JP2008534286A

JP2008534286A - インベストメント鋳造用の鋳型と製造方法

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Publication number: JP2008534286A
Application number: JP2008504014A
Authority: JP
Inventors: ヴァンダーミーア、ジョン; エイバントロック、カーミット; エムブランズコーム、トーマス; ジーデービス、アーレン
Original assignee: バントロックインダストリーズインコーポレーテッド
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: JP4663782B2; ES2602353T3; KR20070116944A; EP1866110A1; US7048034B2; CN101184563B; CN101184563A; EP1866110B1; EP1866110A4; US20050199366A1; WO2006107345A1

Abstract

本発明はインベストメント鋳造用シェル鋳型およびその製法に関する。当該製法は、繊維と耐火性充填剤とを混合してドライブレンドを形成し、該ドライブレンドとバインダーゾルとを混合して耐火性スラリーを形成し、該耐火性スラリーを用いてインベストメント鋳造用シェル鋳型を生成することを含む。

Description

本発明は、改良されたインベストメント鋳造法と、それに用いられる混合物に関する。

ロストワックス法を用いたインベストメント鋳造法は、古代エジプトと中国にその起源を発する。しかし、今日実施されているような方法は、１９３０年代に始まった比較的新しい技術であり、急速に成長するビジネスの世界と科学技術を象徴している。インベストメント鋳造法によると、所望形状の金属部材と同一形状の除去可能なろう模型の周りに形成された使い捨てのセラミック製シェル鋳型に溶融金属を鋳込むことができるために複雑な形状の金属部材の製作が簡素化される。「精密インベストメント鋳造法」、つまりＰＩＣは、当業界においてはこの技術を指す用語である。

従来技術によるＰＩＣ法は、主要な六つの工程を有する。

（１）模型の形成
所望形状の金属鋳物用の除去可能な雄型模型は、完全に溶解、気化または燃焼して、脱ろう後のセラミック製シェル鋳型に汚染物質を残留させないよう、ろうのような熱可塑性材料を用いて形成される。雄型模型は、金属鋳物に求められる形状、寸法および鋳肌の型を製作できるよう設計された、雌型で分割された金属製ダイ、つまり「ツール」の中に熱可塑性材料を射出することによって形成される。単一のまたは複数の模型は、溶融金属をシェル鋳型に注湯するための、除去可能なろうで形成された「湯口システム」に融着させることによって組み立てることができる。

（２）シェル鋳型は、下記の工程を経て製作される。

（ａ）アルカリ性でコロイダルシリカ結合剤によって安定化された水溶液中に耐火性微粒子を含む耐火性スラリーに組立模型を浸漬して、模型表面に耐火材のコーティングを施す段階。

（ｂ）施された耐火性コーティングを、大きい粒度の乾燥耐火性粒子、つまり「スタッコ」に接触させてスタッコのコーティングを施す段階。

（ｃ）空気乾燥させ、空気乾燥のグリーン・コーティングを不溶性の結合コーティングに変化させる段階。これらの段階を繰り返して次のコーティングを積層することによって、所望の厚さの空気乾燥「グリーン」シェル鋳型を製作することができる。

（３）脱ろう−除去可能なろう模型は、グリーン・シェル鋳型を１０００〜１９００°Ｆに加熱されたフラッシュ脱ろう炉に投入してスチーム・オートクレーブ処理することによって、または、圧力の過度な増大によってシェル鋳型にひびが入らないよう、ろうを急速に加熱液化させるその他の方法を用いて空気乾燥「グリーン」シェル鋳型から取り除かれる。

（４）加熱−脱ろうを終えたシェル鋳型は、１６００〜２０００°Ｆに加熱することによって揮発性残留物が除去されるとともに、安定したセラミック結合が形成される。

（５）鋳込み−加熱処理されたシェル鋳型は、加熱炉から取り出されて溶融金属を鋳込むことができるように配置される。金属は、ガス、間接アークまたは誘導による加熱によって溶解される。溶融金属は、空気中でまたは真空室内において鋳込まれる。さらに、溶融金属は、静的にまたは遠心力を作用させて鋳込み、また、取瓶からまたは湯だまりから直接鋳込んでよい。溶融金属は、冷却後に凝縮することによって鋳型の内部に金属鋳物を形成する。

（６）鋳物の取出し−凝固した金属鋳物を内部に収容したシェル鋳型をばらばらに壊すことによって、金属鋳物は、セラミック製シェル鋳型から取り外される。鋳物は、のこで挽くまたは研磨円板で切断して湯口システムから分離される。また、鋳物は、タンブリング、ショットブラストまたはグリットブラストによって綺麗にされる。

インベストメント鋳造用のシェル鋳型は、脆弱で、また壊れやすい物である。インベストメント鋳造用シェル鋳型の強度向上を目的として、少量の、切断した耐火性繊維および／または切断した耐火性繊維と切断した有機繊維の混合体を水様耐火性スラリーに添加する方法が取られてきた。耐火性スラリーに少量の切断した耐火性繊維を添加することによって、模型に厚いコーティングを行うことが可能になる。しかし、十分なグリーン強度とスラリーの流動性を得るためには、かなりな量のポリマーをスラリーに添加する必要がある。

従って、十分な強度を有するとともに、従来技術の不都合な点を回避できるように改良されたインベストメント鋳造用シェル鋳型を製作するための材料と方法を提供する必要がある。

本発明は、除去可能な模型の上にセラミック製シェル鋳型を速やかに形成する方法と、そのようにして製作されたセラミック製シェル鋳型に関する。全体として、本発明は、インベストメント鋳造用のシェル鋳型を製作するために用いられる混合物に関し、混合物は、繊維と耐火性繊維を含む耐火性乾燥混合物を好適なゾル状結合剤に添加することによって耐火性コーティング用スラリーに調合されている。

従って、本発明は、繊維を耐火性繊維と混合して乾燥混合物を調製し、次に乾燥混合物をコロイダルシリカまたは他の好適なゾルと混合することによって本発明の鋳造用スラリーを調製するための技術を教示するものである。スラリーは、インベストメント鋳造用のシェル鋳型を製作するときに用いられる。当業界においては周知の通り、シェル鋳型に対しては、「脱ろう」、焼成および注湯が行われる。繊維は、無機繊維または有機繊維であってよく、また切断されたまたは粉砕された繊維であってもよい。耐火性充填剤には、溶融シリカ、ジルコン、アルミナ、アルミナシリカなどを用いることができる。耐火性充填剤は、種々の粒径を有していてよく、粒径は、超微細粒子の数ミクロンから、微細粒子の１２０〜３２５メッシュ、さらには粗アグリゲートの１０〜４０メッシュであってよい。繊維と耐火性充填剤を含む乾燥混合物は、使用が簡便であり、またスラリーを均一にするためにも役立つ。ここに説明する方法にしたがって製作されたシェル鋳型は、上述の乾燥混合物が無添加のスラリーを用いて製作されたシェル鋳型より大きい利点を有することが明らかになった。

ここに説明する種々の方法の最も広い概念によると、製作方法は、第一と第二の耐火性コーティング用スラリーを準備する段階を含み、少なくとも一方のスラリーは、繊維と耐火性充填剤を含む乾燥混合物を用いて調製され、スラリーを調製するとき、乾燥混合物は、コロイド状の水様ゾルと調合される。製作方法は、さらに第一と第二の耐火性コーティング用スラリーの一方を除去可能な型の上に塗布することによってコーティングされた型を形成する段階と、コーティングされた型に耐火性材料を用いて随意にスタッコイングする段階と、コーティングと随意のスタッコイングが施された型を十分に乾燥させて第一と第二の耐火性コーティング用スラリーの他方を型に塗布する段階と、型に乾燥混合物を用いて調製した耐火性コーティング用スラリーの層が少なくとも一層形成されている場合、耐火性スラリーの塗布と随意のスタッコイングを必要回数繰り返して、所望の厚さを有する型を形成する段階と、複数層を有する型を乾燥させて、インベストメント鋳造用のグリーン・シェル鋳型を形成する段階と、インベストメント鋳造用の焼成シェル鋳型を製作するのに十分な温度までグリーン・シェル鋳型を加熱する段階とを含む。

充填剤は、約２０〜６００メッシュ、好ましくは約１２０〜３２５メッシュの粒径を有する。充填剤は、か焼コークスとの混合物であってもよい。

第一のスラリーは、第一の乾燥混合物と第一のコロイド状ゾルとから調製される。第一のスラリーと同一または異なっている第二のスラリーは、第二の乾燥混合物と、第一のコロイド状ゾルと同一または異なっている第二のコロイド状ゾルとから調製される。限定するものではないが、有用なコロイド状ゾルには、コロイダルシリカ・ゾル、ラテックス変性のコロイダルシリカ・ゾル、エチルシリケート、イオン珪酸塩、またはそれらの混合物が含まれるが、コロイダルシリカが好ましい。

第一のスラリーをプラスチックやろうで形成された除去可能な模型にコーティングして、型が形成される。型は、次に、耐火性材料を用いてスタッコイングした後に乾燥させられる。次に、第二のスラリーが、スタッコイングされた型に塗布される。型は、耐火性材料を用いてスタッコイングを第二の層に施すことによって厚さを増大させた後に乾燥させられる。除去可能な模型を取り除くことによって、グリーン・シェル鋳型が形成される。それを焼成することによって、セラミック製シェル鋳型が製作される。

本発明のさらに別の態様によると、第一のスラリーを除去可能な模型に塗布し、スタッコイングした後に乾燥させられる。次に、第一のスラリーを用いて少なくとも一層を重ねて塗布し、スタッコイングした後に乾燥させることによって、第一のスラリーを用いた多数層の型が形成される。次に、第二のスラリーの塗布、スタッコイングおよび乾燥が実施される。第二のスラリーも、また、複数の層を形成するよう塗布される。除去可能な模型の除去後に形成されたグリーン・シェル鋳型は、焼成の工程を経てセラミック製シェル鋳型になる。第一の下塗り用スラリーは、一種類以上のセラミック充填剤とコロイド状ゾルとから調製される。また、一種類以上のセラミック充填剤とセラミック繊維またはナイロンやポリプロピレンのような有機繊維との乾燥混合物と、コロイド状ゾルとから第一のスラリーを調製してもよい。両方のスラリーに用いられるコロイド状ゾルは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。限定するものではないが、有用なコロイド状ゾルには、コロイダルシリカ・ゾル、ラテックス変性のコロイダルシリカ・ゾル、エチル珪酸塩、イオン珪酸塩、またはそれらの混合物が含まれるが、コロイダルシリカとラテックス変性のコロイダルシリカ・ゾルが好ましい。

