<Desc/Clms Page number 1>
"MATERIAU DE MOULE POUR COULEE DE METAL"
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte à un matériau de moule à base de gypse (plâtre) pour la coulée de métal et, plus particulièrement, à un matériau de moule pour la coulée de métal, lequel procédé permet d'empêcher la détérioration du métal coulé. L'invention se rapporte aussi à un procédé pour le moulage d'un métal coulé en utilisant un moule à base de gypse.
Art connexe.
Dans les milieux de la décoration et dans les milieux dentaires, on utilise le procédé dit de moulage à cire perdue pour reproduire des formes complexes par moulage de métal coulé. Dans le procédé de moulage à cire perdue, on façonne au moyen de cire un modèle de la forme souhaitée. Ce modèle de cire est placé verticalement dans une bague de coulée (matrice de moulage). On malaxe ensemble le matériau de moule pour coulée de métal et de l'eau pour former une pâte, laquelle pâte est forcée dans une bague de coulée pour former un modèle de cire noyé dans celui-ci. La pâte subit alors la prise et est cuite avec la bague à une température de 700 C à 800 C. Ceci a pour effet d'éliminer par calcination la cire, ce qui forme une cavité dans le moule (de précision).
Le métal fondu est ensuite versé dans le moule par un procédé centrifuge, un procédé par dépressurisation ou un procédé par pressurisation, etc. On laisse ensuite l'assemblage résultant refroidir et on enlève ensuite le moule pour obtenir le produit moulé. L'utilisation d'un moule en gypse a le mérite d'améliorer la fluidité lors du versage de
<Desc/Clms Page number 2>
la pâte dans la matrice de coulée, de ne présenter que de petites déformations par ailleurs provoquées par les contraintes résiduelles qui suivent la cuisson, d'améliorer les performances de démoulage du produit moulé, et de ne présenter que de faibles détériorations au cours du temps.
On utilise comme composants principaux du matériau de moule pour la coulée de métal, un gypse semi hydraté, en tant que liant, un oxyde inorganique, en tant que matériau résistant à la chaleur, par exemple de l'alumine, du spinelle, de la cristobalite, du quartz, de la mullite, de l'oxyde de zirconium et/ou de l'oxyde de magnésium. En plus de ces composants principaux, on peut si nécessaire utiliser comme additifs des composants auxiliaires, tels qu'un agent d'ajustement du temps de prise, un agent d'expansion, un agent antiretrait, un agent améliorant de la perméabilité gazeuse et/ou un agent réduisant la teneur en eau.
Par exemple, on connaît un matériau de précision à usage dentaire est connu (matériau de moule pour une coulée métallique de précision) contenant un liant (agent liant) et un matériau réfractaire (matériau résistant à la chaleur), auquel on ajoute du phosphite d'aluminium (agent d'expansion) (voir publication de brevet 1).
Le métal utilisé pour la coulée est dans la majorité des cas, un métal noble. Pour cette raison, la quantité excédentaire de métal dans le produit coulé est utilisée en mélange avec du métal frais non usité (restant) pour le moulage suivant.
Publication de brevet 1 : japonais JP-A-9 227 326
On trouve aussi un certain nombre de procédé connus pour le moulage dentaire et la coulée dans les documents suivants :
JP 07-2617A
JP 2002-87918A
JP 59-181203A
USP 5 373 891 USP5718749
<Desc/Clms Page number 3>
USP 4 814 011
USP 4 909 847, et
USP 5 304 239.
Aucun de ces documents de l'art antérieur ne mentionne la possibilité de détérioration du moulage métallique.
RESUME DE LA DIVULGATION
Cependant, avec des matériaux de moule à base de gypse pour la coulée de métal, il est des cas dans lesquels des gaz sont générés pendant la cuisson ou la coulée et sont pris dans le métal fondu, ceci ayant pour résultat que le métal est détérioré et ne peut plus présenter les propriétés souhaitées.
