JP2749112B2 - 自硬性セラミックス鋳造用消去性中子およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自硬性セラミックス鋳造用消去性中子およ
びその製造方法に関するものである。更に詳しく述べる
ならば、本発明は、自硬性セラミックスからなり、金属
材料の鋳造用に有用な、かつ消去性のすぐれた中子およ
びその製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

高融点金属材料から、中空部を有する鋳造物を製造す
るには、従来から、セラミックス製消去性中子を用いる
鋳型が用いられている。従来の消去性セラミックス中子
は、シリカ質、ジルコン質、アルミナ質、またはムライ
ト質セラミックス材料などの耐火性無機粉末を成形し、
高温で焼成焼固したものである。このような従来の中子
は、耐熱性にすぐれ、従って高温の鋳造に耐えることが
でき、更に、水酸化アルカリ水溶液に溶解するという特
性があるため、鋳造物から溶解除去することが容易であ
るという長所を有し、中空鋳造物の製造に広く実用され
ている。

しかしながら、このような従来のセラミックス消去性
中子は、その製造が困難であるという問題点を有してい
た。これは、このような従来の消去性中子は通常のセラ
ミックス製造方法により製造されていたため、焼成収縮
が大きく、中子の寸法精度を高めることが極めて困難で
あり、また複雑な形状および大寸法を有する中子を製造
することが困難であった。

一方、耐火性骨材と結合剤とからセラミックス中子を
製造することも知られており、例えば自硬性の結合剤と
して、粘土、樹脂、水ガラス、エチルシリケート、リン
酸塩、またはアルミナセメントを用い、かつ、耐火性骨
材としてシリカ、アルミナ、ジルコンまたはムライトな
どを用い、これらの混合物から自硬性成形体を作成し、
これを焼成して自硬性セラミックス中子が製造されてい
る。このような自硬性セラミックス中子は焼成による収
縮がない、又は小さいという長所を有しているが、結合
剤自体の耐熱性が、低く、或いは高温において、化学変
化によりガスを発生するなどの欠点を有しており、この
ため高融点金属材料の鋳造用には不適当なものであっ
た。

更に、上記従来の自硬性セラミックス中子は、それを
消去するために、高濃のアルカリ水溶液の使用が必要で
あり、作業上の危険を伴うという欠点もあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上述のような従来の鋳造用中子の欠点を解
消し、すぐれた自硬性を有していて成形が容易であり、
耐火性が高くて、高温における焼成による収縮がなく、
又は少なく、ガスの発生がなく、しかも消去の容易な自
硬性セラミックス鋳造用消去性中子、およびその製造方
法を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段・作用〕

本発明の自硬性セラミックス鋳造用消去性中子は、ハ
イドロキシアパタイトを主成分とする結合剤と、この結
合剤により結合されている無機酸化物粒子からなる耐火
性骨材とを含んでなる成形・焼成体からなることを特徴
とするものである。

また、本発明の自硬性セラミックス鋳造用消去性中子
の製造方法は、α−リン酸三カルシウムと、リン酸四カ
ルシウムとの混合粉末と、耐火性無機酸化物生成原料粉
とを含んでなる混合物を調製し、前記混合物に、水、リ
ン酸水溶液、および水溶性リン酸塩水溶液から選ばれた
少なくとも１員を混和してスラリーを調製し、前記スラ
リーと所定の鋳造用中子成形鋳型に充填し、かつ、この
鋳型中で硬化させて、ハイドロキシアパタイトと耐火性
無機酸化物生成原料とを含む硬化体を形成し、そして、
前記硬化体を800℃以上の温度で焼成して、前記無機酸
化物生成原料から無機化合物骨材を生成する、ことを特
徴とするものである。

