KR20210113433A

KR20210113433A - 주물 제조용 구조체

Info

Publication number: KR20210113433A
Application number: KR1020217028581A
Authority: KR
Inventors: 료타 시이바; 요시유키 기베; 도시히코 모리; 유키 곤도
Original assignee: 카오카부시키가이샤
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2021-09-15
Also published as: US20200346279A1; EP3715010B1; WO2019097987A1; US11590560B2; KR102394020B1; EP3715010A4; KR20200061392A; JP2019093448A; EP3715010A1; JP6509416B1; CN111432954A

Abstract

본 발명의 주물 제조용 구조체는, 무기 섬유, 층상 점토 광물 및 층상 점토 광물 이외의 무기 입자를 함유하고, 유기 성분의 함유량이 5 질량％ 이하인 것이다. 또, 본 발명의 주물 제조용 구조체는, 무기 섬유, 층상 점토 광물 및 층상 점토 광물 이외의 무기 입자를 함유하고, 1000 ℃ 에서 30 분간 가열했을 때의 질량 감소율이 5 질량％ 이하인 것이다. 무기 입자가 흑요석, 흑연 및 멀라이트에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 것도 바람직하다. 무기 섬유가 탄소 섬유를 함유하는 것도 바람직하다. 무기 섬유의 평균 섬유 길이가 0.5 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하인 것도 바람직하다. 층상 점토 광물이 벤토나이트 및 몬모릴로나이트에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는 것도 바람직하다.

Description

주물 제조용 구조체 {STRUCTURE FOR PRODUCING CAST}

본 발명은, 주물 제조용 구조체에 관한 것이다.

주물은, 일반적으로 목형이나 금형 등을 기초로 주물사로 내부에 캐비티를 갖는 주형을 형성함과 함께, 필요에 따라 그 캐비티 내에 중자를 배치한 후, 그 캐비티에 용탕을 공급하여 제조되고 있다. 목형, 금형의 제조는, 가공에 숙련을 필요로 하여, 가공이 곤란하고, 주형이 무거운 등의 결점과 함께 폐기 처리의 문제도 발생하여, 주물을 양산하는 이외의 경우에 사용하는 것이 곤란하다. 또, 주물사를 사용한 사형은, 통상적인 모래에 바인더를 첨가함으로써 경화시켜 형상을 유지시키고 있기 때문에, 모래의 재이용에는 재생 처리 공정이 필수가 되어, 재이용 비용 증대로 이어지고 있었다. 또, 재생 처리시에 더스트 등의 폐기물이 추가로 발생하는 등의 문제도 발생하고 있었다.

이와 같은 과제를 해결하는 기술로서, 펄프 등의 유기 섬유와 무기 섬유의 성형체 (특허문헌 1) 나, 무기 입자를 주성분으로 하고, 이것에 점결제 (粘結劑) 로서 열경화성 수지 및 무기 섬유 등을 첨가한 성형체 (특허문헌 2 및 3) 에 관한 제안이 이루어지고 있다.

일본 공개특허공보 2004-181472호 미국 특허 7651592호 명세서 미국 특허 8387683호 명세서

본 발명은, 무기 섬유, 층상 점토 광물 및 그 층상 점토 광물 이외의 무기 입자를 함유하고, 유기 성분의 함유량이 5 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체에 관한 것이다.

또 본 발명은, 무기 섬유, 층상 점토 광물 및 그 층상 점토 광물 이외의 무기 입자를 함유하고, 1000 ℃ 에서 30 분간 가열했을 때의 질량 감소율이 5 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체에 관한 것이다.

도 1 은, 실시예 및 비교예에 있어서의 주물 제조용 구조체의 질량 감소율의 그래프이다.

특허문헌 1 내지 3 에 기재된 성형체에 의하면, 주형의 가공성, 경량화 및 폐기 처리의 문제에 대해서는 어느 정도 해결할 수 있었다. 그러나, 이들 문헌에 기재된 성형체는, 주입 (鑄入) 시에 있어서, 성형체에 함유되는 유기 재료 유래의 연소 가스에서 기인한 주물의 가스 결함이나, 제조되는 주물의 표면 평활성에 있어서 개선의 여지가 있었다.

따라서, 본 발명은, 전술한 종래 기술이 갖는 결점을 해소할 수 있는 주물 제조용 구조체에 관한 것이다.

이하 본 발명을, 그 바람직한 실시형태에 기초하여 설명한다. 본 발명의 주물 제조용 구조체 (이하, 간단히 「구조체」라고도 한다.) 는, 무기 입자, 무기 섬유 및 층상 점토 광물을 함유하고 있는 것이다. 본 명세서에 있어서 「주물 제조용 구조체」란, 문맥에 따라, 주형의 일 부재를 구성하는 부재, 예를 들어 분할 주형과 주형 그 자체를 가리킨다. 본 명세서 중의 「질량％」는, 특별히 언급이 없는 한, 주물 제조용 구조체의 전체 질량에 대한 질량 비율을 나타낸다.

본 발명의 주물 제조용 구조체는, 무기 입자를 함유한다. 본 발명에 있어서의 무기 입자는, 목적으로 하는 주물 제조용 구조체의 내열성을 향상시키기 위해서 사용된다. 본 발명의 구조체에 함유되는 무기 입자는, 특별히 언급이 없는 한, 후술하는 층상 점토 광물 이외의 무기 입자를 가리킨다.