Ceci signifie qu'avec un matériau de moule à base de gypse pour la coulée de métal, du gypse (CaS04) est quelquefois décomposé lors du chauffage. En théorie, le gypse à haute pureté est censé ne pas se décomposer jusqu'à 1000 C. Toutefois, la température de décomposition est parfois abaissée à environ 700 C, par exemple à cause de l'addition d'adjuvants, de sorte que, aux sites de moulage dans lesquels la perméabilité aux gaz est faible, il peut s'accumuler des gaz produits par la décomposition thermique du gypse. Il est aussi des cas où la décomposition du gypse se produit même dans le cas où un métal possédant un point de fusion de 1000 C ou plus est coulé dans le moule.
Lors de la décomposition du gypse, du S03 ou du S02 gazeux, ci-après désigné (s) commeSOx, sont produits par la réaction CaSO4 # CaO + SOx. Si le gaz est pris dans le métal fondu, le métal est détérioré et devient cassant. De plus, étant donné que tout éventuel excès de métal utilisé dans la coulée est mélangé et fondu avec du métal frais non usagé, au moment de la coulée suivante, l'effet du gaz SOx est cumulé avec les coulées répétées, ce qui fragilise graduellement le métal.
<Desc/Clms Page number 4>
L'invention a pour but de procurer un matériau de moule pour la coulée de métal, permettant de supprimer la détérioration du moulage métallique.
L'invention procure un matériau de moule pour coulée de métal, comprenant du gypse semi hydraté et un matériau résistant à la chaleur, le matériau de moule contenant un sel de phosphore d'un oxacide, lequel est insoluble dans l'eau. Ceci assure la suppression de la détérioration du moulage métallique.
Dans le matériau de moule pour coulée de métal selon l'invention, le sel de phosphore d'un oxacide est de préférence solide à 1000 C ou plus, de préférence à 1200 C ou plus, plus préférentiellement à 1300 C ou plus.
Dans le matériau de moule selon l'invention, le sel de phosphore d'un oxacide est de préférence au moins un sel choisi pari des orthophosphates, des métaphosphates, des diphosphates et des phosphates, de préférence au moins un sel de Ca, Mg et/ou AI et plus préférentiellement du diphosphate de calcium.
Dans le matériau de moule pour coulée de métal selon l'invention, le matériau résistant à la chaleur est de préférence choisi dans le groupe formé par l'alumine, la silice, le spinelle, l'oxyde de zirconium, le silicate de zirconium, la magnésie et l'oxyde de calcium et plus préférentiellement l'alumine
Dans le matériau de moule pour coulée de métal selon l'invention, la teneur en gypse semi hydraté n'est, de préférence, pas inférieure à 20% en poids et n'est pas supérieure à 80% en poids, et la teneur en le sel de phosphore d'un oxacide n'est pas inférieure à 5% en poids et n'est pas supérieure à 30% en poids.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est un premier graphique illustrant la relation entre le nombre de coulées et les angles de courbure de spécimens de métal moulé obtenus par la coulée des matériaux de moules respectifs
<Desc/Clms Page number 5>
pour la coulée de métal contenant différents types de sels de phosphore d'un oxacide dans diverses quantités respectives.
La figure 2 est un second graphique illustrant la relation entre le nombre de coulées et les angles de courbure de spécimens de métal moulé obtenus par la coulée des matériaux de moules respectifs pour la coulée de métal contenant différents types de sels de phosphore d'un oxacide dans diverses quantités respectives.
FORMES DE REALISATIONS PREFEREES DE L'INVENTION
Le matériau de moule pour coulée de métal selon l'invention est explicité ci-après. Le matériau de moule pour coulée de métal selon l'invention, contient au moins du gypse semi hydraté, un matériau résistant à la chaleur, et un sel de phosphore d'un oxacide.
