JPH1071449A - 精密鋳造用鋳型 - Google Patents

精密鋳造用鋳型

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JPH1071449A
JPH1071449A JP22654596A JP22654596A JPH1071449A JP H1071449 A JPH1071449 A JP H1071449A JP 22654596 A JP22654596 A JP 22654596A JP 22654596 A JP22654596 A JP 22654596A JP H1071449 A JPH1071449 A JP H1071449A
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JP
Japan
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mold
weight
alloy
precision casting
blended
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JP22654596A
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English (en)
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Takeshi Takayanagi
猛 高柳
Katsuyoshi Takeda
雄佶 竹田
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S I G KK
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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S I G KK
Agency of Industrial Science and Technology
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面及び寸法精度の優れたチタン、チタン合
金、ニッケル合金、コバルト合金等の精密鋳造品を製造
することができる精密鋳造用鋳型を提案する。 【解決手段】 ジルコニア、マグネシア、ムライト、ア
ルミナ等の通常の耐火物にジルコニア、アルミナの混晶
複合酸化物を添加した耐火物粉粒組成物に、りん酸塩、
エチルシリケート加水分解液、コロイダルシリカ等の結
合剤を加え、硬化させた精密鋳造用鋳型である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、活性金属元素を含
む高融点金属やその合金、特にチタン(Ti)及びチタ
ン合金(Ti合金)、コバルト−クロム合金(Co−C
r合金)、ニッケル−クロム合金(Ni−Cr合金)の
精密鋳造品を製造する為に用いる鋳型であり、歯科鋳
造、美術品鋳造並びに工業用精密鋳造分野などで活用さ
れる。
【0002】
【従来の技術】従来は鋳型用耐火物としてSiO2 、A
23 、MgO、ZrO2 、ZrO 2 ・SiO2 、L
iAlSiO6 等の単体もしくは2種以上を用い、これ
にりん酸塩、エチルシリケート加水分解液或いはコロイ
ダルシリカ等の結合材を1種もしくは2種以上配合して
硬化させた鋳型へTi及びTi合金、Ni−Cr合金、
Co−Cr合金を不活性雰囲気もしくは10-2Torr
程度の真空下で鋳造し、精密鋳造品を得ている。Ti又
はTi合金の鋳造の場合、前記材料で作られた鋳型とT
i及びTi合金の溶湯とが激しく反応して鋳造品の表面
が酸素、窒素に汚染され、数10μm程度、場合によっ
ては100μm以上の変色硬化層(αケース)が生じ、
表面が青黒から青紫色に変色しているのが現状である。
このαケースはサンドブラスト、研削、研磨及びケミカ
ルミーリング等によって除去可能ではあるが、これらの
処理に多大な労力が必要とされ、さらにはこれらの処理
に伴う鋳造品の変形、残留歪等による鋳造品の寸法精度
の低下が問題となっている。また、Co−Cr合金又は
Ni−Cr合金の鋳造の場合、これらの合金溶湯と前記
材料による鋳型との反応によって焼付き及び差し込みが
生じ、鋳造品表面の肌荒れが生じたり、暗緑色酸化膜が
生成されたり、鋳造品の品質の著しい悪化を招いてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そこで、前記の問題を
解消できるような精密鋳造用鋳型が希求されていた。即
ち、従来技術に見られる前記の金属及び合金の鋳造品に
現れる表面欠陥を防止することが本発明の目的である。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記に鑑み提案
されたもので、鋳型の主要耐火物として、或いは添加剤
として、チタン(Ti)及びチタン合金(Ti合金)、
コバルト−クロム合金(Co−Cr合金)、ニッケル−
クロム合金(Ni−Cr合金)等との反応を著しく抑制
する効果を持つジルコニア(ZrO2 )とアルミナ(A