본 발명에 사용되는 무기 입자로는, 예를 들어 흑요석, 흑연, 멀라이트, 실리카, 마그네시아, 지르코니아, 알루미나 및 탤크 등을 들 수 있다. 이것들 중, 내소착성 (耐燒着性) 의 관점에서, 흑연, 멀라이트 및 흑요석을 사용하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 내열성의 관점에서, 흑연 및 멀라이트를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 일반적으로, 흑연은, 인상 흑연이나 토상 흑연 등과 같이 천연으로 산출되는 것과, 석유 코크스, 카본 블랙 또는 피치 등을 원료로 하여 인공적으로 제조되는 인조 흑연으로 분류된다. 이들 흑연 중, 구조체의 성형성 향상의 관점에서, 인상 흑연을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 무기 입자는, 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명에 사용되는 무기 입자의 평균 입자경은, 구조체의 통기성을 향상시켜 주물의 가스 결함을 억제하는 관점에서, 1 ㎛ 이상이 바람직하고, 10 ㎛ 이상이 보다 바람직하다. 또, 무기 입자의 평균 입자경은, 구조체가 주입시에 있어서도 충분한 열간 강도를 유지하는 관점에서, 3000 ㎛ 이하가 바람직하고, 500 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 보다 구체적으로는, 무기 입자의 평균 입자경은, 1 ㎛ 이상 3000 ㎛ 이하가 바람직하고, 10 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 무기 입자의 평균 입자경을 상기 서술한 범위로 하기 위해, 공지된 분쇄 장치를 사용하여 추가로 분쇄 처리를 실시해도 된다.

분쇄 처리의 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 건식 분쇄나 습식 분쇄를 실시할 수 있다. 건식 분쇄에 사용되는 분쇄 장치로는 예를 들어 롤러 밀, 전동 볼 밀, 진동 볼 밀, 진동 로드 밀, 진동 튜브 밀, 유성 볼 밀 또는 원심 유동화 밀 등의 용기 구동 매체 밀, 탑식 분쇄기, 교반조식 밀, 유통조식 밀 또는 애뉼러식 밀 등의 매체 교반식 밀, 고속 원심 롤러 밀이나 옹밀 등의 압밀 전단 밀, 막자사발, 돌절구, 매스콜로이더, 프렛 밀, 에지 러너 밀, 나이프 밀, 핀 밀, 커터 밀 또는 해머 밀 등을 들 수 있다. 또, 습식 분쇄에 사용되는 분쇄 장치로는, 예를 들어 그 장치 내에, 분쇄 처리의 대상이 되는 무기 입자와 물 등의 액체 매체와 볼이나 비즈 등의 분쇄 매체를 넣고, 스크루 등의 교반자를 통하여 매체에 회전 동력을 부여하여 분쇄 처리를 실시하는 미디어 분쇄 장치나, 고압 호모게나이저 또는 초고압 호모게나이저 등의 미디어리스 분쇄 장치 등을 들 수 있다.

무기 입자의 평균 입자경은, 예를 들어 레이저 회절/산란식 입자경 분포 측정 장치 (LA-950V2, 주식회사 호리바 제작소 제조) 를 사용하여 입자경 분포를 측정함으로써 얻을 수 있다. 입자경 분포의 측정은, 액세서리로 건식 유닛을 사용하고, 무기 입자가 압축 공기에 의해 분산된 분말 상태의 입자경을 측정한다. 측정 조건은 압축 공기의 압력을 0.20 ㎫, 유량을 320 ℓ/min 으로 하고, 시료는 레이저의 흡광도가 95 ％ ∼ 99 ％ 가 되도록 투입량을 조정하여 측정을 실시할 수 있다. 얻어진 체적 기준의 입자경 분포로부터 입자경의 평균값을 산출하고, 이것을 평균 입자경으로서 정의한다.

구조체의 제조시 및 주입시에 있어서의 형상 유지성, 표면 평활성 및 이형성을 양호하게 하는 관점에서, 무기 입자의 함유량은, 40 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 60 질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 무기 입자의 함유량은, 90 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 85 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 동일한 관점에서, 무기 입자의 함유량은, 40 질량％ 이상 90 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 60 질량％ 이상 85 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 주물 제조용 구조체는, 무기 섬유를 함유한다. 본 발명에 있어서 사용되는 무기 섬유는, 주로 주물 제조용 구조체의 원하는 형상을 유지하기 위한 것으로, 특히 주조시의 용융 금속의 열에 의해서도 연소되지 않고 그 구조체의 형상을 유지하는 것인 것이 바람직하다. 본 발명에 사용되는 무기 섬유로는, 예를 들어 탄소 섬유 및 로크 울 등의 인조 광물 섬유, 세라믹 섬유, 그리고 천연 광물 섬유를 들 수 있다. 이들 중에서도, 주입시의 고온 환경하에 있어서 구조체의 형상 및 강도를 유지시키는 관점에서, 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하고, 피치계나 폴리아크릴로니트릴 (PAN) 계의 탄소 섬유를 사용하는 것이 보다 바람직하고, 폴리아크릴로니트릴 (PAN) 계의 탄소 섬유를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이들 무기 섬유는, 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

주물 제조용 구조체의 성형성 및 균일성을 향상시키는 관점에서, 무기 섬유의 평균 섬유 길이는, 0.5 ㎜ 이상인 것이 바람직하고, 1 ㎜ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 무기 섬유의 평균 섬유 길이는, 15 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 8 ㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 5 ㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 동일한 관점에서, 무기 섬유의 평균 섬유 길이는, 0.5 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 1 ㎜ 이상 8 ㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 무기 섬유의 평균 섬유 길이는, 예를 들어 섬유 길이 측정기 (OpTest Equipment Inc. 사 제조, HiRes Fiber Quality Analyzer) 등의 장치를 사용하여 측정할 수 있다.

