｉＡｌから製造したものより少ない亀裂及び少ない欠陥を示す。
【００２９】
本明細書は、実施例を使用することにより、最良の形態を含めて本発明を開示すると共に、すべての当業者が本発明を実施し利用することを可能にする。本発明の特許可能範囲は特許請求の範囲で定義されていて、当業者に想起される他の実施例も含むことができる。特許請求の範囲の字義通りの表現と違わない構造要素を有するならば、或いは特許請求の範囲の字義通りの表現とわずかな違いしかない同等な構造要素を有するならば、かかる他の実施例は特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本明細書中の記載に従ったるつぼの一実施形態の概略斜視図である。
【図２】本明細書中の記載に従った成形型の一実施形態の概略斜視図である。
【図３】本明細書中の記載に従ったるつぼ成形品の一実施形態の概略断面図である。
【図４】図３に示したるつぼ成形品の実施形態の断面の一部の概略拡大図である。
【図５】成形型を除去し、本明細書中の記載に従ってトップコートを施工した後のるつぼ成形品の一実施形態の概略断面図である。
【図６】本明細書中の記載に従って第２の焼成を施した後のるつぼ断面の一実施形態を示す表示倍率の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００３１】
８ るつぼ
１６ フェースコート
１８ フェースコート層
２０ スタッコ層
２２ バッキング
２４ バッキング層
２８ トップコート
【技術分野】
【０００１】
本明細書中に記載される実施形態は、一般にはチタン合金を融解するために適したるつぼに関する。さらに詳しくは、本明細書中の実施形態は、アルミニウム化チタンのような高反応性チタン合金を融解するために適した耐火性るつぼを一般的に記載している。
【背景技術】
【０００２】
タービンエンジン設計者は、エンジンの重量を減少させルと共に高いエンジン運転温度を得るため、改善された性質を有する新材料を絶えず探し求めている。チタン合金、特にアルミニウム化チタン（ＴｉＡｌ）を基材とする合金は、室温延性及び靱性のような低温での機械的性質と高い中温強度及び耐クリープ性との有望な組合せを有している。これらの理由から、ＴｉＡｌ基合金は、多数のタービンエンジン部品を製造するため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、タービンエンジン部品（例えば、翼形部）を製造するためにしばしば使用される方法の１つであり、一般に非導電性の耐火性合金酸化物から作られたるつぼ内で金属を加熱することでるつぼ内の金属装入物を液体状態に融解することを含んでいる。チタン又はチタン合金のような高反応性金属を融解する場合には、低温壁るつぼ又は黒鉛るつぼを用いる真空誘導融解が通例使用される。これは、セラミックるつぼを用いる融解及び鋳造がるつぼに大きな熱応力を導入し、それによってるつぼの割れが生じることがあるためである。かかる割れは、るつぼの寿命を短縮すると共に、鋳造すべき部品中に介在物を生み出すことがある。
【０００４】
その上、ＴｉＡｌのような高反応性合金を融解する場合には、融解のために必要な温度で合金中の元素の反応が起こるに原因する困難が生じることがある。前述の通り、大抵の真空誘導融解装置は誘導炉内のるつぼ用として耐火性合金酸化物を使用しているが、ＴｉＡｌのような合金は反応性が非常に高いので、るつぼ中に存在する耐火性合金を攻撃してチタン合金を汚染することがある。例えば、セラミックるつぼは通例回避される。これは、高反応性のＴｉＡｌ合金がるつぼを分解し、酸化物からの酸素及び耐火性合金でチタン合金を汚染することがあるからである。同様に、黒鉛るつぼを使用すれば、アルミニウム化チタンがるつぼからの多量の炭素をチタン合金中に溶解し、それによって汚染を生じることがある。かかる汚染は、チタン合金の機械的性質の低下を引き起こすことがある。
【０００５】
さらに、低温るつぼ融解は前述のような高反応性合金の加工に関して冶金学的な利点をもたらし得るが、これもまた、低い過熱度、スカル形成による歩留り低下、及び高い所要電力をはじめとするいくつかの技術的及び経済的制約を有している。これらの制約は商業的実行可能性を制限することがある。
【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】
【０００６】
そこで、高反応性合金を融解するためのセラミックるつぼであって、合金を汚染する可能性が低くかつ現行の用途に比べて技術的及び経済的制約が少ないセラミックるつぼに対するニーズが今なお存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書中の実施形態は、一般に、チタン合金を融解するためのるつぼであって、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１以上のフェースコート層を含むフェースコートと、１以上のバッキング層を含むバッキングとを含んでなり、約６．５：１〜約２０：１のバッキング−フェースコート厚さ比を有するるつぼに関する。