23 )の混晶複合酸化物を用いることにより、鋳造
時における合金と鋳型との反応を防止して表面及び寸法
精度の優れた精密鋳造品を製造することができる精密鋳
造用鋳型に関するものである。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明に用いる前記混晶複合酸化
物は、15〜70重量%のZrO2 と30〜85重量%
のAl23 とで構成される。ZrO2 の組成分率が1
5重量%より低い(即ちAl23 の組成分率が85重
量%より高い)場合、所定の効果が発揮される複合酸化
物の結晶構造が崩れ、Al23 単体の性質に近づくた
め鋳造品表面の改善効果が低下する。また、ZrO2
組成分率が70重量%より高い(即ちAl23 の組成
分率が30重量%より低い)場合、上記と同様に所定の
効果を持つ結晶構造が崩れてZrO2 単体に近づくため
鋳造品の改善効果が低下する。
【0006】そして、この混晶複合酸化物の粉粒を含有
してなる耐火物粉粒組成物に、りん酸塩、エチルシリケ
ート加水分解液、コロイダルシリカ、塩化カルシウムア
ルコール溶液、水ガラス、石膏、ジルコニール等の結合
剤のうち1種もしくは2種以上を全量に対して10〜4
5重量%配合し、硬化させて本発明の鋳型を得ることが
できる。尚、上記結合剤の全量に対する配合量が10重
量%より少ない場合、鋳型の常温、高温強度が低下して
使用目的に耐えない。また、45重量%より多い場合、
鋳型強度は増大するが、金属溶湯との反応が促進され、
鋳造品の表面欠陥が増大する。
【0007】また、公知の鋳型用耐火物であるところの
ジルコニア(ZrO2 )、イットリア(Y25 )、チ
タニア(TiO2 )、カルシア(CaO)、石英ガラ
ス、石英、クリストバライト等のシリカ耐火物(SiO
2 )、マグネシア(MgO)、スピネル(MgO・Al
23 )、ジルコン(ZrO2 ・SiO2 )、ムライト
(3Al23 ・2SiO2 )、アルミナ(Al2
3 )のうち1種もしくは2種以上に対し、前記ZrO2
とAl23 とで構成される混晶複合酸化物粉粒を10
〜50重量%配合して耐火物粉粒組成物とし、これに前
記結合剤を全量に対して10〜45重量%配合し、硬化
させて鋳型としても良い。尚、公知の鋳型用耐火物に対
する前記混晶複合酸化物の配合量が10重量%より少な
い場合、局所的に鋳肌の改善効果はあるが、鋳造品全体
への効果がない。また、50重量%より多い場合、前記
混晶酸化物と他の耐火物との反応により低融点化合物が
生成して、鋳型の耐火度、耐反応性等が劣化する。
【0008】さらに、全量に対し、ZrC,HfC,T
iC,NbC,Cr32 ,MoC,WC,B4 C,A
43 ,SiC,CoC,NiC,TaC,VC等の
炭化物、Si34 ,ZrN,NbN,HfN,Ti
N,BN等の窒化物、MoSi 2 ,TiSi2 ,WSi
2 ,CrSi2 ,ZrSi2 等のけい化物及びTiB,
MoB,NbB2 ,ZrB2 ,TaB2 ,HfB2 ,W
B等の硼化物から選ばれる1種もしくは2種以上を0.
5〜20重量%添加して鋳型を作製することにより、精
密鋳造品の寸法精度の向上を図るようにしても良い。
尚、前記の耐火物粉粒組成物に対する上記炭化物、窒化
物、けい化物、硼化物等の配合量が0.5重量%より少
ない場合、鋳型の熱膨張量が小さいため、所定の寸法精
度を持つ鋳造品を得ることができない。また、20重量
%より多い場合、鋳型の熱膨張量が過大となって鋳造品
の寸法精度の悪化を招くとともに、添加物の酸化によっ
て鋳型内に気孔が生じ、鋳型強度が低下したり、時には
崩壊する場合がある。
【0009】本発明による鋳型を用いてTi、Ti合
金、Co−Cr合金、Ni−Cr合金等を鋳造すれば、
これらの合金溶湯と鋳型との反応が殆どないため、合金
溶湯の注湯後に得られる鋳造品はTiやTi合金の場
合、αケースは殆どなく、Ni−Cr合金やCo−Cr
合金の場合、表面の暗緑色変色度も極めて少ない。ま
た、鋳型材料中へ添加した炭化物、けい化物、窒化物、
硼化物などの効果により、凝固時における収縮が補償さ
れ、鋳造品の寸法精度が著しく向上した。
【0010】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。 〔実施例1〕純チタンによる歯科用プレートの製造に用
いた鋳型の組成(鋳型材料)及び鋳造金属を以下の表1
及び表2に示す。
【表1】
【表2】 まず、表1の鋳型材料を、得ようとする歯科用プレート
と相似のワックス模型の周囲に充填して硬化させる。次
に、硬化した鋳型からワックス模型を100〜150℃
で溶融除去した後、800〜1000℃で焼成する。そ
して、焼成後の鋳型へ、表2のTi溶湯をアルゴンガス
雰囲気下1760℃で注湯した。注湯後、炉内冷却した
鋳型を炉外へ取り出し、型離しして鋳造品(クラウン)
を得た。得られた鋳造品の表面にはαケースは殆どな
く、金属光沢を有し、寸法精度も優れていた。この実施
例1で得られた結果を従来の鋳型を用いた場合の結果と
比較して以下の表3に示す。
【表3】
【0011】〔実施例2〕純チタンによる歯科用プレー
トの製造に用いた鋳型の組成(鋳型材料)を以下の表4
に示す。
【表4】 鋳造金属としては前記実施例1と同じ純チタン(99.