本発明のさらに別の態様によると、一種類以上のセラミック充填剤をコロイド状ゾルと混合することによって、繊維が実質上含有されない第一のスラリーが形成される。第二のスラリーは、繊維と、コロイド状ゾルに混合されたセラミック充填剤とから調製される。第二のスラリーに用いられる繊維は、限定するものではないが、セラミック繊維、ガラス繊維および有機繊維を含む。限定するものではないが、有用な有機繊維にはナイロンとポリプロピレンが含まれる。第二のスラリーに用いられるセラミック充填剤は、第一のスラリーに用いられるセラミック充填剤のいずれかと同一の種類または異なる種類のものであってよい。また、第一と第二のスラリーに用いられるコロイド状ゾルは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。限定するものではないが、第一と第二のスラリーに用いられるコロイド状ゾルには、コロイダルシリカ・ゾル、ラテックス変性のコロイダルシリカ・ゾル、エチル珪酸塩、イオン珪酸塩、またはそれらの混合物が含まれるが、コロイダルシリカ・ゾルとラテックス変性のコロイダルシリカ・ゾルが好ましい。

本発明のこの態様において、除去可能な模型に第一のスラリーを塗布し、スタッコイングした後に乾燥させることによってスタッコイングされた型が形成される。次に、第二のスラリーを塗布して、スタッコイングした後に乾燥させることによって型の厚さが増大する。第二のスラリーを用いて、複数の層が形成される。除去可能な模型を取り除くことによって、グリーン・シェル鋳型が形成される。それを焼成することによって、セラミック製シェル鋳型が製作される。

本発明は、セラミック製シェル鋳型を製作するとき、従来技術より優れた複数の利点を有する。たとえば、繊維とセラミック充填剤の混合物を調製しておくことによって、繊維とセラミック充填剤のコロイド状のゾル結合剤に混入させることが容易になるとともに、撹拌を継続することまたは使用前にコロイド状ゾルと繊維の混合物を再度撹拌することが必要ではなくなる。別の利点は、繊維を液状結合剤に予め分散させる、またはセラミック充填剤の添加前にポリマー状添加物と混合させておく必要がないことである。さらに別の利点は、ポリマー状結合剤の使用により、グリーン強度を向上させるための添加物が必要ないことである。本発明は、強い剪断力で撹拌するとき繊維が凝集するという従来技術の問題点を回避できるという利点も有する。さらに別の利点は、繊維を含有する乾燥混合物をスラリーに用いるために、厚いコーティングを形成できるということである。また、繊維を含有する乾燥混合物をスラリーに用いているために、繊維を含有しないスラリーを用いて形成されたシェル鋳型と比較した場合、大きい厚さを有しながらも、より均一なシェル鋳型を形成することが可能になる。

乾燥混合物
本発明の種々の態様において用いられる乾燥混合物は、一種類以上のセラミック充填剤と、限定するものではなく単に例示すると、セラミック繊維や有機繊維のような繊維を含有した一種類以上のセラミック充填剤を含む。限定するものではないが、使用されるセラミック充填剤は、溶融シリカ、アルミナ、ムライトやカイアメイトやモロカイトのようなアルミノ珪酸塩、ジルコン、亜クロム酸塩、籾殻灰、か焼コークスおよびそれらの混合物を含む。セラミック充填剤の粒径は、一般に約２０〜６００メッシュであり、好ましくは約１２０〜３２５メッシュである。

使用されるセラミック繊維は、限定するものではないが、一般には縦横比であるアスペクト比が約２０：１である。限定するものではないが、有用なセラミック繊維の例はとしては、カナダのケベック州のオルレアンズ・リソース・グループ（Orleans Resource Group）製で珪灰石のＯｒｌｅａｎｓＯｎｅ繊維、ニューヨーク州ウィルズボロのＮＹＣＯミネラルズ社（NYCO Minerals Co.）製で珪灰石のＮＩＡＤＧ繊維、金属繊維、アラミド繊維、炭素繊維、および切断または粉砕したセラミック繊維、たとえば、ムライトのようなアルミノ珪酸塩、アルミナやジルコニアのような酸化物、窒化珪素のような窒化物、炭素、炭化珪素のような炭化物、およびそれらの混合物が含まれる。切断して粉砕されたセラミック繊維は、サーマル・セラミックス社（Thermal Ceramics Corp.）のような多くの供給者によって市販されている。

限定するものではないが、乾燥混合物に使用されるガラス繊維は、切断して粉砕したガラス繊維が含まれる。限定するものではないが、使用される切断ガス繊維は、Ｅガラス繊維、Ｓガラス繊維およびそれらの混合物を含む。限定するものではないが、使用されるＥガラス繊維の例としては、ノースカロライナ州シェルビーのＰＰＧインダストリーズ社（PPG Industries）が商品名ＣｈｏｐＶａｎｔａｇｅ８６１０として販売している、長さが約３〜６ｍｍ、径が約１０μｍの繊維が含まれる。限定するものではないが、使用される切断Ｓガラス繊維は、サウスカロライナ州アイケンのＡＧＹ社製のように、長さが約３〜６ｍｍ、径が約１０μｍの繊維が含まれる。限定するものではないが、有用な粉砕Ｅガラス繊維の例には、オーエンス・コーニング社製のように長さが約０．１２５インチ、平均径が１５．８μｍ、嵩密度が０．１７ｇ／ｃｍ³の７３１ＥＤ３ｍｍ綿状繊維が含まれる。

限定するものではないが、乾燥混合物に用いられる有機繊維は、オレフィン、アミド、アラミド、ポリエステルおよびセルロース系繊維を含む。限定するものではないが、使用されるオレフィンの例には、ミニファイバーズ社（Minifibers, Inc.）製のポリエチレンとポリプロピレンが含まれる。限定するものではないが、アミド系繊維にはウェックス・ケミカル社（Wex Chemical Co.）製のナイロン繊維が含まれる。限定するものではないが、使用されるアラミド繊維の例には、デュポン社製のケブラー（登録商標）とアクゾー・ノーベル社（Akzo Nobel）製のＴｗａｒｏｎが含まれる。使用されるポリステル繊維の例は、ウェックス・ケミカル社製のものなどが含まれる。セルロース系繊維の例には、インターファイブ社（Interfibe Corp.）製のものが含まれる。

乾燥混合物中の繊維の量は、大きく変えることができる。乾燥混合物がセラミック繊維、ガラス繊維およびセラミック充填剤を含有している場合、セラミック繊維は、乾燥混合物の約１〜１０重量％であってよく、ガラス繊維は、乾燥混合物の約０．５〜１０重量％であってよく、セラミック充填剤は、乾燥混合物の約８０〜９８．５重量％であってよい。

乾燥混合物がセラミック繊維、ガラス繊維、セラミック充填剤および有機繊維を含有している場合、セラミック繊維は、乾燥混合物の約１〜１０重量％であってよく、ガラス繊維は、乾燥混合物の約０．５〜１０重量％であってよく、セラミック充填剤は、乾燥混合物の約７６〜９８重量％であってよく、有機繊維は、乾燥混合物の約０．３〜４重量％であってよい。

乾燥混合物がセラミック繊維、セラミック充填剤および有機繊維を含有している場合、セラミック繊維は、乾燥混合物の約０．５〜１０重量％であってよく、セラミック充填剤は、乾燥混合物の約８６〜９８．２重量％であってよく、有機繊維は、乾燥混合物の約０．３〜４重量％であってよい。

乾燥混合物がセラミック繊維とセラミック充填剤を含有している場合、セラミック繊維は、乾燥混合物の約１〜１０重量％であってよく、セラミック充填剤は、乾燥混合物の約９０〜９９重量％であってよい。

乾燥混合物が有機繊維とセラミック充填剤を含有している場合、有機繊維は、乾燥混合物の約０．３〜５重量％であってよく、セラミック充填剤は、乾燥混合物の約９５〜９９．７重量％であってよい。

耐火性スラリーの調製
下塗り用スラリーまたは上塗り用スラリーとして用いられる耐火性スラリーは、乾燥混合物とコロイド状ゾルから調製される。ゾルとしては、デラウェア州ウィルミントンのウェスボンド社（Wesbond, Inc.）製のＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）として市販されているコロイド状の水様シリカ・ゾルを用いることが好ましい。水様シリカ・ゾルのＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）は、異なるｐＨ値、滴定可能な酸化ナトリウムＮａ₂Ｏの異なる含有量および固形物の異なる含有量のものが入手可能である。水様シリカ・ゾルのＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）は、約４０ｎｍの平均粒径、約６〜１９０ｎｍの粒径分布および約２０ｎｍの粒径の標準偏差を有する。水様シリカ・ゾルのＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）のｐＨは、約８．０〜１０．０、好ましくは約９．０〜９．５の範囲にあってよく、その滴定可能な酸化ナトリウムＮａ₂Ｏの含有量は、約０．０２〜０．５％、好ましくは約０．１〜０．２５％、最も好ましくは約０．２０〜０．２２％の範囲にあってよく、その固形物含有量は、約３０〜５０％、好ましくは約４０〜４７％、より好ましくは約４５％である。またバージニア州ウィリアムズバーグのブントロック・インダストリーズ社（Buntrock Industries, Inc.）製のＭｅｇａＰｒｉｍｅ、ＥＫＡケミカル社（EKA Chemical Co.）製のＮｙａｃｏｌ８３０、ナルコ・ケミカル社（Nalco Chemical Co.）製のＮａｌｃｏａｇ１１３０とＮａｌｃｏａｇ１０３０、およびＷ．Ｒ．グレース社（W.R. Grace & Co.）製のＬｕｄｏｘＳＭ−３０とＬｕｄｏｘＨＳ−３０のような他の水様シリカ・ゾルを用いてもよい。

一般に、スラリーは、好ましくはコロイダルシリカ・ゾル、より好ましくはＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）のようなコロイド状ゾルを水洗いによりきれいにされた混合槽に投入し、撹拌中に乾燥混合物を添加して調製される。混合槽としては、当業界において周知の種々の混合装置を用いることができる。これらの装置には、たとえば、プロペラ式ミキサー、ボールミル、高速分散混練機および回転台固定刃式ミキサーが含まれる。乾燥混合物は撹拌中に添加され、添加は、スラリーが適切な粘度になるまで継続される。

第一のスラリーはしばしば下塗りとして用いられるが、その適切な粘度は、一般には＃５ザーンカップで約１８〜３０秒、好ましくは＃５ザーンカップで約２０〜３０秒、最も好ましくは＃５ザーンカップで約２４〜３０秒である。第二のスラリーはしばしば上塗りとして用いられるが、その適切な粘度は、一般には＃５ザーンカップで約１０〜１８秒、好ましくは＃５ザーンカップで約１０〜１６秒、最も好ましくは＃５ザーンカップで約１２〜１５秒である。全てのスラリーについて封じ込められたエアの抜取りと平衡状態の達成のために、別工程としての撹拌を実施することもできる。最終的な粘度調節は、コロイダルシリカ・ゾル結合剤であるＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）または耐火性材料、および非イオン界面活性剤とアニオン界面活性剤を追加することによって行われる。

