JPH06277794A - セラミックスシェル用スラリー - Google Patents

セラミックスシェル用スラリー

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JPH06277794A
JPH06277794A JP9253393A JP9253393A JPH06277794A JP H06277794 A JPH06277794 A JP H06277794A JP 9253393 A JP9253393 A JP 9253393A JP 9253393 A JP9253393 A JP 9253393A JP H06277794 A JPH06277794 A JP H06277794A
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JP
Japan
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slurry
ceramic shell
metal oxide
rare earth
ceramic
Prior art date
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Pending
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JP9253393A
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English (en)
Inventor
Michihiko Fujine
道彦 藤根
Hiroshi Endo
博司 遠藤
Toru Nagashima
徹 長島
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】希土類酸化物を主材とするスラリーを用いてロ
ストワックス法によりセラミックスシェルを製造するに
際し、バックアップ層用の材料としてジルコン,ムライ
ト系材料を用いた場合にも十分焼成が可能で且つ十分な
焼結強度が得られるようにする。 【構成】セラミックスシェル用スラリーの組成を、希土
類酸化物,金属酸化物ゾル及び金属酸化物短繊維を含む
組成とする。また更にそのスラリー中に金属水酸化物を
含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はロストワックス法にて
セラミックスシェルを製造する際に用いられるスラリー
に関し、詳しくは希土類酸化物を主材として用いたセラ
ミックスシェル用スラリーに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ロストワックス法にて製造し
たセラミックスシェルを用いて精密鋳造したり、或いは
これを用いて金属粉末を所定形状に成形焼結することが
行なわれている。
【0003】図1はロストワックス法によるセラミック
スシェルの製造方法の具体的手順を示している。図示の
ようにこのロストワックス法では、射出成形等によりろ
う模型100を成形し、それらの組付体(ツリーと称さ
れる)102をセラミックスフィラーとバインダとを含
むスラリー104中に浸漬する。そしてスラリー104
が乾かないうちに耐火性セラミックス粒子106を吹き
付けて乾燥する。
【0004】これらの操作を複数回繰り返してセラミッ
クスシェル、厳密にはセラミックスシェル用材料の積層
体108aを形成し、その後加熱により脱ろうを行なっ
た上で積層体108aの焼結を行なってセラミックスシ
ェル108を製造する。
【0005】そして図2(A)に示しているようにこの
セラミックスシェル108内部に金属(合金を含む)溶
湯110を鋳込んで所定形状に鋳造し、或いは図2
(B)に示しているようにこのセラミックスシェル10
8(但し図2(B)のセラミックスシェルは(A)のも
のとは形状が異なっている)内部に金属粉末112を充
填して、これをセラミックスシェル108に対応した所
定形状に成形焼結する。
【0006】図2(B)の方法ではセラミックスシェル
108の内部に金属粉末112を充填した状態でこれを
金属カプセル114の内部に収容するとともに、セラミ
ックスシェル108の外側にセラミックス粉末116を
詰めてカプセル114内部を真空吸引した上、HIP処
理を行なっている(HIPによるニアネットシェイプ成
形焼結方法)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記セラミッ
クスシェルの内表面は鋳造或いは成形焼結に際して内部
の金属溶湯や粉末と直接接触するため、その材質につい
てはそれらとの反応性の少ないものであることが必要で
ある。
【0008】このためチタン合金やニオブ合金等高融点
活性金属の鋳造や成形焼結に用いるセラミックスシェル
用のスラリーとしては、厳密にはセラミックスシェルに
おける耐火内層用としては、従来これらとの反応性の少
ない希土類酸化物を主材とするものが用いられていた。