【０００８】
本明細書中の実施形態はまた、一般に、チタン合金を融解するためのるつぼであって、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１以上のフェースコート層を含むフェースコートと、１以上のバッキング層を含むバッキングとを含んでなり、約６．５〜約４０ｍｍの全肉厚を有するるつぼに関する。
【０００９】
本明細書中の実施形態はまた、一般に、チタン合金を融解するためのるつぼであって、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１以上のフェースコート層を含むフェースコートと、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火性材料をコロイド状シリカ懸濁液中に含んでなるバッキングスラリーから形成される１以上のバッキング層を含むバッキングと、各フェースコート層及び各バッキング層に適用されたスタッコ層とを含んでなり、各フェースコート層が約５０〜約５００ミクロンの厚さを有し、当該るつぼが約６．５：１〜約２０：１のバッキング−フェースコート厚さ比を有するるつぼに関する。
【００１０】
上記その他の特徴、態様及び利点は、以下の開示内容から当業者には明らかであろう。
【００１１】
本明細書には本発明を詳細に指摘しかつ明確に権利主張する特許請求の範囲が付属しているが、本明細書中に開示される実施形態は添付の図面に関連して以下の説明を読むことで一層良く理解されると考えられる。図面中では、同じ参照番号は類似の構成要素を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本明細書中に記載される実施形態は、一般的にはチタン合金を融解するために適した耐火性るつぼに関する。さらに詳しくは、本明細書中に記載される実施形態は、チタン合金を融解するためのるつぼであって、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１以上のフェースコート層を含むフェースコートと、１以上のバッキング層を含むバッキングとを含んでなるるつぼに関する。本明細書中の実施形態は一般にニアネットシェイプ翼形部を製造する際に使用するためのＴｉＡｌの融解に焦点を合わせているが、記載内容はそれに限定すべきでない。当業者であれば、これらの実施形態は任意のニアネットシェイプガスタービン部品を製造する際に使用するための任意のチタン合金を融解するために使用できることが理解されよう。
【００１３】
図１について説明すれば、本明細書中の実施形態はチタン合金を融解するために適した耐火性るつぼ８に関する。るつぼ８は内部９を有し得ると共に、本明細書中の以下の記載に従って製造できる。まず最初に、るつぼ成形品を製造すればよい。本明細書中で使用する「成形品」とは、適当な条件下で焼成した場合に図１のるつぼ８を形成する未焼成部材をいう。るつぼ成形品を製造するためには、図２に示すような成形型１０を用意すればよい。成形型１０はるつぼ成形品から除去できる任意の材料からなり得るが、一実施形態では、成形型１０はろう、プラスチック又は木材からなることができ、中空又は中実であってよい。その上、成形型１０はるつぼの所望の内部を形成するために必要な任意の形状及び任意の寸法を有することができ、取扱いを容易にするためのハンドル１２又は他の類似機構を有することができる。
【００１４】
図３に示すように、１以上のフェースコート層１８及び任意には１以上のスタッコ層２０を含むフェースコート１６を成形型１０上に施工できる。本明細書全体を通じて使用される「１以上の」とは、１又はそれを超える数のフェースコート層が存在し得ることを意味し、個々の層は本明細書全体を通じて「第１のフェースコート層」、「第２のフェースコート層」などと呼ばれる。フェースコート層１８は融解プロセス中にＴｉＡｌに暴露されるので、融解中に合金の劣化及び汚染を引き起こさないため、フェースコート層１８は反応性のＴｉＡｌに対して不活性でなければならない。したがって、一実施形態では、フェースコート層１８は酸化物を含み得る。本明細書全体を通じて使用される「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いう。さらに、ランタニド系列酸化物（「希土類」組成物としても知られる）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、酸化ユウロピウム、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り得る。
【００１５】