第一と第二の耐火性スラリーの組成は、種々変化させてもよい。特定のスラリー組成は、所望の寸法と鋳肌の金属鋳物を製作するためにセラミック製シェル鋳型が備えるべき特性によって決まる。たとえば、第一のスラリーには、とりわけそれが下塗りとして用いられる場合には、一般に約２００〜３２５メッシュの耐火性微細粒子を用いるのが効果的である。有用な下塗り用スラリーの例には、２００メッシュの溶融シリカおよび３２５メッシュのジルコン耐火性粒子と混合使用されるＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）が含まれる。ジルコン耐火性粒子は、溶融金属に対する高い耐性をシェル鋳型に与える。また、ジルコンの微細粒子を用いることによって、滑らかで細かい鋳肌の鋳物を製作することが可能になる。溶融シリカとジルコンを含有したセラミック充填剤をこれらの種類の下塗り用スラリーに用いる場合、溶融シリカの粒径は、好ましくは約１００メッシュ、約１２０メッシュ、約１４０メッシュ、約１７０メッシュ、約２７０メッシュまたは約３２５メッシュ、最も好ましくは約１２０〜２００メッシュである。ジルコンは、約２００メッシュ、約３２５メッシュまたは約４００メッシュ、好ましくは約２００メッシュ、最も好ましくは約３２５メッシュのような粒径を有する方が効果的である。

また、第一のスラリーは、一種類以上の非イオン界面活性剤を含有していてよい。とりわけ有用な非イオン界面活性剤は、バージニア州ウィリアムズバーグのブントロック・インダストリーズ社が市販しているＰＳ９４００である。界面活性剤を添加することによって、ろう模型に湿りを与えるというスラリーの特性が向上し、ろう模型の容易な流出が可能になる。スラリー中の界面活性剤の含有量は、組成によって変わってもよい。たとえば、スラリーがＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）および溶融シリカとジルコンの乾燥混合物を含有している場合、界面活性剤の含有量は、Ｍｅｇａｓｏｌ（登録商標）の重量に対して約０．２％以下である。

とりわけ上塗り用スラリーとして用いられる場合、第二スラリーには、第一のスラリーに用いられるより大きい粒径の耐火性粒子が一般には用いられる。たとえば、溶融シリカがセラミック充填剤として用いられている上塗り用スラリーの場合、溶融シリカは、一般に、約８０〜２７０メッシュ、好ましくは約１００〜２００メッシュ、最も好ましくは約１００〜１２０メッシュの粒径を有する。上塗り用スラリーの調製に用いられる乾燥混合物とコロイド状の水様シリカ・ゾルの含有量は、大きく変化していてもよい。一般に、乾燥混合物の含有量は、スラリーの合計重量に対して約５４〜７０重量％であり、残りの部分は、水様シリカ・ゾルである。

以下、本発明を例示するために、次に示す実施例を参照しつつ耐火性スラリーの調製について説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
この実施例では、セラミック充填剤、耐火性繊維およびガラス繊維を含む乾燥混合物を準備し、この乾燥混合物とコロイド状の水様シリカ・ゾルから調製した耐火性スラリーについて説明する。

珪灰石の耐火性繊維ＯｒｌｅａｎｓＯｎｅ１００ｇ、粉砕Ｅガラス繊維７３１ＥＤ１／８インチ２０ｇ、および溶融シリカ１２０（テネシー州グリーンビレのＣ−Ｅミネラルズ社（C-E Minerals Co.）製の１２０メッシュ溶融シリカ）７１５ｇと溶融シリカ２００（Ｃ−Ｅミネラルズ社製の２００メッシュ溶融シリカ）７１５ｇを含むセラミック充填剤を乾式混合して乾燥混合物を調製した。この乾燥混合物を、固形物含有量４５％、ｐＨ９．５、および滴定可能酸化ナトリウムＮａ₂Ｏ含有量０．２％のＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）１０００ｇと混合して耐火性スラリーを調製した。

実施例２
この実施例では、セラミック充填剤、耐火性繊維、ガラス繊維および有機ポリマー繊維を含む乾燥混合物を準備し、この乾燥混合物をコロイド状の水様シリカ・ゾルに混ぜて調製した耐火性スラリーについて説明する。

珪灰石製の耐火性繊維ＯｒｌｅａｎｓＯｎｅ１００ｇ、粉砕Ｅガラス繊維７３１ＥＤ１／８インチ２０ｇ、および溶融シリカ１２０を７１５ｇと溶融シリカ２００を７１５ｇ含むセラミック充填剤を、長さ１ｍｍ、径２５μｍのポリエチレン繊維２０ｇと乾式混合して乾燥混合物を調製した。

この乾燥混合物を、実施例１で使用したＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）１０００ｇと混合して耐火性スラリーを調製した。

実施例３
この実施例では、セラミック充填剤、耐火性繊維および有機ポリマー繊維を含む乾燥混合物を準備し、この乾燥混合物をコロイド状の水様シリカ・ゾルに混ぜて調製した耐火性スラリーについて説明する。

長さ１ｍｍ、径２０μｍのポリエチレン繊維を用いて乾燥混合物を調製した。

実施例４
この実施例では、セラミック充填剤、ガラス繊維および有機ポリマー繊維を含む乾燥混合物を準備し、この乾燥混合物をコロイド状の水様シリカ・ゾルに混ぜて調製した耐火性スラリーについて説明する。

粉砕Ｅガラス繊維７３１ＥＤ１／８インチ１００ｇ、長さ１ｍｍ、径２５μｍのポリエチレン繊維２０ｇ、および溶融シリカ１２０を７１５ｇと溶融シリカ２００を７１５ｇ含むセラミック充填剤を乾式混合して乾燥混合物を調製した。

実施例５
この実施例では、耐火性繊維とガラス繊維を含む乾燥混合物を準備し、この乾燥混合物と、コロイド状の水様シリカ・ゾルとセラミック充填剤の混合物を用いて調製した耐火性スラリーについて説明する。

珪灰石の耐火性繊維ＯｒｌｅａｎｓＯｎｅ１００ｇと粉砕Ｅガラス繊維７３１ＥＤ１／８インチ２０ｇを乾式混合して乾燥混合物を調製した。

この乾燥混合物を、実施例１で使用したＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）１０００ｇと、溶融シリカ１２０を７１５ｇと溶融シリカ２００を７１５ｇ含むセラミック充填剤の混合物とに混ぜて耐火性スラリーを調製した。

実施例６
この実施例では、耐火性繊維、ガラス繊維および有機ポリマー繊維を含む乾燥混合物を準備し、この乾燥混合物を、コロイド状の水様シリカ・ゾルとセラミック充填剤の混合物に混ぜて調製した耐火性スラリーについて説明する。

珪灰石の耐火性繊維ＯｒｌｅａｎｓＯｎｅ１００ｇ、長さ１ｍｍ、径２５μｍのポリエチレン繊維２０ｇ、および粉砕Ｅガラス繊維７３１ＥＤ１／８インチ１００ｇを乾式混合して乾燥混合物を調製した。

この乾燥混合物を、実施例１で使用したＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）１０００ｇと、溶融シリカ１２０を７１５ｇと溶融シリカ２００を７１５ｇ含むセラミック充填剤との混合物に混ぜて耐火性スラリーを調製した。

実施例７
この実施例では、セラミック充填剤とガラス繊維を含む乾燥混合物を準備し、この乾燥混合物を、コロイド状の水様シリカ・ゾルに混ぜて調製した耐火性スラリーについて説明する。

粉砕Ｅガラス繊維７３１ＥＤ１／８インチ１００ｇと、溶融シリカ１２０を７１５ｇと溶融シリカ２００を７１５ｇ含むセラミック充填剤を乾式混合して乾燥混合物を調製した。

実施例８
この実施例では、セラミック充填剤と耐火性繊維を含む乾燥混合物を、コロイド状の水様シリカ・ゾルに混ぜて調製した耐火性スラリーについて説明する。

珪灰石の耐火性繊維ＯｒｌｅａｎｓＯｎｅ１００ｇと、溶融シリカ１２０を７１５ｇと溶融シリカ２００を７１５ｇ含むセラミック充填剤を乾式混合して乾燥混合物を調製した。

実施例８Ａ
この実施例では、セラミック充填剤とガラス繊維を含む乾燥混合物を、コロイド状の水様シリカ・ゾルに混ぜて調製した耐火性スラリーについて説明する。

粉砕Ｅガラス繊維７３１ＥＤ１／８インチ２０ｇと、溶融シリカ１２０を７１５ｇと溶融シリカ２００を７１５ｇ含むセラミック充填剤を乾式混合して乾燥混合物を調製した。

セラミック製シェル鋳型
セラミック製シェル鋳型を製作する場合、除去可能な模型、好ましくは中実または中空の、パラフィン系インベストメント鋳造用ろうまたはマイクロクリスタル・ワックスを用いて形成したろう模型、を第一のスラリーに浸漬して、模型の表面に連続したコーティングを施す。一般に、１層から３層のコーティングが施される。コーティングの厚さは、約０．０２〜０．２インチ、好ましくは約０．０４〜０．２インチ、最も好ましくは０．０４〜０．１インチである。余剰のスラリーをコーティングされた模型から完全に流出させ、次に、耐火性の微粉末スタッコを用いてコーティング上にスタッコイングすることによって、スタッコイングされた型が形成される。型は、第一のスラリーまたは第二のスラリーを用いて別のコーティングを行う前に乾燥処理される。型は、少なくとも一つの第一のスラリー層と少なくとも一つの第二のスラリー層を含む複数の層を有することが好ましい。一般に了解されている通り、スタッコイングとそれに続くある程度までの乾燥は、第一のスラリーまたは第二のスラリーを用いて型にコーティングを施す毎に行われる。

連続してスラリーを塗布する場合、各々の塗布間の乾燥時間は、除去可能な模型形状の複雑さによる。除去可能な模型が、空気の流入が殆どないような深い凹みを有する場合には、それぞれのコーティングのあいだに長い乾燥時間を要する。乾燥温度は、約６０〜９０°Ｆ、好ましくは約７０〜７５°Ｆである。乾燥は、低湿度、高温および高速空気流の加速条件の下で行われる。セラミック製シェル鋳型の厚さは、殆どの鋳物について約０．２〜０．５インチあれば十分である。従って、第一のスラリーによる二回のコーティングと、第二のスラリーによる五回のコーティングおよびそれぞれのコーティングの上に施されるスタッコイングを行うことによって、脱ろうと焼成処理に十分耐える強度を備えた厚さ０．２５インチのセラミック製シェル鋳型を製作することができる。

幅広い種類の耐火性粒子を、スラリーによるコーティングの上に振り掛けるスタッコとして用いることができる。限定するものではないが、有用な耐火性粒子の例としては、ムライト、か焼陶土とその他のアルミノ珪酸塩、ガラス質と結晶性のシリカ、アルミナ、ジルコンおよび亜クロム酸塩が含まれる。耐火性粒子は、耐火性粒子の安定性を損なうとともに、注湯中に熱による相変化を引き起こす程の量の不純物としてのイオンを含まないことが好ましい。当業界においては周知の通り、安定性を損なうほどの量の不純物を含まない耐火性粒子は、か焼によるまたはか焼を行わない浄化処理によって製作することができる。

