TW201702038A - 澆鑄成形體及其製造方法 - Google Patents

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Akio Matsumoto
Yoshifumi Misumi
Shingo Kasahara
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Toto Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/26—Producing shaped prefabricated articles from the material by slip-casting, i.e. by casting a suspension or dispersion of the material in a liquid-absorbent or porous mould, the liquid being allowed to soak into or pass through the walls of the mould; Moulds therefor ; specially for manufacturing articles starting from a ceramic slip; Moulds therefor

Abstract

本發明係提供一種澆鑄成形體，其係陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形體，其特徵為：該澆鑄成形體的厚度方向的填充率之差為0.05以下、更佳為0.025以下。

Description

澆鑄成形體及其製造方法
本發明係關於陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形體及其製造方法。
所謂澆鑄成形，係將混合了粉體與溶劑的泥漿，注漿於具有多孔質層(porous layer)之澆鑄成形模具，並將部分溶劑吸收至多孔質層而固化(consolidation)(以下，將之稱為著肉)，藉此製作澆鑄成形體的方法。澆鑄成形，係作為衛生陶器或大型工程陶瓷構件般之大型複雜形狀構件等之成形方法而經常受到運用。又，作為溶劑之具體例雖係記載有水，然而除了水以外亦能夠使用有機溶劑。因此，吸水性係亦包含吸收有機溶劑。
將該漿液(slurry)中的水分移動至澆鑄成形模具之多孔質層的驅動力，稱為澆鑄壓。澆鑄壓，係能夠藉由將多孔質層之毛細管吸力、對泥漿之直接加壓力、泥漿之水頭壓力(head pressure)、以及以真空泵等吸引多孔質層之吸力等總合而獲得。又，一般而言，係以毛細管 吸力或對泥漿之直接加壓為主，且泥漿之水頭壓力、吸力因絕對值小，故僅擔任輔助性角色。然而，泥漿之直接加壓所致之加壓澆鑄成形係必須使模具或成形機為耐壓規格，故初始費用高，且若非相當程度之大量生產品則無法運用。因此，一般的澆鑄成形之澆鑄壓係主要使用多孔質層之毛細管吸力。
作為該澆鑄成形模具的材料(以下亦稱為模具材)，以往係使用石膏。作為其理由，可舉出廉價或易於造模(molding)等，其中認為特別是因為兼具下述兩項優點。
首先，作為第一項優點，係可舉出具有自我吸水性。自我吸水性，係藉由當作為石膏模之原料的半水石膏(hemihydrate gypsum)水合之際，二水石膏(dihydrate gypsum)之細微的結晶互相纏結而顯現毛細管吸力，而藉此產生。故而，因澆鑄成形模具本身即顯現澆鑄壓，故毋須進行如對泥漿加壓般耗費成本之操作。
另外，作為第二項優點，係可舉出脫模性優異。脫模性係藉由將澆鑄成形模具之成形面的表面與澆鑄成形體一起剝離而顯現。石膏因耐水性差，表面逐漸溶解於水，故脫模性優異。
如此由石膏所成之澆鑄成形模具雖有自我吸水性及優異的脫模性之兩項優點，然亦有缺點。亦即，因使澆鑄成形模具之成形面的表面溶解而顯現脫模性，故數次成形後表面嚴重磨耗。另外，氣孔內部亦因表面水溶而 導致毛細管徑變大，無法顯現充分的毛細管吸力。因此，模具壽命次數(亦即一個模具所能製作的製品個數)係僅80~150次左右。另外，若使用磨耗了的模具則澆鑄成形體之品位降低，並會引起良率下降。進而，於著肉結束後之坯土緊實(compaction)製程或乾燥製程中因收縮而使龜裂頻發，並會導致於成形製程或燒結製程產生裂痕(crack)。
如上述般，由石膏所致之澆鑄成形係有發生龜裂或表面磨耗所導致之低良率、低模具壽命次數之問題點。作為解決該等問題的成形方法，係提案有使用具有耐水性及自我吸水性之模具材的成形方法(例如，參照專利文獻1)。
另外，近年來為了簡便地製造大型複雜形狀的製品，故追求局部厚度不同的澆鑄成形體之製造方法。
澆鑄成形，係藉由將具有流動性的泥漿灌入澆鑄成形模具，而能夠忠實地複製澆鑄成形模具的形狀，故適於將大型複雜形狀之製品進行成形。另一方面，有難以製作局部厚度不同的澆鑄成形體之缺點。此係因為澆鑄成形難以局部地改變澆鑄壓而改變著肉速度。
例如，於石膏成形中石膏之毛細管吸力係由二水石膏結晶之纏結的間隙之毛細管徑所決定。該二水石膏結晶係從來自半水石膏漿液之二水石膏析出而成者，故該毛細管徑之控制非常困難，且無法廣範圍控制毛細管徑。
另外，於加壓澆鑄成形中，依據帕斯卡原理(Pascal principle)故施加於泥漿的壓力係任何部分皆為一定，故澆鑄壓係任何部分皆為一定，因而無法製作局部厚度改變的澆鑄成形體。因此，即使由活塞所進行之加壓、或藉由令泥漿的一部分接觸加壓空氣而對泥漿施加壓力，澆鑄壓亦任何部分皆為一定。
因此，作為以往製作厚度局部不同之成形體的方法，係運用例如將藉由冷均壓(cold isostatic pressing，CIP)成形所製作的單純形狀之成形體以切削研磨方式來切削出的手法。該方法，係有與澆鑄成形相比會因切削研磨費用或因切削研磨所廢棄之部分的材料費用等而成本高昂之問題點。
作為藉由澆鑄成形而製造厚度局部不同之澆鑄成形體的方法，係已知有以下方法。
於專利文獻2，係記載有一種方法，該方法係於空鑄法(drain casting)中，在第一次著肉結束後，於欲形成為厚壁(thick-walled)構造之部分設置堰部，並於該堰部注入泥漿並進行第二次著肉。
於專利文獻3，係記載有一種方法，該方法係於空鑄法中，使用溶劑吸收力有差異之澆鑄成形模具，使填充有泥漿的膜腔內之壓力依位置變化。
於專利文獻4，係記載有一種方法，該方法係於澆鑄成形模具內充滿反應燒結陶瓷之小片(pellet)後將原料漿液注漿，小片吸收漿液之水而藉此製作局部厚度 不同的成形體。
[專利文獻]
[專利文獻1]日本再公表專利WO97/07948號公報(第12-30頁、第3圖)
[專利文獻2]日本特開平7-237959公報(第3-4頁、第4圖)
[專利文獻3]日本特開2001-262671(第2-3頁、第2圖)
[專利文獻4]日本特開2006-169055(第4-6頁、第2圖)
然而，上述所列舉之先行技術文獻係有如以下之問題。
亦即，專利文獻1之方法，係因澆鑄成形體之各部分的填充率之差異大，故有於成形製程或燒結製程中龜裂頻發之虞。
