JPH02164778A

JPH02164778A - 低融点金属鋳造装置構成材料

Info

Publication number: JPH02164778A
Application number: JP63319577A
Authority: JP
Inventors: Kazutaro Someya; 染谷　和太郎; Mitsuharu Osawa; 光春大澤
Original assignee: ASUKU KK
Current assignee: ASUKU KK
Priority date: 1988-12-20
Filing date: 1988-12-20
Publication date: 1990-06-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分舒〉本発明は、アルミニウム、亜鉛、スズ、鉛などの比較的
低融点の金属を鋳造する装置、特に溶融金属と直接接触
する部分を構成するための材料に関する。

〈従来の技術〉従来より、アルミニウム、亜鉛、スズ、鉛などの比較的
低融点の金属を鋳造する低融点金属鋳造装置、特に溶融
金属の移送、給湯。

保持などを行う注湯ボックスｊｉｌ、保持炉内内張りや
、フロート、スパラト、ホット・トップ・リング等の付
属部材を構成する材料としては、熱容量が小さく、断熱
性に優れ、しかも切削加工性がよいとの理由からケイ酸
カルシウム質のものが広く使用されている。

このようなケイ酸カルシウム質には従来から補強用に石
綿繊維が使用されていたが、種々の理由から石綿繊維の
使用が困難となっているため、石綿繊維の代替品が検討
されている。そして、特開昭６１−２３２２５６号公報
や特開昭６２−１８７１５３には、石綿繊維の代りに炭
素繊維を用い、ケイ酸カルシウムマトリックスをゾノト
ライトで形成したものが開示されている。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、前述したように、ケイ酸カルシウムマト
リックスをゾノトライト（６ＣａＯ・６ＳｉＯＩ−Ｈ２
Ｏ）で形成しようとすると、例えば１５〜２０ｋｇ／ｃ
Ｉｌ、　１９０〜２１０℃で２０〜３０時間と極めて過
酷な水熱養生（オートクレーブ養生）が必要であり、耐
圧性の高い圧力容器が必要である他、エネルギーコスト
が高いという問題がある。また、ゾノトライト系ケイ酸
カルシウムを得るには使用原料が限定されろという問題
もある。すなわち、珪酸原料中に不純物、特にＡｊ２０
３が含まれているとゾノトライトが生成しにくくなるた
め、Ｓ　ｉ　Ｏ，純度の高い高価な原料を用いなければ
ならないという問題がある。

一方、従来から、比較的製造が容易であり、例えば１８
０℃で１０ｋｇ／ａｗｌ程度の条件で製造できるものと
してトバモライト系ケイ酸カルシウムが使用されている
。このトバモライト系ケイ酸カルシウムは結晶構造上多
量の水を含むため、使用時に結晶水が分解して水蒸気が
発生することにより鋳造に悪影響を与える他、熱収縮率
が大きくて亀裂が発生するという問題を有している。こ
のような理由から、トバモライト系ケイ酸カルシウムは
予め５００〜６００℃で加熱処理することにより、結晶
水を除き、寸法を安定化させてから使用する必要がある
。

ところで、上述したように石綿繊維の代替品として用い
られている炭素繊維は、５００〜６００℃で加熱すると
酸化消滅してしまう。

したがって、補強材として炭素繊維を用いる場合には、
ケイ酸カルシウムマトリックスは、上述したような問題
を有しているが、結晶水が少なく、熱収縮の小さいゾノ
トライト系ケイ酸カルシウムとする必要がある。

本発明はこのような事情に鑑み、原料コスト及び製造コ
ストの低いトバモライト系ケイ酸カルシウムを用い、低
融点金属鋳造装置構成材料として充分満足できる安価な
材料を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉前記目的を達成する本発明の低融点金属鋳造装置構成材
料は、ケイ酸カルシウムマトリックス中に補強ｍ維とし
ての炭素繊維が分散しているケイ酸カルシウム質成形体
よりなる低融点金属鋳造装置構成材料において、ケイ酸
カルシウムマトリックスがトバモライトよりなり、当該
マトリックス中に耐熱充填材としての繊維状ワラストナ
イト１０〜２０重量％と、結晶質アルミナ２０〜３０重
量％とを含有することを特徴とする。