【0009】従来、セラミックスシェルを内側の耐火内
層と外側の補強機能(バックアップ機能)を有する補強
外層(バックアップ層)とで構成することが一般的に行
なわれており、この場合少なくとも耐火内層用スラリー
としてY23などの希土類酸化物を主材とするスラリー
を用いることで、鋳造或いは成形焼結の際に耐火内層と
金属溶湯ないし粉末との反応の抑制を図っているのであ
る。
【0010】しかしながら上記スラリーとして希土類酸
化物、例えばY23を主材とするものを用いた場合、鋳
造の際の溶湯の流れに耐え得る強度或いは金属粉充填時
の衝撃に耐え得る強度を持たせるためには1600℃以
上の高温度での焼成が必要である。
【0011】ところがこのような高温度で焼成を行なっ
た場合、バックアップ層の材料としてジルコンやムライ
ト系材料を用いたとき、これらがその高温焼成に耐えら
れない問題がある。
【0012】一方バックアップ層の材料として高耐火度
のアルミナを用いた場合、焼成は可能であるものの焼成
による収縮が大きく、寸法精度の上で問題が生ずる。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミックスシ
ェル用スラリーはこのような課題を解決することを目的
として開発されたもので、その要旨は、希土類酸化物及
び金属酸化物ゾルを含むスラリーに金属酸化物短繊維を
含有させたことを特徴とする(請求項1)。
【0014】ここで上記金属酸化物短繊維は、長さ10
〜1000μm,アスペクト比10〜500のものを用
い、これを前記希土類酸化物100重量部に対して1〜
30重量部の割合で含有させるのが良い(請求項2)。
【0015】またこれに加えて金属水酸化物を添加する
と、更に良好な結果が得られる(請求項3)。
【0016】
【作用及び発明の効果】本発明に従ってスラリー中に金
属酸化物短繊維を含有させた場合、かかるスラリーを用
いてセラミックスシェルを製造したとき、金属酸化物短
繊維による補強効果によって、シェルを比較的低温度で
焼成した場合でも(例えば1300℃)、溶湯の流れに
より破壊されることのない或いは粉末充填の際の衝撃に
よって破壊されることのない十分な強度が得られること
が判明した。
【0017】従って本発明のスラリーを用いればバック
アップ層の材料としてジルコン,ムライト系材料等を用
いた場合にも十分焼成が可能となる。
【0018】ここで金属酸化物短繊維の材質としては希
土類酸化物,Al23,ZrO2,MgO,CaOの単
体又は混合物が好適に使用できる。またその長さは10
〜1000μm,アスペクト比は10〜500のものが
良い。更に添加量は希土類酸化物100重量部に対して
1〜30重量部とするのが良い。
【0019】金属酸化物短繊維の長さが10μmより短
いと、フィラーとしての希土類酸化物との絡み合い或い
は金属酸化物短繊維同士の絡み合いが良好に行なわれ
ず、十分な強度が得られ難い。また逆に1000μmよ
り長いと繊維同士が十分絡み合わず、所要の強度が得ら
れなかったり、或いはスラリーをろう模型表面に付着さ
せる際に繊維が模型表面の狭い隙間内に十分に入り込め
ず、部分的に強度不足となる問題を生ずる。
【0020】一方金属酸化物短繊維のアスペクト比につ
いては、その値が上記10より小さいと金属酸化物短繊
維同士が十分絡み合わず、十分な強度が得られないし、
また逆に500より大きいと金属酸化物短繊維の分散性
が悪くなって同じくシェルの強度低下をもたらす。
【0021】更に金属酸化物短繊維の添加量は、1重量
部より少ないと十分な強度向上効果が得られ難く、また
逆に30重量部より多いと表面肌が悪くなり、更に希土
類酸化物以外の材質から成る金属酸化物短繊維の場合、
溶湯金属又は金属粉末との反応性も大きくなって好まし
くない。
【0022】他方、請求項3に従ってスラリー中に金属
水酸化物を含有させた場合、セラミックスシェルにおけ
る強度を更に向上させることができ、或いは添加すべき
金属酸化物短繊維の量を少なくできる利点が得られる。
【0023】本発明に従ってスラリー中に金属水酸化物
を含有させた場合、かかる金属水酸化物がセラミックス
シェルの焼成時にH2Oを放出して焼結性を高めるもの
と考えられる。
【0024】この結果セラミックスシェルの強度が高ま
り、補強用の金属酸化物短繊維の含有量を減少させるこ
とが可能となる。而して金属酸化物短繊維の量を減少さ
せることができれば、かかる金属酸化物短繊維と溶湯金
属等との反応をそれだけ抑えることができる。
【0025】但しこの金属水酸化物は焼成によって酸化
物となり、セラミックスシェル中に残ることとなるた
め、チタン合金,ニオブ合金等の高融点活性金属のため
のシェル用としては、かかる金属との反応性の低い酸化
物に変わるAl(OH)3,Mg(OH)2,Ca(O
H)2,Zr(OH)4,Y(OH)3が良い。
【0026】またその含有量は、希土類酸化物100重
量部に対して0.1〜10重量部が望ましい。0.1重
量部より少ないと金属水酸化物を含有させたことの効果
が十分に現れず、また10より多いと焼成後の空隙が大