專利文獻2之方法，係有無法對應固體澆鑄之問題。另外，因將欲使成為厚壁的部分於第一次著肉結束後形成，故有限制澆鑄成形體的形狀之問題。
專利文獻3之方法，針對溶劑吸收力有差異 之澆鑄成形模具或使壓力依位置改變之手段，並未具體記載，故有難以實施之問題。
專利文獻4之方法，係有無法應用於反應燒結(reaction sintering)氮化矽以外的材質之問題。
如以上所述般，難以解決石膏所致之澆鑄成形之低良率、低模具壽命次數之問題點，特別是難以防止龜裂發生。另外，以往所知之藉由澆鑄成形製造局部厚度不同的澆鑄成形體之方法，係於澆鑄成形體之形狀有所限制、或材料有所限定，並非能夠實用性地運用者。
本發明，係為解決上述問題而完成者；本發明之目的在於，製造填充率均勻且不會發生龜裂之澆鑄成形體，以及製造局部厚度不同的澆鑄成形體。
為了達成上述目的之本發明之澆鑄成形體，係陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形體，其特徵為：該澆鑄成形體的厚度方向的填充率之差為0.05以下。
另外，本發明之澆鑄成形體，係局部厚度不同的陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形體，其特徵為：該澆鑄成形體之相鄰的厚壁部分的厚度與薄壁(thin-walled)部分的厚度的比率為1.25倍以上而5倍以下。
依據本發明，能夠製造填充率均勻且不致發 生龜裂之澆鑄成形體。另外，能夠以高良率製造局部厚度不同的澆鑄成形體。
1‧‧‧低著肉型吸水層
2‧‧‧高著肉型吸水層
3‧‧‧澆鑄成形體
4‧‧‧不透水模具框
[第1圖]係利用能夠使用本發明之澆鑄成形體之製造方法之著肉速度不同之組合模具，藉由空鑄法(drain casting)形成局部厚度不同的澆鑄成形體之情形的示意圖。
[第2圖]係利用能夠使用本發明之澆鑄成形體之製造方法之著肉速度不同之組合模具，藉由實鑄法(solid casting)形成局部厚度不同的澆鑄成形體之情形的示意圖。
[第3圖]係利用本發明中將著肉速度不同的吸水層一體化之澆鑄成形模具，藉由空鑄法形成局部厚度不同的澆鑄成形體之情形的示意圖。
[第4圖]係本發明中即使成形並長時間存放於模具內亦未發生龜裂之肋條構造成形體之概念圖。
本發明之澆鑄成形體，係陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形體，其特徵為：該澆鑄成形體的厚度方向的填充率之差為0.05以下、更佳為0.025以下。
在此，針對澆鑄成形體的填充率進行說明。 所謂澆鑄成形體的填充率，係使澆鑄成形體乾燥後之澆鑄成形體中粉體所佔的體積分率。例如填充率0.6之澆鑄成形體，係指澆鑄成形體之構成成分為粉體60vol%、空氣40vol%者。另外，依澆鑄成形體之種類，雖亦有包含有機黏結劑等之粉體以外之成分者，然於本發明中此亦係計為粉體體積之一部分。
澆鑄成形體一般於厚度方向的填充率具有分佈(distribution)。在此，本發明中的厚度方向的填充率之差係如以下般定義。
澆鑄成形之方法，係有兩種。第1種，係從澆鑄成形體之兩側使模具吸水之實鑄法。此亦稱為雙層成形(double casting)，藉此所成形的部分稱為雙層部。於雙層部中，係於厚度方向將澆鑄成形體以均等厚度切割為5層並測定各自的填充率，顯示最大填充率的部分(一般係相接於澆鑄成形模具之第1層至第5層)與顯示最小填充率的部分(一般係中央的第3層)之差為厚度方向的填充率之差。
第2種，係從澆鑄成形體之單側使模具吸水後，將剩餘泥漿排出之空鑄法。此亦稱為單層成形(single casting)，藉此所成形的部分稱為單層部。於單層部中，係將相當於厚度之20%的部分作為誤差較大的排泥(sludge withdrawal)部分去除後，將剩餘的80%的厚度的部分切割為5層並測定各自的填充率，顯示最大填充率的部分(一般係相接於模具的第1層)與顯示最小填充 率的部分(一般係接近排泥面(sludge withdrawal surface)的第5層)之差為厚度方向的填充率之差。
例如，藉由澆鑄成形所獲得的衛生陶器，係大多包含雙層部及單層部雙方。此時，各自部分的填充率，係能夠基於上述之方法求得。
於本發明中，填充率之測定方法係如下述。使澆鑄成形體於120℃完全乾燥後(在溶劑非水的情況下，係選擇對應於溶劑之沸點的乾燥溫度)，藉由阿基米德法(Archimedean method)來測定填充率。
又，依構成澆鑄成形體之材料，亦有能夠從將澆鑄成形體進行燒結所獲得的燒結體測定澆鑄成形體的填充率的情形。例如，使用反應燒結碳化矽或反應燒結氮化矽作為材料時，燒結時之收縮係幾乎為0。因此，若將燒結體藉由掃描式電子顯微鏡(SEM)等來求取各層的體積比，並進一步藉由X射線繞射(XRD)或拉曼分析(Raman analysis)來鑑定構成各層之成分，則能夠藉由計算求取澆鑄成形體的填充率。
於本發明中，澆鑄成形體的厚度方向的填充率之差為0.05以下。藉此，係能夠使模具內的乾燥收縮盡量為小，且為均勻。較佳係厚度方向的填充率之差為0.025以下。藉此，能夠確實達成緊縮龜裂之防止。此係因模具內之成形體內各部的乾燥收縮之不均勻所導致之拉伸應力之產生為緊縮龜裂發生之要因，且因乾燥收縮能夠以成形體的填充率的變化來計算，故只要成形體之各部分 的填充率均勻便能夠防止緊縮龜裂的發生。另外，只要是壓縮性小的材料，則能夠使該填充率之差為0.01以下。當然該厚度方向的填充率之差雖並不存在較佳的下限，然而在工業上難以使其比0.001小。另外，該厚度方向的填充率之差依坯料的種類而有所不同，與陶磁器坯料般大量含有黏土之坯料相比，精密陶瓷坯料之坯料的填充率之差係有變大的傾向。另外，即使是幾乎為相同材質之坯料，藉由濃度調整等使可塑性提升之坯料係壓縮性大，故亦有厚度方向的填充率之差變大的情形。
於本發明中，作為使澆鑄成形體的厚度方向的填充率之差為0.05以下、較佳為0.025以下之理想手段，係可舉出藉由具備吸水層之澆鑄成形模具來製造澆鑄成形體的手段；該吸水層，係具有自我吸水性且實質上具有耐水性。
本發明之澆鑄成形模具雖具備吸水層，然於本發明中所謂「具有自我吸水性」的吸水層，係意指能夠藉由吸水層本身之毛細管吸力來顯現吸水性。
於本發明中，所謂「實質上具有耐水性」，係意指不溶解於水、或不與水反應。所謂「實質上具有耐水性之吸水層」，係意指並非如石膏模般藉由表面溶解於水而顯現脫模性者，或作為用以形成吸水層的材料而使用水硬性材料(hydraulic material)等與水反應的材料而得者。使用溶解於水或與水反應的材料所形成的吸水層，係著肉面隨著壽命次數進行而劣化，並會有發生裂痕或緊縮 不良等問題產生，故不佳。
本發明之澆鑄成形模具，係具備具有自我吸水性且實質上具有耐水性之吸水層者。並且，較佳係上述之澆鑄成形模具之吸水層為連續氣孔多孔體，該連續氣孔多孔體係氣孔率為35vol%以上而50vol%以下、平均氣孔徑為0.5μm以上而1.8μm以下、從平均氣孔徑之50%之粒徑起至150%止之粒徑的累積氣孔體積係全氣孔體積之60%以上。藉此，能夠令使用本發明之澆鑄成形模具所形成之澆鑄成形體的填充率更為均勻。因此，能夠防止澆鑄成形時之澆鑄成形體的龜裂發生，並能夠提高良率。