66%)を用いた。表4の鋳型材料より前記実施例1と
同様の方法で作製した鋳型へ、Ti溶湯をアルゴン雰囲
気下1760℃で注湯した。得られた鋳造品(プレー
ト)のαケースの厚さは1μmであり、寸法精度も優れ
ていた。
【0012】〔実施例3〕純チタンによる歯科用クラウ
ンの製造に用いた鋳型の組成(鋳型材料)を以下の表5
に示す。
【表5】 鋳造金属としては前記実施例1と同じ純チタン(99.
66%)を用いた。表5の鋳型材料より前記実施例1と
同様の方法で作製した鋳型へ、Ti溶湯をアルゴン雰囲
気下1760℃で注湯した。得られた鋳造品(クラウ
ン)のαケースの厚さは1μmであり、寸法精度も優れ
ていた。
【0013】〔実施例4〕純チタンによる歯科用プレー
トの製造に用いた鋳型の組成(鋳型材料)を以下の表6
に示す。
【表6】 鋳造金属としては前記実施例1と同じ純チタン(99.
66%)を用いた。表6の鋳型材料より前記実施例1と
同様の方法で作製した鋳型へ、Ti溶湯をアルゴン雰囲
気下1760℃で注湯した。得られた鋳造品(プレー
ト)のαケースの厚さは1.5μmであり、寸法精度も
優れていた。
【0014】〔実施例5〕Ti−6Al−4V合金によ
る歯科用ブリッジの製造に用いた鋳型の組成(鋳型材
料)を以下の表7に示す。
【表7】 表7の鋳型材料より前記実施例1と同様の方法で作製し
た鋳型へ、Ti−6Al−4V合金注湯をアルゴン雰囲
気下1680℃で注湯した。得られた鋳造品(ブリッ
ジ)のαケースの厚さは0.8μmであり、寸法精度も
優れていた。
【0015】〔実施例6〕Ti−6Al−4V合金によ
るボールバルブ(20mmφ)の製造に用いた鋳型の組
成(鋳型材料)を以下の表8に示す。
【表8】 表8の鋳型材料より前記実施例1と同様の方法で作製し
た鋳型へ、Ti−6Al−4V合金の注湯をアルゴン雰
囲気下1680℃で注湯した。得られた鋳造品(ボール
バルブ)のαケースの厚さは1.5μmであり、寸法精
度も優れていた。
【0016】〔実施例7〕Ti−6Al−4V合金によ
る外科手術用ペンチ(長さ100mm)の製造に用いた
鋳型の組成(鋳型材料)を以下の表9に示す。
【表9】 表9の鋳型材料より前記実施例1と同様の方法で作製し
た鋳型へ、Ti−6Al−4V合金の注湯をアルゴン雰
囲気下1680℃で注湯した。得られた鋳造品(ペン
チ)のαケースの厚さは2μmであり、寸法精度も優れ
ていた。
【0017】〔実施例8〕Ni−Cr合金による歯科用
ブリッジの製造に用いた鋳型の組成(鋳型材料)及び鋳
造金属を以下の表10及び表11に示す。
【表10】
【表11】 表10の鋳型材料より前記実施例1と同様の方法で作製
した鋳型へ、表11のNi−Cr合金の注湯をアルゴン
雰囲気下1650℃で注湯した。得られた鋳造品(ブリ
ッジ)の表面は金属光沢を有し、寸法精度も優れてい
た。
【0018】〔実施例9〕Co−Cr合金による歯科用
クラウンの製造に用いた鋳型の組成(鋳型材料)及び鋳
造金属を以下の表12及び表13に示す。
【表12】
【表13】 表12の鋳型材料より前記実施例1と同様の方法で作製
した鋳型へ、表13のCo−Cr合金の注湯を1630
℃で注湯した。得られた鋳造品(クラウン)の表面は金
属光沢を有し、寸法精度も優れていた。
【0019】〔実施例10〕純チタンによる歯科用プレ
ートの製造に用いた鋳型の組成(鋳型材料)を以下の表
14に示す。
【表14】 表14の鋳型材料より前記実施例1と同様の方法で作製
した鋳型へ、Ti溶湯をアルゴン雰囲気下1760℃で
注湯した。得られた鋳造品(プレート)のαケースの厚
さは2.0μmであり、寸法精度も優れていた。
【0020】〔実施例11〕Ti−6Al−4V合金に
よるボールバルブ(20mmφ)の鋳造に用いた鋳型の
組成(鋳型材料)を以下の表15に示す。
【表15】 表15の鋳型材料より前記実施例1と同様の方法で作製
した鋳型へ、Ti−6Al−4V合金の注湯をアルゴン
雰囲気下1680℃で注湯した。得られた鋳造品(ボー
ルバルブ)のαケースの厚さは1.8μmであり、寸法
精度も優れていた。
【0021】〔実施例12〕純チタンによる歯科用クラ
ウンの鋳造に用いた鋳型の組成(鋳型材料)を以下の表
16に示す。
【表16】 表16の鋳型材料より前記実施例1と同様の方法で作製
