CN105228772B - 精密铸造用型芯及其制造方法、精密铸造用铸模 - Google Patents

Abstract

因为在以硅质粒子为主成分的经烧结的精密铸造用型芯主体(18a)的表面，形成单独由硅醇盐或是由硅醇盐和铝醇盐的混合醇盐构成的被覆层(19a)而成，所以封堵了形成于表面的孔(18c)。其结果是，能够防止浇铸时型芯发生破裂。

Description

精密铸造用型芯及其制造方法、精密铸造用铸模

技术领域

本发明涉及精密铸造用型芯及其制造方法，精密铸造用铸模。

背景技术

作为精密铸造品，例如有用于燃气轮机的动叶。燃气轮机以燃烧器使工作流体燃烧而成为高温高压的工作流体，利用该工作流体使涡轮旋转。即，用燃烧器使经过压缩机压缩的工作流体燃烧，提高能量，以涡轮回收该能量而使之产生旋转力，由此进行发电。在涡轮部，设有涡轮转子，在该涡轮转子的外周，至少设有一个以上的燃气轮机动叶。

在此，燃气轮机动叶被曝露在高温下。作为其对策，进行的是在燃气轮机动叶中流通冷却用的冷却介质。因此，在燃气轮机动叶中，设有内部冷却构造。另外，为了构成这样的内部冷却构造，而配置与冷却介质的流通路径为同形状的型芯(core)，在铸造后将该型芯去除。该型芯的除去通过在碱性(例如NaOH或KOH等)的溶液中溶解·除去型芯，从而形成例如涡轮动叶的内部冷却构造。

作为型芯，历来使用的是采用了陶瓷粒子的陶瓷型芯(专利文献1)。

在此，关于精密铸造用型芯，其是通过注塑成形或粉浆浇铸等的方法将熔融氧化硅(SiO₂)等的硅质材料成形后，再进行热处理而取得。

注塑成形法是将陶瓷的粉末和蜡混炼后，将使蜡加热熔融后的材料喷射注入到模具内，通过使之冷却·固化而得到成形品的方法。

另外，粉浆浇铸成形是将陶瓷的粉末混合在水等之中制作浆料，将其注入到石膏等制的能够吸收溶液的材质的成形模具中，进行干燥并成形的方法。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开平6-340467号公报

可是，目前的型芯因为以碱溶解性为着眼点而进行制造，所以存在高温强度低等的课题。另外，在注塑成形法中，该成形后，在经过烧结的型芯中，其表面存在很多的孔，因此强度低，此外还存在的问题是，该孔有可能成为起点，在浇铸时导致型芯破裂。

因此，盼望一种高温强度有所提高的精密铸造用型芯的出现。

发明内容

本发明鉴于上述情况而形成，其目的在于，提供一种高温强度提高的精密铸造用型芯及其制造方法、精密铸造用铸模。

用于解决上述课题的本发明的第一发明，是一种精密铸造用型芯，其特征在于，在以硅质粒子为主成分的经过烧结的精密铸造用型芯主体的表面形成粒径不同的两种硅质材料的被覆层而成。

第二发明是根据第一发明的精密铸造用型芯，其中，粒径不同的两种硅质材料包含硅溶胶和硅粉。

第三发明是一种精密铸造用型芯，其特征在于，在以硅质粒子为主成分的经过烧结的精密铸造用型芯主体的表面形成包含硅质材料和氧化铝质材料的被覆层而成。

第四发明是一种精密铸造用型芯，其特征在于，在以硅质粒子为主成分的经过烧结的精密铸造用型芯主体的表面形成包含硅质材料和氧化铝质材料和硅粉的被覆层而成。

第五发明，是根据第三或四发明的精密铸造用型芯，其中，所述硅质材料是硅溶胶，氧化铝质材料是氧化铝溶胶。

第六发明是一种用于铸件的制造的精密铸造用铸模，其特征在于，具有：与所述铸件的内部的空洞部分对应的形状的第一、第二或第三中任意一个发明的精密铸造用型芯，和与所述铸件的外周面的形状对应的外侧铸模。

第七发明是一种精密铸造用型芯的制造方法，其特征在于，将以硅质粒子为主成分的精密铸造用型芯主体的烧结处理体浸渍在包含粒径不同的两种硅质材料的被覆材料中，接着进行干燥，然后实施热处理，在精密 铸造用型芯主体的表面形成被覆层。