於本發明中，「氣孔率」係意指吸水層之空孔部分的體積分率，並藉由阿基米德法來測定。另外，後述之水銀壓入式氣孔徑分布測定裝置亦能夠測定氣孔率。雙方所測定的氣孔率的值係幾乎一致。
於本發明中，較佳係吸水層之氣孔率為35vol%以上。藉此，獲得能夠充分確保吸水速度之生產性。另外，使澆鑄成形體的填充率之絕對值較大，並使澆鑄成形體的填充率局部的差較小，而能夠使良率提升並使燒結收縮變小。於本發明中，較佳係吸水層之氣孔率為50vol%以下。藉此，獲得充分的模具強度，於造模時或成形時破損之危險性降低。
於本發明中，所謂「平均氣孔徑」係意指使用水銀壓入式氣孔徑分布測定裝置(通稱為孔隙計(porosimeter))所獲得之累積細孔體積相當於50%之氣 孔徑。
於本發明中，較佳係吸水層之平均氣孔徑為0.5μm以上。更佳為0.7μm以上。藉此，使澆鑄成形模具之滲透抵抗(seepage resistance)較小，而能夠充分確保後述之水膜脫模時之水流量。另外，即使隨模具壽命次數進行，吸水層堵塞亦不易發生。另外於本發明中，係吸水層之平均氣孔徑為1.8μm以下。更佳為1.4μm以下。藉此，充分確保毛細管吸力而能夠提升生產性。另外，使澆鑄成形體的填充率之絕對值較大，並使澆鑄成形體的填充率局部的差較小，能夠使良率提升並使燒結收縮變小。
於本發明中，所謂「從平均氣孔徑之50%之粒徑起至150%止之粒徑的累積氣孔體積佔全氣孔體積的比例」(之後表記為「V50-150」)，係指以前述方法求得之從平均氣孔徑之50%之粒徑起至150%止之粒徑(例如，平均氣孔徑若為1μm則為0.5~1.5μm)的累積氣孔體積佔全氣孔體積的比例。在此，所謂全氣孔體積係指吸水層之全氣孔部分的體積總合者。
於本發明中，較佳係V50-150為60%以上。更佳為80%以上。藉此，調整吸水速度及水膜脫模時之通水性的平衡，並能夠令生產性及脫模性皆為適當的數值。另外。在使用著肉速度極度緩慢的泥漿時，或是成形厚壁產品時，能夠令著肉狀態不致在中途發生異常、或著肉體不致從中途變為低填充而變軟，而保持正常的著肉狀態。又，於本發明中，V50-150之上限並無限制，雖為100% 亦可，然以工業上廉價的造模成本下能夠控制的範圍係99%為上限。
本發明之澆鑄成形模具，係僅由吸水層所成亦可。或者，本發明之澆鑄成形模具，具有吸水層及補強層、且該補強層形成於吸水層之裏面亦可。在此，於本發明中，所謂吸水層之裏面係指吸水層當中與著肉面(亦稱為成形面)之相反側之面。該補強層，係用以支撐並補強吸水層而形成。作為該補強層，係能夠使用例如混凝土、纖維強化塑膠(fiber-reinforced plastic,FRP)、纖維強化混凝土(fiber-reinforced concrete,FRC)、金屬、以及塑膠等。於如此之補強層中放入鋼筋進行補強亦可。
於本發明中，作為形成吸水層的材料，係能夠舉出例如燒結金屬型、陶瓷型、樹脂型等。燒結金屬型及陶瓷型之製造原理及氣孔構造製作原理係幾乎相同，使金屬粒子或陶瓷粒子成形為吸水層的形狀，並能夠藉由將該成形體燒結使粒子彼此融合而以該間隙為氣孔。另外，其他亦有添加造孔劑並於燒結中使該造孔劑燒失(loss on ignition)而形成氣孔構造的手法。例如，藉由控制粒子之粒徑或燒結溫度與燒結時間，能夠控制氣孔率或氣孔徑分布。
具體而言，若使粒子之粒徑較小則氣孔徑亦變小，若使粒子之粒徑分布集中則氣孔之粒徑分布亦變得集中。另外，氣孔率係由金屬粒子及陶瓷粒子之成形體所原本具有的氣孔率及該氣孔因燒結所閉塞的程度來決定。 因此，成形體填充率若變小則氣孔率變大，燒結溫度較高或燒結時間較長則氣孔率變小。在氣孔率為35vol%以上而50vol%以下之理想範圍內，盡量使成形體填充率接近目標的填充率，並使隨燒結進行所導致的收縮減少為佳。
另外，作為燒結金屬型、陶瓷型的原料之金屬粒子或陶瓷粒子係有必要使用具有耐水性者，藉此，所燒結之燒結金屬模具及陶瓷模具亦能夠確保耐水性。另外，作為原料，於成形時及燒結時使用助劑或添加劑的情形下，除了於燒結時揮發或變化為具有耐水性之成分的情形，必須使用具有耐水性之助劑或添加劑。
然而，若將燒結金屬模具或陶瓷模具之燒結時的收縮完全去除，使金屬粒子或陶瓷粒子之成形體的氣孔率與模具的氣孔率相同，則有大多情況下無法充分確保模具強度。因此，雖燒結金屬模具及陶瓷模具發生燒結收縮的情形較多，然因該燒結收縮故有技術上難以顯現模具之尺寸精度之情形。對此，樹脂模具係因為沒有燒結製程故容易顯現尺寸精度，並有藉由將用以形成模具之材料灌入即可造模之優點。然而，關於模具強度，燒結金屬模具或陶瓷模具係比樹脂模具更優異，故可謂互有高下。
就樹脂模具而言，不得使用樹脂本身會溶解於水或與水反應者；另外，作為樹脂模具的原料，不得使用會溶解於水或與水反應之填充劑。因此，不得使用如石膏般會溶於水者或如礬土水泥(alumina cement)、波特蘭水泥(Portland cement)般或與水反應者。藉由使用實 質上具有耐水性的填充劑，能夠提升吸水層的耐水性。具體而言，能夠適宜使用矽砂、矽微粉、二氧化矽、鋯石、玻璃珠、玻璃氣球(glass balloon)、玻璃屑(glass cullet)、及燒結玻璃(fritted glass)等實質上具有耐水性的填充劑。然而就玻璃而言，作為玻璃組成，不得有會溶解於水者。藉此，能夠形成具有耐水性的成形面，並能夠防止澆鑄成形體的龜裂等之發生。
樹脂型吸水層之製造原理及氣孔構造製作原理有各式各樣者，可舉出自水中油滴(oil-in-water，O/W)型之乳化漿液進行乳化聚合之手法、自油中水滴(water-in-oil，W/O)型乳化令乳化反轉而聚合之方法、以溶劑將可溶成分混入原料中硬化後再以溶劑去除可溶成分之手法等。例如，製作於水相中分散有樹脂相(油相)之O/W型乳化漿液，並將該O/W型乳化漿液澆鑄於不透水性之模具，在維持含水狀態下硬化，而能夠藉此獲得。藉由此方法，因連續層之水相部分會成為連續氣孔，故能夠藉由控制乳化漿液中之水的量來控制氣孔率。另外，將乳化中之樹脂相之粒徑，藉由調整界面活性劑之量或種類，或是調整乳化漿液製作時之攪拌強度或時間，能夠控制所製作之吸水層多孔體之氣孔徑分布。另外，若採取於乳化漿液中添加有機物或無機物所成之填料(filler)，並以該填料作為核來進行乳化聚合的方法，則藉由控制填料粒徑分布，能夠控制所製作之吸水層多孔體之氣孔徑分布。並且藉由使用該些模具，能夠令澆鑄成形體的填充率均勻。因此，能夠 防止澆鑄成形時之澆鑄成形體之龜裂發生，並能夠提高良率。
另外，作為相對於燒結金屬模具或陶瓷模具之優點，雖可列舉有燒結金屬模具或陶瓷模具於燒結時會收縮故缺乏尺寸安定性之情事，然樹脂模具亦有起因於樹脂之硬化時的收縮而發生收縮之情形。然而，樹脂模具能夠藉由控制硬化曲線(hardening curve)而將實質上的硬化收縮(相對於將用以製作樹脂模具的樹脂漿液灌入的模具尺寸，所製作的樹脂模具之尺寸收縮了何等程度)抑制至幾乎為0，且能夠藉由數值控制(numerical control,NC)切削研磨以低成本加工出精密尺寸之樹脂模具。