本発明方法において、α−リン酸三カルシウムとリン
酸四カルシウムとの混合粉が自硬性結合剤として用いら
れる。この混合粉末は水硬化性物質であって常温で水と
反応して硬化体を形成する。この硬化反応において、上
記混合物からハイドロキシアパタイトを生成する。ハイ
ドロキシアパタイトは、耐熱性にすぐれ、高温において
も安定であって、大気中では、1400℃までの温度におい
てその結晶水を揮散することがない。つまり、ハイドロ
キシアパタイトを結合剤とする硬化体は、1400℃までの
温度において、その強度を低下させることがなく、また
その寸法も安定である。

本発明の自硬性セラミックス消去性中子、およびその
製造方法はα−リン酸三カルシウム−リン酸四カルシウ
ム混合物、およびそれから得られるハイドロキシアパタ
イトの上記のような特性を利用して完成されたものであ
る。このように水硬化性であって、しかも1400℃という
高温まで強度低下のない結合剤は本発明により初めて見
出され、利用されたものである。

本発明において、α−リン酸三カルシウムとリン酸四
カルシウムとの混合粉末が自硬性結合剤として用いられ
るが、その配合割合は、1:0〜2:1であることが好まし
い。

この自硬性結合剤粉末と、耐火性無機酸化物生成原料
（耐火性骨材原料）粉末と混合される。このときの混合
比としては、耐火性骨材原料重量に対する、自硬性結合
剤粉末の重量比が10:90〜90:10の範囲内であることが好
ましい。また、これら自硬性結合剤粉末の粒径は、１〜
10μｍの範囲内にあることが好ましい。上記要件を満足
するように調製された混合物は、強度にすぐれ、かつ高
温特性のすぐれた中子を製造するのに最も好適である。
すなわち自硬性結合剤の配合割合が10％より低いとき
は、得られる中子の機械的強度が不満足なものになるこ
とがあり、またそれが90％より高くなると、得られる中
子の耐火度は不満足なものになることがある。また、自
硬性結合剤粉末粒子の粒径が、１μｍ未満のとき、又は
10μｍを超過するときは、得られる中子の強度が不十分
となることがある。

耐火性骨材原料としては、炭酸カルシウム、炭酸マグ
ネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、お
よびドロマイトなどの耐火性無機酸化物生成化合物から
選ばれた少なくとも１員からなるものが好ましい。これ
らの原料化合物は焼成により対応する無機酸化物とな
り、耐火性骨材を構成する。これらの骨材原料粉末の粒
度分布は10〜1000μｍの範囲内にあることが好ましい。

上記のようにして調製された混合物を、水、リン酸水
溶液、水溶性リン酸塩水溶液、またはこれらの２種以上
の混合物からなる水性液と混和し、水性スラリーを調製
する。そして、このスラリーを中子成形用鋳型に充填
し、この鋳型内で硬化させる。この水硬化反応によりリ
ン酸、またはリン酸塩の存在は、水硬化反応を加速し、
反応時間を短縮するのに有効である。スラリー中のリン
酸またはリン酸塩の濃度は0.1〜５重量％の範囲内にあ
ることが好ましい。この濃度が0.1％より低いときは、
水硬化反応の促進効果が不十分であり、５％より高くな
ると、硬化時間が短かく、実際的作業が困難となること
がある。

また、スラリー中の上記水溶液の配合割合は前記混合
物重量に対し５〜50重量％であることが好ましい。この
濃度が50％より高いと、得られる中子の機械的強度が不
十分となることがあり、また、それが５％より低いと、
実際的作業が困難になる。

この水硬化反応において、α−リン酸三カルシウムと
リン酸四カルシウムとの混合物からなる自硬性結合剤は
ハイドロキシアパタイトに変化し、耐熱性結合剤とな
り、骨材原料粒子を結合して、硬化体を形成する。

本発明方法において上記硬化体を、800℃以上、好ま
しくは1000℃〜1350℃の温度において焼成する。この焼
成により、骨材原料化合物は、対応する無機酸化物に変
化し、耐火性骨材となる。この焼成において、耐火性結
合剤、すなわち、ハイドロキシアパタイトは、全く変化
せず、従って機械的強度を失うことがなく、生成した耐
火性骨材粒子を強固に結合している。