第八发明，是根据第七发明的精密铸造用型芯的制造方法，其特征在于，粒径不同的两种硅质材料包含硅溶胶和硅粉。

第九发明是一种精密铸造用型芯的制造方法，其特征在于，将以硅质粒子为主成分的精密铸造用型芯主体的烧结处理体浸渍在包含硅质材料和氧化铝质材料的被覆材料中，接着进行干燥，然后实施热处理，在精密铸造用型芯主体的表面形成被覆层。

第十发明是一种精密铸造用型芯的制造方法，其特征在于，将以硅质粒子为主成分的精密铸造用型芯主体的烧结处理体浸渍在包含硅质材料和氧化铝质材料和硅粉的被覆材料中，接着进行干燥，然后实施热处理，在精密铸造用型芯主体的表面形成被覆层。

第11的发明，是根据第九或第十发明的精密铸造用型芯的制造方法，其特征在于，所述硅质材料是硅溶胶，氧化铝质材料是氧化铝溶胶。

【发明的效果】

本发明达到的效果是，通过在经过烧结的精密铸造用型芯主体的表面，形成粒径不同的两种硅质材料的被覆层，而对烧结时发生的表面的孔进行了封堵，由此型芯的强度提高，并且因为孔得到密封，所以能够防止在浇铸时型芯破裂。

附图说明

图1是精密铸造用型芯的剖面结构图。

图2是表示铸造方法的工序的一例的流程图。

图3是表示铸模制造方法的工序的一例的流程图。

图4是示意性地表示型芯的制造工序的说明图。

图5是示意性地表示模具的一部分的立体图。

图6是示意性地表示蜡模的制造工序的说明图。

图7是示意性地表示在蜡模上涂布浆料的结构的说明图。

图8是示意性地表示外侧铸模的制造工序的说明图。

图9是示意性地表示铸模制造方法的一部分工序的说明图。

图10是是示意性地表示铸造方法的一部分工序的说明图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对于本发明详细地加以说明。还有，本发明不受以下的说明限定。另外，以下的说明中的构成要素中，也包括本领域技术人员能够轻易想到的、实质上相同的所谓均等的范围。

图1是精密铸造用型芯的剖面结构图。

本发明的精密铸造用型芯，是在以硅质粒子为主成分的经过烧结的精密铸造用型芯主体(以下称为“型芯主体”。)的表面形成粒径不同的两种硅质材料的被覆层。

[第一实施方式]

如图1所示的烧结体的型芯主体的剖面图的上段所示，在型芯主体18a的表面18b上，烧结时会发生许多的孔18c。

在本发明中，如图1的下段所示，通过用被覆层19a被覆在其表面形成的孔18c，由此使孔18c得到封堵。

在此，型芯主体18a以硅质粒子为主成分，例如由硅砂、硅石华等的熔融氧化硅(SiO₂)形成。

该型芯主体以公知的方法制造，作为硅质粒子，例如使用硅石华(例如800目(10～20μm))和硅砂(例如220目(20～70μm))，以1∶1的重量比例混合，向其中添加蜡，加热混炼，得到混合物。

将该得到的混合物，通过注塑成形而成形，得到型芯用成形体。

之后，例如进行截止到600℃的脱脂处理，接着例如进行1,200℃下的烧结处理，得到型芯主体18a。

在本发明中，在该所得到的烧结体的型芯主体18a的表面形成被覆层19a。

被覆层19a使用粒径不同的两种硅质材料。

在此，两种粒径不同的硅质材料，作为第一材料使用硅溶胶(SiO₂为30重量％)，作为第二材料使用硅粉(粒径0.15μm)。

在本发明中，对于硅溶胶，添加分散硅粉，调制硅溶胶-硅粉浆料。

在此，硅溶胶与硅粉以重量比例1∶1～4∶1的比例进行混炼。以2∶1混炼时的硅溶胶中的二氧化硅微粒的比例为溶胶固体成分∶硅粉＝30∶50。

在所得到的硅溶胶-硅粉浆料中浸渍烧结后的型芯主体，然后提起， 在型芯主体18a的表面，形成由硅溶胶-硅粉构成的被覆层19a。在该被覆层19a的形成之时，在型芯的表面的孔18c中还浸透有浆料成分，干燥后在型芯材的孔之中也会析出硅溶胶-硅粉的成分。

