JP3123074B2 - 活性金属精密鋳造用無機バインダー及び鋳型材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、活性金属精密鋳造用無機バインダーおよび
活性金属精密鋳造用鋳型材に関する。

（従来の技術） チタン合金に代表される活性金属の鋳造は、1600℃以
上の高温で行なわれることから鋳型材料に高融点の酸化
物粉末がフィラーとして要求されるようになり、シリ
カ、ジルコン等から、より高融点なジルコニア、カルシ
ア等がフィラーとして適用される傾向にある。

鋳型に焼結強度を付与する無機バインダーとしては、
従来はコロイダルシリカを用いる方法（特開昭61−2168
33）が一般的であったが、少量であっても、バインダー
にコロイダルシリカを使用すると、シリカがチタン合金
を酸化し、チタン合金の表面に汚染層を形成する問題が
あった。

この酸化反応を抑制する手段として、無機バインダー
として酸安定化された水性ジルコニアゾルを用いる方法
（特開昭58−204865）が知られている。さらに、塩基性
耐火物であるカルシアやカルシア安定化ジルコニアをフ
ィラーとした場合、酸安定化された水性ジルコニアゾル
がゲル化を起こしやすい欠点を有しているので、カルシ
アやカルシア安定化ジルコニアと混合しても長期間安定
なゾルとして、塩基性ジルコニアゾルを無機バインダー
として用いる方法（特開平２−167826）が提案されてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 上記の塩基性ジルコニアゾルを用いる方法は、カルシ
アやカルシア安定化ジルコニアと混合しても安定なこと
から、作業性は良好である。

しかし、鋳型の焼結時、1100℃付近までの中間領域に
おいて、鋳型の強度が低下するため、特に、複雑形状を
持つ鋳型を歩留りよく製造できない欠点を有していた。

本発明者らは、上記の問題点を解決するため、鋭意研
究した結果、無機バインダーとして塩基性ジルコニアゾ
ルを用いる方法において、塩基性ジルコニアゾルの二次
粒子径が特定範囲のものを用いると作業性が良好で、か
つ、鋳造後、金属表面の酸素汚染を最小限にとどめ、し
かも1100℃の焼成で鋳型の強度が下降せず、1400℃焼成
で高強度を得ることを見出し、本発明を完成した。

本発明の目的は、作業性が良好で、かつ、鋳造後、金
属表面の酸素汚染を最小限にとどめ、しかも、1100℃の
焼成で鋳型の強度が下降しない、活性金属の精密鋳造用
無機バインダーおよび活性金属精密鋳造用鋳型材の提供
にある。

（発明を解決するための手段） 即ち、本発明はジルコニアゾルよりなる活性金属精密
鋳造用無機バインダーにおいて、ジルコニアゾルが、二
次粒子径２〜30mμで、かつ、pH7〜12の間で安定な水性
ジルコニアゾルであることを特徴とする活性金属精密鋳
造用無機バインダーに関する。

また、本発明は、耐火物粉末、有機バインダー、無機
バインダー、界面活性剤および消泡剤等からなるスラリ
ーを使用する活性金属精密鋳造用鋳型材において、無機
バインダーが、二次粒子径２〜30mμで、かつ、pH7〜12
の間で安定な水性ジルコニアゾルであることを特徴とす
る活性金属精密鋳造用鋳型材に関する。

本発明の無機バインダーとして用いる、水性ジルコニ
アゾルは、二次粒子径が２〜30mμ、より望ましくは２
〜20mμで、かつ、pH7〜12、より望ましくはpH7〜10で
安定な水性ジルコニアゾルである。

本発明で用いるジルコニアゾルは、例えば、特開昭61
−216833号公報に示された方法で得られた、透過型電子
顕微鏡法により、測定した粒子径が、２〜30mμで、か
つ、pH2〜４、濃度10〜20％の酸性ジルコニアゾルを、
特開平２−167826号公報に示された方法でアルカリ化
し、10〜40％に濃縮することで得ることができる。

本発明の活性金属精密鋳造用鋳型材は、次の方法で製
造される。

濃度を調整して最適化を図った上記の塩基性ジルコニ
アゾルと、耐火物、有機バインダー、界面活性剤、消泡
剤、よりなるスラリーに、あらかじめ、作製したロウ型
を浸漬する。その後、スタッコ材とよばれる、耐火物の
粉末をふりかけ、乾燥する。この操作を数回繰返した
後、脱ロウする。脱ロウ後、1400〜1600℃で焼成し鋳型
を得る。

ロウ型を浸漬するスラリー中の塩基性ジルコニアゾル
の割合は重量％で10〜40％である。スラリーは、耐火物
および、耐火物混合物の粒度分布に応じて製造すること
ができる。