Le gypse semi hydraté est un liant obtenu sous la forme d'un semi hydrate par cuisson de gypse dihydraté en tant que matériau de départ, à pression atmosphérique ou sous pression. Lorsqu'il est hydraté, le gypse semi hydraté prend en formant une structure de cristaux aciculaires de gypse dihydraté, et agit ainsi comme liant pour le moule. Il existe deux types de gypse semi hydraté, à savoir un type a et un type ss. La teneur en gypse semi hydraté est de 20 à 80 % en poids.
Lorsque la teneur en gypse semi hydraté est inférieure à 20% en poids, la résistance du moule est médiocre, de sorte que des fissures tendent à se former par défaut de résistance après le frittage. De plus, le moule a tendance à se dilater de manière excessive sous l'effet du chauffage.
Par ailleurs, lorsque la teneur en gypse semi hydraté est supérieure à 80% en poids, il existe un risque que la dilatation ne se fasse pas à un point suffisant pour compenser le retrait au moulage du métal à couler.
La teneur en gypse semi hydraté est de préférence de 20 à 60% en poids et plus préférentiellement de 20 à 40% en poids.
Le matériau résistant à la chaleur confère des propriétés de résistance aux températures élevées, telles que celles appliquées lors de
<Desc/Clms Page number 6>
la coulée du métal fondu. On peut citer comme matériaux résistants à la chaleur l'alumine, la silice (le quartz, la cristobalite, la tridymite), le spinelle, l'oxyde de zirconium, la silice de zirconium, la mullite, l'oxyde de magnésium et l'oxyde de calcium, etc. Parmi ceux-ci, on préférera l'alumine.
Le sel de phosphore d'un oxacide est un additif supprimant la détérioration du métal coulé dans le moule de coulée. On choisit un sel de phosphore d'un oxacide insoluble (peu soluble). On choisit un sel de phosphore d'un oxacide qui soit solide à une température n'étant pas inférieure à 1000 C. Le sel de phosphore d'un oxacide utilisé est de préférence solide à une température n'étant pas inférieure à 1200 C, et plus préférentiellement solide à une température n'étant pas inférieure à 1300 C. On notera que le sel de phosphore d'un oxacide n'est pas utilisé en tant que liant.
On peut citer comme sel de phosphore d'un oxacide les orthophosphates, les métaphosphates, les diphosphates et les phosphates, etc., et ils peuvent être par exemple, du métaphosphate d'aluminium, du diphosphate de magnésium, du diphosphate de calcium et/ou du phosphate de calcium (4CaO-P205). En tant que phosphate de calcium, on peut utiliser de la porcelaine tendre pulvérisée, du phosphate de calcium régénéré (sous-produit du procédé de production de colle) et des cendres d'os calcinées etc. La teneur en sel de phosphore d'un oxacide est de 5 à 30% en poids. Lorsque la teneur en sel de phosphore d'un oxacide est inférieure à 5% en poids, il peut devenir impossible de supprimer la détérioration du métal à couler.
D'autre part, lorsque la teneur en sel de phosphore d'un oxacide est de plus de 30% en poids, les propriétés de prise, telles que le temps de prise ou la dilatation à la prise, ont tendance à être négativement affectées. La teneur en sel de phosphore d'un oxacide est de préférence de 5 à 25% en poids et plus préférentiellement de 10 à 25% en poids. La taille moyenne des particules du sel de phosphore d'un oxacide n'est pas supérieure à 100 m, de préférence pas supérieure à 70 m et plus préférentiellement pas
<Desc/Clms Page number 7>
supérieure à 50 m.
Le matériau de moule pour la coulée de métal selon la présente forme de réalisation est de préférence additionné d'un agent antiretrait, d'un agent de dilatation, un agent de réduction de la teneur en eau (c'est-à-dire un agent de réduction de la quantité d'eau) et d'un agent d'ajustement du temps, dans le but de produire un moule de coulée de haute précision et de forme souhaitée.