무기 섬유로서 탄소 섬유를 함유하는 경우, 구조체의 제조시에 있어서의 성형성 및 주입시에 있어서의 형상 유지성의 향상의 관점에서, 탄소 섬유의 함유량은, 1 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 2 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 탄소 섬유의 함유량은, 20 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 16 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 동일한 관점에서, 탄소 섬유의 함유량은, 1 질량％ 이상 20 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 2 질량％ 이상 16 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

구조체의 제조시에 있어서의 성형성 및 주입시에 있어서의 형상 유지성의 향상의 관점에서, 본 발명에 있어서의 무기 섬유의 함유량은, 1 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 2 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 무기 섬유의 함유량은, 20 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 16 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 동일한 관점에서, 무기 섬유의 함유량은, 1 질량％ 이상 20 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 2 질량％ 이상 16 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

그런데, 상기 서술한 특허문헌 1 내지 3 의 기술에서는, 상기 서술한 무기 입자나 무기 섬유에 더하여, 펄프나 열경화성 수지 등의 유기 재료를 혼합하여 주물 제조용의 구조체로 하고 있었다. 유기 재료로서 펄프를 혼합한 경우, 구조체의 가공시에는 물을 용매로 한 펄프 슬러리로서 유동성을 유지하고, 초지 (抄紙) 후에는 건조 고화시킬 수 있다는 성질이 구조체의 가공성이나 형상 유지성을 높이는 점에서 유리하였다. 또, 유기 재료로서 열경화성 수지를 혼합한 경우, 그 수지는 무기 입자와 무기 섬유를 결합하는 바인더로서 기능하므로, 구조체의 형상 유지성을 높이는 점에서 유리하였다. 그러나, 이것들과 같은 유기 재료는, 주입시에 있어서의 연소나 용융에 의해 가스가 발생하기 쉽기 때문에, 그 가스가 주물의 주조 결함 (홀, 균열 등의 가스 결함) 을 발생시키는 원인의 하나가 되고 있었다. 한편으로, 주물의 가스 결함의 저감을 목적으로 하여, 유기 재료의 함유량을 저감시키면, 구조체의 가공성이나 형상 유지성이 현저하게 저하된다. 그 결과, 원하는 치수 정밀도를 갖는 주물의 효율적인 생산을 할 수 없게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명자가 예의 검토한 결과, 펄프나 수지 등의 유기 재료 대신에, 무기 재료로 이루어지는 층상 점토 광물을 사용함으로써, 유기 재료를 실질적으로 비함유로 한 경우에도, 구조체의 가공성 및 형상 유지성이 유지됨과 함께, 제조된 주물의 표면 평활성이 높고, 가스 결함의 발생률을 저감시킬 수 있는 것을 알아내었다.

본 발명의 주물 제조용 구조체는, 층상 점토 광물을 함유한다. 본 발명에 있어서의 층상 점토 광물은, 주로, 층상 점토 광물이 무기 입자, 무기 섬유를 함유하는 재료 사이에 개재됨으로써, 구조체에 성형성을 부여하고, 또한 상온 및 열간 강도를 부여하기 위한 것이다.

본 발명에서 사용되는 층상 점토 광물로는, 층상 규산염 광물로 대표되는 층상의 구조를 갖는 결정성의 무기 화합물을 사용할 수 있다. 층상 점토 광물은, 천연의 것이어도 되고, 인공적으로 제조된 것이어도 된다. 층상 점토 광물의 구체예로는, 카올리나이트족, 스멕타이트족 및 마이카족 등으로 대표되는 점토 광물을 들 수 있다. 카올리나이트족의 점토 광물로는, 예를 들어 카올리나이트를 들 수 있다. 스멕타이트족의 점토 광물로는, 예를 들어 몬모릴로나이트, 벤토나이트, 사포나이트, 헥토라이트, 바이델라이트, 스티븐사이트 및 논트로나이트 등을 들 수 있다. 마이카족의 점토 광물로는, 예를 들어 버미큘라이트, 할로이사이트 및 테트라실리식 마이카 등을 들 수 있다. 그 밖에, 층상 복수 (複水) 산화물인 하이드로탈사이트 등을 사용할 수도 있다. 특히, 상기 서술한 층상 점토 광물 중, 몬모릴로나이트나 벤토나이트는, 함수 상태에 있어서의 각 성분과의 점결력이 강하여, 성형시의 형상 부여성의 관점에서 바람직하게 사용된다. 또, 주입시의 내열성의 관점에서는, 카올리나이트나 몬모릴로나이트가 바람직하게 사용된다. 이들 각종 층상 점토 광물은, 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

층상 점토 광물은, 그 평균 입자경이, 0.1 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 1 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 또 500 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 200 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 층상 점토 광물의 평균 입자경은, 0.1 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 1 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 층상 점토 광물의 입자가 판상인 경우, 그 광물의 평균 입자경은, 가장 긴 변의 길이를 가리킨다. 이 범위의 평균 입자경을 갖는 층상 점토 광물을 사용함으로써, 주물 제조용 구조체 중에서의 분산성을 양호하게 할 수 있고, 그 결과, 주물 제조용 구조체의 성형성 및 강도를 더욱 높일 수 있다. 층상 점토 광물의 평균 입자경은, 상기 서술한 무기 입자의 평균 입자경의 측정 방법과 동일한 방법으로 측정할 수 있다. 층상 점토 광물의 평균 입자경을 상기 서술한 범위로 하기 위해, 무기 입자와 동일한 분쇄 장치를 사용하여 추가로 분쇄해도 된다.

본 발명에 있어서의 층상 점토 광물의 함유량은, 주물 제조용 구조체의 성형성을 양호하게 하는 관점에서, 1 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 3 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 5 질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 주조시에 있어서의 구조체로부터의 가스 발생량을 억제하여, 주물의 가스 결함의 발생률을 저감시키는 관점에서, 층상 점토 광물의 함유량은, 그 상한이 50 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 30 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 20 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 층상 점토 광물의 함유량은, 1 질량％ 이상 50 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 3 질량％ 이상 30 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 5 질량％ 이상 20 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

층상 점토 광물로서 몬모릴로나이트를 함유하는 경우, 몬모릴로나이트의 함유량은, 주물 제조용 구조체의 성형성을 양호하게 하는 관점에서, 1 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 3 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 5 질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 주조시에 있어서의 구조체로부터의 가스 발생량을 억제하여, 주물의 가스 결함의 발생률을 저감시키는 관점에서, 몬모릴로나이트의 함유량은, 그 상한이 50 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 30 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 20 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 몬모릴로나이트의 함유량은, 1 질량％ 이상 50 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 3 질량％ 이상 30 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 5 질량％ 이상 20 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 주물 제조용 구조체는, 층상 점토 광물을 함유하고 있음으로써, 주조시 등의 고온 환경하에서의 질량 감소율을 저감시킬 수 있다. 주물 제조용 구조체의 질량 감소율은, 주조시에 있어서의 그 구조체로부터의 가스 발생률과 대략 동일시할 수 있기 때문에, 질량 감소율이 적을수록, 구조체의 성형성, 형상 유지성 및 열간 강도를 보다 안정적으로 유지할 수 있음과 함께, 제조된 주물의 치수 정밀도의 유지나 가스 결함의 저감에 기여할 수 있는 것을 의미한다.

