JPH04317461A

JPH04317461A - 高融点金属鋳造用鋳型材

Info

Publication number: JPH04317461A
Application number: JP3078796A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Iwasaki; 岩崎　全良; Toshiharu Okamoto; 岡本　敏春; Nobuo Ayusawa; 鮎澤　信夫; Takashi Maeda; 前田　尚; Hisanori Tsunomura; 尚紀角村
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; Kobelco Research Institute Inc
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd; Kobelco Research Institute Inc
Priority date: 1991-04-11
Filing date: 1991-04-11
Publication date: 1992-11-09

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高融点金属鋳造用鋳型材
に関し、特にチタン（Ｔｉ）などの活性金属やそれらの
合金の鋳造を行うに好適な鋳型材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｔｉは融点１６７０℃、比重４．５１の
軽金属であり、特に合金元素を添加しないままでも他の
金属材料に比べて大きな延性を有し、鋼や強力アルミニ
ウム合金に匹敵する強度を有する上に、各種化学薬品に
対して安定で特に酸化性の酸に対しては優れた耐食性を
示す等、様々な特徴を備えた金属である。このため、純
Ｔｉ或いはこれに更に合金元素を添加して特性を改善し
たＴｉ系合金は、近年航空宇宙用金属材料、化学工業材
料、耐食材バルブ治具材料、生体用又は歯科用材料等と
して、種々の分野でその利用法が研究されている。とこ
ろで、Ｔｉの利用にあたり、Ｔｉは高融点であること及
び高温下における活性が高く反応性に富むことから、鋳
造に際して鋳型材による汚染、精密鋳造の困難性等が問
題となる。

【０００３】従来、鋳型材として、マグネシアを主体と
したもの、例えば、酸化マグネシウム及び酸化ジルコニ
ウムに硫酸マグネシウム又は塩化マグネシウムの結合剤
を添加した鋳型材（特公昭６０−４５９７４号公報）、
又は、マグネシア、ジルコン、アルミナの骨材にアルカ
リ金属又はアルカリ土金属のカルボン酸塩を添加した鋳
型材（特開昭６３−３３１４１号公報）といったマグネ
シアセメント系鋳型材が提案されている。

【０００４】更に、リン酸塩系の鋳型材として、２０〜
８０重量部のリン酸塩系鋳型材と８０〜２０重量部のジ
ルコン粉末からなる鋳型材、具体的には、リン酸塩系鋳
型材としてケイ砂、硬化促進剤、リン酸塩及びリン酸塩
硬化剤（コロイダルシリカを含まず）からなる鋳型材（
特開昭５７−６８２４５号公報）が公知である。また、
珪酸ジルコニウム、溶融石英、シリカ、第一リン酸アン
モニウム及び酸化マグネシウムをコロイダルシリカで混
練してなる、成形時の硬化膨張が大きく、加熱膨張が殆
どない精密鋳造用の鋳型材（特公昭６０−４４０６１号
公報）が公知である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の鋳型材のうち、
マグネシアを主体としたマグネシアセメント系鋳型材は
混練後、乾燥、焼成されるが、乾燥時、焼成時ともに収
縮するので、鋳型に亀裂を生じ易く、また、溶融金属の
凝固収縮を補償することが困難で精密鋳造の用途には不
適当である。更に、マグネシアセメントは凝固時間が長
く作業性に劣る。

【０００６】また、リン酸塩系鋳型材とジルコン粉末か
らなる鋳型材は、プラチナ、金、銀等の装身具類の鋳造
を主体としたものであり、溶融金属の凝固収縮を補償す
ることは考慮されておらず、歯科等の精密鋳造には不適
当である。しかも、該鋳型材には珪石を含有するため、
活性金属であるＴｉ溶湯との反応は避けられず、鋳造物
の鋳肌荒れ、汚染を生ずるという欠点がある。珪酸ジル
コニウム、溶融石英、シリカ等よりなるリン酸塩系鋳型
材は、耐熱性が高いのでニッケル、クロム、コバルト合
金などの融点の高い合金の鋳造に用い得ることが開示さ
れているが、該鋳型材は活性な二酸化珪素をも含み活性
金属であるＴｉ溶湯との反応が避けられず、鋳造物の鋳
肌荒れ、汚染を生ずるという欠点がある。

【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決し、高融
点金属鋳造物の鋳肌荒れ、汚染を防止すると共に、溶融
金属の凝固収縮を補償することができ、歯科等の精密鋳
造に適合できる鋳型材を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】請求項１の高融
点金属鋳造用鋳型材は、珪石６０〜８０重量％、ジルコ
ン及び／又はジルコニア１０〜２０重量％、マグネシア
５〜８重量％及び第一リン酸アンモニウム８〜１２重量
％を混合してなる混合粉末１００重量部と、シリカゾル
４．５〜８重量部と、ジルコニアゾル１．５〜３重量部
とを含むことを特徴とする。