更に、焼成工程において炭酸塩、または水酸化物など
の骨材原料化合物が対応する無機酸化物に変化すると
き、炭酸ガス、又は水を発生し、その逃散により硬化焼
成体に、適度の通気度、又は耐スポーリング性を付与す
ることができる。

上記のようにして得られた本発明の中子は、ハイドロ
キシアパタイトを主成分とする耐熱性結合剤と、この結
合剤により結合された、無機酸化物粒子からなる耐火性
骨材とを含んでなる成形・焼成からなるものである。

本発明の中子は、これを水と接触させると、容易に崩
壊し、すぐれた消去性を示す。これは中子中に耐火性骨
材として含有されている酸化カルシウム、および／又は
酸化マグネシウムが、水と反応して水酸化カルシウムお
よび／又は水酸化マグネシウムに変化し、このとき大き
な体積膨張を生ずるためである。従って鋳造物から、本
発明の中子を除去することが極めて容易である。

〔実施例〕

本発明を実施例により更に説明する。

１モルのリン酸水素カルシウムと、1.2モルの炭酸カ
ルシウムとを混合し、この混合物を1500℃の温度で10時
間焼成した。この焼成生成物は、α−リン酸三カルシウ
ムとリン酸四カルシウムとの混合物であって、その混合
モル比が4:1であることは、Ｘ−線回折法により確認さ
れた。この焼成生成物をボールミルで粉砕し、その全量
を44μｍふるい通過の粒度とした。このようにして調製
された自硬性結合剤粉末30重量部に、80〜200μｍの粒
径を有するように粒調した炭酸カルシウム粉末70重量部
を混合し、得られた混合物に20重量部の１％リン酸水素
ナトリウム水溶液を混和して、スラリーを調製した。こ
のスラリーを中子成形用鋳型に注入充填した。これを、
50℃で１時間湿潤空気中で養生したところ、鋳型中のス
ラリーが硬化した。この硬化体を鋳型から取り出し、20
0℃で12時間予備乾燥した後、これを1000℃で２時間焼
成した。

得られた中子を用いて鋳型を構成し、これを用いてチ
タン合金の鋳造を行ったところ、良好な寸法形状の中空
部を有する鋳物が得られた。鋳物中空部中の中子は、こ
れを水に浸漬して容易に崩壊除去することができた。

〔発明の効果〕

本発明方法により、特定の水硬化性結合剤を用いて、
極めて耐熱性が高く、かつ高温における強度および寸法
安定性の高い中子を効率よく製造することが可能になっ
た。従って本発明の中子は高融点を有するチタン合金な
どのような金属材料から、複雑な形状および高い寸法精
度が要求される鋳造品の製造を可能にするものであり、
かつ、この中子は、水を用いて容易に除去することが可
能なものである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハイドロキシアパタイトを主成分とする結
   合剤と、この結合剤により結合されている、無機酸化物
   粒子からなる耐火性骨材とを含んでなる成形・焼成体か
   らなることを特徴とする、自硬性セラミックス鋳造用消
   去性中子。
2. 【請求項２】α−リン酸三カルシウムと、リン酸四カル
   シウムとの混合粉末と、耐火性無機酸化物生成原料粉末
   とを含んでなる混合物を調製し、 前記混合物に、水、リン酸水溶液および水溶性リン酸塩
   水溶液から選ばれた少なくとも１員を混和してスラリー
   を調製し、 前記スラリーを、所定の鋳造用中子成形鋳型に充填し、
   かつ、この鋳型中で硬化させてハイドロキシアパタイト
   と、耐火性無機酸化物生成原料とを含む硬化体を形成
   し、そして、 前記硬化体を800℃以上の温度で焼成して、前記無機酸
   化物生成原料から無機酸化物骨材を生成する、ことを特
   徴とする、自硬性セラミックス鋳造用消去性中子の製造
   方法。