구체적으로는, 본 발명의 주물 제조용 구조체는, 질소 분위기하, 1000 ℃ 에서 30 분간 가열했을 때의 질량 감소율이 5 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 3 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하며, 또 그 하한은 낮으면 낮을수록 바람직하지만, 현실적으로는 하한값은 5 질량％ 정도이면, 본 발명의 목적은 충분히 달성된다. 질량 감소율의 측정 방법은, 후술하는 실시예에서 상세히 서술한다.

본 발명의 주물 제조용 구조체에 있어서는, 상기 서술한 성분에 더하여, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 유기 성분을 함유하는 재료 (이하, 이것을 「유기 재료」라고도 한다.) 를 배합해도 된다. 유기 성분을 함유하는 재료로는, 예를 들어 펄프, 스타치, 열경화성 수지, 착색제, 열팽창성 입자 등의 점결제나 형상 유지제 등의 유기 재료를 들 수 있다. 주물의 가스 결함의 발생을 효과적으로 저감시키는 관점에서, 유기 성분을 함유하는 재료를 사용하는 경우, 주물 제조용 구조체 전체에 대한 유기 성분의 함유량은, 5 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 1 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 실질적으로 비함유인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 무기 입자, 무기 섬유 및 층상 점토 광물에서 유래하는 유기 성분이나, 후술하는 구조체의 제조에 있어서 사용되는 물에 함유되는 유기 성분이 불가피적으로 혼입되는 것은 허용된다. 또한, 유기 성분이란, 그 구조에 탄화수소를 갖는 천연물 또는 화합물을 가리킨다.

본 발명의 주물 제조용 구조체에 있어서는, 상기 서술한 성분에 더하여, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 도형제 (塗型劑) 를 코팅해도 된다. 도형제는, 소착 방지성, 표면 평활성 및 이형성의 개선을 목적으로 하는 것이다. 도형제로는, 예를 들어, 내화 입자를 주원료로 하고, 또한 유기 성분으로서 열경화성 수지나 실리콘 등을 함유하는 재료 등과 같은, 사형 주조나 쉘 몰드 주조 등에서 범용적으로 사용되는 것을 들 수 있다.

이상은, 본 발명의 주물 제조용 구조체에 관한 설명인 바, 이하에 본 발명의 주물 제조용 구조체의 제조 방법을 설명한다. 본 제조 방법은, 무기 섬유, 층상 점토 광물, 층상 점토 광물 이외의 무기 입자 및 분산매를 혼합하여 구조체 전구체를 제작하는 공정과, 상기 구조체 전구체를 프레스형으로 가열 가압하고, 그 구조체 전구체를 건조 고화시키면서 성형하는 공정으로 크게 구별된다.

먼저, 무기 섬유, 층상 점토 광물, 층상 점토 광물 이외의 무기 입자 및 분산매를 혼합하여 구조체 전구체를 제작한다 (혼합 공정). 구체적으로는, 무기 입자, 무기 섬유 및 층상 점토 광물을 균일하게 혼합한 후, 추가로 물 등의 분산매를 첨가하고 혼련하여, 구조체 전구체를 제작한다. 구조체 전구체는, 예를 들어 사람의 손이나, 공지된 혼련 장치를 사용하여 혼련하여 제작할 수 있다. 특히, 페이스트나 도우 (dough) 등 고점도의 교반에 적합한 만능 교반기, 니더 또는 가압식 니더 등이 바람직하다. 혼련 장치를 사용하는 경우, 예를 들어 탁상형 니더 (주식회사 이리에 상회 제조) 를 사용하여, 20 rpm, 10 분간 혼련함으로써 실시할 수 있다. 물 등의 분산매의 첨가량은, 무기 입자, 무기 섬유 및 층상 점토 광물을 함유하는 혼합물의 합계 100 질량부에 대해, 40 질량부 이상 60 질량부 이하인 것이 바람직하다.

층상 점토 광물은, 그 건조 상태에서는 입상 또는 분말상이지만, 물과 혼합함으로써, 층상 점토 광물의 단위 결정층 사이에 함유되는 양이온과 수화되어, 수분자가 그 층 사이에 비집고 들어간다. 습윤 상태의 층상 점토 광물은, 층상 점토 광물에 있어서의 단위 결정층 간의 거리가 수분자에 의해 증가하여 팽윤되어, 점성을 갖는 유동체가 된다. 층상 점토 광물의 유동체는, 유동성과 점성을 겸비하고 있으므로, 무기 입자와 무기 섬유 사이에 용이하게 비집고 들어갈 수 있고, 또한 이것들을 서로 결합하는 바인더와 같이 기능할 수 있다. 구조체 전구체는, 무기 입자, 무기 섬유, 층상 점토 광물 및 물을 함유하고 있고, 외력에 의해 용이하게 변형 가능한 도우상인 것이다.

구조체의 성형성을 높이는 관점에서, 도우상의 구조체 전구체를 외력 부여 수단에 공급하고 연신하여, 시트 형상으로 해도 된다 (연신 공정). 외력 부여 수단으로는, 구조체 전구체를 시트 형상으로 연신 가능한 구성이면 특별히 제한은 없고, 예를 들어, 1 쌍의 연신 롤과의 사이, 또는 연신 롤과 평판 사이에 구조체 전구체를 공급하여 연신할 수 있다. 이 공정에서는, 구조체 전구체는 외력에 의해 용이하게 변형 가능한 상태로 되어 있다.