本発明にかかる材料の主構成物であるトバモライト系ケ
イ酸カルシウムは、５Ｃａ０・６　Ｓ　ｉ　Ｏ，・５Ｈ
２０の組成を有し、上述したように１８０℃で１０ｋｇ
／ｃＩｒ程度の比較的緩やかな条件で合成できるもので
あるが、構造中に多くの水を含み、また耐熱性が低いた
め、６００℃以上に加熱すると収縮率が大きくなる。

しかし、本発明では繊維状ワラストナイト及び結晶質ア
ルミナを添加することにより、トバモライト系ケイ酸カ
ルシウムの上述したような欠点を補っている。すなわち
、トバモライト系ケイ酸カルシウムの相対的比率を下げ
ることにより、使用中に発生する水蒸気の量を減少させ
、且つ熱収縮を低く押えている。

したがって、本発明にかかる材料は、従来のように予め
５００〜６００℃の条件で加熱処理する必要がないので
、補強繊維として炭素繊維を用いることが可能となって
いる。

炭素繊維で補強されたケイ酸カルシウム成形体は、低融
点鋳造装置用材料として溶湯金属に直接接触する場合の
ように部分的に３００℃以上の加熱を受けた場合には、
この近傍の炭素繊維が消失し、また加熱による亀裂も発
生するが、この部分以外では炭素ｍａｔが残存し、充分
な補強力を発揮するので、それ以上の亀裂の進展を防ぐ
ことができる。

しかし、本発明のように繊維状ワラストナイトや結晶質
アルミナを用いないで、トバモライト系マトリックスに
単に炭素ｍａだけを添加した成形体では、結晶構造中に
水を多く含み、また、耐熱性が低く６００℃以上で収縮
率が大きくなるので、例えば７００℃に達するアルミニ
ウム溶湯やそれ以上の融点を持つ金属の鋳造用としては
使用できない。すなわち、結晶水離脱による水蒸気の発
生が大であり、また、熱収縮が大きいため、上述したよ
うに炭素ｍ維により亀裂の進展が抑えられたとしても、
亀裂の幅が大きくなり、この亀裂に溶湯が侵入してしま
うことになる。このように、−度亀裂に溶湯が侵入する
とこれを取り除くことは困難であり、冷却後に無理に取
り除こうとすると破損し、また、金属を残したまま再度
使用して再度加熱されると、金属の熱膨張により破損す
るなめ、使用不可能である。

本発明では繊維状ワラストナイトと結晶質アルミナを添
加することにより、上述したように使用中に発生する水
蒸気を減少させ、また、熱収縮を低く抑え、例えば７０
０℃以上の融点の金属の鋳造における使用を可能として
いる。

本発明において用いられる繊維状ワラストナイトは、ケ
イ酸カルシウムマトリックスの耐熱性向上のために従来
から使用されており、単に、水蒸気の発生量や熱収縮を
低減することのみを目的とする場合には、３０〜５０％
添加することもできる。しかし、このように繊維状ワラ
ストナイトを３０〜５０％添加したものに炭素繊維を加
えても、本発明のように亀裂を高度に分散化して亀裂の
進展するのを防止するという効果を得ることはできない
。

これは、ケイ酸カルシウムマトリックスの相対量が減る
ことによ口炭素繊維とケイ酸カルシウムとの結合力が小
さくなり、炭素繊維が本来の補強力を発揮する以前に抜
けてしまう為と考えられる。このような観点から繊維状
ワラストナイトの添加量は１０〜２０重量％とする必要
がある。

しかし、１０〜２０重量％の繊維状ワラストナイトの添
加だけでは本発明の効果は得ることができない。そこで
、本発明では、繊維状ワラストナイトの作用と相撲って
上述したようなトバモライト系ケイ酸カルシウムの欠点
を補い且つ炭素繊維の亀裂進展防止効果を充分発揮させ
るものとして、結晶質アルミナを２０〜３０重量％用い
ている。この結晶質アルミナの作用は次のように考えら
れる。