した鋳型へ、Ti溶湯をアルゴン雰囲気下で1760℃
で注湯した。得られた鋳造品(クラウン)のαケースの
厚さは3.0μmであり、寸法精度も優れていた。
【0022】以上本発明の実施例を示したが、本発明は
前記した実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲に記載した構成を変更しない限りどのようにでも実
施することができる。例えば、結合剤として塩化カルシ
ウムアルコール溶液、水ガラス、石膏、ジルコニールを
用いた例については掲載していないが、前記実施例と同
様の効果が得られることは記載しない実験例により十分
に確認された。また、同様に公知の鋳型用耐火物や添加
物についても、一部のみしか掲載していないが、前記実
施例と同様の効果が得られることは記載しない実験例に
より十分に確認された。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明による鋳型を
用いてTi及びTi合金、Ni−Cr合金、Co−Cr
合金を鋳造すれば、得られる精密鋳造品の表面は金属光
沢を有してαケース、黒紫色、暗緑色の変色層等の表面
欠陥の発生を防止することができる。したがって、従来
鋳造品からの表面欠陥の除去に必要とした設備の排除、
欠陥除去のための労力の著しい軽減、さらには寸法精度
及び表面精度が改善され、精密鋳造品の品質が著しく向
上する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹田 雄佶 大阪府河内長野市大矢船北町29−8

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 15〜70重量%のジルコニア(ZrO
    2 )と30〜85重量%のアルミナ(Al23 )とで
    構成される混晶複合酸化物粉粒を含有してなる耐火物粉
    粒組成物に、りん酸塩、エチルシリケート加水分解液、
    コロイダルシリカ、塩化カルシウムアルコール溶液、水
    ガラス、石膏、ジルコニール等の結合剤のうち1種もし
    くは2種以上を全量に対して10〜45重量%配合し、
    硬化させて得られる精密鋳造用鋳型。
  2. 【請求項2】 ジルコニア(ZrO2 )、イットリア
    (Y25 )、チタニア(TiO2 )、カルシア(Ca
    O)、石英ガラス、石英、クリストバライト等のシリカ
    耐火物(SiO2 )、マグネシア(MgO)、スピネル
    (MgO・Al23 )、ジルコン(ZrO2 ・SiO2
    )、ムライト(3Al23 ・2SiO 2 )、アルミ
    ナ(Al23 )のうち1種もしくは2種以上に対し、
    請求項1に記載の混晶複合酸化物粉粒を10〜50重量
    %配合して耐火物粉粒組成物となし、さらに請求項1に
    記載の結合剤を全量に対して10〜45重量%配合し、
    硬化させて得られる精密鋳造用鋳型。
  3. 【請求項3】 全量に対し、ZrC,HfC,TiC,
    NbC,Cr32 ,MoC,WC,B4 C,Al4
    3 ,SiC,CoC,NiC,TaC,VC等の炭化
    物、Si34 ,ZrN,NbN,HfN,TiN,B
    N等の窒化物、MoSi2 ,TiSi2 ,WSi2 ,C
    rSi2 ,ZrSi2 等のけい化物及びTiB2 ,Mo
    B,NbB2 ,ZrB2 ,TaB2 ,HfB2 ,WB等
    の硼化物から選ばれる1種もしくは2種以上を0.5〜
    20重量%配合した請求項1又は2に記載の精密鋳造用
    鋳型。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007508146A (ja) * 2003-10-09 2007-04-05 ガーフィーアテー ゲーエムベーハー 鋳造部品を製造する工具、このような工具の製造方法、および鋳造部品の製造方法
JP2018086661A (ja) * 2016-11-28 2018-06-07 リグナイト株式会社 鋳型用粘結材料、粘結剤コーテッド耐火物及びその製造方法、鋳型の製造方法、鋳造方法

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