계속해서, 도우상 또는 시트상의 구조체 전구체를 프레스형에 의해 가열 가압하고, 그 구조체 전구체를 건조 고화시키면서 목적으로 하는 주형의 형상을 갖는 구조체로 성형한다 (가열 가압 공정). 프레스형은, 성형하는 주물 제조용 구조체의 외형에 대응한 형상을 갖고 있다. 이 프레스형으로 구조체 전구체를 가열 가압함으로써, 프레스형의 형상을 구조체 전구체에 전사함과 함께, 구조체 전구체에 함유되는 수분을 탈수하여 건조 고화시키면서, 목적으로 하는 주형의 형상을 갖는 구조체로 성형한다. 이 공정을 거친 구조체는, 외력에 의해 용이하게 변형 불가능한 것이 된다. 성형된 구조체는, 2 개로 1 세트의 분할 주형을 조합하여 주형이 되도록, 외부를 향하여 개구되는 캐비티를 갖도록 성형되어도 되고, 일체 성형의 구조체로 되어 있어도 된다.

가열 및 가압에 의해 구조체 전구체로부터 수분을 탈수함으로써, 그 전구체에 함유되는 층상 점토 광물은, 그 단위 결정층 간에 존재하고 있었던 수분자를 소실한다. 수분자를 소실함으로써, 층상 점토 광물은, 무기 입자 및 무기 섬유와 함께 구조체의 내부에서 조밀한 구조를 형성하면서 수축하여 고화된다. 그 결과, 무기 입자, 무기 섬유 및 층상 점토 광물 사이에서 전단력이 발생하여, 외력에 의해 용이하게 변형되기 어려워짐과 함께, 구조체의 형상 유지성을 효과적으로 발휘할 수 있다.

가열 가압에 있어서의 가열 온도는, 구조체 전구체로부터의 탈수를 용이하게 실시하는 관점에서, 70 ℃ 이상인 것이 바람직하고, 100 ℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 가열 가압에 있어서의 가열 온도는, 250 ℃ 이하인 것이 바람직하고, 200 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 70 ℃ 이상 250 ℃ 이하인 것이 바람직하고, 100 ℃ 이상 200 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, 그 가열 시간은, 제조 효율의 관점에서, 1 분 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 동일한 관점에서, 60 분 이하로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 1 분 이상 60 분 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 가열 가압에 있어서의 압력은, 구조체의 성형성 향상의 관점에서, 0.5 ㎫ 이상인 것이 바람직하고, 1 ㎫ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 동일한 관점에서, 20 ㎫ 이하인 것이 바람직하고, 10 ㎫ 이하인 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 0.5 ㎫ 이상 20 ㎫ 이하인 것이 바람직하고, 1 ㎫ 이상 10 ㎫ 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 주물 제조용 구조체는, 수증기에서 기인한 주물의 가스 결함을 저감시키는 관점에서, 그 수분량을 5 질량％ 이하로 해 두는 것이 바람직하고, 3 질량％ 이하로 해 두는 것이 보다 바람직하다. 주물 제조용 구조체에 있어서의 수분량은, 상기 서술한 가열 가압 공정에서 조절해도 되고, 가열 가압 공정에 더하여, 추가로 건조 공정을 실시함으로써 조절해도 된다. 건조 공정을 실시하는 경우, 공지된 항온조나 열풍 건조 장치 등을 사용할 수 있고, 또 가열 온도 및 가열 시간은 상기 서술과 동일하게 실시할 수 있다.

2 개로 1 세트의 분할 주형으로 이루어지는 주물 제조용 구조체를 조합하여 주형으로 하는 경우, 상기 서술한 방법에 따라 1 세트의 분할 주형이 되도록 구조체를 제작한 후에, 캐비티측을 내측이 되도록 분할 주형을 추가로 접합시킴으로써 목적으로 하는 주형을 제조시킬 수 있다. 분할 주형의 접합 방법으로는, 예를 들어 나사나 클립 등의 접합 부재나, 범용 접착제, 1 세트의 분할 주형을 덮는 사형 등을 사용하여 접합할 수 있다.

주물 제조용 구조체의 두께는, 목적으로 하는 주물의 형상에 따라 적절히 설정할 수 있지만, 적어도 용융 금속과 접하는 부분에 있어서의 두께가, 0.2 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 1 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 두께를 갖고 있음으로써, 주입시에 있어서의 충분한 열간 강도가 얻어지고, 또한 형상 유지성을 유지할 수 있으므로 바람직하다.

이상의 공정을 거쳐 제조된 본 발명의 주물 제조용 구조체는, 비교적 경량이고 또한 내열성을 갖는 무기 성분으로 구성되어 있으므로, 그 구조체로서도 경량이고, 높은 내열성을 갖고 있다. 특히, 본 발명의 주물 제조용 구조체는, 무기 입자, 무기 섬유 및 층상 점토 광물을 함유하고 있음으로써, 높은 상온 강도 및 열간 강도와 높은 형상 유지성을 겸비한 것이 된다.

본 발명의 주물 제조용 구조체를 사용한 주물의 제조 방법은, 일반적인 주조 방법으로 실시할 수 있다. 즉, 주물 제조용 구조체에 형성한 주탕구로부터 용융 금속을 부어 넣고, 주입을 실시한다. 그리고, 주입을 끝낸 후에는, 소정의 온도까지 냉각시키고, 주물 제조용 구조체를 제거하여 주물을 노출시킨다. 그 후, 필요에 따라, 주물에 트리밍 처리 등의 후처리를 실시해도 된다.

특히, 본 발명의 주물 제조용 구조체를 주형으로서 사용하여 주물을 제조한 경우, 사형이나 유기 재료를 함유하는 구조체를 주형으로서 사용한 경우와 비교하여, 구조체의 주물에 대한 소착이나, 가스 결함 등과 같은 주물 결함을 효과적으로 저감시킬 수 있고, 그 결과, 치수 정밀도나 표면 평활성이 우수한 주물을 제조할 수 있다. 치수 정밀도나 표면 평활성이 우수한 주물을 제조할 수 있는 것은, 제조된 주물을 원하는 형상이나 치수 정밀도로 하기 위한 후처리를 줄일 수 있고, 그 결과, 주물의 제조 비용을 저감시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 그 바람직한 실시형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 제한되지 않는다.