如此，於本發明，係能夠令使用具備具有自我吸水性及實質上的耐水性之吸水層的澆鑄成形模具所形成之澆鑄成形體的填充率均勻。另外，能夠於澆鑄成形時防止澆鑄成形體之龜裂發生，並能夠提升良率。又，可獲得如此效果的理由雖可能為以下所述者，然不限於此。澆鑄成形體的填充率，係認為由著肉時之壓縮壓力來決定。因本發明之澆鑄成形模具具有自我吸水性及實質上的耐水性，故認為能夠於著肉時使成形面之壓力損失降低。因此，被認為能夠使澆鑄成形體的填充率均勻。藉此，於坯土緊實時之模具內乾燥，被認為能夠使澆鑄成形體的乾燥收縮率差減小。結果，能夠防止澆鑄成形體脫模，並能夠防止龜裂發生而以高良率形成澆鑄成形體。另外，施加於著肉時之成形體的壓縮壓力，係亦為由吸水層之氣孔率及 氣孔徑分布所決定之毛細管吸力與由成形體的填充率分布所決定之成形體內壓力損失的函數，故若欲使澆鑄成形體內的填充率均勻，則較佳為使著肉面不致發生壓力損失，因此為了不致於模具面產生起因於模具材之溶解的異質之層，故認為必須使構成吸水層之素材為具有耐水性者。另外，雖認為有必要使吸水層之氣孔率與氣孔徑分布成為適當的範圍，然而想當然爾，吸水層所需之物性係不僅使成形體填充率為均勻，尚必須為考量吸水層本身之強度或水膜脫模時之通氣或通水性者，例如為獲得較強的毛細管吸力而氣孔徑非常小的吸水層，係膜脫模時之通氣或通水性惡劣者。
另外，本發明之澆鑄成形模具，係亦能夠具備供給加壓水或加壓空氣之手段。具體而言，作為供給加壓水或加壓空氣之手段，能夠舉出於吸水層之內部或裏面設置空氣溝的方法、或於吸水層之裏面設置粗多孔質層的方法等。
作為對澆鑄成形模具供給加壓水或加壓空氣之情形，可舉出如以下之情形。
首先，舉出使用澆鑄成形模具將澆鑄成形體成形之前控制吸水層的飽水率之情形。如後述般，澆鑄成形模具之著肉速度係受澆鑄成形模具之飽水率的影響，故於泥漿注漿前必須將吸水層調整為適當的飽水率。另外，可舉出對澆鑄成形模具施加背壓(back pressure)，使澆鑄成形模具與成形體之間的水或空氣吹出而脫模之水膜脫模之情 形。此時，一般較佳為對吸水層供給加壓空氣。
亦能夠使用對該澆鑄成形模具供給加壓水或加壓空氣的手段來將吸水層進行真空吸引。該真空吸引係用以輔助作為澆鑄壓之吸水層所具有之毛細管吸力。設置對澆鑄成形模具供給加壓水或加壓空氣的手段時，較佳為於吸水層之裏面設置密封層。藉此，能夠防止加壓水或加壓空氣從澆鑄成形模具之裏面逸散。密封層係能夠藉由於澆鑄成形模具之裏面塗布樹脂等材料硬化等來形成。為提升密封層之強度，亦可進一步於密封層之外側以FRP、混凝土、FRC、金屬、塑膠等設置密封層之補強層。
以上，於本發明中，雖關於藉由使澆鑄成形體的厚度方向的填充率之差0.05以下、更佳為0.025以下而防止成形時之龜裂發生的手法已進行說明，然作為該本發明之澆鑄成形體之製造方法，係可舉出依序進行以下(1)~(4)的製程，藉此製造澆鑄成形體之各部分的填充率之差較小的澆鑄成形體；(1)控制具有自我吸水性且實質上具有耐水性之吸水層的飽水率的製程；(2)於澆鑄成形模具內將泥漿注漿的製程；(3)使泥漿著肉於吸水層而形成成形體的製程；(4)將成形體脫模的製程。
另外，於空鑄法時，在前述(4)的製程之前，亦能夠依序進行(a)將剩餘的泥漿排出的製程、及(b)降低成形體之排泥面的含水率而增加硬度的製程之 各製程。
關於各個製程進行說明。(1)所謂控制吸水層之飽水率的製程，係將吸水層之飽水率以令著肉速度落在工業上適當的範圍內的方式進行調整的製程。以往技術之石膏模係飽水率越低越好，一般係乾燥至接近0%之程度來使用。於本發明中，飽水率以30~80%為佳，以40~60%更佳。若為如此之飽水率，則能夠使著肉速度較大。另外，能夠藉由用以形成澆鑄成形體之坯料或成形條件的不同來進行飽水率的微調。具體而言，作為飽水率的調整方法，係有：藉由對澆鑄成形模具注入加壓水使飽水率幾乎為100%，之後藉由注入加壓空氣來控制達到目標之飽水率的方法；或是以令上一次灌入時模具所吸收的水分量排出的方式控制加壓空氣之壓力或注入時間的方法等。又，於此所謂之飽水率，係將吸水層之氣孔內完全被水充滿時計為飽水率100%。
(2)於澆鑄成形模具內將泥漿注漿的製程，係於如此控制了飽水率之澆鑄成形模具內將泥漿注漿的製程。
(3)使泥漿著肉於吸水層的製程，係使泥漿所含的水分之一部分吸收至吸水層，使泥漿固化而形成成形體的製程。於本發明之澆鑄成形體之製造方法中，係以吸水層之毛細管吸力作為主要的著肉驅動力。作為輔助該吸水層之毛細管吸力之澆鑄壓，利用其他的力亦可。例如將供給加壓水或加壓空氣的手段設置於澆鑄成形模具，而 能夠藉此進行真空吸引。然而，若將真空吸引進行至著肉結束，則會有在下一製程之脫模時產生剝離現象之情形，故於著肉時間結束了60~90%時將真空吸引中止為佳。另外，將從灌入口供給泥漿至澆鑄成形模具時之壓力(以下稱之為水頭壓力)作為澆鑄壓使用亦可。一般而言，因將泥漿之朝模具的灌入壓作為水頭壓力來利用，故能夠將該水頭壓力直接作為澆鑄壓來利用。
(3)在使泥漿著肉於澆鑄成形模具的製程中，雖亦能夠將泥漿以泵浦或活塞等進行直接加壓，然若進行該直接加壓則必須使模具或成形裝置為耐壓規格，而成為成本提高之要因。本發明係以澆鑄成形模具本身之吸水力為主要的著肉之驅動力，故不進行如此之直接加壓為佳。
(3)在使泥漿著肉於澆鑄成形模具的製程中，包含接著所述之坯土緊實時間使吸水層為大氣開放狀態為佳。作為將吸水層進行大氣解放之手段，能夠舉出將供給前述加壓水或是加壓空氣之手段設置於澆鑄成形模具，並將該手段設置在開放於大氣的配管而使吸水層進行大氣解放的方法。因此，設置對吸水層能夠進行(1)加壓水供給、(2)加壓空氣供給、(3)真空吸引、(4)大氣開放中任一者之切換操作的手段於澆鑄成形模具為佳。然而，如前述般將著肉時間的一部分使用於真空吸引時，因於該真空吸引時間中無法將吸水層進行大氣開放，故於將該真空吸引時間以外所有的著肉時間、或於未使用 真空吸引時將所有的著肉時間、又或是於坯土緊實時間中在所有的坯土緊實時間將吸水層進行大氣解放為佳。此雖係與以往的常識之「吸水層之大氣開放，特別是於著肉時間之末期中，將導致成形體水分之過度的吸收」之概念背道而馳的手法，然於本發明中因幾乎不會發生後述般之模具內收縮，故作為一邊防止緊縮龜裂一邊防止成形體變得柔軟之手段係為有效。
著肉結束後，進入(4)將著肉成形體脫模的製程。脫模時期可為著肉剛結束後，或亦能夠經過坯土緊實時間再進行脫模。進行空鑄法時，一般而言坯土緊實時間係有所必要。藉由使用於排泥空間內供給加壓空氣等之手段達到預定的硬度為止，定為坯土緊實時間。相對於此，進行實鑄法時，於坯土緊實時間中幾乎沒有成形體之收縮且不會發生緊縮龜裂，故坯土緊實時間幾乎沒有限制，可有可無。因此，若使坯土緊實時間為0則能夠提高生產速度，且使著肉於無人的夜間結束而於隔日早上或依情形隔著周末於隔周脫模而亦能提高勞動生產性。另外，將複雜形狀之成形體成形時亦有必須有複雜的模具組之情形，雖多為於成形結束後將模具從成形體卸除時耗費相當時間之情形，然如此情形亦有緊縮龜裂不致發生之優點。於本發明之澆鑄成形方法中，作為脫模的理想手法，係能夠舉出對模具供給加壓空氣或加壓水而藉此於模具與成形體之間使水噴出之水膜脫模。