【０００９】請求項２の高融点金属鋳造用鋳型材は、請
求項１の高融点金属鋳造用鋳型材において、前記混合粉
末が有機酸２重量％以下を含有することを特徴とする。

【００１０】請求項３の高融点金属鋳造用鋳型材は、請
求項１又は２の高融点金属鋳造用鋳型材において、前記
混合粉末中の珪石及びマグネシアは粒径３００μｍ以下
の粉体であり、ジルコン及び／又はジルコニアは粒径４
５μｍ以下の粉体であることを特徴とする。

【００１１】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の
高融点金属鋳造用鋳型材の主成分である珪石としては、
クリストバライト又は石英を用いることができ、その混
合粉末中の混合割合は６０〜８０重量％である。珪石の
混合割合が６０重量％未満では加熱時の膨張性が少なく
、Ｔｉ金属の凝固収縮を補うことができなくなる。また
、混合割合が８０重量％を超えると鋳型材の加熱膨張性
が大きくなり過ぎる。また、珪石は、粒径３００μｍ以
下の粉体であることが好ましい。珪石の粒径が３００μ
ｍを超えると、鋳型材の緻密性は低下し、又、鋳型材表
面に依存する粗い珪石粒の溶融Ｔｉ金属との反応により
表面組織が脆弱化して、鋳造物の鋳肌が荒れるという問
題を生じることから好ましくない。

【００１２】ジルコン、ジルコニアは、加熱時の異常膨
張がなく、Ｔｉ金属との反応抵抗性が高いという特性を
有するために、それらが珪石粒間を充填する組織を形成
することは珪石と溶融Ｔｉ金属との反応を抑制する効果
を奏する。又、これら成分の内、ジルコニアに関しては
さらにジルコニアゾルを添加すると、ジルコニア固形分
の粒度はきわめて微細であり、珪石粒表面を被覆する状
態となるために珪石と溶融Ｔｉとの反応抑制効果が向上
し、鋳造物の鋳肌精度は一層向上する。

【００１３】このようなジルコン及び／又はジルコニア
を粉末として混合する場合の混合割合は１０〜２０重量
％である。この混合割合が１０重量％未満では、珪石と
溶融Ｔｉ金属との反応を抑制する効果が低く、２０重量
％を超えると、珪石と溶融Ｔｉ金属との反応を抑制する
効果は十分であるが、反面、全体の膨張量が低下する。また、ジルコン及び／又はジルコニアは、珪石によるＴ
ｉ酸化の抑制及び鋳肌精度向上を目的として添加するた
めに、その粒度は細粒化の方向であることが好ましく、
粒径４５μｍ以下、特に１０μｍ以下であることが望ま
しい。なお、ジルコニアはＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ２　Ｏ３
　等で安定化又は半安定化されたものを用いるのが好ま
しい。

【００１４】ジルコニアゾルは、一般に、カルボシル基
（−ＣＯＯＨ）、アミド基（−ＣＯＯＮＨ２　）、ヒド
ロキシル基（−ＯＨ）、メチロール基（−ＣＯＮＨＣＨ
２　ＯＨ）等の官能基を有する化合物又はジルコニウム
を主成分とする活性無機ポリマーで、反応性に富みポリ
マーの交叉結合剤（−Ｏ−Ｚｒ）の安定な構造を有する
ものである。市販品としては、ジルコニア含有量が３０
〜１０重量％程度のものがある。ジルコニアゾルの添加
量は固形分として前記混合粉末１００重量部に対して、
１．５〜３重量部とする。この添加量が１．５重量部未
満では、珪石粒を被覆するには不十分となるために、珪
石によるＴｉ酸化の抑制及び鋳肌精度向上などの効果が
低下する。３重量部を超えると前記効果の点では良好で
あるが、鋳型材の流動性が低下するために作業性がやや
悪くなること及び鋳型材としての膨張量低下の原因とな
るために好ましくない。

【００１５】マグネシア及び第一リン酸アンモニウムは
結合剤であり、混合粉末中の混合割合はマグネシア５〜
８重量％、第一リン酸アンモニウム（ＮＨ４　Ｈ２　Ｐ
Ｏ４　）８〜１２重量％である。マグネシアの混合割合
が５重量％未満であったり、第一リン酸アンモニウムの
混合割合が８重量％未満であると、硬化性が低下して硬
化に長時間を要すると共に加熱後の鋳型材の強度が低下
する。逆に、マグネシアの混合割合が８重量％を超えた
り、第一リン酸アンモニウムの混合割合が１２重量％を
超えると、加熱後の鋳型材の強度が大きくなり過ぎて鋳
造品の取り出し作業が困難となる。