상기 서술한 실시형태에 관해, 본 발명은 추가로 이하의 주물 제조용 구조체를 개시한다.

＜1＞

무기 섬유, 층상 점토 광물 및 그 층상 점토 광물 이외의 무기 입자를 함유하고, 유기 성분의 함유량이 5 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체.

＜2＞

무기 섬유, 층상 점토 광물 및 그 층상 점토 광물 이외의 무기 입자를 함유하고, 1000 ℃ 에서 30 분간 가열했을 때의 질량 감소율이 5 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체.

＜3＞

상기 무기 입자가 흑요석, 흑연 및 멀라이트에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는, 상기 ＜1＞ 또는 ＜2＞ 에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜4＞

상기 무기 섬유가 탄소 섬유를 함유하는, 상기 ＜1＞ 내지 ＜3＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜5＞

상기 무기 섬유의 평균 섬유 길이가 0.5 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하인, 상기 ＜1＞ 내지 ＜4＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜6＞

상기 층상 점토 광물이 벤토나이트 및 몬모릴로나이트에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는, 상기 ＜1＞ 내지 ＜5＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜7＞

질소 분위기하, 1000 ℃ 에서 30 분간 가열했을 때의 질량 감소율이 5 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 3 질량％ 이하인 것이 보다 바람직한, 상기 ＜1＞ 내지 ＜6＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜8＞

무기 입자의 함유량은, 40 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 60 질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 90 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 85 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 무기 입자의 함유량은, 40 질량％ 이상 90 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 60 질량％ 이상 85 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직한, 상기 ＜1＞ 내지 ＜7＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜9＞

무기 입자의 평균 입자경은, 1 ㎛ 이상이 바람직하고, 10 ㎛ 이상이 보다 바람직하고, 3000 ㎛ 이하가 바람직하고, 500 ㎛ 이하가 보다 바람직하고, 1 ㎛ 이상 3000 ㎛ 이하가 바람직하고, 10 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하가 보다 바람직한, 상기 ＜1＞ 내지 ＜8＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜10＞

무기 섬유의 평균 섬유 길이는, 0.5 ㎜ 이상인 것이 바람직하고, 1 ㎜ 이상인 것이 보다 바람직하고, 15 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 8 ㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 5 ㎜ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 0.5 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 1 ㎜ 이상 8 ㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하인 것이 더욱 바람직한, 상기 ＜1＞ 내지 ＜9＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜11＞

무기 섬유의 함유량은, 1 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 2 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 20 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 16 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 질량％ 이상 20 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 2 질량％ 이상 16 질량％ 이하인 것이 보다 바람직한, 상기 ＜1＞ 내지 ＜10＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜12＞

무기 섬유로서 탄소 섬유를 함유하는 경우, 탄소 섬유의 함유량은, 1 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 2 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 20 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 16 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 질량％ 이상 20 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 2 질량％ 이상 16 질량％ 이하인 것이 보다 바람직한, 상기 ＜1＞ 내지 ＜11＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜13＞

층상 점토 광물의 함유량은, 1 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 3 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 5 질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 그 상한이 50 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 30 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 20 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1 질량％ 이상 50 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 3 질량％ 이상 30 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 5 질량％ 이상 20 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직한, 상기 ＜1＞ 내지 ＜12＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜14＞

층상 점토 광물로서 몬모릴로나이트를 함유하는 경우, 몬모릴로나이트의 함유량은, 1 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 3 질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 5 질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 그 상한이 50 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 30 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 20 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1 질량％ 이상 50 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 3 질량％ 이상 30 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 5 질량％ 이상 20 질량％ 이하인 것이 더욱 바람직한, 상기 ＜1＞ 내지 ＜13＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜15＞

층상 점토 광물은, 그 평균 입자경이, 0.1 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 1 ㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 또 500 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 200 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 층상 점토 광물의 평균 입자경은, 0.1 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 1 ㎛ 이상 200 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직한, 상기 ＜1＞ 내지 ＜14＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체.

＜16＞

무기 섬유, 층상 점토 광물, 층상 점토 광물 이외의 무기 입자 및 분산매를 혼합하여 구조체 전구체를 제작하는 공정과,

상기 구조체 전구체를 프레스형으로 가열 가압하고, 그 구조체 전구체를 건조 고화시키면서 성형하는 공정을 구비하는, 주물 제조용 구조체의 제조 방법.

＜17＞

상기 가열 가압에 있어서의 가열 온도는, 70 ℃ 이상인 것이 바람직하고, 100 ℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 250 ℃ 이하인 것이 바람직하고, 200 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, 70 ℃ 이상 250 ℃ 이하인 것이 바람직하고, 100 ℃ 이상 200 ℃ 이하인 것이 보다 바람직한, 상기 ＜16＞ 에 기재된 주물 제조용 구조체의 제조 방법.

＜18＞

상기 가열 가압에 있어서의 가열 시간은, 1 분 이상으로 하는 것이 바람직하고, 60 분 이하로 하는 것이 바람직하고, 1 분 이상 60 분 이하로 하는 것이 바람직한, 상기 ＜16＞ 또는 ＜17＞ 에 기재된 주물 제조용 구조체의 제조 방법.

＜19＞

상기 가열 가압에 있어서의 압력은, 0.5 ㎫ 이상인 것이 바람직하고, 1 ㎫ 이상인 것이 보다 바람직하고, 20 ㎫ 이하인 것이 바람직하고, 10 ㎫ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.5 ㎫ 이상 20 ㎫ 이하인 것이 바람직하고, 1 ㎫ 이상 10 ㎫ 이하인 것이 보다 바람직한, 상기 ＜16＞ 내지 ＜18＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체의 제조 방법.