之后进行干燥，接着例如以1,000℃进行热处理。该热处理只要可在表面形成被覆层19a，例如也可以在1,000℃以下。

该所得到的被覆层19a为在作为构成材料的硅质材料的粒径大的硅粉的间隙，填充有粒径小的硅溶胶的状态，因此充填细密，会形成致密层。

另外，因为硅粉为球状，所以粒径小的硅溶胶容易进入粒径大的硅粉的粒子间的间隙，因此细密填充进一步提高。此外，微粒的硅溶胶，使粒子间的附着力提高，因此有助于强度提高。

如此，根据本发明，精密铸造用的型芯的高温强度提高。

<试验例1>

以下，对于确认到本发明的效果的试验例进行了说明。

在本试验例中，首先，以1∶1的重量比例混合硅石华(800目)和硅砂(220目)，并在其中加蜡，加热混炼，得到混合物。在此，硅石华使用龙森社制的“MCF-200C”(商品名)，硅砂使用龙森社制的“RD-120”(商品名)，蜡使用パラメル卜社制的“Cerita Wax F30-75”(商品名)。

将该所得到的混合物进行注塑成形，得到成形体。

作为评价试验体1，得到宽30×长200×厚5mm的试验体。

其次，进行截止到600℃的脱脂处理和1,200℃下的烧结处理，得到型芯主体用的试验体。

接着，对于硅溶胶(SiO₂为30重量％)，添加分散硅粉(粒径为0.15μm，球状)，调制硅溶胶-硅粉浆料(硅溶胶与硅粉以重量比例2∶1进行混炼)。这时，硅溶胶中的二氧化硅微粒的比例是溶胶固体成分∶硅粉＝30∶50。

在该所得到的硅溶胶-硅粉浆料中浸渍型芯主体用的试验体，然后提起，在表面形成硅溶胶-硅粉的被覆层19a。接着在干燥后，以1,000℃进行热处理，在型芯主体表面18b上形成由硅溶胶-硅粉构成的被覆层19a。

作为比较例，将没有形成被覆层的作为比较试验体1。

测量这些评价试验体的强度。

在此，强度试验依据JIS R 1601的“陶瓷的弯曲强度(1981)”进行。

现有方法的未形成被覆层的比较试验体的强度为20MPa，相对于此，本发明法的型芯主体用的试验体的强度是25MPa。其结果可确认到，本发明的型芯主体用的试验体有25％的强度提高。

以下，对于使用了配有本发明的精密铸造用型芯的铸模的铸造方法进行说明。

图2是表示铸造方法的工序的一例的流程图。以下，使用图2，对于铸造方法进行说明。在此，图2所示的处理可以全自动地实行，也可以是操作员操作实行各工序的装置来实行。本实施方式的铸造方法是制作铸模(步骤S1)。铸模可以预先制作，也可以每次实行铸造而制作。

以下，使用图3至图9，对于步骤S1的工序所实行的本实施方式的铸模制造方法进行说明。图3是表示铸模制造方法的工序的一例的流程图。在此，图3所示的处理，可以全自动实行，也可以是操作员操作实行各工序的装置来实行。

铸模制造方法是制作型芯(core)(步骤S12)。型芯是与铸模所制作的铸件的内部的空洞对应的形状。就是说，型芯配置在与铸件的内部的空洞对应的部分，由此抑制铸造时构成铸件的金属流入。以下，用图4对于型芯的制造工序进行说明。

图4是示意性地表示型芯的制造工序的说明图。铸模制造方法中，如图4所示那样准备模具12(步骤S101)。模具12与型芯对应的区域为空洞。作为型芯的空洞的部分为凸部12a。还有，图4中，以模具12的截面表示，但模具12除了向空间注入材料的开口和排放空气的孔洞以外，基本上为覆盖型芯所对应的区域的整周的空洞。型铸造方法如箭头14所示，是将陶瓷浆料16从向模具12的空间注入材料的开口注入到模具12的内部。具体来说，是通过将陶瓷浆料16喷射到模具12的内部的所谓注塑成形来制作型芯18。铸模制造方法中，如果在模具12的内部制作型芯18，则从模具12中取出型芯18，将取出的型芯18设置在烧成炉20中，使之烧成。由此，将陶瓷所形成的型芯18烧固(步骤S102)。在此，作为陶瓷浆料16材料，使用“粒径不同的两种硅质材料”。