フェースコート層１８は、酸化物の粉末をコロイド懸濁液中に混入することで調製されるフェー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ミクロンの粒度を有する小粒子粉末であり得る。コロイドは、制御下でゲル化すると共にＴｉＡｌに対して不活性な任意のコロイド、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り得る。フェースコート層１８のフェースコートスラリーほ調製するためには上述の酸化物のいずれかを使用できるが、一実施形態では、フェースコートスラリーはコロイド状シリカ懸濁液中に酸化イットリウム粒子を含んでなり、別の実施形態では、フェースコートスラリーはコロイド状イットリア懸濁液中に酸化イットリウム粒子を含んでなることができる。フェースコートスラリーの組成は様々に変化し得るが、一般には、フェースコートスラリーは約４０〜約１００重量％の酸化物及び約０〜約６０重量％のコロイドを含み得る。
【００１６】
通常の実施方法を用いてフェースコート層１８のフェースコートスラリーを調製した後、浸漬、吹付け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成形型１０をフェースコートスラリーに暴露することができる。一般に、適用後のフェースコート層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し得る。
【００１７】
まだ濡れているうちに、フェースコート層１８を図３に示すようにスタッコ層２０で任意に被覆することができる。本明細書中で使用する「スタッコ」とは、一般に約１００ミクロンを超え、一実施形態では約１００〜約５０００ミクロンの粒度を有する粗大セラミック粒子をいう。スタッコ２０は、るつぼ壁の厚さの増大を助けるさせると共に追加の強度を付与するため、各フェースコート層に適用できる。各種の材料がスタッコ層２０として使用するために好適であり得るが、一実施形態では、スタッコは本明細書中に定義されるように耐火性材料（例えば、特に限定されないが、アルミナ又はアルミノケイ酸塩）を酸化物と組み合わせたものからなり得る。スタッコ層２０中における耐火性材料と酸化物との比は様々に変化し得るが、一実施形態では、スタッコ層２０は約０〜約６０重量％の耐火性材料及び約４０〜約１００重量％の酸化物を含み得る。スタッコ層２０は、スタッコ層２０は任意の容認される方法（例えば、ダスチング）でフェースコート層１８に適用できる。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し得る。
【００１８】
フェースコート層１８及び任意のスタッコ層２０は風乾することができ、所望ならば、前述のやり方で追加のフェースコート層及びスタッコ層を適用してフェースコート１６を完成させることができる。図３及び４に示す実施形態では、第１及び第２のフェースコート層１８及び交互に位置するスタッコ層２０が存在しているが、当業者であれば、フェースコート１６は任意の数のフェースコート層及びスタッコ層を含み得ることが理解されよう。各フェースコート層１８は異なる酸化物／コロイド混合物からなり得るが、一実施形態では、各フェースコート層１８は同一の酸化物／コロイド混合物からなる。所望数のフェースコート層１８及びスタッコ層２０を適用した後には、フェースコート１６は完成し、バッキング２２を適用することができる。
【００１９】
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ために役立ち得る。したがって、バッキング２２は図４に示すように１以上のバッキング層２４からなり得ると共に、バッキング層２４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火性材料をコロイド状シリカ懸濁液中に含んでなるバッキングスラリーから形成できる。個々の層は、本明細書全体を通じて「第１のバッキング層」、「第２のバッキング層」などと呼ぶことがある。例えば、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んでなるバッキングスラリーから形成できる。バッキングスラリーの組成は様々に変化し得るが、一般には、バッキングスラリーは約１０〜約４０重量％の耐火性材料及び約６０〜約９０重量％のコロイドを含み得る。フェースコート層と同じく、各バッキング層２４には図４に示すようにスタッコ層２０を任意に付着させることができるが、かかるスタッコ層はフェースコートを形成するために以前に使用したスタッコと同一であっても異なっていてもよい。スタッコを含めた各バッキング層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し得る。
【００２０】