＜20＞

상기 가열 가압에 있어서, 상기 구조체 전구체에 함유되는 수분을 탈수하여, 그 구조체 전구체의 수분량을 5 질량％ 이하로 해 두는 것이 바람직하고, 3 질량％ 이하로 해 두는 것이 보다 바람직한, 상기 ＜16＞ 내지 ＜19＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체의 제조 방법.

＜21＞

상기 ＜1＞ 내지 ＜15＞ 중 어느 하나에 기재된 주물 제조용 구조체를 사용하여 용융 금속을 주입하는, 주물의 제조 방법.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 범위는, 이러한 실시예에 제한되지 않는다.

〔실시예 1〕

무기 입자로서 평균 입자경 27 ㎛ 의 흑요석 (킨세이마텍 주식회사 제조, 나이스 캐치 플라워 ＃330) 을 62 질량％ 를 함유하고, 무기 섬유로서 평균 섬유 길이 3 ㎜ 의 PAN 계 탄소 섬유 (미츠비시 케미컬 주식회사 제조, 파이로필 TR03CM A4M) 를 8 질량％ 함유하고, 층상 점토 광물로서 평균 입자경 145 ㎛ 의 몬모릴로나이트 (쿠니미네 공업 주식회사 제조, 쿠니피아 F) 를 30 질량％ 함유하는 혼합물을 사용하여, 상기 서술한 방법에 따라 주물 제조용 구조체를 제조하였다. 물의 첨가량은, 혼합물 100 질량부에 대해 50 질량부로 하였다. 구조체 전구체의 가열 온도 및 가열 시간은 140 ℃, 10 분간으로 하고, 가열 가압에 있어서의 압력은 5 ㎫ 로 하였다.

〔실시예 2〕

무기 입자로서, 흑요석 대신에, 평균 입자경 48 ㎛ 의 인상 흑연 (이토 흑연 공업 주식회사 제조, SRP-150) 을 77 질량％ 함유하고, 몬모릴로나이트의 함유량을 15 질량％ 로 한 것 외에는, 실시예 1 과 동일하게 주물 제조용 구조체를 제조하였다.

〔실시예 3〕

무기 입자로서, 인상 흑연 대신에, 평균 입자경 30 ㎛ 의 멀라이트를 77 질량％ 사용한 것 외에는, 실시예 2 와 동일하게 주물 제조용 구조체를 제조하였다.

〔실시예 4 내지 6〕

멀라이트, 탄소 섬유 및 몬모릴로나이트를 표 1 에 나타내는 비율로 혼합한 것 외에는, 실시예 3 과 동일하게 주물 제조용 구조체를 제조하였다.

〔실시예 7 내지 9〕

유기 재료로서 페놀 수지와 몬모릴로나이트를 표 1 에 나타내는 비율로 혼합한 것 외에는, 실시예 3 과 동일하게 주물 제조용 구조체를 제조하였다.

〔비교예 1〕

본 비교예에서는, 층상 점토 광물 대신에, 유기 재료로서 유기 섬유 및 열경화성 수지를 함유하는 주물 제조용 구조체를 제조하였다. 유기 재료는, 유기 섬유로서 평균 섬유 길이 1 ㎜ 의 신문 고지 (古紙) 펄프 (프리니스 (CSF) 150 cc) 를 26 질량％ 함유하고, 열경화성 수지로서 페놀 수지 (에어·워터·벨펄 주식회사 제조 「벨펄 (등록 상표) S-890」) 를 18 질량％ 함유하는 것으로 하였다. 무기 입자 (흑요석) 및 무기 섬유 (도레이 주식회사 제조, 토레카 촙) 의 함유량은 표 1 과 같이 하였다.

＜원료 슬러리의 조제＞

이하의 표 1 에 나타내는 원료에 폴리아크릴아미드계 응집제 (미츠이 사이 테크사 제조, A110) 를 적당량 혼합하여, 물에 대해 3 질량％ 의 비율로 분산시킨 원료 슬러리를 조제하였다.

＜주물 제조용 구조체의 초조 (抄造) 성형＞

초조형에는, 캐비티 형성면을 갖는 1 쌍의 분할 주형으로, 당해 캐비티 형성면에 소정의 메시의 네트가 배치되고, 캐비티 형성면과 외부를 연통하는 다수의 연통공이 형성된 것을 사용하였다. 상기 원료 슬러리를 모노 펌프로 순환시켜, 상기 초조형 내에 소정량의 슬러리를 가압 주입하면서, 상기 연통공을 통해서 배수하고, 소정의 섬유 적층체를 상기 네트의 표면에 퇴적시켰다. 소정량의 원료 슬러리를 주입한 후, 그 섬유 적층체가 퇴적된 초조형 내에 0.2 ㎫ 의 가압 에어를 약 30 초간 공급하여, 그 섬유 적층체를 탈수하였다. 얻어진 섬유 적층체를 초조형으로부터 꺼내고, 220 ℃ 로 가열된 건조형으로 옮겼다. 건조형에는, 캐비티 형성면을 갖는 1 쌍의 분할 주형으로, 그 캐비티 형성면과 외부를 연통하는 다수의 연통공이 형성된 것을 사용하였다. 건조 공정에서는, 상기 건조형의 상방 개구부로부터 주머니 형상의 탄성 중자를 삽입하고, 밀폐된 그 건조형 내에서 그 탄성 중자 내에 가압 유체 (압축 공기, 0.2 ㎫) 를 공급하여 그 탄성 중자를 팽창시켰다. 그리고, 상기 섬유 적층체를 그 건조형의 내면에 가압하여, 그 건조형의 내면 형상을 전사시키면서 그 섬유 적층체를 건조하였다. 소정 시간 (90 초) 의 가압 건조를 실시한 후, 상기 탄성 중자 내의 가압 유체를 빼내어 그 탄성 중자를 수축시켜 상기 건조형 내로부터 퇴피시켰다. 그리고, 얻어진 성형체를 상기 건조형으로부터 꺼내어 냉각시켜, 비교예 1 의 주물 제조용 구조체를 얻었다.