又，如前述般進行本申請案中之實鑄法時， 坯土緊實時間中成形體幾乎沒有收縮且不會發生緊縮龜裂。然而，如衛生陶器般具有單層部及雙層部之製品，換言之，具有空鑄法及實鑄法雙方之部分之製品，係因坯土緊實條件非單純的模具內存放，而採取對排泥空間導入加壓空氣等之手法，故於接近單層部分之雙層部分有緊縮龜裂容易發生之情形。作為防止如此緊縮龜裂之手法，較佳為使控制坯土緊實條件之雙層部分的填充率，從著肉結束時起至脫模時止的變化的厚度方向之差為0.05以下，更佳為0.025以下。
在此所謂著肉結束時及脫模時的填充率，係與使至目前為止所述之成形體完全乾燥時的填充率為相同定義，然有佔粉體之外的體積分率之部分為空氣或水之不同。例如所謂填充率0.6之著肉結束時或脫模時之成形體，係指其構成分率為粉體60vol%、水40vol%者。又，該測定方法係使水完全乾燥而測定重量變化，並考量粉體與水之比重差而計算體積分率者。
另外，著肉結束時及脫模時係如下般定義。著肉結束時間係以實鑄法時之水頭壓力低落為實質上之停止時點。又，在此所謂實質上，係指成形體之著肉結束而水頭壓力低落且幾乎為0之時點，其後亦雖極少亦藉由成形體之外的灌入口等之著肉而持續水頭壓力低落之情形。另外，從緊接著肉結束後起至測定止之間，因亦有從模具卸除成形體之期間耗費相當時間之情形，故從著肉結束時5分鐘後自成形體切取測定部分而測定填充率，將此定義 為著肉結束時的填充率。另外，於具有單層部及雙層部之雙方的成形體，係即使雙層部之著肉結束，單層部之著肉仍繼續，故以水頭壓力低落之測定雖係難以得知著肉結束時點，然進行以另外的僅由雙層部所構成之小型測試片之成形試驗而評估著肉結束時間。另外，所謂脫模時，係緊接脫模之後自成形體切取測定部分而測定填充率者。
另外，所謂填充率的厚度方向之變化之差，係定義為與前述成形體之完全乾燥時的填充率的厚度方向之變化之差相同。亦即，將著肉結束時或脫模時之成形體的測定部分切割為5層而測定各自的填充率以進行評估。
因此，所謂填充率之從著肉結束時起至脫模止時之變化的厚度方向之差，係例如厚度方向的填充率之變化一般為最小的第1層或第5層從0.55變化為0.6則其差為0.05，或變化一般最大的第3層從0.5變化為0.58則其差為0.08。因此，此時的填充率之從著肉結束時起至脫模時止之變化的厚度方向之差，係從0.08減去0.05而為0.03。
並且，藉由將該填充率之從著肉結束時起至脫模時止之變化的厚度方向之差，控制為較佳的值之0.05以下、更佳為0.025以下，能夠更為確實地防止坯土緊實時之緊縮龜裂之發生。又，填充率之從著肉結束時起至脫模時止之變化的厚度方向之差不存在較佳的下限係不言可喻，然就工業上難以為0.001以下。另外，該較佳的範圍係不僅為具有單層部及雙層部的成形體之靠近單層部的雙 層部，於所有的雙層部皆相同，然因靠近單層部的雙層部一般差得最大故以該部分進行評估。
另外，所謂用以使雙層部分的填充率之從著肉結束時起至脫模時止之變化的厚度方向之差為0.05以下、更佳為0.025以下之坯土緊實條件的控制法，係指下述般之手段。例如於具有單層部及雙層部的製品中，主要為了使單層部之特別是靠近排泥面變硬而多是於排泥空間投入加壓空氣。藉由使該加壓空氣投入時間縮短，能夠使雙層部分的填充率之從著肉結束時起至脫模時止之變化的厚度方向之差減小。另外，亦能夠反過來將該加壓空氣之壓力減小並增長加壓空氣的投入時間。另外，亦能夠採用僅在坯土緊實中最初的部分投入加壓空氣，其後使排泥空間回復至大氣壓，令雙層部分的填充率之從著肉結束時起至脫模時止之變化的厚度方向之差成為比較佳範圍之上限稍低為止，進行模具內存放之手法，此係於將成形體於夜間進行模具內存放之情形為理想。
以上，雖針對本發明之一種澆鑄成形體及製造方法進行說明，然此係以使如前述般成形時之成形體之各部分的填充率之差縮小，並使各部分之乾燥收縮之差所導致的拉伸應力縮小而防止緊縮龜裂為目的；該澆鑄成形體，係陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形體，其特徵為：該澆鑄成形體的厚度方向的填充率之差為0.05以下、更佳為0.025以下。
並且，其厚度方向的填充率之差較小的澆鑄 成形體或其製造方法，係能夠於局部厚度不同的陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形體的製造中顯現更大的效果。此係因為於局部厚度不同的澆鑄成形體中厚度不同的部分的填充率之差較大，或是於厚度不同的部分之界線會產生階差，故成形體之乾燥收縮所導致之緊縮龜裂更容易發生。
作為用以製造局部厚度不同的澆鑄成形體之方法，係可舉出於澆鑄成形模具中使用具有局部性著肉速度差異之吸水層的方法。作為表示著肉速度的指標，係有著肉速度常數，此係著肉厚度之平方除以著肉時間之值，且為無關著肉時間之常數。並且，因澆鑄成形之著肉現象係原理上為濾餅過濾(cake filtration)之操作，故著肉速度常數與澆鑄壓成比例。另外，於澆鑄壓之大半仰賴澆鑄成形模具之毛細管吸力之情形，係因毛細管吸力之平方根於一定時間內能夠近似於著肉厚度，故藉由調節毛細管吸力能夠調整澆鑄成形體之各部分的厚度。
另外，欲使局部厚度不同的澆鑄成形體不致發生緊縮龜裂地製造，係不僅至目前為止所述之各個部分的厚度方向的填充率之均勻性，厚壁部分及薄壁部分的填充率之均勻性亦為重要，較佳係相鄰之厚壁部分及薄壁部分的填充率之差為0.05以下。雖係能夠藉由具備具有自我吸水性且實質上具有耐水性之吸水層的澆鑄成形模具來製造，而使該相鄰之厚壁部分及薄壁部分落入較佳範圍內，然及理由係與前述的厚度方向的填充率變得均勻之理由相同，若壁厚度不同則成形體內之壓縮壓分布亦變得不 同而技術門檻更加提高，故能夠適宜應用本發明。
作為用以製造如此之局部厚度不同的澆鑄成形體的方法，係澆鑄成形模具構成為複數個組合模具，且複數個組合模具之吸水層係著肉速度不同者為佳。構成為組合模具時，以如本發明之具有耐水性之模具材因模合面不易磨耗故較佳。於第1圖及第2圖，係表示有構成為複數個組合模具且組合模具之著肉速度不同之澆鑄成形模具的具體例。第1圖，係使用澆鑄成形模具，以空鑄法形成澆鑄成形體3之具體例；該澆鑄成形模具係具有：具有著肉速度較高的吸水層2(以下稱之為高著肉型吸水層)之組合模具、以及具有著肉速度較低的吸水層1(以下稱之為低著肉型吸水層)之組合模具。藉此，能夠得到局部厚度不同的中空圓筒狀澆鑄成形體。另外，第2圖係使用具有高著肉型吸水層2及低著肉型吸水層1之澆鑄成形模具，以實鑄法形成澆鑄成形體3之具體例。藉此，能夠獲得具有局部厚度不同的肋條構造之澆鑄成形體。
或者，作為用以製造如此之局部厚度不同的澆鑄成形體的方法，澆鑄成形模具係具有複數吸水層，且複數吸水層係著肉速度不同者為佳。此時，能夠使各自著肉速度不同的複數吸水層一體化而使用。所謂使著肉速度不同的複數吸水層一體化而使用，係即指使著肉速度不同的複數吸水層一體化，並於成形面以使局部性著肉速度不同的方式構成。藉此，起因於模合面之裂痕等變得不易發生。於第3圖，係表示使著肉速度不同的複數吸水層一體 化之空鑄法用的澆鑄成形模具之具體例。表示於第3圖之澆鑄成形模具，係使高著肉型吸水層2及低著肉型吸水層1一體化之澆鑄成形模具之具體例。藉此，能夠獲得局部厚度不同的澆鑄成形體。