限定するものではないが、下塗りに用いられた第一のスラリーに対してスタッコとして使用される耐火性粒子は、約７０〜２００メッシュ、好ましくは約７０〜１４０メッシュのジルコン砂を含む。上塗りに用いられた第二のスラリーによるコーティングにスタッコとして使用される耐火性粒子の粒径は、約１０〜２００メッシュ、好ましくは約２０〜５０メッシュと異なる。耐火性粒子は、約３０〜５０メッシュの粒径を有することが最も好ましい。

代替の実施形態においては、繋ぎのスタッコとしての耐火性粒子を用いて、好ましくは微細スタッコと粗スタッコとの中間サイズである約５０〜１００メッシュの粒径を有するジルコンまたはアルミノ珪酸塩の耐火性粒子を用いて、第一のスラリーのコーティングの上に第二のスラリーのコーティングを施した後にスタッコイングされる。繋ぎのスタッコは、強度を増進させるとともに、異なる組成のスラリーによるコーティング層が剥離する可能性を最小にするために用いられる。

脱ろう
セラミック製シェル鋳型を製作するための型には、当業界では周知の通り、沸騰水への浸漬、スチームによるオートクレーブ処理およびフラッシュ脱ろうのような方法を用いて脱ろうが行われる。スチームによるオートクレーブ処理は、下記の方法で実施される。

（１）可能な限り高いスチーム圧、好ましくは約６０ＰＳＩ以上、より好ましくは約８０〜９０ＰＳＩを使用する。

（２）オートクレーブを可及的速やかに、好ましくは約１５〜２０秒より短い時間内に閉じて加圧する。

（３）空気乾燥のグリーン・シェル鋳型をスチームに約１０〜１５秒間曝す。

（４）約３０〜６０秒かけてオートクレーブをゆっくりと減圧する。

フラッシュ脱ろうは、空気乾燥したグリーン・シェル鋳型を約１０００〜１９００°Ｆに加熱された加熱炉に投入して行われる。このような温度の場合、セラミック製シェル鋳型の壁に接触しているろうが急速に融解するために、ろうの膨張に伴う圧力によってセラミック製シェル鋳型にひびが入ることはない。次に、セラミック製シェル鋳型は、約２００〜６００°Ｆの低温区画に移されて、ろうの完全流出が行われる。融解したろうは、融解室底の開口を介して水槽つまり回収槽の中へと流出する。

焼成
焼成は、脱ろうを終えたセラミック製シェル鋳型を約１６００〜２０００°Ｆに加熱することによって、揮発性残留物を除去し、高強度のセラミック製シェル鋳型を製作するために実施される。熱平衡になるまで加熱炉内に留め置かれたセラミック製の脱ろうシェル鋳型は、加熱炉から取り出され、所望の溶融金属の鋳込みに使用される。

以下、限定するものではないが、セラミック製シェル鋳型の製作工程について実施例を参照しつつ説明する。

実施例９
図１に示すように縦８インチ、横７／８インチ、厚さ３／８インチの棒状ろう模型１を実施例１の耐火性スラリーに浸漬した。この実施例においては、便宜上第一と第二のコーティングに同一の耐火性スラリーを用いた。

ろう模型１を耐火性スラリーに８秒間浸漬した後に取り出し、１０秒間スラリー切りをして第一のコーティングを形成した。デュポン社製の粒径が７０〜１４０メッシュの範囲にあるジルコン砂を用いて、第一のコーティングにスタッコイングした。コーティングとスタッコイングが施されたろう模型を７５°Ｆで３０分間乾燥させた後に、再度耐火性スラリーに８秒間浸漬して第二のコーティングを形成し、その後７０〜１４０メッシュのジルコン砂を用いてスタッコイングした。

二層のコーティングが施されたろう模型１を耐火性スラリーに８秒間浸漬した後、１０秒間スラリー切りをした。コーティングした型に、Ｃ−Ｅミネラルズ社製の５０〜１００メッシュの溶融シリカであるＴｅｃｏｓｉｌを用いてスタッコイングして、中間のスタッコイング層を形成した。次に、中間のスタッコイング層を有する型を、７５°Ｆで３０分間乾燥させた。中間のスタッコイング層を有する型を耐火性スラリーを浸漬した後に、３０〜５０メッシュの溶融シリカであるＴｅｃｏｓｉｌを用いてスタッコイングした。下塗りとスタッコイングが施された型を、７５°Ｆで乾燥させた。上述の浸漬、スラリー切り、スタッコイングおよび乾燥のサイクルを、合計五層のコーティングが形成されるまで繰返した。

各コーティングつまり層の形成後、ろう模型１の垂直面５の一部と水平面１Ｂを切削してコーティングとスタッコイングを除去することによって、図２に示すようなセラミック製シェル鋳型１０を製作した。セラミック製シェル鋳型１０を再度耐火性スラリーに浸漬して、型の上にシールのためのコーティングを形成した。シールのためのコーティングが施されたセラミック製シェル鋳型１０を、７５°Ｆで一晩かけて乾燥させた。乾燥後のセラミック製シェル鋳型１０を沸騰水に浸漬して、ろう模型１を除去した。図３に示した脱ろう乾燥後のセラミック製グリーン・シェル鋳型２０を長さ方向で切断し、７５°Ｆで４時間乾燥させた。

破壊係数（ＭＯＲ）を求めるために、セラミック製シェル鋳型の長さ６インチ、幅１インチ、厚さ０．３インチを有する部分を、スパン２インチの支点によって支承して、曲げによる破壊強度を調べた。セラミック製シェル鋳型の破壊係数を、下記式によって算出した。
Ｒ＝（３ＷＩ）／（２ｂｄ²）
ここに、Ｒは破壊係数（ｌｂ／平方インチ）、Ｗは試験片が破損した荷重、Ｉは下部支承縁の中心線間の距離（スパン、インチ）、ｂは試験片の幅（インチ）、ｄは試験片の厚さ（インチ）である。

グリーン・シェル鋳型の破壊係数は、１０１８ＰＳＩであった。グリーン・シェル鋳型を１８５０°Ｆで１時間焼成した。その結果、焼成シェル鋳型の破壊係数は、１０４４ＰＳＩになった。

実施例１０
実施例８のスラリーを使用したことを除き、実施例９と同様の工程を実施した。グリーン・シェル鋳型の破壊係数は、６８８ＰＳＩであった。グリーン・シェル鋳型を１８５０°Ｆで１時間焼成した。その結果、焼成シェル鋳型の破壊係数は、９４１ＰＳＩになった。

実施例１１
実施例８Ａのスラリーを使用したことを除き、実施例９と同様の工程を実施した。グリーン・シェル鋳型の破壊係数は、６４５ＰＳＩであった。グリーン・シェル鋳型を１８５０°Ｆで１時間焼成した。その結果、焼成シェル鋳型の破壊係数は、６９４ＰＳＩになった。

本発明の別の態様による実施例においては、籾殻灰を含む耐火性スラリーを用いた。籾殻灰は、約９５％が非晶質シリカで、残余が炭素であることが好ましい。この種の籾殻灰は、テキサス州ヒューストンのアグリレクトリック・パワー社（Agrilectric Power, Inc.）が市販している。ブントロック・インダストリーズ社製のシリカ・ゾル結合剤ＭｅｇａＰｒｉｍｅを用いてもよい。限定するものではないが、籾殻灰を耐火性の乾燥混合物とともに用いたケースについては、下記の実施例で説明する。

実施例１２
ｐＨ１０．５、固形物含有量４０％、滴定可能Ｎａ₂Ｏ含有量０．３３％、平均粒径約４０ｎｍ、粒径分布約６〜１９０ｎｍ、および粒径の標準偏差約２０ｎｍのシリカ・ゾル結合剤ＭｅｇａＰｒｉｍｅ１０００ｇと、溶融シリカ充填剤Ｓｉｌｉｃａ２００から成る乾燥混合物１４３０ｇとから調製した耐火性スラリーを用いたことを除き、実施例９と同様の工程を実施した。グリーン・シェル鋳型のＭＯＲは、６２１ＰＳＩであった。

実施例１３
実施例１２で用いたシリカ・ゾル結合剤ＭｅｇａＰｒｉｍｅ１０００ｇと、溶融シリカ充填剤Ｓｉｌｉｃａ２００を１４３０ｇと籾殻灰を２００ｇ含む乾燥混合物とから調製した耐火性スラリーを用いたことを除き、実施例９と同様の工程を実施した。グリーン・シェル鋳型のＭＯＲは、８０４ＰＳＩであった。

実施例１４
実施例１２で用いたシリカ・ゾル結合剤ＭｅｇａＰｒｉｍｅ１０００ｇと、溶融シリカ充填剤Ｓｉｌｉｃａ２００を１４３０ｇ、籾殻灰を２００ｇ、粉砕Ｅガラス繊維７３１ＥＤ１／８インチを１６ｇ含む乾燥混合物とから調製した耐火性スラリーを用いたことを除き、実施例９と同様の工程を実施した。グリーン・シェル鋳型のＭＯＲは、８３３ＰＳＩであった。

実施例１５
実施例１２で用いたシリカ・ゾル結合剤ＭｅｇａＰｒｉｍｅ１０００ｇと、溶融シリカ充填剤Ｓｉｌｉｃａ２００を１４３０ｇ、籾殻灰を１００ｇ、粉砕Ｅガラス繊維７３１ＥＤ１／８インチを１６ｇ、切断した１／８インチＥガラス繊維ＣｈｏｐＶａｎｔａｇｅ８６１０を４ｇ含む乾燥混合物とから調製した耐火性スラリーを用いたことを除き、実施例９と同様の工程を実施した。グリーン・シェル鋳型のＭＯＲは、１１６１ＰＳＩであった。

実施例１６
ｐＨ９．５、固形物含有量４５％および滴定可能Ｎａ₂Ｏ含有量０．２％のシリカ・ゾル結合剤Ｍｅｇａｓｏｌ（登録商標）１０００ｇと、溶融シリカ充填剤Ｓｉｌｉｃａ２００を１３００ｇと籾殻灰を１００ｇ含む乾燥混合物１４３０ｇとから調製した耐火性スラリーを用いたことを除き、実施例９と同様の工程を実施した。グリーン・シェル鋳型のＭＯＲは、８３１ＰＳＩであった。

実施例１７
実施例１２で用いたシリカ・ゾル結合剤ＭｅｇａＰｒｉｍｅ８７５ｇと、溶融シリカ充填剤Ｓｉｌｉｃａ１２０を１４８５ｇ、籾殻灰を１００ｇ、長さ１ｍｍで１．８デニールのポリエチレン繊維を１００ｇ含む乾燥混合物とから調製した耐火性スラリーを用いたことを除き、実施例９と同様の工程を実施した。

実施例１８
ｐｈ１０．５、固形物含有量４０％、滴定可能Ｎａ₂Ｏ含有量０．３３％、平均粒径約４０ｎｍ、粒径分布約６〜１９０ｎｍ、および粒径の標準偏差約２０ｎｍのシリカ・ゾル結合剤ＭｅｇａＰｒｉｍｅ１０００ｇと、溶融シリカ充填剤Ｓｉｌｉｃａ２００を１４３０ｇと籾殻灰を１００ｇ含む乾燥混合物とから調製した耐火性スラリーを用いたことを除き、実施例９と同様の工程を実施した。

