JPH0323034A - 自硬性セラミック材料を含有する消去性鋳型中子およびその製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自硬性セラミックを含む消去性鋳型中子、及
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を含み、金属の
鋳造に有用であって、かつ消去性のすぐれた鋳型中子、
及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含む鋳型
が用いられている。従来のセラミックスを含む消去性鋳
型中子は、シリカ質、ジルコン質、アルミナ質、または
ムライト質などのセラミックス材料の耐火性無機粉末か
ら所望の形状の中子を形或し、これを高温で焼成焼固し
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り、このた
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製消去性
中子は、下記理由によってその製造が困難であるという
問題点を有していた。すなわち、上述のような従来の消
去性中子は、通常のセラミック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含有鋳
型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
作或し、これを焼威して自硬性セラミック中子が製造さ
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含有鋳型中子は、
それを消去するために、高濃度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型中子の欠点を解消し
、すぐれた自硬性を有していて戊形が容易であり、耐火
性が高くて、高温における焼戊による収縮がなく、或い
は少なく、ガスの発生がなく、しかも消去の容易な、自
硬性セラミックス含有消去性鋳型中子、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を含有する消去性鋳型中子は
、カルシウムおよびマグネシウムの酸化物粒子から選ば
れた少なくとも１員の粒子からなる耐火性骨材と、前記
酸化物粒子を結合しており、かつＣａＯ−Ｐ，０，　一
ＳｉＯ２系無機材料からなる結合剤と、を含んでなるこ
とを特徴とするものである。

又、上記の自硬性セラミックを含む消去性鋳型中子は、
本発明方法により製造することができ５．この製造方法
は、カルシウムおよびマグネシウムを含有する無機原料
から選ばれた少なくともｌ員からなる耐火性骨材原料の
粉末と、ＣａＯ−Ｐ２０，−Ｐ２Ｏ５−ＳｉＯ２系無機
材料の高温焼底物および高温溶融物か？選ばれた少なく
とも１員からなる結合剤の粉末とを混合し、この粉末混
合物に水、リン酸水溶液、およびリン酸塩水溶液から選
ばれた少なくとも１員を混和して水性スラリーを製造し
、前記水性スラリーを鋳型中子成形型に充填し、前記粉
末混合物を、前記鋳型中で自己硬化させ、得られた硬化
体を、酸化性雰囲気中で、８００℃以上の温度で焼成し
、前記無機原料の粉末を、対応する酸化物粉末に変性す
るとともに、この酸化物粉末を前記結合剤により結合す
る、ことを特徴とするものである。

本発明方法において、ＣａＯ−Ｐ２０，−ＳｉＯ２系無
機材科の高温焼成物又は高温溶融物を粉砕して得られか
つ、自硬性結合剤として有効な粉末が調製される。この
［ａＯ−Ｐ２０，−ＳｉＯ２系無機材料としては、シリ
コカーノタイト（Ｃａ，Ｐ２Ｓ＋０．　２）、ナーゲル
シュミッタイト　（Ｃａ７Ｐ＝Ｓｔ２０＋ｓ）　　、及
びＣａＯ　　Ｐ２０Ｓ一ＳｌＯ■系ガラス相などを用い
ることができるが、これらの化合物は、いずれも水硬性
物質であり、常温で水と反応して硬化体を形或する。こ
の結合剤硬化体により、焼成により生戒したＣａＯ、お
よびＭｇＯから選ばれたｌ員以上を含有する耐火性、骨
材粉末が強固に結着される。

この自硬性結合剤粉末と、カルシウムおよびマグネシウ
ムの酸化物の少なくとも１員を生或する耐火性骨材原料
粉末とを混合する。このとき、両者の混合比は、自硬性
結合剤粉末に対する耐火性骨材原料粉末の重量比が、１
０：９０〜９０　：　１０の範囲内にあることが好まし
い。また、これら自硬性結合剤粉末粒子の粒径は、１〜
１０ｊａ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重量％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
れる中子の耐火度が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、１一未満のとき、
又はＩＯＪ−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或化合物から選
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、
耐火性骨材を構或する。これらの骨材原料粉末の粒度分
布は１０〜１０００−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、
この鋳型内で自己硬化させ、硬化体を形或させる゜。こ
の硬化反応においてリン酸、またはリン酸塩の存在は、
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、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。

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。この焼戊において、
耐火性結合剤は、全く変化せず、従って機械的強度を失
うことがなく、生戒した耐火性骨材粒子を強固に結合し
ている。

更に、焼戒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戊体
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鋳型中子は、ＣａＯ
−Ｐ２０，−Ｐ２Ｏ５−ＳｉＯ２系の耐熱性結合剤と、
この結合剤により結合され、かつ、無機酸化物粒子から
なる耐火性骨材とを含んでなるものである。

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、および酸化マグ
ネシウムの少なくとも１員が、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。

実施例１ ２モルのリン酸水素カルシウムと、３モルの炭酸カルシ
ウムと、１モルの酸化珪素とを混合し、この混合物を１
５００℃の温度でｌＯ時間焼戊した。

得られた焼戒生戊物は、５　ＣａＯ・Ｐ２０，・Ｓｌ０
２の組或式により表わされるシリコカーノタイトである
ことを、Ｘ線回折法により確認した。この焼成生或物を
ボールミルで粉砕し、その全量を４４−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、８０〜２００廊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、水性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、６０℃で１
２時間湿潤空気中で養生したところ、鋳型中のスラリー
が自己硬化した。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或し、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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カルシウム酸化物およびマグネシウム酸化物から選
   ばれた少なくとも一員の粒子からなる耐火性骨材と、こ
   の酸化物粒子を結合しており、かつＣａＯ−Ｐ＿２Ｏ＿
   ５−ＳｉＯ＿２系無機材料からなる結合剤とを含む、自
   硬性セラミック材料を含む消去性鋳型中子。 ２、カルシウムおよびマグネシウムを含有する無機原料
   から選ばれた少なくとも１員からなる耐火性骨材原料の
   粉末と、ＣａＯ−Ｐ＿２Ｏ＿５−ＳｉＯ＿２系無機材料
   の高温焼成物および高温溶融物から選ばれた少なくとも
   １員からなる結合剤の粉末とを混合し、この粉末混合物
   に、水、リン酸水溶液およびリン酸塩水溶液から選ばれ
   た少なくとも１員を混和して水性スラリーを調製し、 前記水性スラリーを、鋳型中子成形型に充填し、前記粉
   末混合物を、前記成形型中で自己硬化させ、 得られた硬化体を酸化性雰囲気内で８００℃以上の温度
   で焼成し、前記無機原料粉末を、対応する酸化物粉末に
   変性するとともに、この酸化物粉末を前記結合剤により
   結合する、 ことを特徴とする、自硬性セラミック材料を含む消去性
   鋳型中子の製造方法。