Le matériau de moule pour la coulée de métal selon la forme de réalisation présente est produit de la manière suivante :
Un modèle de cire, formé par une partie de modèle ayant la forme souhaitée, tel qu'un profil d'une dent (ou d'une couronne), et une partie de support portant la partie de modèle, est placé verticalement dans une matrice de moule. Un matériau de moule (généralement appelé "matériau de précision") pour la coulée de métal est versé dans la matrice du moule, de manière que la partie de modèle en cire, à l'exception d'une partie terminale de la partie de support, soit noyée (immergée) dans le matériau de moule (pâte) pour la coulée de métal.
On laisse ensuite prendre le matériau de moule pour la coulée de métal.
Enfin, le matériau de moule pour coulée de métal ainsi durci est fritté par cuisson, et le modèle en cire est gazéifié pour produire un moule comportant une cavité du profil souhaité.
La partie de support du modèle en cire est formé, par prise (relevé) d'une empreinte du profil de la dent (configuration) d'un patient, en utilisant un matériau d'empreinte (plastique), en prenant le profil de la dent par préparation d'un modèle fabriqué à partir de gypse à mouler, en opérant des fusions et solidifications répétées de la cire sur le moule de gypse, ensuite en parant et en rectifiant la forme. La partie de support procurée dans le profil de cire est configuré de manière à supporter la partie du profil dans la matrice du moule, et après le versage de la pâte de matériau de moule dans la matrice de moule, la partie de support est gazéifié par cuisson pour former une cavité de la même forme que celle
<Desc/Clms Page number 8>
du modèle souhaité (par exemple, une couronne dentaire).
Bien que le modèle de cire soit noyé dans le matériau de moule (de précision), une extrémité de la partie de support du modèle de cire est exposée hors du matériau de moule, de manière à permettre au profil de cire de déborder par la partie ainsi exposée pendant la cuisson du matériau de moule.
On ajoute au matériau de moule une quantité adéquate d'eau et on le coule dans la matrice de moulage. On laisse alors reposer le matériau de moule, suite à quoi a lieu la prise.
La température de cuisson du matériau de moule doit être une température telle qu'elle permette au modèle de cire d'être gazéifié.
Spécifiquement, la température de cuisson souhaitable est de 700 à 850 C. Lorsque la température de cuisson est inférieure à 700 C, la cire a tendance à demeurer. Par ailleurs, si la température de cuisson est supérieure à 850 C, le gypse contenu dans le matériau de moule a tendance à se décomposer.
EXEMPLES. -
Divers exemples selon l'invention sont expliqués ci-après.
On a préparé un moule, par le procédé de moulage à cire perdue, à partir d'un matériau de départ composé de 100 parties en poids de matériau de moule pour la coulée de métal, possédant les compositions illustrées au tableau 1, pas plus de 0,1 partie en poids d'un agent d'ajustement du temps de prise et 0,7 parties en poids d'un agent de réduction de la teneur en eau. En utilisant le moule produit de cette manière, on a coulé le métal et on a effectué des mesures des propriétés du matériau de moule résultant. En ce qui concerne la taille moyenne des particules du sel de phosphore d'un oxacide, celle de l'AI(P03)3 est de 6,7 m. celle du Mg2P2O7 est de 27 m, et celle du Ca2P207 est de 64 m.
Tableau I
EMI8.1
<tb>
<tb> Spécimens <SEP> Type <SEP> de <SEP> sel <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> Gypse <SEP> semi <SEP> Alumine <SEP> (%
<tb>
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
<tb>
<tb> de <SEP> sel <SEP> de <SEP> hydraté <SEP> (% <SEP> en <SEP> poids
<tb> phosphore <SEP> phosphore <SEP> en <SEP> poids)
<tb> d'un <SEP> oxacide <SEP> d'un <SEP> oxacide
<tb> ajouté <SEP> (% <SEP> en
<tb> poids)
<tb> Ex. <SEP> 1 <SEP> AI(PO3)3 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 2 <SEP> Mg2P2O7 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 3 <SEP> Ca2P207 <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 50
<tb> Ex. <SEP> 4 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 5 <SEP> Ca2P207 <SEP> 5 <SEP> 30 <SEP> 65
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 1 <SEP> Ca2P2O7 <SEP> 2 <SEP> 30 <SEP> 68
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 2 <SEP> Rien <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 70
<tb> Ex.