接着，为了在型芯18的表面形成被覆层，使经过了烧结的型芯18浸渍在积存有浆料19的积存部17中，取出后进行干燥(步骤S103)。接着 取出浸渍过的型芯18，设置在烧成炉20中，使之烧成。由此，在陶瓷所形成的型芯18的表面形成被覆层19a(步骤S104)。

型铸造方法如以上这样制作形成有被覆层19a的型芯18。还有，型芯18由在铸件固化后经化学处理等的脱型芯处理而去掉的材料形成。

铸模制造方法中，制作了型芯18后，进行外部模具的制作(步骤S14)。外部模具为内周面与铸件的外周面相对应的形状。模具可以由金属形成，也可以由陶瓷形成。图5是示意性地表示模具的一部分的立体图。关于图5所示的模具22a，形成于内周面的凹部与铸件的外周面对应。还有，在图5中，只显示模具22a，但也制作与模具22a对应，且在堵塞形成于内周面的凹部的方向上与模具22a对应的模具。铸模制造方法中，通过使2个模具合在一起，成为内周面与铸件的外周面对应的模子。

铸模制造方法中，制作了外部模具后，进行蜡模(蜡型)的制作(步骤S16)。以下，用图6加以说明。图6是示意性地表示蜡模的制造工序的说明图。铸模制造方法，是在模具22a的规定位置设置型芯18(步骤S110)。然后，使与模具22a对应的模具22b盖在模具22a的形成有凹部的面上，以模具22a、22b包围型芯18的周围，在型芯18与模具22a、22b之间形成空间24。铸模制造方法中，如箭头26所示，从连通于空间24的配管朝向空间24的内部开始WAX28的注入(步骤S112)。WAX28是若加热到既定的温度以上则会熔化这样的熔点为比较低温的物质，例如蜡。铸模制造方法是在空间24的整个区域填充WAX28(步骤S113)。之后，使WAX28固化，从而形成WAX28包围型芯18的周围的蜡模30。蜡模30基本上为WAX28所形成的部分与制造目的的铸件相同的形状。然后，铸件制造方法是将蜡模30从模具22a、22b上分离，安装浇口32(步骤S114)。浇口32是铸造时作为熔融金属的熔液的投料口。铸模制造方法中，按以上方式制作在内部含有型芯18，与铸件为相同的形状的用WAX28形成的蜡模30。

铸模制造方法中，制作了蜡模30后，进行浆料涂布(浸涂)(步骤S18)。图7是示意性地表示向蜡模涂布浆料的结构的说明图。图8是示意性地表示外侧铸模的制造工序的说明图。铸模制造方法如图7所示，使蜡模30浸渍在积存有浆料40的积存部41，取出后进行干燥(步骤S19)。由此，能够在蜡模30的表面形成底涂层101A。

在此，步骤S18中涂布的浆料是直接涂布于蜡模30的浆料。该浆料40使用单一分散有氧化铝超微粒的浆料。该浆料40中，作为粉优选使用350目左右的耐火性的微粒，例如氧化锆。另外，作为分散剂，优选使用多羧酸。另外，在浆料40中，优选微量添加消泡剂(硅系的物质)、润湿性改善剂，例如0.01％。通过添加润湿性改善剂，能够使浆料40对蜡模30的附着性提高。

铸模制造方法如图7所示，用浆料40进行浆料涂布，干燥并在具有底涂层(第一干燥膜)101A的蜡模上，再进行浆料涂布(浸涂)(步骤S20)。接着，如图8所示，在该湿润的浆料的表面，进行撒有作为灰泥材54的锆石灰泥粒(平均粒径0.8mm)的粉刷(步骤S21)。之后干燥在浆料层的表面附着有灰泥材54的蜡模，在底涂层(第一干燥膜)101A之上形成第一支撑(back up)层(第二干燥膜)104-1(步骤S22)。

进行使该第一支撑层(第二干燥膜)104-1的形成工序同样的操作重复多次(例如n：6～10次)的判断(步骤S23)。使规定次数(n)的第n支撑层104-n层叠(步骤S23：Yes)，得到形成有复层支撑层105A的、厚度例如为10mm的外侧铸模的干燥成形体106A。

铸模制造方法中，得到了形成有底涂层101A和复层支撑层105A的多层的干燥成形体106A，对于该干燥成形体106A进行热处理(步骤S24)。具体来说，除去处于外侧铸模与型芯之间的WAX，再烧成外侧铸模和型芯。以下，用图9进行说明。图9是示意性地表示铸模制造方法的一部分工序的说明图。铸模制造方法如步骤S130所示，将形成有底涂层101A和复层支撑层105A的多层的作为外侧铸模的干燥成形体106A放入高压釜60的内部，进行加热。高压釜60以加压蒸气充满内部，而加热干燥成形体106A内的蜡模30。由此构成蜡模30的WAX熔化，熔融WAX62从干燥成形体106A所包围空间64中排出。

