KR20040020621A

KR20040020621A - 알파형 반수석고를 이용한 석고계 매몰재

Info

Publication number: KR20040020621A
Application number: KR1020020052260A
Authority: KR
Inventors: 김경남; 이용근; 김연웅; 이상배; 이덕연; 박정종
Original assignee: 김경남; (주)진흥에이스
Priority date: 2002-08-31
Filing date: 2002-08-31
Publication date: 2004-03-09

Abstract

개시된 석고계 매몰재는, α형 반수석고 20~30 중량％, 쿼츠 20~40 중량％, 크리스토 발라이트 40~60 중량％, 멜라민 술폰산 포름알데히드 0.1~0.5 중량％, 벤토나이트는 0.1~1 중량％, 포타슘 설파이드는 0.3~1 중량％ 를 혼합하여 제조된다. 이와 같은 조성을 갖는 석고계 매몰재는 주조수축의 보상 특성 및 주조압에 견디는 강도를 가지며, 주조체의 치수 정밀도가 높고 주조체의 표면이 미려하게 된다.

Description

알파형 반수석고를 이용한 석고계 매몰재 {GYPSUM-BONDED INVESTMENT USING ALPHA TYPE GYPSUM}

본 발명은 주조금속의 주조용 매몰재에 관한 것으로서, 특히, 치과분야의 금속 수복물 제작과 귀금속 합금의 정밀 주조를 위한 석고계 매몰재 (Gypsum-bonded investment)에 관한 것이다.

치과용 금속 수복물은 왁스 소실법을 이용한 주조로서 제작된다. 이러한 왁스소실법에서는, 왁스를 치아 수복물의 형태로 만든 후 매몰재를 이용하여 왁스를 매몰하고 소환 과정을 통해 매몰재 내부의 왁스가 제거되고 그 빈자리에는 주조에 사용되는 금속이 주조 과정을 통해 채워지게 된다.

매몰재는, 혼합이 쉽고 조작하기가 용이해야 하며, 활택한 표면을 형성하고 흐름성이 우수하여 미세부 정밀성과 변연을 재생할 수 있어야 한다. 또한, 고온에서 가열시킬 때 가스를 발산하지 않아야 하며, 주조가 완성된 후 매몰재는 금속 표면으로부터 쉽게 제거되어야 하고, 왁스패턴과 금합금의 수축을 보상할 수 있는 충분한 경화팽창과 열팽창을 하여야 한다. 특히 석고계 매몰재는 결합재로 사용되는 석고가 주조 온도까지에서 약 3％의 수축을 보이기 때문에 이러한 수축과 금속의수축을 동시에 보상할 수 있는 팽창량을 보여야 한다.

이러한 요구사항을 충족하기 위한 종래의 석고계 매몰재가, 고영무, 김경남, 김광만, 김교한, 김형일, 박영준, 배태성, 임호남, 조혜원, 최기열 저, 재료학 2판 (1998년 2월 28일 발행) 338쪽에 개시되어 있다. 이에 따르면, "석고계 매몰재는 금합금 주조에 이용하며 쿼츠(quartz)나 크리스토 발라이트(cristobalite)가 60~65％, 그리고 주성분인 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트(calcium sulfate hemihydrate)가 30~50％ 혼합되어 있고, 기타 성분이 5％ 첨가되어 있다." 라고 기재되어 있다. 석고계 매몰재의 수축은 결합재로 사용되는 석고의 경화팽창과 내화재로 사용되는 쿼츠와 크리스토 발라이트의 비율을 조절함으로써 가능해진다. 이론적으로 쿼츠는 573℃ 에서 α→β로 상이 변태하면서 약 1.4％ 의 팽창이 발생하며, 크리스토 발라이트는 200 내지 270℃ 에서 역시 α→β로 상이 변태하면서 약 1.6％ 의 팽창이 발생한다. 따라서, 이들 결합계와 내화재 및 첨가제의 비율을 조절함으로써 석고와 금속의 수축을 보상하는 매몰재를 제조할 수 있다.