実施例１９
ｐＨ１０．５、固形物含有量４０％、滴定可能Ｎａ₂Ｏ含有量０．３３％、平均粒径約４０ｎｍ、粒径分布約６〜１９０ｎｍ、および粒径の標準偏差約２０ｎｍのシリカ・ゾル結合剤ＭｅｇａＰｒｉｍｅ１０００ｇと、３２５メッシュ溶融シリカを５０％、１２０メッシュ溶融シリカを２５％、５０メッシュ溶融シリカを２５％含むセラミック充填剤である乾燥混合物１４３０ｇとから調製した耐火性スラリーを用いたことを除き、実施例９と同様の工程を実施した。

実施例２０
籾殻灰１００ｇをさらに含む乾燥混合物を耐火性スラリーに用いたことを除き、実施例１９と同様の工程を実施した。

実施例２１
固形物含有量４５％、ｐＨ９．５、滴定可能Ｎａ₂Ｏ含有量０．２％、平均粒径約４０ｎｍ、粒径分布約６〜１９０ｎｍ、および粒径の標準偏差約２０ｎｍのシリカ・ゾル結合剤Ｍｅｇａｓｏｌ（登録商標）１０００ｇと、セラミック繊維を１００ｇとセラミック充填剤を１５００ｇ含む乾燥混合物とから調製した耐火性スラリーを用いたことを除き、実施例９と同様の工程を実施した。セラミック繊維は、ウォラストナイト（Wollastonite One）繊維であった。セラミック充填剤は、溶融シリカ１２０を７００ｇ、溶融シリカ２００を７００ｇ、および１００メッシュＭｕｌｌｉｔｅを１００ｇ含んでいた。ＭＯＲは、９１０ＰＳＩであった。

実施例２２
籾殻灰１００ｇをさらに含む乾燥混合物を耐火性スラリーに用いたことを除き、実施例２１と同様の工程を実施した。

実施例２３
この実施例では、スタッコを用いることなく、セラミック製シェル鋳型を製作する方法を説明する。

図１に示した縦８インチ、横７／８インチ、厚さ３／８インチの棒状ろう模型１を、実施例１で使用したＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）１０００ｇと、セラミック充填剤を２１３５ｇと珪灰石の耐火性繊維を２１３ｇ含む乾燥混合物とから調製した耐火性スラリーに浸漬した。セラミック充填剤は、２００メッシュ溶融シリカ１４８５ｇ、３５メッシュのムライト２５０ｇおよび４８メッシュのムライト４００ｇを含む。この実施例においては、第一と第二のコーティングに同一の耐火性スラリーを用いた。

ろう模型１を耐火性スラリーに８秒間浸漬した後に取り出し、１０秒間スラリー切りをして第一のコーティングを形成した。コーティングが施されたろう模型を７５°Ｆで３０分間乾燥させた後に、再度耐火性スラリーに８秒間浸漬して第二のコーティングを形成した。

次に、二層のコーティングが施されたろう模型１を耐火性スラリーに８秒間浸漬した後、１０秒間スラリー切りをした。コーティングされた型を、７５°Ｆで３０分間乾燥させた。上述の浸漬、スラリー切りおよび乾燥のサイクルを合計五層のコーティングを形成するまで繰返した。

各コーティングつまり層の形成後、ろう模型１の垂直面５の一部と水平面１Ｂを切削してコーティングを除去することによって、図２に示すようなセラミック製シェル鋳型１０を製作した。セラミック製シェル鋳型１０を再度耐火性スラリーに浸漬して、型の上にシールのためのコーティングを形成した。シールのためのコーティングが施されたセラミック製シェル鋳型１０を、７５°Ｆで一晩かけて乾燥させた。乾燥後のセラミック製シェル鋳型１０を沸騰水に浸漬し、ろう模型１を除去することによって、脱ろう乾燥後のセラミック製グリーン・シェル鋳型を製作した。次に、グリーン・シェル鋳型を、１８５０°Ｆで焼成して、セラミック製の焼成シェル鋳型を製作した。

実施例２４
Ｅガラス繊維２１３ｇを含む乾燥混合物を用いたことを除き、実施例２３と同様の工程を実施した。

籾殻灰１００ｇを含む乾燥混合物を用いたことを除き、実施例２３と同様の工程を実施した。

実施例２６
籾殻灰１００ｇを含む乾燥混合物を用いたことを除き、実施例２４と同様の工程を実施した。

実施例２７〜３２においては、繊維を含有しない第一のスラリーを用いて除去可能なろう模型の上にコーティングすることによって、セラミック製シェル鋳型を形成した。次に、セラミック製シェル鋳型を製作するために、繊維と充填剤を含む乾燥混合物をコロイド状ゾルとの調合剤を用いて、その後のコーティングを型の上に形成した。

使用したろう模型は、各辺の長さ１．２５インチ、高さ８インチの正三角錐で、各角には曲率半径０．０７０インチの面取りが施されている。三角形のろう模型は、ブントロック・インダストリーズ社が市販している。ろう模型は、使用前に通常は、トリクロロエタンとアルコールのほぼ５０対５０混合液、フレオン、アセトン、メチル・エチル・ケトン、水溶性界面活性剤またはｄ−リモネン含有ウォーターエマルジョン（water emulsion）のような溶剤によって洗浄される。ろう模型の前処理にとりわけ好適な方法は、ブントロック・インダストリーズ社のパターンウェッティングソリューション（Pattern Wetting Solution）に示されているようにコロイド状アルミナ懸濁液を用いて処理することである。

シェル鋳型は、前処理した三角形のろう模型を第一のスラリーに浸漬後にスタッコイングと乾燥を行い、さらに第二のスラリーに浸漬後にスタッコイングと乾燥を行って形成される。第二のスラリーを用いての浸漬、スタッコイング、乾燥のサイクルは、シェル鋳型が所望の厚さになるまで繰返される。その後、ろう模型を溶融除去することによって、セラミック製グリーン・シェル鋳型が形成される。シェル鋳型の中央部と角の厚さを測定して、均一度を比較評価した。測定の結果、繊維を含む乾燥混合物をスラリーに用いることによってシェル鋳型の各々の角の厚さが増大するとともに、均一度も大幅に向上することが認められた。また、そのようなスラリーを用いることによって、材料の使用効率が向上するとともに、シェル鋳型の角のように高い応力が加わる箇所における亀裂発生を最小限に抑えることが可能であることが明らかになった。

実施例２７
この実施例では、セラミック充填剤の混合体とコロイダルシリカ・ゾルとから調製した第一のスラリーと、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二のスラリーを用いた製作方法について説明する。

二種類のセラミック繊維を含む乾燥混合物７５部と、シリカ濃度が２５％になるよう水で希釈したＮｙａｃｏｌ８３０（エカ・ケミカル社（Eka Chemical）製）を２５部とを混合することによって第一のスラリーを調製した。Ｎｙａｃｏｌ８３０は、平均粒径１０ｎｍのシリカ粒子を３０重量％含有する。スラリーは、ｐＨが１０．５で、２５℃における粘度が８ｃＰであった。シリカ・ゾルは、密度１．２ｇ／ｃｍ³（１０ｌｂ／ｇａｌ）、Ｎａ₂Ｏ含有量０．５５重量％であった。乾燥混合物は、溶融シリカ２００ｆを２０部と、３２５メッシュのジルコンを８０部含んでいた。第一のスラリーの粘度は、水を添加することによって＃５ザーンカップで２０秒になるよう調節した。

第二のスラリーは、ＢＩ−２０１０を８２５部とＴＭＭ−３０を５５０部混合して調製した。ブントロック・インダストリーズ社製のＢＩ−２０１０は、溶融シリカ、籾殻灰およびナイロン繊維を含む乾燥混合物である。ＴＭＭ−３０は、ブントロック・インダストリーズ社が市販しているコロイド状の３０％シリカ・ゾルである。上塗り用スラリーは、粘度が＃５ザーンカップで１７秒になるよう水で希釈した。

上述のように前処理された三角形のろう模型を、第一のスラリーに浸漬し、１１５ＡＦＳジルコン砂を用いてスタッコイングを行い、室温で２時間空気乾燥させることによって型を形成した。次に、型を第二のスラリーに浸漬し、Ｃ−Ｅミネラルズ社製の３０〜５０メッシュの溶融シリカを用いてスタッコイングを行った後に、室温で４時間空気乾燥させた。上述の工程を二回繰返すことによって、第二のスラリーを用いて計三層のスタッコイングとコーティングを施した。次に、第二のスラリーに一回浸漬することによってシールのためのコーティングを形成し、室温で８時間空気乾燥させた。

型を２００°Ｆに加熱して、ろう模型を除去してグリーン・シェル鋳型を形成した。シェル鋳型の厚さと均一度を調べた結果、グリーン・シェル鋳型の厚さは、中央部で０．３６８インチ、角で０．３１６インチであり、均一度は８５．９％となった。

実施例２７Ａ
この実施例では、セラミック充填剤とコロイダルシリカ・ゾルとから調製した第一のスラリーと、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二のスラリーを用いた方法について説明する。

セラミック充填剤の乾燥混合物７５部を溶融シリカ６５部によって代替し、２５部のＮｙａｃｏｌ８３０と混合することによって第一のスラリーを調製したことを除き、実施例２７と同様の方法を用いた。

実施例２８
この実施例では、セラミック充填剤の混合体とコロイダルシリカ・ゾルとから調製した第一のスラリーと、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイド状のラテックス変性シリカ・ゾルに混入させて調製した第二のスラリーを用いた方法について説明する。

第二のスラリーで五層のコーティングを施したことを除き、実施例２７と同様の方法を用いた。各々のコーティングに用いた第二のスラリーは、実施例２７で用いた乾燥混合物ＢＩ−２０１０を１５部と、シリカ・ゾルＴＭＭ−３０の重量に対して６重量％のラテックス・ポリマーＱＤＡによって変性したシリカ・ゾルＴＭＭ−３０を１０部含有していた。ラテックス・ポリマーＱＤＡは、ブントロック・インダストリーズが市販している。第二のスラリーの粘度は、＃５ザーンカップで１５〜１６秒であった。

形成した型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。シェル鋳型の厚さと均一度を測定した結果、シェル鋳型は、中央部の平均厚さ０．４０４インチ、角の平均厚さ０．３１１インチ、均一度７７．０％であった。

実施例２９
この実施例では、セラミック充填剤の混合体とコロイダルシリカ・ゾルとから調製した第一のスラリーと、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二のスラリーを用いた方法について説明する。