為了將著肉速度不同的吸水層以一體進行構成，係可舉出以下方法。就燒結金屬型、陶瓷型而言，可舉出作為原料使用粒度分布不同的複數陶瓷粉末或金屬粉末，將一方之原料粉末填充於模具框後填充另一方之原料粉末，之後燒結為一體之手法。就樹脂模具而言，在大多情形下原料漿液係液狀，故採用如以下之手法。首先，將用以形成第一吸水層之樹脂型漿液澆鑄於不透水性之模具，於該樹脂型漿液失去流動性之後，在完全硬化之前將第二樹脂型漿液進行注漿而以一體硬化。此時，若於第一樹脂型漿液尚具有流動性時將第二樹脂型漿液進行注漿，則兩種樹脂型漿液會混合而變得難以使厚度產生差異。另外，若於第一樹脂型漿液硬化結束再進行，則有兩種樹脂模具之接合部變得強度不足之情事。另外，一般而言，兩種樹脂型吸水層之接合面與各自的吸水層的強度相比係會變低，故採用使第一吸水層之表面粗糙並設置凹凸後再將形成第二吸水層之樹脂型漿液灌入的手法為佳。
另外，關於燒結金屬型或陶瓷型，欲將著肉速度不同的吸水層以一體，係可舉出以下所述之方法。著肉速度較大的吸水層係使用粒徑較小的金屬粉體或陶瓷粉體作為原料，另外，著肉速度較小的吸水層係使用粒徑較 大的金屬粉體或陶瓷粉體作為原料。並且，將使用了各自的粉體之金屬粉成形體或陶瓷粉成形體以一體成形，或接合後同時燒結。作為將金屬粉成形體或陶瓷粉成形體成形為一體的手法，能夠採用將一方之成形體成形後再將該成形體載置於模具內，之後將另一方之成形體原料進行注漿的手法。另外，將雙方的成形體使用加入了與各個成形體之成分幾乎相同之接着劑或溶劑而成為膏狀的接著膏進行接著亦可。另外，將燒結金屬吸水層或陶瓷吸水層於燒結後接合，若為不甚要求接合強度之用途則能夠為之。
各個著肉速度不同的吸水層，係能夠使用本發明之澆鑄成形模具中所使用之前述吸水層。此係因本發明之澆鑄成形模具中所使用之前述吸水層能夠以廣範圍控制著肉速度，故適合用於製作局部厚度不同的成形體。作為控制吸水層之著肉速度的手段，係可舉出控制吸水層之毛細管吸力的手段。因吸水層之毛細管吸力係與管徑成反比，故藉由控制吸水層多孔體之氣孔徑能夠調整毛細管吸力。作為控制吸水層之毛細管吸力的手段，係可舉出控制前述吸水層之氣孔徑的手段，並能夠控制為適當的氣孔徑的範圍之0.5μm以上而1.8μm以下之範圍。
就本發明之局部厚度不同的澆鑄成形體之製造方法而言，吸水層係局部性著肉速度不同者，且藉由於澆鑄成形模具將粉體澆鑄成形，能夠製造局部厚度不同的澆鑄成形體。藉由使用如此之澆鑄成形模具，因能夠獲得填充率均勻的澆鑄成形體，故在製造局部厚度不同的澆鑄 成形體時，亦能夠使成形體各部分之乾燥收縮或燒結收縮的不均降低。因此，能夠防止裂痕之發生，並能夠效率良好地製造澆鑄成形體。
本發明之澆鑄成形體，係能夠使用各式各樣的粉體。其中，於產業利用領域為重要者，係陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形體。並且，能夠將藉由將粉體澆鑄成形所獲得之澆鑄成形體進行燒結而作為燒結體進行利用。
以陶瓷而言，作為衛生陶器、餐具、絕緣體、磁磚等之陶磁器製造用粉體，能夠使用矽砂、長石、黏土等之混合粉體，或是二氧化矽、碳化矽、氮化矽、碳化硼、氮化鋁、矽鋁氮氧化物(sialon)、氧化鋯、富鋁紅柱石(mullite)等之單石陶瓷(monolithic ceramic)粉體，以及將該等混合之複合陶瓷粉體等。另外亦能夠使用反應燒結碳化矽、反應燒結碳化矽與碳化硼之合成物、反應燒結氮化矽等之用以製造反應燒結體之粉體。作為金屬，係能夠使用純鐵系、鐵-銅系、鐵-碳系、鐵-碳-銅系、鐵-碳-銅-鎳系、鐵-碳(銅溶浸)系、鐵-鎳系、鐵-碳-鎳系、鐵-鎳-鉬-碳系、鐵-錳-鉻-碳系、鐵-銅-鎳-鉬-碳系、不鏽鋼、高速鋼(high-speed steel)、純銅、青銅、黄銅、白銅、鋁青銅、矽青銅(silzin bronze)、鎳青銅、磷青銅(phosphor bronze)、莫內爾合金(Monel)、耐蝕銅鎳合金(tempaloy)、鋁及其合金、鈦及其合金、超合金(super alloy)、鎢及其合金、燒結碳化物(cemented carbide)、金屬陶瓷(cermet)等。
又，在將澆鑄成形體燒結而作為燒結體使用時，因澆鑄成形體係高填充率且澆鑄成形體之各部分的填充率為均勻，故能夠使燒結時之收縮較小，且使各部分均勻地收縮。因此，因燒結所導致之裂痕不易發生，另外亦有尺寸安定性高之優點。另外，就如特定的反應燒結體般燒結時之收縮幾乎為0者而言，因澆鑄成形體係高填充率且澆鑄成形體之各部分的填充率為均勻，故燒結容易充分進行，且能夠使燒結後之強度等物性提高且均勻。
就實鑄法而言，為了使澆鑄成形體的厚度局部不同，係以使對於澆鑄成形體的厚度不同的各部位於幾乎相同的時間著肉結束的方式進行模具設計為佳。此時，若相鄰部分的厚度之差異過大，則於厚度不同的部位之界線會在澆鑄成形體產生階差而變得容易發生裂痕。因此，與相鄰部分的厚度之比率，係厚壁部分的厚度為薄壁部分之5倍以下為佳。另外，厚度之比率雖不存在較佳的下限，然若比率過於接近1時亦有能夠使用其他手段之情形，故厚壁部分的厚度為薄壁部分之1.25倍以上為佳。更佳為1.5倍以上。
另外，上述所記載者雖係雙層部彼此的厚度的比率，然就空鑄法之單層部彼此而言亦有與上述相同之較佳範圍及實用性高的範圍。就該單層部彼此而言，因無法如雙層部彼此般於設計上顧慮模具之澆鑄空間的厚度設計或相鄰部分之模具的階差等，故相鄰部分的厚度的比率係厚壁部分為薄壁部分之4倍以下為佳。然而於單層部 中，厚度不同之部分的界線係為平緩的R部，故藉由將3層以上之著肉速度不同的吸水層進行接合，能夠以透過幾乎連續之平緩的R部令上述雙層部為較佳上限的厚度比之5倍以上的厚度比的方式來設計成形體。又，針對較佳下限，係與實鑄法之情形相同。
能夠將上述般局部厚度不同的成形體進行燒結而使為燒結體。就本發明之澆鑄成形體而言，因於厚度方向之各部分、及厚度不同之各部分填充率為均勻，故使之燒結時燒結收縮為均勻，而能夠以高良率製作不致發生起因於燒結收縮差的裂痕之燒結體。又，因燒結收縮為均勻，故所獲得之燒結體的厚度比率亦與成形體的厚度比率幾乎相等。
就該等粉體之燒結體而言，作為具有厚度不同之部分較佳之例，可舉出衛生陶器或工程陶瓷等。就衛生陶器而言，能夠控制存水彎(trap)部的厚度而控制洗淨水流，或能夠僅將燒結變形可能變大的部分進行厚壁化並將剩餘的部分進行薄壁化而謀求銳利的形狀、設計或輕量化。就工程陶瓷而言，能夠控制厚度並確保必要部分之強度而謀求輕量化。另外，就金屬鹵素燈(metal halide lamp)等之透光性陶瓷而言，能夠控制發光部分及密封部分的厚度而謀求兼顧如亮度之機能及生產性。
本發明係提供一種澆鑄成形設備，其係陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形設備，具備：執行上述澆鑄成形體之製造方法之各製程的成形機、以及上述澆鑄成形模具。
[實施例]
藉由以下實施例進一步詳細說明本發明。又，本發明並不受該等實施例所限定。