きくなり、強度低下を招く。
【0027】
【実施例】次に本発明の特徴を更に明確にすべく、以下
にその実施例を詳述する。 [実施例1]350メッシュアンダーのY23100重
量部に対してAl23短繊維(長さ500μm,アスペ
クト比50)を20重量部加え、更に15%Y23ゾル
を73重量部,消泡剤0.1重量部,界面活性剤0.1重
量部を加えたものをビーカーに入れて撹拌し、スラリー
を得た。
【0028】その後ビーカーを氷水につけてスラリーを
5℃に冷却し、以下の操作を行った。即ちこのスラリー
中に5mmφ×120mmの丸棒状のろう模型を浸漬し
てその表面にスラリーを塗布し、そしてスラリーが湿っ
ているうちにY23粒を付着させて乾燥処理した。
【0029】以上の操作を7回繰り返した後、オートク
レーブ中160℃で脱ろうし、その後1300℃×1時
間の条件で焼成を行った。得られたセラミックスシェル
に対し抗折試験を行って抗折強度を測定したところ、3
4kgf/cm2であった。
【0030】[比較例1]実施例1と同様の組成で且つ
上記Al23短繊維を含有させないスラリーを作製し、
これを用いて実施例1と同様の処理を行ってセラミック
スシェルを製造し、抗折強度を測定した。この結果抗折
強度は8.7kgf/cm2であった。
【0031】[実施例2]実施例1と同様の組成のスラ
リーを作製してそのスラリー中への50mmφ×120
mmの丸棒状のろう模型の浸漬,Y23粒の付着,乾燥
を2回繰り返した。
【0032】この様にしてフェースコートしたものに対
し、Al23100重量部,20%Al23ゾル55重
量部,消泡剤0.1重量部,界面活性剤0.1重量部から
なる組成のスラリー及びAl23粒を用いて上記と同様
の処理を5回繰返し行い、フェースコート層(耐火内
層)の外側にバックアップ層を形成した上、実施例1と
同様に脱ろう・焼成を行ってセラミックスシェルを製造
し、その内部にSUS316粉末を振動充填した。
【0033】その後粉末を出してからセラミックスシェ
ルを半分に割り、内面を観察したところ、内面の性状は
良好でワレ,ヒビ,内層脱落等の異常は認められなかっ
た。
【0034】[比較例2]耐火内層用として比較例1と
同じ組成のスラリー及びY23粒を用い、またバックア
ップ層用として実施例2と同様のスラリー及びAl23
粒を用いて実施例2と同様の処理を行い、セラミックス
シェルを製造した。これを用いて実施例2と同様の試験
を行い内面観察したところ、ヒビの発生及び一部内層脱
落が認められた。
【0035】[実施例3]スラリー成分としてのY
23,15%Y23ゾル,消泡剤,界面活性剤の量をそ
れぞれ100,73,0.1,0.1重量部に固定し、そ
してAl23短繊維の添加量,長さ,アスペクト比を夫
々表1,表2,表3に示すように種々変化させて実施例
1と同様の処理・試験を行ったところ、夫々表1,表
2,表3に示す結果を得た。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】
【表3】
【0039】[実施例4]表4に示す種々のスラリーを
作製し、このスラリーに対して5mmφ×120mmの
丸棒状のろう模型の浸漬,Y23粒の付着,乾燥を7回
繰り返した後脱ろうし、1300℃×1時間の条件で焼
成を行って抗折試験を行ったところ、表4に示す結果が
得られた。
【0040】
【表4】
【0041】以上本発明の実施例を詳述したがこれはあ
くまで一例示であり、本発明はその主旨を逸脱しない範
囲において、当業者の知識に基づき様々な変更を加えた
態様で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の背景説明のための説明図であってロス
トワックス法によるセラミックスシェル製造方法の手順
を示す図である。
【図2】セラミックスシェルを用いた鋳造方法及び成形
焼結方法の説明図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 希土類酸化物及び金属酸化物ゾルを含む
    スラリーに金属酸化物短繊維を含有させたことを特徴と
    するセラミックスシェル用スラリー。
  2. 【請求項2】 請求項1のスラリーにおいて、前記金属
    酸化物短繊維として長さ10〜1000μm,アスペク
    ト比10〜500のものを用い、これを前記希土類酸化
    物100重量部に対して1〜30重量部の割合で含有さ
    せたことを特徴とするセラミックスシェル用スラリー。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2のスラリーにおいて、更
    に金属水酸化物を含有させたことを特徴とするセラミッ
    クスシェル用スラリー。
JP9253393A 1993-03-25 1993-03-25 セラミックスシェル用スラリー Pending JPH06277794A (ja)

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