乾燥混合物のＢＩ−２０１０をオンデオ・ナルコ社（Ondeo Nalco）製のＧｒａｙＭａｔｔｅｒによって代替したことを除き、実施例２７と同様の方法を用いた。ＧｒａｙＭａｔｔｅｒは、溶融シリカ、燻蒸シリカ、および平均長さ３．２ｍｍのポリプロピレン繊維の乾燥混合物である。第二のスラリーの粘度は、＃５ザーンカップで１５〜１６秒であった。コーティングを施した型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。シェル鋳型は、中央部の平均厚さ０．３７４インチ、角の平均厚さ０．２８６インチ、均一度７６．５％であった。

実施例３０
この実施例では、セラミック充填剤の混合体とコロイダルシリカ・ゾルとから調製した第一のスラリーと、複数種類のセラミック充填剤と一種類のポリプロピレン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二のスラリーを用いた方法について説明する。

セラミック充填剤の第一の乾燥混合物を３５部と、エコ・ケミカル社製のコロイダルシリカ・ゾルＮｙａｃｏｌ４３０を１０部とを混合することによって第一のスラリーを調製した。セラミック充填剤の第一の乾燥混合物は、３２５メッシュのジルコンを７５部と、溶融シリカ２００ｆを２５部含んでいた。第一のスラリーの粘度は、水を添加することによって＃５ザーンカップで２４秒になるよう調節した。

第二のスラリーは、第二の乾燥混合物を２４部と、コロイダルシリカ・ゾルＢＩ−２０１０を１０部とを混合して調製した。第二の乾燥混合物は、合計重量に対して、長さ３．３ｍｍのポリプロピレン繊維を１重量％、溶融シリカ１２０ｆを６０重量％、溶融シリカ２００ｆを３５重量％、およびＣ−Ｅミネラルズ社製の燻蒸シリカを４重量％含んでいた。第二のスラリーは、シリカ濃度が２５％、粘度が＃５ザーンカップで１６秒になるよう水で希釈した。シェル鋳型は、実施例２７と同様の方法で製作した。

実施例３１
この実施例では、一種類のセラミック充填剤とコロイダルシリカ・ゾルから調製した第一のスラリーと、セラミック充填剤とポリプロピレン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二のスラリーを用いた方法について説明する。

第一のスラリーは、２００メッシュのコンチネンタル・ミネラルズ社（Continental Minerals）製ジルコン粉末を８０重量％と、Ｎｙａｃｏｌ８３０を２０重量％とから調製した。実施例２７で用いたのと同様のろう模型を第一のスラリーに浸漬し、コンチネンタル・ミネラルズ社製のジルコン砂１１５ＡＦＳを用いてスタッコイングした後に空気乾燥させた。第二のスラリーは、ＴＭＭ−３０を１０部と乾燥混合物ＢＩ−２０１０を１５部とから調製した。コーティングされた型を第二のスラリーに浸漬し、ブントロック・インダストリーズ社製の溶融シリカＳＳ−３０を用いてスタッコイングした後に空気乾燥させて型を形成した。この工程を四回追加実施することによって、第二のスラリーのコーティングを五層有する型を製作した。

このスタッコイングした型を第二のスラリーに一回浸漬して、シールのためのコーティングを形成した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。シェル鋳型は、中央部の平均厚さが０．５２８インチ、角の平均厚さが０．４８２インチ、均一度９１．３％であった。

実施例３１Ａ
この実施例では、一種類のセラミック充填剤とコロイダルシリカ・ゾルから調製した第一のスラリーと、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイド状のラテックス変性シリカ・ゾルに混入させて調製した第二のスラリーを用いた方法について説明する。

シリカ・ゾルＴＭＭ−３０を、ラテックス・ポリマーＱＤＡを６重量％添加して変性させたシリカ・ゾルＴＭＭ−３０によって代替したことを除き、実施例２７と同様の方法を用いた。

実施例３２
この実施例では、一種類のセラミック充填剤とコロイダルシリカ・ゾルから調製した第一のスラリーと、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二のスラリーを用いた方法について説明する。

第一のスラリーは、コンチネンタル・ミネラルズ社製の３２５メッシュのジルコン粉末を７８部と、シリカ・ゾルＴＭＭ−３０を２０部とから調製し、その粘度は、＃５ザーンカップで２２秒であった。第二のスラリーは、ＢＩ−２０１０を１５０部と、ＴＭＭ−３０を１００部とから調製したが、その粘度は、＃５ザーンカップで１５秒であった。

実施例２７に用いたのと同様の三角形ろう模型を第一のスラリーに浸漬し、１１０〜１２５メッシュのジルコン砂ＡＦＳを用いてスタッコイングした後に、空気乾燥させてスタッコイングされた型を形成した。スタッコイングされた型を第一のスラリーに再度浸漬し、Ｃ−Ｅミネラルズ社製の５０〜１００メッシュ溶融シリカを用いてスタッコイングした後に空気乾燥させた。次に、スタッコイングされた型を第二のスラリーに浸漬し、ブントロック・インダストリーズ社製の溶融シリカＳＳ−３０を用いてスタッコイングした後に空気乾燥させた。この工程を二回追加実施することによって、第二のスラリーによりスタッコイングされたコーティングを計三層有する型を製作した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。シェル鋳型は、中央部の平均厚さが０．３７２インチ、角の平均厚さが０．３０７インチ、均一度８２．５％であった。

実施例３３と３４は比較例であって、セラミック充填剤は含むが繊維は含まない第一のスラリーと第二のスラリーを用いた方法について説明する。

実施例３３
この実施例では、一種類のセラミック充填剤とコロイダルシリカ・ゾルから調製した第一のスラリーと、複数の種類のセラミック充填剤の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二のスラリーを用いた方法について説明する。

第二のスラリーを、Ｃ−Ｅミネラルズ社製の溶融シリカ１２０ｆを４９０部と溶融シリカ２００ｆを１１２２部含む乾燥混合物と、Ｎｙａｃｏｌ８３０を７９０部と、水９８部とから調製し、また、第二のスラリーによるコーティングに対するスタッコイングは、Ｃ−Ｅミネラルズ社製の３０〜５０メッシュ溶融シリカを用いて行ったことを除き、実施例３１と同様の方法で試験用シェル鋳型を製作した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。シェル鋳型は、中央部の平均厚さが０．４１８インチ、角の平均厚さが０．３２７インチ、均一度７８．２％であった。

実施例３４
この実施例では、一種類のセラミック充填剤とコロイダルシリカ・ゾルから調製した第一のスラリーと、一種類のセラミック充填剤をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二のスラリーを用いた方法について説明する。

第二のスラリーを、Ｃ−Ｅミネラルズ社製の溶融シリカ２００ｆを７０部とＮｙａｃｏｌ８３０を３０部とから調製し、また、第二のスラリーによるコーティングの各々には、Ｃ−Ｅミネラルズ社製の３０〜５０メッシュ溶融シリカを用いてスタッコイングしたことを除き、実施例３１と同様の方法で試験用シェル鋳型を製作した。型には、第二のスラリーによる計四層のコーティング、スタッコイング、およびシールのためのコーティングが施された。シールのためのコーティングには、第二のスラリーを用いた。形成された型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。シェル鋳型は、中央部の平均厚さが０．２８５インチ、角の平均厚さが０．２２９インチ、均一度８０．５％であった。

実施例３５〜４１では、シェル鋳型製作のために繊維の乾燥混合物を用いて調製したスラリーの多用途性について説明する。実施例３５〜３７には、乾燥混合物１〜４とスラリーＡＡ〜ＤＤを用いた。スラリーＡＡ〜ＤＤの符号は、乾燥混合物とコロイド状ゾルとの組合せを変更することによって多数のスラリーを調製することが可能であることを示すために用いた。また、種々の種類のスラリーは、以下の実施例から明らかになるように、下塗りまたは上塗りのいずれの用途にも使用可能である。

乾燥混合物Ｎｏ．１は、平均長さ０．５ｍｍのＷｅｘナイロン繊維を０．５重量％、Ｃ−Ｅミネラルズ社製の溶融シリカ２００ｆを５０重量％、およびコンチネンタル・ミネラルズ社製の３２５メッシュ・ジルコンを４９．５重量％配合して調製した。全ての重量は、乾燥混合物の重量に対する割合である。スラリーＡＡは、乾燥混合物Ｎｏ．１を７５部と、シリカ濃度が２５％になるよう水で希釈したＮｙａｃｏｌ８３０を３０部とから調製した。スラリーＡＡの粘度は、＃５ザーンカップで２２秒になるよう水で調節した。

乾燥混合物Ｎｏ．２は、Ｃ−Ｅミネラルズ社製の溶融シリカ２００ｆを５０重量％と、コンチネンタル・ミネラルズ社製の３２５メッシュ・ジルコンを５０重量％とを用いて調製した。全ての重量は、乾燥混合物の重量に対する割合である。スラリーＢＢは、乾燥混合物Ｎｏ．１を乾燥混合物Ｎｏ．２によって代替したことを除き、スラリーＡＡについて上述した方法と同様の方法で調製した。スラリーＢＢの粘度は、＃５ザーンカップで２２秒になるよう水を添加して調節した。

乾燥混合物Ｎｏ．３は、ブントロック・インダストリーズ社製のＢＩ−２０１０である。スラリーＣＣは、ＢＩ−２０１０を１５部と、コロイダルシリカ結合剤ＴＭＭ０３０を１０部とから調製した。スラリーＣＣの粘度は、＃５ザーンカップで１６秒になるよう水を添加して調節した。

乾燥混合物Ｎｏ．４は、長さ１．６ｍｍのＷｅｘナイロン繊維を１重量％と、Ｃ−Ｅミネラルズ社製のＭｕｌｇｒａｉｎＭ６０２００ＩＣＣを９９重量％とを用いて調製した。全ての重量は、乾燥混合物の重量に対する割合である。スラリーＤＤは、ブントロック・インダストリーズ社製のＭｅｇａｓｏｌ（登録商標）を４０部と、乾燥混合物Ｎｏ．４を６０部とから調製した。スラリーＤＤの粘度は、＃５ザーンカップで１４秒になるよう水を添加して調節した。

実施例３５
この実施例では、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した下塗り用スラリーと、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３１で用いたのと同様の三角形ろう模型を、コロイド状アルミナと界面活性剤を含有するブントロック・インダストリーズ社製のパターンウェッティングソリューションに浸漬した。前処理したろう模型をスラリーＡＡに一度浸漬し、ジルコン砂でスタッコイングした後に空気乾燥させて、下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。下塗りされた型をスラリーＡＡに再度浸漬し、次に、溶融シリカＳＳ−３０を用いてスタッコイングして、上塗りとスタッコイングが施された型を形成し、空気乾燥させた。この工程を三回繰返して、上塗りとスタッコイングを計四層有する型を形成した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。

実施例３６
この実施例では、セラミック充填剤の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第一の下塗り用スラリー、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二の下塗り用スラリー、および単一のセラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３５のように前処理したろう模型にパターンウェッティングソリューションを用いてコーティングを行った後、空気乾燥させた。ろう模型をスラリーＢＢに浸漬し、ジルコン砂を用いてスタッコイングした後に空気乾燥させて、第一の下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。次に、下塗りとスタッコイングが施された型をスラリーＣＣに浸漬し、５０〜１００メッシュの溶融シリカを用いてスタッコイングした後に空気乾燥させて、二層の下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。二層の下塗りとスタッコイングが施された型をスラリーＤＤに浸漬し、Ｃ−Ｅミネラルズ社製のＭｕｌｇｒａインチＭ４７２２Ｓを用いてスタッコイングした後に空気乾燥させて、上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。この工程を二回繰返して、計三層の上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。形成された型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。