準備29個澆鑄成形模具。於表1及2表示作為實施例所使用之澆鑄成形模具1~21及作為比較例所使用之比較例用澆鑄成形模具1~8之物性。澆鑄成形模具1~21所使用之原料，係具有耐水性之環氧樹脂，以及具有耐水性之填料。所使用之填料於澆鑄成形模具1~14及澆鑄成形模具17~21為矽砂粉，於澆鑄成形模具15、16係二氧化矽。比較例用澆鑄成形模具1係一般工業上所使用的石膏模，且為使用SAN ESU GYPSUM(股)製β型半水石膏所製造的石膏模。於比較例用澆鑄成形模具2、3所使用的原料，係於具有耐水性之環氧樹脂添加混合了具有耐水性之填料與沒有耐水性之填料者。在此，作為具有耐水性之填料係使用矽砂，作為沒有耐水性之填料於比較例用澆鑄成形模具2係將半水石膏、於比較例用澆鑄成形模具3係將波特蘭水泥作為原料進行添加。於比較例用澆鑄成形模具4~8所使用之原料，係具有耐水性之環氧樹脂，及具有耐水性之填料。所使用之填料於比較例用澆鑄成形模具4、5、6、8係矽砂粉、於比較例用澆鑄成形模具7係二氧化矽。
(註1)藉由阿基米德法測定氣孔率。以該方法所測定之氣孔率係與以下所述水銀壓入式氣孔徑分布測定裝置所求得之氣孔率幾乎一致。
(註2)(註3)使用水銀壓入式氣孔徑分布測定裝置進行測定。測定條件係如下述。
製造商：MICROMERITICS製
機種：AutoPore III9410(水銀壓入式細孔分析裝置)
測定範圍：0.5~30,000psia(0.35kpa~212Mpa)
測定點數：56點
細孔直徑：360~0.006μm
(註4)彎曲強度(MPa)係用以下方法進行測定。
測試片尺寸10mm×10mm×120mm
3點彎曲
幅度100mm
初速2.5mm/分鐘
測試片係使用進行真空吸引30分鐘後以水淹沒，進一步進行真空吸引30分鐘之狀態者。
(註5)著肉速度常數A(10-2mm2/sec)係用以下方法進行計算。
1)將100mmΦ×30mmt之澆鑄成形模具測試片以飽水率成為50%的方式進行調節。
2)於上述測試片豎立60mmΦ之壓克力管，於該壓克力管中將大型衛生陶器用玻化陶瓷(vitreous china)泥漿 (比重1.8)灌入至50mm之深度為止。
3)從壓克力管之外部觀察，至達到目視著肉12mm為止存放著肉時間t秒後，將未著肉之泥漿排出。
4)將附著於著肉體之表面的殘留泥漿洗淨而去除。
5)將著肉體之中央部的厚度L(mm)進行測定。
6)求取著肉速度常數A=L2/t。
又，比較例用澆鑄成形模具1，係代替於前述1)中將飽水率控制50%，使石膏模於40℃下乾燥24小時之外，以相同方式進行計算。使用其他泥漿的情形亦相同。
(註6)著肉速度常數B(10-2mm2/sec)係於(註5)之3)中，從著肉時間開始1分鐘後起至著肉時間t之85%止，亦即至0.85×t秒之間，將測試片進行真空吸引之外，與(註5)相同方式進行計算。又，於真空吸引時，使真空泵與測試片之間的壓力為0.01~0.015MPa。
(註7)著肉速度常數C(10-2mm2/sec)係於(註5)之2)中，作為泥漿係使用大型製品用高純度二氧化矽泥漿(比重2.5)之外，與(註5)相同方式進行計算。
(註8)著肉速度常數D(10-2mm2/sec)係於(註5)之2)中，作為泥漿係使用粉末冶金機械零件用鐵粉泥漿(比重4.2)之外，與(註5)相同方式進行計算。
(註9)水流量係用以下方法進行測定。
1)於100mmΦ×30mmt之澆鑄成形模具測試片中，以水不致從側面洩漏的方式將側面完全密封後使為完全飽和 狀態。又，在此所謂完全飽和狀態，係氣孔完全被水沖滿的狀態。
2)自一方端部施加0.3MPa的水壓，並測量從開始施加水壓至15秒後為止從另一方端部所排出的水量。
(註10)耐水性之評估，係反覆(註5)之1)~3)進行50次著肉，以目視觀察模具表面的狀態，用以下基準進行評估。
○：模具表面完全無法確認到變化。
△：模具表面局部產生凹凸且表面粗糙。
×：模具表面整體變得破破爛爛，可確認到小孔或凹凸。
(註11)成形體自中途因低填充而變得柔軟，因變形而無法測定厚度。
(澆鑄成形體之製作1)
以澆鑄成形模具4、澆鑄成形模具7、比較例用澆鑄成形模具1、及比較例用澆鑄成形模具6之模具材，分別準備2片100mmΦ×30mmt之測試片。於2片測試片之間夾入60mmΦ×20mm之PVC管，藉由於PVC管內將泥漿注漿而進行實鑄法。泥漿係使用(註5)之大型衛生陶器用玻化陶瓷泥漿及(註7)之大型製品用高純度二氧化矽泥漿。又，於PVC管之一部位開孔，並於該孔豎立灌入用及用以施加60mm之水頭壓力的灌入管，藉由測定水頭壓力的減少而評估著肉結束時間點。
於澆鑄成形模具4、澆鑄成形模具7、比較例用澆鑄成形模具6中，從著肉時間之開始1分鐘後起至著肉時間之85%止將測試片進行真空吸引。真空吸引時之壓力，係以使真空泵與測試片之間的壓力為0.01~0.015MPa的方式進行設定。於比較例用澆鑄成形模具1中，使泥漿灌入前將測試片以40℃乾燥24小時。於澆鑄成形模具4、澆鑄成形模具7、比較例用澆鑄成形模具6中，將使泥漿灌入前的飽水率調整為50%。PVC管的厚度之量的20mm著肉結束後，卸除模具，於PVC管內以40℃乾燥一晚。之後，自PVC管卸除成形體，以120℃乾燥12小時。之後，從20mm厚之澆鑄成形體之中央部切削出20mm×20mm之澆鑄成形體，獲得實施例1~4及比較例1~4之澆鑄成形體。將各澆鑄成形體切割為5層並以阿基米德法測定填充率。各個部位依序作為A、B、C、D、及E(A及E為與模具相接的部位，C為中央部)，將所得的填充率及所得的填充率的最大值與最小值之差示於表3。
(澆鑄成形體之製作2)
以澆鑄成形模具4、澆鑄成形模具7、比較例用澆鑄成形模具1、及比較例用澆鑄成形模具6之模具材，分別準備100mmΦ×30mmt之測試片。於澆鑄成形模具4、澆鑄成形模具7、比較例用澆鑄成形模具6中，將使泥漿灌入前的飽水率調整為50%。於比較例用澆鑄成形模具1中，使泥漿灌入前將測試片以40℃乾燥24小時。於各個測試片上述立60mmΦ之壓克力管，於該壓克力管中灌入泥漿至50mm之深度為止。泥漿係使用於(註5)之大型衛生陶器用玻化陶瓷泥漿添加水而使比重成為1.77之泥漿，及於(註8)所述之粉末冶金機械零件用鐵粉泥漿。從壓克力管之外部觀察，存放至於各個模具部分達到目視著肉13mm為止。之後將未著肉之泥漿進行排泥。
排泥後，自模具卸除壓克力管，將壓克力管內之成形體以40℃乾燥一晚。之後，自壓克力管卸除成形體，以120℃乾燥12小時。之後，從澆鑄成形體之中央部切削出20mm×20mm之澆鑄成形體，將相當於該所切削出之澆鑄成形體的厚度的20%之與排泥部分相接的部分去除，獲得實施例5~8及比較例5~8之澆鑄成形體。將各澆鑄成形體切割為5層，以阿基米德原理測定填充率。各個部位依序作為A、B、C、D、及E(A為與模具相接的部分，E為與去除的部分相接的部分)，將所得的填充率及所得的填充率的最大值與最小值之差示於表4。
(澆鑄成形體之製作3)