フェースコート層と同じく、各バッキング層２４は、浸漬、吹付け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適用できる。任意の数のバッキング層２４を適用できるが、一実施形態では、２〜４０のバッキング層が存在し得る。各バッキング層２４は、同一組成の耐火性材料及びコロイドからなっていてもよいし、異なる組成のものからなっていてもよいし、或いはこれらの中間の組合せからなっていてもよい。所望数のバッキング層及び任意のスタッコ層を適用した後、得られたるつぼ成形品２６をさらに加工することができる。
【００２１】
場合によっては、スタッコ層を適用する際に粒度、層厚さ及び／又は組成を変化させることで、スタッコ層のグレーディングを行うのが望ましいことがある点に注意すべきである。本明細書中で使用する「グレーディング」という用語及びそれのすべての形態は、例えば、スタッコ材料の粒度を増大させること、スタッコ層の厚さを増大させること、及び／又は次第に強固となる耐火性材料／コロイド組成物をスタッコ層として使用することで、相次いで適用されるスタッコ層の強度を徐々に増大させることをいう。かかるグレーディングは、スタッコ層を適用する様々なフェースコート層及びバッキング層の熱膨張及び化学的性質の差に対処するようにスタッコ層を調整することを可能にする。さらに詳しくは、スタッコ層のグレーディングは異なる多孔度を与えてるつぼのモジュラスを調整でき、これらを総合して前述のような熱膨張率の差に対処することができる。
【００２２】
次に、通常の実施方法を用いてるつぼ成形品２６を乾燥し、成形型１０を取り除くことができる。成形型１０をるつぼ成形品２６から取り除くためには各種の方法が使用できる。前述の通り、成形型１０はろうからなることがあるので、るつぼ成形品２６を炉、蒸気オートクレーブ、マイクロ波オーブン又はその他類似の装置内に配置し、成形型１０を融解することで、図５に示すようにるつぼ成形品２６中に開放された内部９が得られる。るつぼ成形品２６から成形型１０を融解除去するために必要な温度は一般に低く、一実施形態では、約４０〜約１２０℃の範囲内にあり得る。
【００２３】
任意には、次にるつぼ成形品２６の内部９をコロイドスラリーで洗浄することで、図５に示すようにトップコート２８を形成できる。かかる洗浄は一般に、るつぼの焼成に先立ち、当業者にとって公知である任意の方法を用いてるつぼの内部にコーティングを適用することを含み得る。トップコート２８は任意の所望厚さを有し得るが、一実施形態では、トップコート２８は約５００ミクロン以下の厚さを有し、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スラリーからなり得る。このようなトップコートはさらに、るつぼが融解中にもチタン合金に対して不活性であり続けることを保証するために役立ち得る。
【００２４】
次いで、中空のるつぼ成形品２６を高温で焼成できる。るつぼ成形品２６の焼成は、完成したるつぼに追加の強度を付与するために役立ち得る。これは、かかる過熱プロセス中に、フェースコート層、スタッコ層及びバッキング層を構成する材料が相互に拡散しかつ一緒になって焼結し得るからである。最初、るつぼ成形品を約８００〜約１４００℃、一実施形態では約９００〜約１１００℃、別の実施形態では約１０００℃の温度で焼成できる。このような第１の焼成は、残留する成形型材料を焼き去ると共にるつぼのセラミック成分間で限られた程度の相互拡散をもたらすのに必要な任意の時間にわたって行うことができる。かかる時間は、一実施形態では約０．５〜約５０時間、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、るつぼ成形品を約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℃の温度で焼成できる。このような第２の焼成は、セラミック成分の相互拡散を実質的に完結させると共にフェースコート酸化物中に存在するコロイドの反応を生起するのに必要な任意の時間にわたって行うことができる。かかる時間は、一実施形態では約０．５〜約５０時間、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生成し得る一方、コロイド状イットリアはフェースコートのスラリー中に存在するイットリア粒子と焼結し得る。
【００２５】
焼成の完了後、得られたるつぼはチタン合金を融解するために使用するのに好適であり得る。図６について説明すれば、「Ａ」はイットリア及びケイ酸イットリウムからなる第１のフェースコート層であり、「Ｂ」はイットリアスタッコ層であり、「Ｃ」はイットリア及びケイ酸イットリウムからなる第２のフェースコート層であり、「Ｄ」は第２のフェースコート層及び次のスタッコ層（それぞれＣ及びＥ）の相互作用から生じたアルミン酸イットリウム及びケイ酸イットリウムからなり、「Ｅ」はアルミナスタッコ層であり、「Ｆ」はアルミナ及びケイ酸アルミニウムからなるバッキング層であり、「Ｇ」はアルミナスタッコ層である。
【００２６】