実施例３６Ａ
この実施例では、セラミック充填剤の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第一の下塗り用スラリー、セラミック充填剤とセラミック繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二の下塗り用スラリー、およびセラミック充填剤とセラミック繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

第二の下塗りとして塗布したスラリーＣＣと上塗りとして塗布したスラリーＤＤに用いた乾燥混合物Ｎｏ．３とＮｏ．４各々のナイロン繊維を珪灰石のセラミック繊維によって代替したことを除き、実施例３６と同様の方法を用いた。

実施例３７
この実施例では、セラミック充填剤の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した下塗り用スラリーと、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３５のように前処理したろう模型にパターンウェッティングソリューションを用いてコーティングを行った後、空気乾燥させた。ろう模型をスラリーＢＢに浸漬し、Ｃ−Ｅミネラルズ社製のＭｕｌｇｒａｉｎＭ４７１０５ＡＦＳを用いてスタッコイングした後に空気乾燥させて、下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。次に、下塗りとスタッコイングが施された型をスラリーＣＣに浸漬し、ＭｕｌｇｒａｉｎＭ４７２２Ｓを用いてスタッコイングした後に空気乾燥させて、上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。この工程を三回繰返して、計四層の上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。形成された型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。

実施例３８
この実施例では、セラミック充填剤の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第一の下塗り用スラリー、セラミック充填剤の混合体をラテックス変性剤を含むコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二の下塗り用スラリー、およびセラミック充填剤の混合体をラテックス変性剤を含むコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。この実施例は、シェル鋳型の製作方法の違いと、繊維を含有しないスラリーを用いたときの破壊加重の変化を示す。

長さ８インチ、幅１．２５インチ、厚さ０．２５インチの棒状のろう模型を、ブントロック・インダストリーズ社製のパターンウェッティングソリューションに浸漬した。この前処理したろう模型を空気乾燥させ、コロイド状の乾燥アルミナの親水性膜で覆われた被覆棒を形成した。次に、この棒を、ジルコン２００を７５重量％と溶融シリカ１２０ｆを２５重量％含む混合物２０００ｇと、Ｎｙａｃｏｌ８３０を６２５ｇとから調製した第一の下塗り用スラリーに浸漬した。第一の下塗り用スラリーの粘度は、＃４ザーンカップで２０秒であった。次に、第一の下塗り用スラリーが塗布された棒を空気乾燥させた。

第二の下塗り用スラリーを塗布する前に、水で１５％濃度になるよう希釈したシリカ・ゾルＴＭＭ−３０により空気乾燥させた棒を湿らせた。加湿した棒が乾燥する前に、溶融シリカ１２０ｆと溶融シリカ２００ｆの５０対５０の混合体と、シリカ・ゾルＴＭＭ−３０の重量に対して１０重量％のラテックス・ポリマーを混入させることによって変性したシリカ・ゾルＴＭＭ−３０とから調製した第二の下塗り用スラリーに浸漬した。第二の下塗り用スラリーの粘度は、ＢＩ＃５カップで１５秒であった。ＢＩ＃５カップは、ブントロック・インダストリーズ社から市販されている。

第二の下塗りコーティングにはジルコン砂を用いてスタッコイングして、下塗りとスタッコイングが施された棒を形成し、空気乾燥させた。乾燥した下塗りとスタッコイングが施された棒を再度第二のスラリーに浸漬し、Ｃ−Ｅミネラルズ社製の３０〜５０メッシュの溶融シリカを用いてスタッコイングした後に空気乾燥させて、上塗りとスタッコイングが施された棒を形成した。この工程を三回繰返して、四層の上塗りとスタッコイングが施された棒を形成した。形成した棒を第二のスラリーに浸漬してシールのためのコーティングを形成した後に空気乾燥させたが、スタッコイングは施さなかった。

この方法にしたがって、二つのスタッコイングされた棒を形成した。空気乾燥後、各々の棒を２００°Ｆに加熱してろうを溶融除去し、セラミック製のグリーン・シェル鋳型を製作した。第一の棒のシェル厚は０．２２９インチであり、第二の棒のシェル厚は０．２４４インチであった。各々のシェルは、長さが６．５インチ、幅が１．２５インチであった。第一のシェルについて、乾燥時のグリーン・シェル破壊荷重と上述したＭＯＲを測定した結果、破壊荷重は１６．２３ｌｂ、ＭＯＲは７３３ＰＳＩであった。

第二のシェルは、沸騰水中に２分間浸した後に取り出した。高温で湿気を帯びているあいだに、上述の方法に従い第二のシェルの破壊荷重とＭＯＲを測定した。高温で湿気を帯びた第二のシェルは、破壊荷重４．７４ｌｂ、ＭＯＲ１８９ＰＳＩを記録した。

実施例３９
この実施例では、セラミック充填剤の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第一の下塗り用スラリー、セラミック充填剤とポリプロピレン繊維の混合体をラテックス変性剤を含むコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二の下塗り用スラリー、およびセラミック充填剤とポリプロピレン繊維の混合体をラテックス変性剤を含むコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

第二のスラリーの調製に用いた溶融シリカ１２０ｆと溶融シリカ２００ｆの５０対５０の混合体を、オンデオ・ナルコ社製のＧｒａｙＭａｔｔｅｒで代替したことを除き、実施例３８と同様の方法を用いた。第二のスラリーの粘度は、ＢＩ＃５カップで１５秒であった。乾燥混合体のＧｒａｙＭａｔｔｅｒは、溶融シリカ、燻蒸シリカおよびポリプロピレン繊維を含む。厚さ０．２５３インチの第一のシェルと、厚さ０．２６０インチの第二のシェルを製作した。乾燥時、第一のグリーン・シェルの破壊荷重は１３．６ｌｂ、ＭＯＲは４７８ＰＳＩであった。第二のシェルについては、沸騰水中に２分間浸した後に取り出して、上述のように破壊荷重とＭＯＲを測定した。高温で湿気を帯びた状態の第二のシェルは、破壊荷重６．６４ｌｂ、ＭＯＲ２３９ＰＳＩを記録した。

実施例４０
この実施例では、セラミック充填剤の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第一の下塗り用スラリー、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二の下塗り用スラリー、およびセラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

第二のスラリーの調製に用いた溶融シリカ１２０ｆと溶融シリカ２００ｆの５０対５０の混合体をブントロック・インダストリーズ社製のＢＩ−２０１０で代替し、かつ、ラテックス変性したシリカ・ゾルＴＭＭ−３０をシリカ・ゾルＴＭＭ−３０で代替したことを除き、実施例３８と同様の方法を用いた。第二のスラリーの粘度は、ＢＩ＃５カップで１５秒であった。厚さ０．３３２インチの第一のシェルと、厚さ０．３７０インチの第二のシェルを製作した。乾燥時、第一のグリーン・シェルの破壊荷重は２０．６１ｌｂ、ＭＯＲは４４３ＰＳＩであった。沸騰水中に２分間浸漬して取り出したために高温で湿気を帯びた状態の第二のシェルは、破壊荷重１３．２４ｌｂ、ＭＯＲ２３０ＰＳＩを記録した。

実施例４１
この実施例では、セラミック充填剤の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第一の下塗り用スラリー、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した第二の下塗り用スラリー、およびセラミック充填剤とポリプロピレン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３８と同様の方法に従い、ろう製の棒に第一の下塗り用スラリーでコーティングして空気乾燥させ、次に、希釈したシリカ・ゾルＴＭＭ−３０により湿らせた。乾燥する前に、棒を実施例４０で用いた第二のスラリーに浸してコーティングした後、空気乾燥させた。次に、下塗り用スラリーでコーティングされた棒を、乾燥混合体ＧｒａｙＭａｔｔｅｒとコロイド状のシリカ・ゾルＴＭＭ−３０とから調製した上塗り用スラリーに浸漬した。上塗り用スラリーの粘度は、ＢＩ＃５カップで１５秒であった。上塗りされた棒に、Ｃ−Ｅミネラルズ社製の３０〜５０メッシュ溶融シリカを用いてスタッコイングして空気乾燥させ、上塗りとスタッコイングが施された棒を形成した。この工程を三回繰返して、上塗りとスタッコイングを四層有する棒を形成した。シールのための仕上げコーティングは、棒を上塗り用スラリーに浸した後に空気乾燥させて行った。スタッコイングは行わなかった。

この方法で、スタッコイングされた棒を二本形成した。各々の棒について、空気乾燥後に実施例３８と同様の方法で脱ろうした。棒状の第一のシェルの厚さは０．２８７インチ、第二のシェルの厚さも０．２８８インチであった。乾燥時、第一のグリーン・シェルの破壊荷重は１８．６８ｌｂ、ＭＯＲは５４７ＰＳＩであった。沸騰水中に２分間浸漬して取り出したために高温で湿気を帯びた状態の第二のシェルは、破壊荷重８．９１ｌｂ、ＭＯＲ２６１ＰＳＩを記録した。

実施例４２
この実施例では、セラミック充填剤とセラミック繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した下塗り用スラリーと、セラミック充填剤とセラミック繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３５に用いたのと同様の三角形ろう模型を、溶融シリカのセラミック充填剤が９８％、珪灰石のセラミック繊維が２％の混合体を２０部と、シリカ・ゾルＴＭＭ−３０を１２部とから調製したスラリーに一回浸漬した。次に、コーティングされた型にジルコン砂を用いてスタッコイングして空気乾燥させ、下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。上塗りとスタッコイングが施された型を形成するために、下塗りされた型を再度スラリーに浸漬し、溶融シリカＳＳ−３０を用いてスタッコイングした後に空気乾燥させた。この工程を三回繰返して、計四層の上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。

実施例４３
この実施例では、セラミック充填剤とセラミック繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した下塗り用スラリーと、セラミック充填剤と複数種類のセラミック繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３５に用いたのと同様の三角形ろう模型を、溶融シリカのセラミック充填剤９７部に、セラミック繊維Ｋａｏｗｏｏｌ５０部とセラミック繊維Ｓａｆｆｉｌ５０部の配合３部を調合した混合体を２４部と、シリカ・ゾルＮｙａｃｏｌ８３０を１０部とから調製したスラリーに一回浸漬した。次に、コーティングされた型にジルコン砂を用いてスタッコイングして空気乾燥させ、下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。上塗りとスタッコイングが施された型を形成するために、下塗りされた型を再度スラリーに浸漬し、溶融シリカＳＳ−３０を用いてスタッコイングした後に空気乾燥させた。この工程を三回繰返して、計四層の上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。