【００１６】なお、マグネシアは粒径３００μｍ以下の
粒体であることが好ましい。マグネシアの粒径が３００
μｍを超えると、第１リン酸アンモニウムとの反応が低
下することにより結合材としての効果が低下するために
緻密性が失われること、及び鋳型への凝固膨張性付与の
効果が低下することから好ましくない。また、マグネシ
アとしては、焼結マグネシアまたは電融マグネシアであ
って、ＭｇＯ含有量９７重量％以上のものを使用するこ
とができるが、とりわけ活性度の低い電融品を用いるの
が好ましい。

【００１７】本発明において、マグネシア及び第一リン
酸アンモニウムは結合剤として鋳型に凝固膨張性を付与
するが、この凝固膨張に際して、有機酸等、例えば、カ
ルボン酸、カルボン酸誘導体、多塩基酸性、オキシカル
ボン酸（又はその塩）等を混合粉末中に２重量％以下、
特に０．１〜２重量％添加し、溶融金属の凝固収縮を補
償することも可能である。

【００１８】シリカゾルとしては、市販品、例えば、コ
ロイダルシリカ分散液にシリカ濃度２０〜４０重量％の
範囲のものをそのままの濃度で使用するか、若しくは水
で希釈して使用することができる。シリカゾルの添加量
は固形分として前記混合粉末１００重量部に対して、４
．５〜８重量部とする。この添加量が４．５重量部未満
では、添加目的としての強度及び膨張量付与の効果が少
なく、８重量部を超えると強度が高まり固くなりすぎる
ために、鋳造物掘り出し時の作業性が悪くなるために好
ましくない。

【００１９】本発明の高融点金属鋳造用鋳型材は、前記
所定成分を混合して得られる混合粉末に、所定量のシリ
カゾル及びジルコニアゾルを添加混練することにより容
易に調製することができる。

【００２０】しかして、本発明の高融点金属鋳造用鋳型
材は、常法に従って、容易に成形、焼成して鋳型形状と
することができ、Ｔｉ等の高融点金属又は合金の鋳造用
の鋳型として用いることができる。

【００２１】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的
に説明する。実施例１珪石７０重量％、ジルコン１３重量％、マグネシア６重
量％、第一リン酸アンモニウム１０重量％及びクエン酸
１重量％の混合粉末１５０ｇに対し、固形分３０重量％
のシリカゾル３３ｇ、固形分３０重量％のジルコニアゾ
ル８ｇを加え、約３０秒間真空練和した。この鋳型材を
用いて常法に従い製作した歯科全部床の寒天印象に流し
、約１分間加振器上にて振動を加えたのち放置固化せし
めた。固化後、この副模型を取り出し、約１００〜１５
０℃で１時間乾燥した後、ワックスバスを施し、常法に
従いワックスアップを行った。次いで、上記鋳型材６０
０ｇに対し、固形分３０％のシリカゾルを１３２ｇ及び
固形分３０％のジルコニアゾルを４８ｇ添加した後、真
空練和を約３０秒行った。これを専用リングの中に設置
した、先に製造したワックスアップ済副模型の周囲に流
し込んだ後、加振器にて振動を加え流し込みを完成した
。約１０時間後、固化した鋳型を取り出し、加熱炉にて
焼成した。加熱条件は３００℃まで毎分５℃の速度で昇
温した後、３００℃にて２０分係留した。その後８００
℃まで毎分５℃の速度で昇温後、８００℃にて３０分保
持した。その後、１２００℃まで毎分５℃の速度で昇温
後、１２００℃にて３０分保持した。以後、炉内に放置
し、加熱電源を遮断し、自然放冷した。室温まで冷却さ
れた当鋳型をアルゴンアーク溶解方式・水平回転型の遠
心鋳造機にセットし、純チタンの鋳造を行った。

【００２２】まず、溶解室内の空気を約０．１ｔｏｒｒ
まで排気後、アルゴンガスを２６０ｔｏｒｒになるまで
封入した。その後、φ３０ｍｍ×１３０ｍｍの純チタン
（約４１ｇ）を、タングステン電極とグラファイトルツ
ボを用いて、２５０Ａの直流電流を６８秒間流してアー
ク溶解した後、３０００ｒｐｍで回転している、先に製
作した当該鋳型の中に流入せしめて、純チタン金部床の
鋳造作業を終了した。