るつぼ８の個々の特性は所望の用途に応じて変更又は修正できるが、るつぼ８の（すべてのフェースコート層、スタッコ層及びバッキング層を含めた）全肉厚は一実施形態では約３ｍｍ以上、別の実施形態では約６ｍｍ以上、さらに別の実施形態では約６．５〜約４０ｍｍであり得る。約４０ｍｍを超える肉厚は、望ましくないほど長い高温加熱時間をもたらすことがある。同様に、バッキングとフェースコートとの厚さ比は、一実施形態では約６．５：１〜約２０：１であり得る。上述のように、約２０：１を超える厚さ比は、アルミナバッキング層の厚さのために望ましくないほど長い高温加熱時間をもたらすことがある。
【００２７】
特定の構造に関係なく、るつぼ８は低い格子間不純物レベル及び低いセラミック介在物含有量を有するチタン合金を融解するために使用できる。特に、本明細書中に記載されるるつぼ内では、当業者にとって公知である通常の融解及び鋳造技法を用いてＴｉＡｌを融解することができる。本明細書中に記載されるるつぼは、フェースコートを形成するために使用する材料が反応性ＴｉＡｌに対して不活性であるので、かかる高反応性合金と共に使用することができる。換言すれば、フェースコートは合金の劣化及び汚染を生じることなしに融解中のＴｉＡｌに暴露できる。その上、本明細書中のるつぼは、真空誘導融解サイクルの融解、注出、鋳込み及び冷却サイクルのいずれに際しても、割れを生じることなく急速に加熱できる。
【００２８】
このような改善されたるつぼ性能の最終結果は、その中で融解したＴｉＡｌが純粋なままに保たれかつ向上した疲労寿命を有することである。本明細書中で使用する「純粋な」とは、合金が重量基準で約１２００ｐｐｍ未満の酸素含有量を有すると共に、融解プロセス中にるつぼから生じるイットリウム又はケイ素夾雑物を重量基準で約５００ｐｐｍ未満含むことを意味する。このような向上した純度のため、かかるＴｉＡｌから製造した部品は、現行の方法を用いてＴｉＡｌから製造したものより少ない亀裂及び少ない欠陥を示す。
【００２９】
本明細書は、実施例を使用することにより、最良の形態を含めて本発明を開示すると共に、すべての当業者が本発明を実施し利用することを可能にする。本発明の特許可能範囲は特許請求の範囲で定義されていて、当業者に想起される他の実施例も含むことができる。特許請求の範囲の字義通りの表現と違わない構造要素を有するならば、或いは特許請求の範囲の字義通りの表現とわずかな違いしかない同等な構造要素を有するならば、かかる他の実施例は特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本明細書中の記載に従ったるつぼの一実施形態の概略斜視図である。
【図２】本明細書中の記載に従った成形型の一実施形態の概略斜視図である。
【図３】本明細書中の記載に従ったるつぼ成形品の一実施形態の概略断面図である。
【図４】図３に示したるつぼ成形品の実施形態の断面の一部の概略拡大図である。
【図５】成形型を除去し、本明細書中の記載に従ってトップコートを施工した後のるつぼ成形品の一実施形態の概略断面図である。
【図６】本明細書中の記載に従って第２の焼成を施した後のるつぼ断面の一実施形態を示す表示倍率の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００３１】
８ るつぼ
１６ フェースコート
１８ フェースコート層
２０ スタッコ層
２２ バッキング
２４ バッキング層
２８ トップコート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン合金を融解するためのるつぼ（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１以上のフェースコート層（１８）を含むフェースコート（１６）と、
１以上のバッキング層（２４）を含むバッキング（２２）と
を含んでなり、６．５：１〜２０：１のバッキング（２２）−フェースコート（１６）厚さ比を有するるつぼ（８）。
【請求項２】
ランタニド系列酸化物が、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、酸化ユウロピウム、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る、請求項１記載のるつぼ（８）。
【請求項３】
１以上のフェースコート層（１８）が４０〜１００重量％の酸化物を含む、請求項１記載のるつぼ（８）。
【請求項４】
１以上のフェースコート層（１８）が、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からなる群から選択されるコロイドを含むコロイド懸濁液中に酸化物粉末を含んでなるフェースコートスラリーから形成される、請求項１、２又は３のいずれかに記載のるつぼ（８）。
【請求項５】
１以上のバッキング層（２４）が、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火性材料をコロイド状シリカ懸濁液中に含んでなるバッキングスラリーから形成される、請求項１、２、３又は４のいずれかに記載のるつぼ（８）。