<SEP> 6 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP> 70 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 7 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 60
<tb> Ex. <SEP> 8 <SEP> Ca2P207 <SEP> 10 <SEP> 40 <SEP> 50
<tb>
* Ex. Comp. : Exemple comparatif
Les conditions pour la production du moule sont expliquées ci-après. Comme pour le matériau de moule par la coulée de métal, on ajoute à chaque fois 100 g de matériau de moule pour la coulée de métal (contenant un agent d'ajustement du temps de prise et un agent de réduction de la teneur en eau) comme illustré au tableau 1, à 28 g d'eau et on désintègre le mélange résultant dans un récipient agitateur jusqu'à ce que l'on obtienne une masse homogène. On agite cette masse homogène pendant une minute dans un agitateur sous vide, en utilisant un agitateur sous vide à usage dentaire, pour former une pâte.
Pour le modèle de cire, on utilise une feuille de plastique, d'une taille de 0,5 x 7 x 30 mm, à la place du modèle de cire. Le temps de prise du matériau de moule pour la coulée de métal était de l'ordre de 30 minutes. Les conditions de cuisson pour le matériau de moule pour la coulée de métal étaient de 800 C pendant 60 minutes. Le gypse semi hydraté utilisé était
<Desc/Clms Page number 10>
une poudre obtenue par pulvérisation de gypse semi hydraté de type a, AT-20 fabriqué par Toray Co. Ltd. La pureté était de 98% ou plus.
En tant que métal, on utilise un métal noble adéquat pour la cuisson de la porcelaine à usage dentaire, fabriqué par NORITAKE Co. Ltd. (marque déposée : P-60, Pd : 60%, Ag : 27%, In 8% et autres ingrédients : 5%) et on le fond à environ 1350 C grâce à une source de chaleur à résistance électrique. On a coulé le métal fondu en utilisant une machine de coulée à dépression/ pressurisation.
La méthode de mesure des caractéristiques d'un produit coulé est expliquée ci-après. Un produit coulé, obtenu par le procédé de moulage à cire perdue, est fixé à une extrémité et courbé à l'autre extrémité au moyen d'une pince. On a mesuré par contrôle visuel l'angle de courbure lorsque la partie courbée se brise. Après la mesure, on a fait fondre le produit coulé et on a produit un produit coulé par le même procédé pour effectuer des mesures similaires. On a répété quatre fois cette séquence d'étapes pour effectuer les mesures. C'est-à-dire que l'on a réalisé quatre mesures pour chaque type individuel de matériau de moule pour la coulée de métal. Les résultats mesurés sont illustrés au tableau qui suit. Pendant ce temps, on a utilisé du métal frais non usagé pour la première coulée.
Le procédé pour l'évaluation des caractéristiques du produit coulé est maintenant expliqué ci-après. On pose que plus l'angle de courbure mesuré par le procédé ci-dessus est petit, plus le produit coulé est cassant. Ceci signifie que, plus l'angle de courbure est petit, plus la détérioration est grave et l'on peut considérer que la détérioration du métal s'est produite sous l'influence du gaz SOx produit par suite de la décomposition du gypse. Les angles de courbure pour chaque coulée des matériaux de moule obtenus par le moulage des spécimens respectifs du tableau 1 (matériau de moule pour la coulée de métal) sont illustrés dans le tableau 2 qui suit.