実施例４４
この実施例では、セラミック充填剤とポリプロピレン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した下塗り用スラリーと、セラミック充填剤とポリプロプレン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３５に用いたのと同様の三角形ろう模型を、ジルコン・セラミック充填剤５０部と、溶融シリカ９６部とポリプロピレン繊維４部を含む配合５０部を調合した混合体を２８部と、シリカ・ゾルＮａｌｃｏａｇ１１３０を１０部とから調製したスラリーに一回浸漬した。次に、コーティングされた型にジルコン砂を用いてスタッコイングして空気乾燥させ、下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。上塗りとスタッコイングが施された型を形成するために、下塗りとスタッコイングが施された型を再度スラリーに浸漬し、溶融シリカＳＳ−３０を用いてスタッコイングした後に空気乾燥させた。この工程を三回繰返して、計四層の上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。

実施例４５
この実施例では、セラミック充填剤、セラミック繊維およびナイロン繊維の混合体をシリカ・ゾルに混入させて調製した下塗り用スラリーと、セラミック充填剤、セラミック繊維およびナイロン繊維の混合体をシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３５に用いたのと同様の三角形ろう模型を、溶融シリカのセラミック充填剤９８部と、珪灰石のセラミック充填剤４部とナイロン繊維１部を含む配合２部とを調合した混合体を２５部と、シリカ・ゾルＴＭＭ−３０を１０部とから調製したスラリーに一回浸漬した。次に、コーティングされた型にジルコン砂を用いてスタッコイングして空気乾燥させ、下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。上塗りとスタッコイングが施された型を形成するために、下塗りされた型を再度スラリーに浸漬し、溶融シリカＳＳ−３０を用いてスタッコイングした後に空気乾燥させた。この工程を三回繰返して、計四層の上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。

実施例４６
この実施例では、セラミック充填剤とセラミック繊維の混合体から調製した下塗り用スラリーと、セラミック充填剤とセラミック繊維の混合体から調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３５に用いたのと同様の三角形ろう模型を、ジルコン・セラミック充填剤５０部、溶融シリカのセラミック充填剤４５部、および珪灰石のセラミック繊維５部を含む混合体３０部と、Ｍｅｇａｓｏｌ（登録商標）１０部とから調製したスラリーに一回浸漬した。次に、コーティングされた型にジルコン砂を用いてスタッコイングして空気乾燥させ、下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。上塗りとスタッコイングが施された型を形成するために、下塗りされた型を再度スラリーに浸漬し、溶融シリカＳＳ−３０を用いてスタッコイングした後に空気乾燥させた。この工程を三回繰返して、計四層の上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。

実施例４７
この実施例では、セラミック充填剤とセラミック繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した下塗り用スラリーと、セラミック充填剤とセラミック繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３５に用いたのと同様の三角形ろう模型を、溶融シリカのセラミック充填剤４８部、セラミック充填剤Ｍｕｌｇｒａインチ４８部、および珪灰石のセラミック繊維３０部とミネラルウールのセラミック繊維７０部を含む配合４部を調合した混合体を２９部と、シリカ・ゾルＴＭＭ−３０を１０部とから調製したスラリーに一回浸漬した。次に、コーティングされた型にジルコン砂を用いてスタッコイングして空気乾燥させ、下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。上塗りとスタッコイングが施された型を形成するために、下塗りされた型を再度スラリーに浸漬し、溶融シリカＳＳ−３０を用いてスタッコイングした後に空気乾燥させた。この工程を三回繰返して、計四層の上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。

実施例４８
この実施例では、セラミック充填剤とポリプロピレン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した下塗り用スラリーと、セラミック充填剤とポリプロピレン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３５に用いたのと同様の三角形ろう模型を、溶融シリカのセラミック充填剤３３部、セラミック充填剤Ｍｕｌｇｒａインチ３３部、およびセラミック繊維Ｋｙａｎｉｔｅ９０部とポリプロピレン繊維１０部を含む配合３４部を調合した混合体を３２部と、Ｍｅｇａｓｏｌ（登録商標）を１０部とから調製したスラリーに一回浸漬した。次に、コーティングされた型にジルコン砂を用いてスタッコイングして空気乾燥させ、下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。上塗りとスタッコイングが施された型を形成するために、下塗りされた型を再度スラリーに浸漬し、溶融シリカＳＳ−３０を用いてスタッコイングした後に空気乾燥させた。この工程を三回繰返して、計四層の上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。

実施例４９
この実施例では、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した下塗り用スラリーと、セラミック充填剤とナイロン繊維の混合体をコロイダルシリカ・ゾルに混入させて調製した上塗り用スラリーを用いた方法について説明する。

実施例３５に用いたのと同様の三角形ろう模型を、ジルコン・セラミック充填剤７５部、筒状アルミナのセラミック充填剤２０部、およびセラミック充填剤Ｓａｆｆｉｌを２部とナイロン繊維を２部を含む配合５部を調合した混合体を３５部と、シリカ・ゾルＴＭＭ−３０を１０部とから調製したスラリーに一回浸漬した。次に、コーティングされた型にジルコン砂を用いてスタッコイングして空気乾燥させ、下塗りとスタッコイングが施された型を形成した。上塗りとスタッコイングが施された型を形成するために、下塗りされた型を再度スラリーに浸漬し、溶融シリカＳＳ−３０を用いてスタッコイングした後に空気乾燥させた。この工程を三回繰返して、計四層の上塗りとスタッコイングが施された型を形成した。スタッコイングされた型を２００°Ｆに加熱してろう模型を除去し、グリーン・シェル鋳型を製作した。

以上、本発明の種々の実施例について単に例示として説明したが、本発明の本質に包含される種々の変更例は、本発明の範囲に含まれるものとする。そのような変更例は、本発明の精神と範囲から逸脱するものではないものとする。

所望の金属鋳物と同形状の雄型除去可能ろう模型１を示す。ろう模型１を除去前のグリーン・シェル１０の等角図である。脱ろう・乾燥させたセラミック製グリーン・シェル２０の等角図である。

Claims

繊維と耐火性充填剤を含む乾燥混合物と、
耐火性コーティング用スラリーを調製するために前記乾燥混合物に配合される好適なゾル状の結合剤とを含むことを特徴とするインベストメント鋳造用シェル鋳型に用いる混合物。
前記繊維は、耐火性繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、有機繊維および炭素繊維からなる群から選ばれた少なくとも一種類の繊維を含むことを特徴とする請求項１記載のインベストメント鋳造用シェル鋳型に用いる混合物。
前記繊維は、有機繊維を含み、かつ、前記耐火性充填剤は、粒径が約２０メッシュから約６００メッシュの範囲のセラミック粒子を含むことを特徴とする請求項２記載のインベストメント鋳造用シェル鋳型に用いる混合物。
前記繊維は、約０．２ｍｍから約１２ｍｍの範囲の平均長さを有し、前記乾燥混合物の約０．１％から約１２％の範囲の重量を占めることを特徴とする請求項１記載のインベストメント鋳造用シェル鋳型に用いる混合物。
前記繊維は、約１ｍｍから約４ｍｍの範囲の平均長さを有し、前記乾燥混合物の約０．２％から約２．５％の範囲の重量を占めることを特徴とする請求項４記載のインベストメント鋳造用シェル鋳型に用いる混合物。
前記乾燥混合物は無機繊維をさらに含むことを特徴とする請求項３記載のインベストメント鋳造用シェル鋳型に用いる混合物。
前記無機繊維は、Ｅガラス繊維、Ｓガラス繊維、セラミック・アルミナ・シリカ繊維、ミネラルウール、およびそれらの組合せからなる群から選ばれ、また、前記有機繊維は、オレフィン、ナイロン系繊維、アラミド繊維、およびそれらの組合せからなる群から選ばれることを特徴とする請求項６記載のインベストメント鋳造用シェル鋳型に用いる混合物。
前記耐火性充填剤は籾殻灰をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のインベストメント鋳造用シェル鋳型に用いる混合物。
前記ゾル状の結合剤は、コロイダルシリカ、エチルシリケート、イオン珪酸塩、およびそれらの組合せからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１記載のインベストメント鋳造用シェル鋳型に用いる混合物。
第一と第二の耐火性コーティング用スラリーを準備することと、
前記第一と前記第二の耐火性コーティング用スラリーの一方を除去可能なろう模型の上に塗布して、コーティングした型を形成することと、
前記コーティングした型の上に耐火性材料を用いて、随意にスタッコイングすることと、
コーティングと随意のスタッコイングが施された型を十分に乾燥させて、前記型に前記第一の耐火性コーティング用スラリーと前記第二の耐火性コーティング用スラリーの他方を塗布することと、
前記型に前記乾燥混合物を用いて調製した前記耐火性コーティング用スラリーの層が少なくとも一層形成されている場合、前記耐火性スラリーの塗布と随意のスタッコイングを必要回数繰返して、所望の厚さを有する型を形成することと、
前記所望の厚さを有する複数層の型を乾燥させて、インベストメント鋳造用のグリーン・シェル鋳型を製作することと、
インベストメント鋳造用の焼成シェル鋳型を製作するために必要な温度まで、前記グリーン・シェル鋳型を加熱することとを含み、
前記スラリーの少なくとも一方は、繊維と耐火性充填剤を含む乾燥混合物を用いて調製され、前記スラリーを調製するとき、前記乾燥混合物は、ゾル状結合剤と調合されることを特徴とするインベストメント鋳造用シェル鋳型を製作する方法。
前記インベストメント鋳造用シェル鋳型は、前記乾燥混合物を用いて調製したスラリーの複数層を有することを特徴とする請求項１０記載の方法。
前記インベストメント鋳造用シェル鋳型は、前記乾燥混合物が混入されていない耐火性スラリーの層を少なくとも一層有することを特徴とする請求項１０記載の方法。
前記繊維は、耐火性繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、有機繊維および炭素繊維からなる群から選ばれた少なくとも一種類の繊維を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
前記繊維は有機繊維を含み、また、前記充填剤は、粒径が約２０メッシュから約６００メッシュの範囲のセラミック粒子を含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
前記繊維は、約０．２ｍｍから約１２ｍｍの範囲の平均長さを有し、前記乾燥混合物の約０．１％から約１２％の範囲の重量を占めることを特徴とする請求項１４記載の方法。
前記繊維は、約１ｍｍから約４ｍｍの範囲の平均長さを有し、前記乾燥混合物の約０．２％から約２．５％の範囲の重量を占めることを特徴とする請求項１５記載の方法。
前記乾燥混合物は無機繊維をさらに含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
前記無機繊維は、Ｅガラス繊維、Ｓガラス繊維、セラミック・アルミナ・シリカ繊維、ミネラルウール、およびそれらの組合せからなる群から選ばれ、また、前記有機繊維は、オレフィン、ナイロン系繊維、アラミド繊維、およびそれらの組合せからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１７記載の方法。
前記耐火性充填剤は籾殻灰をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載の方法。
前記ゾル状結合剤は、コロイダルシリカ、エチルシリケート、イオン珪酸塩、およびそれらの組合せからなる群から選ばれることを特徴とする請求項１１記載の方法。