【請求項６】
フェースコート（１６）が２以上のフェースコート層（１８）を含む、請求項１、２、３、４又は５のいずれかに記載のるつぼ（８）。
【請求項７】
各フェースコート層（１８）が同一の酸化物を含む、請求項６記載のるつぼ（８）。
【請求項８】
フェースコートスラリーが、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からなる群から選択されるコロイドを含むコロイド懸濁液中に酸化イットリウム粉末を含んでなる、請求項４記載のるつぼ（８）。
【請求項９】
さらに、各フェースコート層（１８）上に施工されたスタッコ層（２０）を含み、スタッコ層（２０）が耐火性材料と組み合わされた酸化物を含む、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８のいずれかに記載のるつぼ（８）。
【請求項１０】
さらに、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からなる群から選択されるコロイドを含むコロイド懸濁液中に酸化イットリウム粉末を含んでなるトップコート（２８）を含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９のいずれかに記載のるつぼ（８）。
【請求項１】
チタン合金を融解するためのるつぼ（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１以上のフェースコート層（１８）を含むフェースコート（１６）と、
１以上のバッキング層（２４）を含むバッキング（２２）と
を含んでなり、６．５：１〜２０：１のバッキング（２２）−フェースコート（１６）厚さ比を有するるつぼ（８）。
【請求項２】
ランタニド系列酸化物が、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、酸化ユウロピウム、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る、請求項１記載のるつぼ（８）。
【請求項３】
１以上のフェースコート層（１８）が４０〜１００重量％の酸化物を含む、請求項１記載のるつぼ（８）。
【請求項４】
１以上のフェースコート層（１８）が、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からなる群から選択されるコロイドを含むコロイド懸濁液中に酸化物粉末を含んでなるフェースコートスラリーから形成される、請求項１、２又は３のいずれかに記載のるつぼ（８）。
【請求項５】
１以上のバッキング層（２４）が、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火性材料をコロイド状シリカ懸濁液中に含んでなるバッキングスラリーから形成される、請求項１、２、３又は４のいずれかに記載のるつぼ（８）。
【請求項６】
フェースコート（１６）が２以上のフェースコート層（１８）を含む、請求項１、２、３、４又は５のいずれかに記載のるつぼ（８）。
【請求項７】
各フェースコート層（１８）が同一の酸化物を含む、請求項６記載のるつぼ（８）。
【請求項８】
フェースコートスラリーが、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からなる群から選択されるコロイドを含むコロイド懸濁液中に酸化イットリウム粉末を含んでなる、請求項４記載のるつぼ（８）。
【請求項９】
さらに、各フェースコート層（１８）上に施工されたスタッコ層（２０）を含み、スタッコ層（２０）が耐火性材料と組み合わされた酸化物を含む、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８のいずれかに記載のるつぼ（８）。
【請求項１０】
さらに、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からなる群から選択されるコロイドを含むコロイド懸濁液中に酸化イットリウム粉末を含んでなるトップコート（２８）を含む、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９のいずれかに記載のるつぼ（８）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２７５３０７（Ｐ２００８−２７５３０７Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１６５１１（Ｐ２００８−１１６５１１）
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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