铸模制造方法中，通过将熔融WAX62从空间64排出，如步骤S131所示，制作成在作为外侧铸模的干燥成形体106A与型芯18之间的填充有WAX的区域形成有空间64的铸模72。然后，铸模制造方法如步骤S132所示，将作为外侧铸模的干燥成形体106A与型芯18之间形成有空间64的铸模72，以烧成炉70加热。由此，铸模72中包含在作为外侧铸模的干 燥成形体106A中的水分和不需要的成分被除去，此外，经烧成而得到硬化，形成外侧铸模61。铸件制造方法是以如上方式制作铸模72。

用图2和图10，继续说明铸造方法。图10是示意性地表示铸造方法的一部分工序的说明图。铸造方法如果以步骤S1制作了铸模，则进行铸模的预热(步骤S2)。例如，将铸模配置在炉(真空炉，烧成炉)内，加热至800℃以上、900℃以下。通过进行预热，在铸件的制造时，能够抑制将熔液(熔化的金属)注入到铸模时铸模发生损伤。

铸造方法中，对铸模进行了预热后，进行浇注(步骤S3)。即，如图10的步骤S140所示，将熔液80，也就是熔化的铸件的原料(例如钢)从铸模72的开口注入到外侧铸模61与型芯18之间。

铸造方法中，使注入铸模72的熔液80固化后，除去外侧铸模61(步骤S4)。也就是，如图10的步骤S141所示，成为在铸模72的内部有熔液凝固的铸件90，粉碎外侧铸模61成为碎片61a，从铸件90上去掉。

铸造方法中，从铸件90上除去了外侧铸模61后，进行脱型芯处理(步骤S5)。就是如图10的步骤S142所示，在高压釜92的内部放入铸件90，进行脱型芯处理，溶解铸件90的内部的型芯18，将熔化了的熔化型芯94从铸件90的内部排出。具体来说，在高压釜92的内部将铸件90投入碱溶液中，反复加压、减压，从铸件90中排出熔化型芯94。

铸造方法，进行了脱型芯处理后，进行整修处理(步骤S6)。就是对于铸件90的表面和内部进行整修处理。另外，在铸造方法中，与整修处理一起还进行铸件的成品检查。由此，如图10的步骤S143所示的能够制造铸件100。

本实施方式的铸造方法中，如以上所示运用使用了WAX(蜡)的失蜡铸造法铸造法制作铸模，制作铸件。在此，本实施方式的铸模制造方法、铸造方法及铸模，是使用作为浆料的氧化铝超微粒在作为铸模的外侧的部分的外侧铸模上，形成构成内周面的底涂层(作为首层的第一干燥膜)101A，在该底涂层101A的外部形成多层的复层支撑层105A而作为多层结构。

在采用本实施方式的铸造方法时，因为在型芯的表面形成有被覆层，所以尺寸精度提高，即使浇铸温度为高温，耐久性仍提高。

另外，即使浇铸过程时间为长时间时，因为是高强度的型芯，所以浇 铸设计的自由度(例如减速设定得很低等)提高。

此外，能够实现制品的薄壁化，制造热效率良好的涡轮动叶等的精密铸造品。

作为本发明的精密铸造品，除了燃气轮机动叶以外，还能够列举例如燃气轮机静叶、燃气轮机燃烧器、燃气轮机分割环等。

[第二实施方式]

在本实施方式中，因为与第一实施方式的精密铸造用型芯的结构相同，所以参照第一实施方式中说明的附图(图1和2)进行说明。

图1是精密铸造用型芯的剖面结构图。

本发明的精密铸造用型芯，是在以硅质粒子为主成分的经过烧结的精密铸造用型芯主体(以下称为“型芯主体”。)的表面形成由硅质材料和氧化铝质材料构成的被覆层而成。

如图1中显示的烧结体的型芯主体的剖面图的上段所示，在型芯主体18a的表面18b上，烧结时会产生很多的孔18c。

在本发明中，如图1的下段所示，以被覆层19a被覆形成于其表面的孔18c，从而对孔18c进行封堵。

在此，型芯主体18a以硅质粒子为主成分，例如由硅砂、硅石华等的熔融氧化硅(SiO₂)形成。

该型芯主体18a，以公知的方法制造，作为硅质粒子，例如使用硅石华(例如800目(10～20μm))、和硅砂(例如220目(20～70μm))，以1∶1的重量比例混合，向其中加入蜡，加热混炼，得到混合物。