〔비교예 2〕

본 비교예에서는, 층상 점토 광물 대신에, 유기 재료로서 유기 섬유와 열경화성 수지와 열팽창성 입자를 함유하는 주물 제조용 구조체를 제조하였다. 유기 재료는, 유기 섬유로서, 평균 섬유 길이 1 ㎜ 의 신문 고지 펄프 (프리니스 (CSF) 150 cc) 를 4 질량％ 함유하고, 열경화성 수지로서 페놀 수지 (에어·워터·벨펄 주식회사 제조, S890) 를 12 질량％ 함유하고, 열팽창성 입자로서 열팽창성 마이크로 캡슐 (마츠모토 유지 제약 주식회사 제조, 마츠모토 마이크로스페어 F-105D) 을 4 질량％ 함유하는 것으로 하였다. 무기 입자 (인상 흑연) 및 무기 섬유 (미츠비시 레이욘 주식회사 제조, 파이로필) 의 함유량은 표 1 과 같이 하였다. 이 외에는, 비교예 1 과 동일하게 주물 제조용 구조체를 제조하였다.

〔질량 감소율의 평가〕

질량 감소율의 평가는, 열중량 측정 장치 (세이코 인스트루먼츠 주식회사 제조, STA7200RV TG/DTA) 를 사용하여, 각 실시예 및 각 비교예의 주물 제조용 구조체를 질소 분위기하에서 30 ℃ 에서 1000 ℃ 까지 승온 속도 20 ℃/분으로 가열하고, 그 질량의 변화를 온도의 함수로서 측정하여, 그 질량 감소율을 구하였다. 결과를 도 1 및 표 1 에 나타낸다.

〔주물의 표면 조도〕

각 실시예 및 각 비교예의 주물 제조용 구조체를 주형으로 하고, 이 주형에 주철을 함유하는 1350 ℃ 의 용융 금속을 흘려 넣어, 주물을 제조하였다. 제조된 주물의 표면 조도 (Ra) (㎛) 를 JIS B 0601 : 2013 에 따라 측정하였다. 표면 조도 (Ra) 의 수치가 낮을수록, 주물의 표면 평활성이 높은 것이다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

도 1 및 표 1 에 나타내는 바와 같이, 유기 재료를 함유하지 않거나, 또는 5 질량％ 이하 함유하는 각 실시예에서는, 1000 ℃ 가열시에 있어서의 질량 감소율이 5 질량％ 이하로 되어 있다. 이에 반해, 5 질량％ 초과의 유기 재료를 함유하는 각 비교예에서는 질량 감소율이 5 질량％ 초과가 되어, 가스의 발생이 현저한 것을 알 수 있다. 이 점에서, 층상 점토 광물을 함유하는 각 실시예의 주물 제조용 구조체는, 주조시에 있어서의 주물의 가스 결함이 저감될 수 있는 것을 알 수 있다.

또 표 1 에 나타내는 바와 같이, 주물의 표면 조도 (Ra) 는, 각 비교예와 비교하여, 각 실시예에서 낮은 것을 알 수 있다. 이 점에서, 층상 점토 광물을 함유하는 각 실시예의 주물 제조용 구조체는, 주형의 표면 평활성이 우수한 것을 알 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 경량이고 또한 주형 등의 성형성이 양호하며, 주입시에 있어서도 열간 강도 및 형상 유지성이 우수한 주물 제조용 구조체를 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 얻어지는 주물의 표면 평활성이 우수함과 함께, 주물의 가스 결함의 발생률 저감에 우수한 주물 제조용 구조체를 제공할 수 있다.

Claims

무기 섬유, 층상 점토 광물 및 그 층상 점토 광물 이외의 무기 입자를 함유하고, 유기 성분의 함유량이 5 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체.
무기 섬유, 층상 점토 광물 및 그 층상 점토 광물 이외의 무기 입자를 함유하고, 1000 ℃ 에서 30 분간 가열했을 때의 질량 감소율이 5 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무기 입자가 흑요석, 흑연 및 멀라이트에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무기 섬유가 탄소 섬유를 함유하는, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무기 섬유의 평균 섬유 길이가 0.5 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 층상 점토 광물이 벤토나이트 및 몬모릴로나이트에서 선택되는 1 종 이상을 함유하는, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
질소 분위기하, 1000 ℃ 에서 30 분간 가열했을 때의 질량 감소율이 5 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 주물 제조용 구조체 전체에 대한 유기 성분의 함유량은, 5 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 8 항에 있어서,
상기 유기 성분이 펄프, 스타치, 열경화성 수지, 착색제, 열팽창성 입자. 점결제 및 형상 유지제 중 1 종 또는 2 종 이상을 포함하는, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무기 입자의 함유량은, 40 질량％ 이상 90 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무기 입자의 평균 입자경은, 1 ㎛ 이상 3000 ㎛ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무기 섬유의 평균 섬유 길이는, 1 ㎜ 이상 8 ㎜ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무기 섬유의 평균 섬유 길이는, 1 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무기 섬유의 함유량은, 1 질량％ 이상 20 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무기 섬유로서 탄소 섬유를 함유하고,
상기 탄소 섬유의 함유량은, 1 질량％ 이상 20 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 층상 점토 광물의 함유량은, 1 질량％ 이상 50 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 층상 점토 광물로서 몬모릴로나이트를 함유하고,
상기 몬모릴로나이트의 함유량은, 1 질량％ 이상 50 질량％ 이하인, 주물 제조용 구조체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 층상 점토 광물은, 그 평균 입자경이, 0.1 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인, 주물 제조용 구조체.
무기 섬유, 층상 점토 광물, 층상 점토 광물 이외의 무기 입자 및 분산매를 혼합하여 구조체 전구체를 제작하는 공정과,
상기 구조체 전구체를 프레스형으로 가열 가압하고, 그 구조체 전구체를 건조 고화시키면서 성형하는 공정을 구비하는, 주물 제조용 구조체의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 주물 제조용 구조체를 사용하여 용융 금속을 주입하는, 주물의 제조 방법.