耐火物としては、アルミナ、ジルコニア、電融カルシ
ア、焼結カルシア、電融カルシア安定化ジルコニア、電
融マグネシア安定化ジルコニア、ジルコン、イットリ
ア、チタニア、ジルコニウム酸カルシウム、イットリア
安定化ジルコニア、ムライト、セリア、アルミン酸リチ
ウム、チタン酸リチウム、アルミン酸カルシウム、ベリ
リア、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、ア
ルミン酸カルシウム、および、ジルコニアゾルと焼結す
る耐火物のうちから選ばれる、一種または、一種以上の
耐火物および、耐火物混合物を用いることができる。

有機バインダーとしては、ポリ酢酸ビニルエマルジョ
ン、メチルセルロース、ポリアクリル酸エマルジョン、
ポリビニルアルコール、エチレン酢酸ビニル共重合体エ
マルジョン、および、水によく分散する、有機バインダ
ーのうちから選ばれる、一種または、一種以上の有機バ
インダーを用いることができる。

界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤、アニオ
ン系界面活性剤のうちから選ばれる、一種または、一種
以上の界面活性剤を用いることができる。

消泡剤としては、オクタノール、ジエチレングリコー
ル、などのアルコール系消泡剤、ノニオン系界面活性
剤、および、水系で使用する消泡剤を用いることができ
る。

スラリーの粘度は、上記の成分の濃度を調整して最適
化を図る。

スタッコ材には、粒度が10〜200メッシュの間で、成
分が、アルミナ、ジルコニア、電融カルシア安定化ジル
コニア、ベリリア、電融カルシア、焼結カルシア、電融
マグネシア安定化ジルコニア、ジルコン、イットリア、
チタニア、ジルコニウム酸カルシウム、イットリア安定
化ジルコニア、ムライト、セリア、アルミン酸リチウ
ム、チタン酸リチウム、アルミン酸カルシウム、チタン
酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、アルミン酸カル
シウム、および、ジルコニアゾルと焼結する耐火物のう
ちから選ばれる、一種または一種以上の耐火物および、
耐火物混合物を用いる。

本発明の塩基性の水性ジルコニアゾルを用いた場合、
鋳型の焼結時、1100℃付近までの中間領域において、鋳
型の強度が低下せず、特に、複雑形状を持つ鋳型を歩留
りよく製造できる。

以下に実施例と比較例をもって本発明をより具体的に
説明する。

実施例１ 二次粒子径が、８〜12mμで、かつ、pH10の安定な水
性ジルコニアゾルを、バインダーに用い、生型を作製
し、1400℃で焼成した後、形状を観察した。

鋳型の作製は、以下のロストワックス法により行なっ
た。ワックスでコーティングした真ちゅう板（20×150m
m）を元型とし、表−１に示すスラリーを、上記の塩基
性ジルコニアゾルを用いて作製し、元型を浸漬した。次
に、スタッコ剤（粒状の耐火物、組成は表−２参照）
を、浸漬処理した元型の表面にサンディングし、23℃、
湿度56％の条件で表−２に記載する時間乾燥した。この
浸漬から乾燥操作を６回繰返し行なった後に、前記と同
じスラリーに浸漬のみを行ない、乾燥した。乾燥終了
後、ガスバーナーで真ちゅう板を加熱し、脱型を行なっ
たが、鋳型の崩壊やクラックの発生もなく、生型を得る
ことができた。この生型を電気炉で1400℃１時間焼成
し、焼成した鋳型を得た。この焼成鋳型は、変形や層間
のはく離も無く、実用に充分適用できるものであった。

実施例２〜３及び比較列１〜２ 実施例１と同様の方法で、バインダーに用いた塩基性
ジルコニアゾルの二次粒子径を変化させて、抗折強度測
定用の試験片を作製し、室温で乾燥した後の試験片、室
温で乾燥後1100℃１時間焼成を行った後の試験片、及び
室温で乾燥後1400℃１時間焼成を行った後の試験片の抗
折強度をそれぞれ測定した。尚、実施例１も同様にして
抗折強度を測定したその結果を、表−３に示す。

比較例として、二次粒子径の大きな塩基性ジルコニア
ゾルを用いて、実施例１と同様の方法で得た試験片を作
製し、同様に抗折強度を測定した。その結果を、表−３
に併せて示す。

実施例１〜３における、1100℃での焼結強度は、比較
例１〜２における、1100℃での焼結強度より高く、本発
明の効果は明白である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ジルコニアゾルよりなる活性金属精密鋳造
   用無機バインダーにおいて、ジルコニアゾルが、二次粒
   子径２〜30mμで、かつ、pH7〜12の間で安定な水性ジル
   コニアゾルであることを特徴とする活性金属精密鋳造用
   無機バインダー。
2. 【請求項２】耐火物粉末、有機バインダー、無機バイン
   ダー、界面活性剤および消泡剤等からなるスラリーを使
   用する活性金属精密鋳造用鋳型材において、無機バイン
   ダーが、二次粒子径２〜30mμで、かつ、pH7〜12の間で
   安定な水性ジルコニアゾルであることを特徴とする活性
   金属精密鋳造用鋳型材。