通过注塑成形，成形该得到的混合物，得到型芯用成形体。

然后，进行例如截止到600℃的脱脂处理，接着例如进行1,200℃下的烧结处理，得到型芯主体18a。

在本发明中，在此得到的烧结体的型芯主体18a的表面形成被覆层19a。

被覆层19a使用硅质材料和氧化铝质材料。

在此，硅质材料是硅溶胶(SiO₂为30重量％)，氧化铝质材料是氧化铝溶胶(Al₂O₃)。

硅溶胶(SiO₂)和氧化铝溶胶(Al₂O₃)的混合以摩尔比＝2∶3的方式 调合，调制混合溶胶(二氧化硅-氧化铝溶胶)。

在调制好的二氧化硅-氧化铝溶胶中浸渍型芯试验体，然后提起，在型芯主体18a的表面18b上，形成二氧化硅-氧化铝溶胶的层，并且型芯表面的孔18c中也有二氧化硅-氧化铝溶胶的成分析出。

之后干燥，接着例如以1,000℃进行热处理。该热处理，只要可在表面形成被覆层19a，例如也可以在1,000℃以下。

在该热处理中，二氧化硅-氧化铝溶胶通过反应而变成高熔点的富铝红柱石(3Al₂O₃·2SiO₂)。能够得到型芯主体18a被该富铝红柱石化的被覆层19a覆盖的型芯18。

在此，富铝红柱石的熔点为1,900℃，比二氧化硅的熔点(1,600℃)高得多，因此可以应对高的浇铸温度。

如此，根据本发明，因为大量形成于表面的孔被封堵，所以可以防止像以前这样的以该孔为起点，浇铸时型芯破裂的问题。因此，精密铸造用型芯的高温强度提高。

<试验例2>

以下，对于确认到本发明的效果的试验例进行说明。

在本试验例中，首先将硅石华(800目)、和硅砂(220目)以1∶1的重量比例进行混合，向其中加入蜡，加热混炼，得到混合物。在此，硅石华使用龙森社制的“MCF-200C”(商品名)，硅砂使用龙森社制的“RD-120”(商品名)，蜡使用パラメル卜社制的“Cerita Wax F30-75”(商品名)。

对于该得到的混合物进行注塑成形而得到成形体。

作为评价试验体，得到宽30×长200×厚5mm的试验体。

接着，进行截止到600℃的脱脂处理和1,200℃下的烧结处理，得到型芯主体用的试验体2。

接着，使用硅溶胶(SiO₂)和氧化铝溶胶(Al₂O₃)，以达成富铝红柱石化的配合比率(摩尔比＝2∶3)而进行调合，调制混合溶胶(二氧化硅-氧化铝溶胶)。

在该得到的二氧化硅-氧化铝溶胶中浸渍型芯主体用的试验体之后，提起，在表面形成二氧化硅-氧化铝溶胶的被覆层19a。接着干燥后，以 1,000℃进行热处理，在型芯主体表面18b上形成二氧化硅-氧化铝溶胶反应而成的富铝红柱石所构成的被覆层19a。

作为比较例，以没有形成被覆层的试验体作为比较试验体2。

测量这些评价试验体的强度。

在此，强度试验依据JIS R 1601的“陶瓷的弯曲强度(1981)”进行。

现有方法的没有形成被覆层的比较试验体的强度为20MPa，相对于此，本发明方法的型芯主体用的试验体的强度为26MPa。其结果可确认到，本发明的型芯主体用的试验体有30％的强度提高。

根据本发明，借助富铝红柱石化，型芯的高温耐久性提高，因此所能够得到的铸模，例如其即使在单向凝固叶片制造的高温(例如1,550℃)下长时间保持时，也不会发生变形。

在此，关于使用了配有本实施方式的精密铸造用型芯的铸模的铸造方法，只是将第一实施方式的方法中使用的陶瓷浆料16的材料，即“粒径不同的两种硅质材料”变更为“由硅质材料和氧化铝质材料构成的材料”，其他操作同样，因此省略其说明。

[第三实施方式]