結晶質アルミナは、ケイ酸カルシウムの出発原料である
ケイ酸質原材及びカルシウム質原料とは反応しにくいも
のであるが、若干量がトバモライト結晶中の５ｉ０２の
一部と置換したり、カルシウム質原料と反応したりして
表層にカルシウム質原料ネ−１・水和物層を生成する。

本発明においては後者のアルミネート水和物が媒体とな
って、ケイ酸カルシウム結晶と結晶質アルミナとが完全
に一体化し、これにより炭素繊維の結合力を維持してい
ると推定される。しかも、結晶質アルミナは、トバモラ
イト系ケイ酸カルシウムの欠点を充分に補い得る耐熱充
填材としての効果を合せ持っていると考えられる。

なお、繊維状ワラストナイトを用いず、結晶質アルミナ
のみを用いろ場合、４０〜５０％添加すれば耐熱性向上
という目的のみは達成できるが、このように多量にアル
ミナを添加するとトバモライトの生成が阻害され、充分
な８１械的強度が得られなくなる。

以上述べたような理由から、繊維状ワラストナイト１０
〜２０％と結晶質アルミナ２０〜３０％とを併せて用い
た場合のみ、上述したようなトバモライト系ケイ酸カル
シウムの欠点を充分補うことができ、且つ炭素繊維の亀
裂進展防止効果を損うことがないという効果が発揮され
ろ。

本発明で用いろ結晶質アルミナはａ型でもβ型でもよく
、平均粒径が５〜１０μｍ程度のものが好ましい。粒径
がこれより小さいとオートクレーブ養生後に充分な量の
結晶質アルーミナが残存せず、逆に大きいとトバモライ
トマトリックスの一体化が損われるなめ、共に好ましく
ない。また、非結晶アルミナは、結晶質アルミナと比べ
て溶解性が大きく、ケイ酸質原料やカルシウム質原料と
反応し易い。

したがって、結晶質アルミナの代りに非結晶アルミナを
用いると、ケイ酸カルシウム結晶の生成が阻害されて成
形体が硬化しなくなってしまい、好ましくない。

一方、炭素繊維は一般に用いられているものでよく、ポ
リアクリロニトリル１ａ維を高温で熱処理した、いわゆ
るＰＡＮ系や、石油ピッチから製造されるピッチ系が使
用される。

ＰＡＮ系とピッチ系とでは補強力の点でＰＡＮ系の方が
好ましい。また、繊維の長さは、ケイ酸カルシウムマト
リックス中に均一に分散できるものであればよいが、分
散性の点から２゜３ｓｌ１１〜１５ｍｍ程度が好ましい
。添加量は１％以下では充分な補強力を発揮せず、５％
以上添加しても充分な分散性が得られずにその添加量に
応じた補強力の向上はないので、１〜５％程度の範囲で
用いるのが経済的にも好ましい。

〈実　施　例〉実施例１珪藻土（日鉄鉱ダイアトン■製Ｈ８１０，８１，０％、
　Ａｊ、０．６．０％）１０重量％、珪石粉末（丸恵寿
合資会社製：５ｉＯ１９８％）　２５０　ｍｅｓｈ通過
品通過型１９重量％灰２８．５重量％、繊維状ワラスト
ナイト１５重量％、ａ−アルミナ粉末２５重量％及び炭
素１ａｌｌｉ２．５重量％の混合物１００重量部を３０
０重量部の水で混練し、大気圧下９５℃で２時間ゲル化
膨潤させた後、プレス脱水成形し、次いで１８０℃、１
１ｋｇ／ｅ＋／で１０時間水熱養生後、１８０℃の熱風
で乾燥し、９０ｏｘ２４００ｘｓＯ關の成形体を得た。

得られた成形体のケイ酸カルシウムはトバモライトであ
った。

次に、これを３００Ｘ３００Ｘ５０ｍに切断し、３００
Ｘ３００の面に直径１２０ｍの穴をくり抜き形成し、こ
れを４枚積み重ねて円筒状容器となし、これに７５０℃
に加熱したアルミ溶湯を注ぎ、内装したヒーターで２時
間７５０℃に加熱保持した。

この際、ガスの発生はほとんどみられず、また、加熱後
、アルミ溶湯を取り除き、試料の内面を観察した結果、
微細な亀裂が多数みられるのみで、幅広の亀裂や長く伸
びた亀裂はみられず、亀裂内へのアルミニウムの侵入も
なかった。