그러나, 상기와 같이 석고와 쿼츠 및 크리스토 발라이트만을 함유하고 그의 혼합 비율만을 조절하는 종래의 석고계 매몰재는 상기한 바와 같은 요구사항을 충분한 정도로 충족시키지 못하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 상기와 같은 매몰재에 대한 요구사항을 충분한 정도로 충족시킬 수 있으며, 특히, 귀금속 합금의 주조수축을 충분히 보상하며, 주조시 주조압에 견디는 강도를 가지고 있고, 주조체의 치수 정밀도가 높고, 주조체의 표면이 미려한 석고계 매몰재를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 석고계 매몰재는, 결합재인 α형 반수석고, 쿼츠와 크리스토 발라이트로 구성된 내화재, 멜라민 술폰산 포름알데히드 축합물, 벤토나이트, 및 포타슘 설파이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 조성을 갖는 석고계 매몰재는 상기와 같은 주조수축의 보상 특성 및 주조압에 견디는 강도를 가지며, 주조체의 치수 정밀도가 높고 주조체의 표면이 미려하게 된다. 이러한 특성은, 각 조성물의 혼합 비율을 적절히 조절함으로써 보다 향상될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 석고계 매몰재는 왁스 소실법에 의한 금속의 주조수축을 보상하도록 α형 반수석고에 내화재인 쿼츠(quartz)와 크리스토 발라이트(cristobalite)를 적정 비율로 혼합하고 여기에 포타슘 설파이드(K₂SO₄)와 멜라민 술폰산 포름알데히드(melamine sulfonic acid - formaldehyde) 축합물과 벤토나이트(bentonite)를 적당량 첨가하여 주조압을 견디는 강도와 주조 수축을 충분히 보상하는 팽창을 얻도록 설정한 것이다.

α형 반수석고는 치과용 석고에 사용되는 원료로서, 경화하면 높은 강도를 갖는다. 따라서, α형 반수석고를 적정 비율로 혼합하면 주조압에 견디는 강도가매몰재에 부여된다.

쿼츠와 크리스토 발라이트의 혼합 비율과 매몰재의 경화팽창 또는 열팽창간의 관계에 대해 연구한 결과에 의하면, 쿼츠의 혼합비가 증가할수록 경화팽창이 증가하며 열적 팽창은 감소하는 것으로 나타난다. 이렇게 쿼츠의 혼합비가 감소하고 크리스토 발라이트의 혼합비가 증가할수록 열적 팽창이 증가하는 것은 상 변태에 따른 열팽창량이 크리스토 발라이트가 크기 때문이다. 따라서, 결합재로 사용되는 α형 반수석고에 쿼츠와 크리스토 발라이트의 혼합 비율을 적절히 조절하면 주조 금속의 주조 수축을 충분히 보상하는 팽창 특성을 매몰재에 부여할 수 있게 되는 것이다.

멜라민 술론산 포름알데히드의 첨가에 따른 경화팽창은 혼합 비율이 증가함에 따라서 경화팽창이 증가하는 것으로 나타난다. 이렇게 멜라민 술폰산 포름알데히드의 혼합 비율이 증가함에 따라 경화팽창이 증가하는 것은 경화팽창을 충분히 할 수 있는 수분을 계속해서 제공하기 때문이다.

벤토나이트의 첨가에 따른 경화팽창은 그 혼합 비율이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타난다. 이렇게 벤토나이트의 혼합 비율이 증가함에 따라 경화 팽창이 증가하는 것은 벤토나이트가 물과 혼합이 되면 원래의 20배 정도로 팽창이 발생하기 때문이다.

포타슘 설파이드는 경화반응을 촉진하는 기능을 한다.

따라서, α형 반수석고, 쿼츠, 크리스토 발라이트, 멜라민 술폰산 포름알데히드 축합물, 벤토나이트, 및 포타슘 설파이드의 혼합비율을 적절히 조절하면 주조압에 견디는 강도를 갖고, 주조 수축을 충분히 보상하는 수축 특성을 매몰재에 부여할 수 있게 되는 것이다.