在本实施方式中，因为与第一实施方式的精密铸造用型芯的结构相同，所以参照第一实施方式中说明的附图(图1和2)进行说明。

图1是精密铸造用型芯的剖面结构图。

本发明的精密铸造用型芯，是在以硅质粒子为主成分的经烧结的精密铸造用型芯主体(以下称为“型芯主体”。)的表面形成由硅质材料和氧化铝质材料和硅粉构成的材料的被覆层而成。

如图1中显示的烧结体的型芯主体的剖面图的上段所示，在型芯主体18a的表面18b，烧结时会产生许多孔18c。

在本发明中，如图1的下段所示，以被覆层19a被覆形成于其表面的孔18c，从而封堵孔18c。

在此，型芯主体18a以硅质粒子为主成分，例如由硅砂、硅石华等的熔融氧化硅(SiO₂)形成。

该型芯主体18a以公知的方法制造，作为硅质粒子，例如使用硅石华(例如800目(10～20μm))和硅砂(例如220目(20～70μm))，以1∶1 的重量比例混合，向其中加入蜡，加热混炼，得到混合物。

通过注塑成形，成形该得到的混合物，得到型芯用成形体。

然后，例如进行截止到600℃的脱脂处理，接着例如进行1,200℃下的烧结处理，得到型芯主体18a。

在本发明中，在该所得到的烧结体的型芯主体18a的表面形成被覆层19a。

被覆层19a使用硅质材料和氧化铝质材料和硅粉。

在此，硅质材料是硅溶胶(SiO₂为30重量％)，氧化铝质材料是氧化铝溶胶(Al₂O₃)。

在此，作为分散于硅质材料和氧化铝质材料中的硅粉的分散比例为5～40重量％，优选为20重量％左右。

硅粉优选粒径为0.05～0.5μm的硅粉。

在此，硅溶胶(SiO₂)和氧化铝溶胶(Al₂O₃)的混合，以摩尔比＝2∶3的方式调合，调制混合溶胶(二氧化硅-氧化铝溶胶)(分散粒子的粒径：1～数100nm)。

在调制好的二氧化硅-氧化铝溶胶中添加分散硅粉，调制二氧化硅-氧化铝溶胶-硅粉浆料。

在该调制好的二氧化硅-氧化铝溶胶-硅粉浆料中，浸渍型芯试验体，然后提起，在型芯主体18a的表面18b，形成二氧化硅-氧化铝溶胶-硅粉的层，并且在型芯表面的孔18c中也有氧化硅-氧化铝溶胶-硅粉的成分析出。

然后干燥，接着例如以1,000℃进行热处理。该热处理只要可以在表面形成被覆层19a，例如也可以在1,000℃以下。

在该热处理中，二氧化硅-氧化铝溶胶，通过反应而变成高熔点的富铝红柱石(3Al₂O₃·2SiO₂)。能够得到型芯主体18a由被覆层19a覆盖的型芯18，该被覆层19a以致密的富铝红柱石层填充大粒径的硅粉层的空隙，使粒子间的附着力提高。

在此，富铝红柱石的熔点为1,900℃，比二氧化硅的熔点(1,600℃)高得多，因此可以应对高的浇铸温度。

如此，根据本发明，因为大量形成于表面的孔被封堵，所以可防止像 以往这样的以该孔为起点，浇铸时型芯发生破裂的问题。因此，精密铸造用的型芯的高温强度提高。

另外，因为硅粉其粒径大，所以即使在1,000℃下的热处理中，热收缩也很少。

<试验例3>

以下，对于确认到本发明的效果的试验例进行说明。

在本试验例中，首先将硅石华(800目)和硅砂(220目)以1∶1的重量比例混合，向其中加入蜡，加热混炼，得到混合物。在此，硅石华使用龙森社制的“MCF-200C”(商品名)，硅砂使用龙森社制的“RD-120”(商品名)，蜡使用パラメル卜社制的“Cerita Wax F30-75”(商品名)。