また、このような試験を１０回繰り返しても亀裂の状態
に変化はなかった。

実施例２珪石粉末をＳ　ｉ　Ｏ，純度の低いもの（日窒鉱業■製
；　５ｉｎ２８５．５％、　Ａｊ、Ｏ３５，０％）に変
えた他は実施例１と同様に成形体を得た。この部分のケ
イ酸カルシウムはトバモライトであった。また、実施例
１と同様に試験したところ、亀裂の状態は実施例１と同
様であっな。

実施例３珪藻土１０重量％、珪石粉末１４重量％。

消石灰２３．５％、繊維状ワラストナイト２０重量％；
　ａ−アルミナ粉末３０重量％、炭素繊維２．５重量％
の配合とした以外は実施例１と同様に実施したところ、
はぼ同様の結果が得られた。なお、亀裂最大長は、実施
例１の１０朧に対して１３ｍ＋＋＋とやや長かった。ま
た、曲げ強度は実施例１の７Ｑｋｇｌｃｄに対して６０
ｋｇ　／　ｃｒＩと少し低かった。

実施例４珪藻±１０重量％、珪石粉末２４重量％。

消石灰３３．５！ｉ量％１ｍ維状ワラストナイト１０重
量％、ａ−アルミナ２０重量％、炭素繊維２．５重量％
の配合とした以外は実施例１と同様に実施したと、ころ
、はぼ同様の結果が得られた。なお、最大亀裂長は１４
ｍと実施例１よりやや長かった。

比較例１珪藻土１０重量％、珪石粉末２１．５重量％。

消石灰３１重量％、ｔａ維状ワラストナイト２０重景％
、ａ−アルミナ１５重量％、炭素繊維２．５重量％の配
合とした以外は実施例１と同様に実施したところ、最大
亀裂が３０ｍ＋ｍとなった。

また、試験５サイクル目に亀裂中に溶融アルミニウムが
侵入した。

比較例２珪藻土１０重量％、珪石粉末２１．５重量％。

消石灰３１重量％、繊維状ワラストナイト５重量％、ａ
−アルミナ粉末３０重量％、炭素繊維２．５重量％とし
た以外は実施例１と同様に実施したところ、最大亀裂長
は３０ｍであった。また、試験３サイクル目に亀裂中に
溶融アルミニウムが侵入した。

比較例３珪藻土１０重１％、珪石粉末３１．５重量％。

消石灰４１重量％、繊維状ワラストナイト１５重量％、
炭素線ＩＭ１２．５重量％とし、結晶質アルミナを添加
しないで、他は実施例１と同様としなところ、亀裂は分
数分数し、長く伸びたものはみられなかったが、亀裂の
幅が大きく、その内部にアルミニウムが侵入していた。

また、試験の際、ガスの発生が多（、アルミ溶湯がやや
泡立つのが認められた。

比較例４ α−アルミナを添加せずに繊維状ワラストナイトを４０
重量％とじた以外は実施例１と同様に実施した。その結
果、１回目の試験で内面から外面に達する大きな亀裂が
２ケ所発生し、その亀裂内部にアルミニウムが侵入して
いた。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明はケイ酸カルシウムマトリ
ックスをトバモライトとし、しかも繊維状クラストナイ
トと結晶質アルミナとを併せて添加することにより、ト
バモライトの欠点を解消し且つ炭素繊維の補強力を充分
発揮させるという効果を得ており、ゾノトライト系のも
のと比べて原料コスト、製造コストが極めて低いという
効果も奏する。

Claims

【特許請求の範囲】

ケイ酸カルシウムマトリックス中に補強繊維としての炭
素繊維が分散しているケイ酸カルシウム質成形体よりな
る低融点金属鋳造装置構成材料において、ケイ酸カルシ
ウムマトリックスがトバモライトよりなり、当該マトリ
ックス中に耐熱充填材としての繊維状ワラストナイト１
０〜２０重量％と、結晶質アルミナ２０〜３０重量％と
を含有することを特徴とする低融点金属鋳造装置構成材
料。