현재 사용하고 있는 정밀 주조용 귀금속 합금의 주조 수축을 보상하는 팽창과 주조압에 견디는 강도를 얻기 위해서는, α형 반수석고는 20~30 중량％, 쿼츠는 20~40 중량％, 크리스토 발라이트는 40~60 중량％, 멜라민 술폰산 포름알데히드는 0.1~0.5 중량％, 벤토나이트는 0.1~1 중량％, 포타슘 설파이드는 0.3~1 중량％ 범위를 갖는 혼합비율이 되도록 혼합하는 것이 적당하다. 그러나, 이러한 본 발명은 이와 같은 수치의 범위에 한정되지는 않는다. 조성의 귀금속 합금을 정밀 주조하기 위한 매몰재에서, α형 반수석고, 쿼츠, 크리스토 발라이트와 첨가물의 혼합비율이 상기한 범위를 크게 벗어나면, 매몰재의 강도가 저하되고 주조체의 치수 정밀도가 떨어지며 주조체의 표면 결함이 많이 발생한다.

아래의 표 1 은 α형 반수석고, 쿼츠, 크리스토 발라이트, 포타슘 설파이드, 멜라민 술폰산 포름알데히드 축합물, 및 벤토나이트의 혼합비율을 변화시켜 제조된 매몰재의 각 예에 대한 상온 경화팽창과 열팽창의 특성을 실험한 결과를 보여주고 있다. 이때, 매몰재에 대한 슬러리를 제조하기 위하여 증류수를 연화액으로 매몰재 100g 당 30㎖ 의 비율로 혼합하였으며, 경화팽창 측정시편의 크기는 100㎜ 길이에 상부 넓이가 30㎜ 인 V형 주형에 부어 넣어 2시간 동안의 선형 경화팽창량을 측정하였으며, 열팽창은 시편 크기를 φ6 ×12 ㎜ 로 하여 2시간 동안 경화시킨 후, 상온에서 5℃/분의 승온속도로 700℃ 까지 가열하고 700℃ 에서 15분 동안 유지한 후, 상온까지 로냉하여 측정하였다.

또한, 각 예에 대한 주조 특성을 실험하였다. 이때, 주조 특성 실험은 왁스 소실법에 의한 귀금속 합금의 주조 실험으로 행하였으며, 매몰재에 대한 슬러리를 제조하기 위하여 증류수를 연화액으로 매몰재 100g 당 30㎖ 의 비율로 혼합하였다. 왁스로 만든 모형을 금속 주형에 위치시키고 증류수와 혼합한 매몰재 슬러리를 금속 주형에 채웠으며, 24시간 동안 경화시켰다. 경화된 매몰재가 담긴 주형을 상온에서 10℃/분의 승온속도로 700℃ 까지 가열하였고, 700℃ 에서 30분 동안 유지한 후, 귀금속 합금을 융해시켜 주조실험을 행하였다.

구성성분시험No.	α형 반수석고(중량%)	쿼츠(중량%)	크리스토 발라이트(중량%)	포타슘 설파이드(중량%)	멜라민 술폰산 포름알데히드 축합물(중량%)	벤토나이트(중량%)	경화팽창률(%)	열팽창률(%)	주조체표면
1	30	20	50	1	0.15	0	0.14	1.29	양호
2	30	30	40	1	0.15	0	0.19	1.14	보통
3	30	40	30	1	0.15	0	0.21	1.13	보통
4	30	50	20	1	0.15	0	0.23	1.01	보통
5	30	20	50	0.5	0.2	0	0.39	1.02	양호
6	30	20	50	0.5	0.5	0	0.53		양호
7	23	25	52	0.5	0.3	0.2	0.36	1.32	양호
8	23	25	52	0.5	0.4	0.2	0.37	1.27	양호
9	23	25	52	0.5	0.5	0.2	0.38	1.20	양호
10	23	28	50	0.5	0.4	0.5	0.35	1.36	양호
11	23	27	50	0.5	0.4	0.5	0.38	1.28	양호
12	23	26	51	0.5	0.2	0	0.32	1.22	양호
13	23	26	51	0.5	0.3	0	0.33	1.24	양호