对于该得到的混合物进行注塑成形，由此得到成形体。

作为评价试验体，得到宽30×长200×厚5mm的试验体。

其次，进行截止到600℃的脱脂处理和1,200℃下的烧结处理，得到型芯主体用的试验体3。

接着，使用硅溶胶(SiO₂)和氧化铝溶胶(Al₂O₃)，以达成富铝红柱石化的配合比率(摩尔比＝2∶3)而进行调合，调制混合溶胶(二氧化硅-氧化铝溶胶)。

在该得到的二氧化硅-氧化铝溶胶中，调合硅粉(例如粒径0.15μm；球状体)20重量％，调制调合有硅粉的二氧化硅-氧化铝溶胶-硅粉浆料。

在该调制的二氧化硅-氧化铝溶胶-硅粉浆料中，浸渍型芯主体用的试验体，之后提起，在表面形成二氧化硅-氧化铝溶胶的被覆层19a。接着干燥后，以1,000℃进行热处理，在型芯主体表面18b上形成含有硅粉的由二氧化硅-氧化铝溶胶反应而成的富铝红柱石所构成的被覆层19a。

作为比较例，将没有形成被覆层的试验体作为比较试验体3。

测量这些评价试验体的强度。

在此，强度试验依据JIS R 1601的“陶瓷的弯曲强度(1981)”进行。

现有方法的没有形成被覆层的比较试验体的强度是20MPa，相对于此，本发明方法的型芯主体用的试验体的强度是27MPa。其结果可确认，本发明的型芯主体用的试验体有35％的强度提高。

根据本发明，由于富铝红柱石化，型芯的高温耐久性提高，因此所能 够得到的铸模，例如其即使在单向凝固叶片制造中的高温(例如1，550℃)下长时间保持时，也不会发生变形。

在此，关于使用了配有本实施方式的精密铸造用型芯的铸模的铸造方法，只是将第一实施方式的方法中使用的陶瓷浆料16的材料，即“粒径不同的两种硅质材料”变更为“由硅质材料和氧化铝质材料和硅粉构成的材料”，其他操作同样，因此省略其说明。

【符号说明】

12，22a，22b 模具

12a 凸部

14，26 箭头

16 陶瓷浆料

18 型芯(core)

18a 型芯主体

18b 表面

18c 孔

19 浆料

19a 被覆层

20，70 烧成炉

24，64 空间

28 WAX(蜡)

30 蜡模

32 浇口

40 浆料

60，92 高压釜

61 外侧铸模

61a 碎片

62 熔融WAX

72 铸模

80 熔液

90，100 铸件

94 熔化型芯

101A 底涂层

Claims (7)

1.一种精密铸造用型芯，其特征在于，在以硅质粒子为主成分的经烧结的精密铸造用型芯主体的表面形成粒径不同的两种硅质材料的被覆层而成，

所述粒径不同的两种硅质材料包含硅溶胶和粒径大于该硅溶胶的硅粉，并且所述硅粉为球状。

2.根据权利要求1所述的精密铸造用型芯，其特征在于，硅溶胶和硅粉的重量比例为1∶1～4∶1。

3.一种精密铸造用型芯，其特征在于，在以硅质粒子为主成分的经烧结的精密铸造用型芯主体的表面形成包含硅质材料、氧化铝质材料和硅粉的被覆层而成，

所述硅质材料是硅溶胶，氧化铝质材料是氧化铝溶胶。

4.一种精密铸造用铸模，其是用于铸件的制造的精密铸造用铸模，其特征在于，具有：

在以硅质粒子为主成分的经烧结的精密铸造用型芯主体的表面形成粒径不同的两种硅质材料的被覆层而成的、与所述铸件的内部的空洞部分对应的形状的精密铸造用型芯；和

与所述铸件的外周面的形状对应的外侧铸模，

所述粒径不同的两种硅质材料包含硅溶胶和粒径大于该硅溶胶的硅粉，并且所述硅粉为球状。

5.一种精密铸造用型芯的制造方法，其特征在于，将以硅质粒子为主成分的精密铸造用型芯主体的烧结处理体浸渍在包含粒径不同的两种硅质材料的被覆材料中，接着进行干燥，然后进行热处理，在精密铸造用型芯主体的表面形成被覆层，

所述粒径不同的两种硅质材料包含硅溶胶和粒径大于该硅溶胶的硅粉，并且所述硅粉为球状。

6.根据权利要求5所述的精密铸造用型芯的制造方法，其特征在于，硅溶胶和硅粉的重量比例为1∶1～4∶1。

7.一种精密铸造用型芯的制造方法，其特征在于，将以硅质粒子为主成分的精密铸造用型芯主体的烧结处理体浸渍在包含硅溶胶、氧化铝溶胶和硅粉的被覆材料中，接着进行干燥，然后进行热处理，在精密铸造用型芯主体的表面形成被覆层，

所述硅粉为球状。