【００２３】この後、当鋳型を取り出し、外観を良く観
察した後、石膏鉗子を用いて鋳型を砕き、金属床を取り
出した。この際、鋳型の強度は特に強過ぎることなく、
容易に鋳物を取り出すことができた。従って、特別に強
い力を加えていないため、鋳物が変形する恐れは全くな
かった。また、この鋳型は、３０００ｒｐｍで回転した
とき及びチタン溶湯の流入時に加わる遠心力、衝撃力に
十分耐える強度を有しているため、ヒビ割れ等を発生す
ることなく、従って、得られたチタン鋳物にバリを生ず
ることはなかった。鋳造されたチタン鋳物の表面は、黒
みがかっているが強固な焼き付きはなく、サンドブラス
トを施すことにより、美麗な表面肌の歯科用チタン全部
床を得ることができた。その後、スプルーを切断し、常
法に従い研磨仕上げを実施した後、模型に当てがい寸法
の不整を検査した結果、十分満足し得る適合状況であっ
た。これは、当鋳型材が、その固化時及び加熱焼成時に
適当な膨張、収縮を行う特性を保有しているためと考え
られる。

【００２４】実施例２珪石６５重量％、ジルコン９重量％、ジルコニア８重量
％、マグネシア７重量％及び第一リン酸アンモニウム１
１重量％の混合粉末１５０ｇに対し、固形分３０重量％
のシリカゾル３６ｇ、固形分３０重量％のジルコニアゾ
ル１２ｇを加え、約３０秒間真空練和した。この鋳型材
を常法に従い製作した歯科全部床の寒天印象に流し、約
１分間加振器上にて振動を加えたのち放置固化せしめた
。固化後、この副模型を取り出し、約１００〜１５０℃
で１時間乾燥した後、ワックスバスを施し常法に従いワ
ックスアップを行った。次いで、上記鋳型材６００ｇに
対し、固形分３０重量％のシリカゾルを１４４ｇ及び固
形分３０重量％のジルコニアゾル４８ｇを添加した後、
真空練和を３０秒行った。これを専用リングの中に設置
した、前記ワックスアップ済副模型の周囲に流し込んだ
後、加振器にて振動を加え流し込みを完成した。以後、
実施例１と同じ条件で乾燥、加熱し、純チタン金部床の
鋳造作業を行った。

【００２５】この後、当鋳型を取り出し、外観を良く観
察したのち石膏鉗子を用いて鋳型を砕き、金属床を取り
出した。この際、鋳型の強度は特に強過ぎることなく、
容易に鋳物を取り出すことができた。従って、特別に強
い力を加えていないため、鋳物が変形する恐れは全くな
かった。また、この鋳型は、３０００ｒｐｍで回転した
とき及びチタン溶湯の流入時に加わる遠心力、衝撃力に
十分耐える強度を有しているため、ヒビ割れ等を発生す
ることなく、従って、得られたチタン鋳物にバリを生ず
ることはなかった。鋳造されたチタン鋳物の表面は、黒
みがかっているが強固な焼き付きはなく、サンドブラス
トを施すことにより、美麗な表面肌の歯科用チタン全部
床を得ることができた。その後、スプルーを切断し、常
法に従い研磨仕上げを実施した後、模型に当てがい寸法
の不整を検査した結果、十分満足し得る適合状況であっ
た。これは、当鋳型材が、その固化時及び加熱焼成時に
適当な膨張、収縮を行う特性を保有しているためと考え
られる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の高融点金属
鋳造用鋳型材は、Ｔｉ又はＴｉ合金の如き、高融点金属
を鋳造するために有効な鋳型材であり、本発明の高融点
金属鋳造用鋳型材によれば、Ｔｉ等の高活性金属に対す
る化学的安定性、寸法適合性、作業性、操作性及び鋳肌
性の良好な鋳型が提供される。

【００２７】請求項２及び３の高融点金属鋳造用鋳型材
によれば、より一層優れた効果が奏される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　珪石６０〜８０重量％、ジルコン及び
／又はジルコニア１０〜２０重量％、マグネシア５〜８
重量％及び第一リン酸アンモニウム８〜１２重量％を混
合してなる混合粉末１００重量部と、シリカゾル４．５
〜８重量部と、ジルコニアゾル１．５〜３重量部とを含
むことを特徴とする高融点金属鋳造用鋳型材。
【請求項２】　　前記混合粉末が有機酸２重量％以下を
含有することを特徴とする請求項１に記載の高融点金属
鋳造用鋳型材。
【請求項３】　　前記混合粉末中の珪石及びマグネシア
は粒径３００μｍ以下の粉体であり、ジルコン及び／又
はジルコニアは粒径４５μｍ以下の粉体であることを特
徴とする請求項１又は２に記載の高融点金属鋳造用鋳型
材。