표 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 각 예의 매몰재에 대한 경화팽창은 쿼츠의 함량이 증가할수록 증대되며, 멜라민 술폰산 포름알데히드의 양이 증대될수록 증가한다. 또한, 벤토나이트의 함량이 증가할수록 경화팽창이 증가한다. 열팽창 특성은 크리스토 발라이트의 함량이 증대될수록 증가한다. 모든 조성에 대해서 주조시 주조압에 견디며 주조체의 표면 결함이 없이 깨끗한 표면을 얻게 된다.

본 실시예에서는 결합재인 α형 반수석고와 내화재에 멜라민 술폰산 포름알데히드 축합물과 벤토나이트를 모두 첨가한 예를 설명하였으나, 멜라민 술폰산 포름 알데히드 축합물과 벤토나이트 중 어느 하나만을 첨가하는 경우에도 주조수축의 보상 등의 특성을 얻을 수 있다.

예컨데, α형 반수석고를 결합재로 사용하고 입도가 큰 쿼츠와 입도가 작은 크리스토 발라이트를 내화재로 사용하며, 포타슘 설파이드 0.3~1 중량％ 를 첨가하고 멜라민 술폰산 포름알데히드 축합물 0.1~0.5 중량％ 를 첨가하여 석고계 매몰재를 제조할 수 있다.

또한, 포타슘 설파이드를 첨가하지 않고도 석고계 매몰재를 제작할 수 있으나, 경화촉진에 의한 생산성의 향상을 위해서는 첨가되는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예에서는 내화재로서 쿼츠와 크리스토 발라이트가 함께 사용되고 그의 혼합비율이 적절하게 조절되는 예를 설명하였으나, 쿼츠와 크리스토 발라이트 중 어느 하나만이 사용될 수도 있을 것이다.

본 발명에 따르면, α형 반수석고, 내화물인 쿼츠와 크리스토 발라이트, 그리고 첨가물인 포타슘 설파이드와 멜라인 술폰산 포름알데히드 축합물과 벤토나이트를 혼합하여 석고계 매몰재를 제조함으로써, 요구되는 특성을 충분히 충족시킬 수 있는 석고계 매몰재를 제조할 수 있게 된다. 특히, 이들의 혼합비율을 적절하게 조절함으로써, 주조압에 견디는 강도를 가지며 주조금속의 주조 수축을 보상할 수 있는 적정한 팽창량을 얻을 수 있는 혼합비를 얻어낼 수 있고, 이러한 혼합비로배합된 매몰재를 사용하면 주조체의 치수 정밀도와 주조체 표면의 미려도를 향상시켜 상품성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변형 실시는 본원발명의 특허청구범위에 속할 것이다.

Claims

결합재인 α형 반수석고, 및 내화재를 포함하는 석고계 매몰재에 있어서,

멜라민 술폰산 포름알데히드 축합물 및 벤토나이트 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석고계 매몰재.
제 1 항에 있어서,

상기 내화재는, 쿼츠와 크리스토 발라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 석고계 매몰재.
제 2 항에 있어서,

상기 α형 반수석고는 20~30 중량％, 상기 쿼츠는 20~40 중량％, 상기 크리스토 발라이트는 40~60 중량％, 상기 멜라민 술폰산 포름알데히드는 0.1~0.5 중량％, 상기 벤토나이트는 0.1~1 중량％ 의 혼합비율로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 석고계 매몰재.
제 2 항에 있어서,

경화반응의 촉진을 위한 포타슘 설파이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석고계 매몰재.
제 4 항에 있어서,

상기 α형 반수석고는 20~30 중량％, 상기 쿼츠는 20~40 중량％, 상기 크리스토 발라이트는 40~60 중량％, 상기 멜라민 술폰산 포름알데히드는 0.1~0.5 중량％, 상기 벤토나이트는 0.1~1 중량％, 상기 포타슘 설파이드는 0.3~1 중량% 의 혼합비율로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 석고계 매몰재.