<Desc/Clms Page number 11>
Tableau Il
EMI11.1
<tb>
<tb> Angle <SEP> de <SEP> courbure <SEP> ( )
<tb> Spécimens <SEP> premier <SEP> deuxième <SEP> troisième <SEP> quatrième
<tb> Ex. <SEP> 1 <SEP> 80 <SEP> 78 <SEP> 70 <SEP> 80 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 2 <SEP> 70 <SEP> 73 <SEP> 75 <SEP> 75 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 3 <SEP> 75 <SEP> 73 <SEP> 75 <SEP> 75 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 4 <SEP> 70 <SEP> 73 <SEP> 68 <SEP> 78 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 5 <SEP> 70 <SEP> 75 <SEP> 65 <SEP> 70 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 1 <SEP> 72 <SEP> 75 <SEP> 60 <SEP> 60 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> Comp. <SEP> 2 <SEP> 73 <SEP> 80 <SEP> 55 <SEP> 58
<tb> Ex. <SEP> 6 <SEP> 75 <SEP> 75 <SEP> 72 <SEP> 75 <SEP>
<tb> Ex. <SEP> 7 <SEP> 70 <SEP> 73 <SEP> 68 <SEP> 78 <SEP>
<tb> Ex.
<SEP> 8 <SEP> 70 <SEP> 70 <SEP> 68 <SEP> 64 <SEP>
<tb>
En ce qui concerne les exemples comparatifs 1 et 2 des tableaux 1 et 2 et de la figure 1, l'angle de courbure descend à 60 ou moins pour la troisième opération de coulée et la suivante, et dès lors le matériau de coulée devient cassant, à l'exception des cas où l'on ajoute un sel de phosphore d'un oxacide au matériau de moule pour la coulée de métal. Par contre, pour l'exemple comparatif 1, l'angle de courbure est toujours de 60 pour la troisième et la quatrième coulée, ce qui signifie, dans un certain sens, que cet exemple comparatif pourrait être considéré en tant qu'un exemple selon l'invention.
Contrairement à ceci, pour les exemples 1 à 8, dans lesquels on a ajouté du sel de phosphore d'un oxacide aux spécimens, l'angle de courbure dépasse sans exception 60 , même pour la quatrième coulée, comme on peut le voir au 2 et aux figures 1 et 2, de sorte qu'il est possible d'empêcher que l'angle de courbure soit diminué. Donc, pour les exemples 1 à 8, l'addition du sel de phosphore d'un oxacide supprime la production de SOx gazeux par suite de la décomposition du gypse du matériau de moule pour la coulée de métal, et supprime de cette manière la
<Desc/Clms Page number 12>
détérioration du métal.
A la lumière des résultats ci-dessus, on comprendra qu'il pourrait exister un point critique dans la suppression de la détérioration des métaux de coulée autour d'une teneur de 2 à 5% en poids de sel de phosphore d'un oxacide dans le matériau de moule pour la coulée de métal.
Les effets bénéfiques de l'invention se résument comme suit.
Selon l'invention, il est possible de supprimer la génération de SOx gazeux par suite de la décomposition du gypse, au moment du chauffage (cuisson ou coulée) du matériau de moule pour la coulée de métal, et dès lors, de supprimer la détérioration du métal.
Il est à noter que d'autres objets, caractéristiques et aspects de la présente invention seront mis en évidence à la lumière de la divulgation complète et que des modifications peuvent y être apportées sans sortir de l'esprit et de la portée de l'invention telle que divulguée ici et revendiquée en annexe.
Il est aussi bien entendu que n'importe quelle combinaison des éléments, matières et/ou articles divulgués et revendiqués, pourrait tomber sous les modifications mentionnées ci-dessus.
<Desc/Clms Page number 13>
Figures 1 et 2 Ordonnée : Angle de courbure ( ) Abscisse : Nombre de coulée(s)
Ex. Comp 1/2