以澆鑄成形模具10、澆鑄成形模具15、澆鑄成形模具18、及比較例用澆鑄成形模具8之模具材，分別準備2片100mmΦ×30mmt之測試片。於2片測試片之間夾入60mmΦ×15mm之PVC管，藉由於PVC管內將泥漿注漿而進行實鑄法。泥漿係使用高比剛性構造材料用SiC泥漿(比重=1.81)。又，於PVC管之一部位開孔，並於該孔豎立灌入用及用以施加40mm之水頭壓力的灌入管，藉由測定水頭壓力的減少而評估著肉結束時間點。
於各個澆鑄成形模具中，從著肉時間之開始1分鐘後起至著肉時間之85%止將測試片進行真空吸引。真空吸引時之壓力，係以使真空泵與測試片之間的壓力為0.01~0.015MPa的方式進行設定。於各個澆鑄成形模具中，將使泥漿灌入前的飽水率調整為50%。PVC管的厚度之量的15mm著肉結束後，卸除模具，於PVC管內以40℃乾燥一晚。之後，自PVC管卸除成形體，以120℃乾燥12小時。之後，從15mm厚之澆鑄成形體之中央部切削出20mm×20mm之澆鑄成形體，獲得實施例9至11之澆鑄成形體，以及比較例9之澆鑄成形體。將各澆鑄成形體切割為5層並以阿基米德法測定填充率。各個部位依序作為A、B、C、D、及E(A、E為與模具相接的部位，C為中央部)，將所得的填充率及所得的填充率的最大值與最小值之差示於表5。
(澆鑄成形體之製作4)
以澆鑄成形模具1澆鑄成形模具7之模具材，用以下順序製作100mmΦ×30mmt之測試片。
首先，將100mmΦ×30mmt之測試片製作用之灌入模具在中央藉由分隔部而區隔為半月形，並先對一方將作為澆鑄成形模具1之原料的樹脂模具漿液進行注漿。其後，在使漿液所含之水不致蒸發的狀態下成為半硬化狀態後，將分隔部卸除，於另一方之半月部分將作為澆鑄成形模具7之原料的樹脂模具漿液進行注漿。其後，在漿液所含之水不致蒸發的狀態下維持含水狀態完全硬化，硬化後進行脫模而獲得鑄成形模具之測試片。
藉由比較用澆鑄成形模具6及比較用澆鑄成形模具7之模具材，以相同的方法製作100mmΦ×30mmt之測試片。
於所獲得的各個測試片上述立60mmΦ之壓克力管，於該壓克力管中灌入(註5)之大型衛生陶器用玻化陶瓷泥漿至50mm之深度為止。從壓克力管之外部觀察，存放至澆鑄成形模具7之部分及比較例澆鑄成形模具7之部分達到目視著肉15mm為止。之後將未著肉之泥漿進行排泥，經坯土緊實、脫模、乾燥而獲得澆鑄成形體。另外，將所獲得之澆鑄成形體以最高溫度1180℃之一般衛生陶器用燒結溫度進行燒結，而獲得燒結體。
以澆鑄成形模具1及澆鑄成形模具7之測試 片所成形之澆鑄成形體完全沒有裂痕或缺陷。測定澆鑄成形體之各部分的填充率，澆鑄成形模具1的部分為0.649，澆鑄成形模具7之模具的部分為0.67。燒結結束後之燒結體完全沒有裂痕或缺陷。各個部分的厚度比係澆鑄成形模具1的部分：澆鑄成形模具7的部分=約1：4，且界線部分係具有平緩的R之垂直形狀。
相對於此，以比較用澆鑄成形模具6及比較用澆鑄成形模具7之測試片所成形之澆鑄成形體，係模具之接合面發生裂痕而變形，無法正確測定厚度。測定澆鑄成形體之各部分的填充率，比較用澆鑄成形模具6的部分為0.613、比較用澆鑄成形模具7的部分為0.668。
(澆鑄成形體之製作5)
使用澆鑄成形模具1及澆鑄成形模具7之模具材製作用以成形200mm×200mm之板狀之澆鑄成形體的實鑄法模具。
板狀成形體的厚度，係澆鑄成形模具1的部分為5mm，澆鑄成形模具7的部分為25mm，使為以中央為界線厚度不同。使厚度不同之界線的階差部分為約1.5mmR。
使用比較例用澆鑄成形模具1之模具材製作用以成形200mm×200mm之板狀之澆鑄成形體的實鑄法石膏模。
板狀成形體的厚度，係使為以中央為界線厚 度不同，使一半為10mm、另一半為12.5mm。使厚度不同之界線的階差部分為約1.5mmR。
對所獲得的各個實鑄法模具灌入(註5)之大型衛生陶器用玻化陶瓷泥漿，而獲得澆鑄成形體。
結果，使澆鑄成形模具1及澆鑄成形模具7之實鑄法模具所獲得的澆鑄成形體完全沒有裂痕或缺陷。使用比較例用澆鑄成形模具1之實鑄法模具所獲得的澆鑄成形體，係厚壁部分柔軟且脫模時產生變形。
(澆鑄成形體之製作6)
將用以製作肋條構造成形體之澆鑄成形模具，使用澆鑄成形模具4、澆鑄成形模具7、比較例用澆鑄成形模具1、及比較例用澆鑄成形模具6之模具材作為吸水層而分別製作。又，澆鑄成形模具4、澆鑄成形模具7、及比較例用澆鑄成形模具6，係上下二分且肋條部與上模具係一體構造，比較例用澆鑄成形模具1之模具係上下、側面2個、肋條4個之八個組合模具。脫模方法，澆鑄成形模具4、澆鑄成形模具7、及比較例用澆鑄成形模具6係對各組合模具藉由加壓空氣供給手段施加背壓之水膜脫模，比較例用澆鑄成形模具1係僅於肋條部對石膏組合模具進行空氣注入。
於各個模具使用(註7)之大型製品用高純度二氧化矽泥漿進行實鑄法。著肉結束後，作為坯土緊實時間取10分鐘、30分鐘、2小時、24小時、及72小時之5 個條件為存放時間，之後進行脫模。又，吸水層係於著肉時間及坯土緊實時間為大氣開放。結果，比較例用澆鑄成形模具1係於所有坯土緊實條件下轉角R部幾乎所有部分皆發生緊縮龜裂，另外於坯土緊實10分鐘的條件下坯料柔軟而於脫模時發生變形。另外，比較例用澆鑄成形模具6僅於坯土緊實10分鐘的條件下轉角R部未發生緊縮龜裂，然坯料柔軟而於脫模時產生變形，且在其他的坯土緊實條件下轉角R部幾乎所有部分皆發生緊縮龜裂。相對於此，澆鑄成形模具4及澆鑄成形模具7於所有坯土緊實條件下完全沒有發生龜裂，且於脫模時亦未產生變形。並且，將以澆鑄成形模具4及澆鑄成形模具7所獲得之成形體進行乾燥、燒結，然並未發生缺點。又，使用澆鑄成形模具4，於坯土緊實10分鐘的條件下，未於著肉時間之最後30分鐘及坯土緊實時間10分鐘之共計40分鐘之間進行大氣開放時，坯料柔軟且於脫模時發生變形。
(澆鑄成形體之製作7)
將用以使成形體成形之澆鑄成形模具之吸水層，使用澆鑄成形模具4及比較例用澆鑄成形模具1之模具材分別進行製作；該成形體，外形之尺寸係300mm×300mm×80mm，於成形時係以縱方向(重力方向)之尺寸為80mm的方式來載置模具，並具有單層部及雙層部之雙方，雙層部的厚度為10mm，單層部之排泥空間之縱方向(重力方向)的最大厚度在單層部的厚度為8mm時係64mm。接 著，於各個模具使用於(註5)之大型衛生陶器用玻化陶瓷泥漿添加水而使比重為1.74之泥漿來製作成形體。
使用比較例用澆鑄成形模具1，使單層部進行著肉至8mm厚為止之後進行排泥。接著，雖作為坯土緊實條件將投入排泥空間空氣壓及施加空氣壓之時間進行各種控制而進行坯土緊實，然於脫模時成形體不致發生變形的條件中未能發現防止緊縮龜裂之發生的條件。
另外，使用澆鑄成形模具4，使單層部進行著肉至8mm厚為止之後進行排泥。接著，作為坯土緊實條件將投入排泥空間空氣壓及施加空氣壓之時間進行各種控制，而在脫模時成形體不致發生變形的條件下進行坯土緊實後脫模。將自剛脫模後之成形體之雙層部之單層部離開5mm的部分切削出10mm×10mm之成形體，切割為5層並進行填充率之測定。又，各個部位依序表示為A、B、C、D、及E(A、E為與模具相接的部位，Å為上方)。另外，將相同的成形試驗進行至雙層部之著肉結束時間點，之後進行排泥並同樣測定填充率。於各個坯土緊實條件中各成形體之坯土緊實時的填充率分布的變化及成形體之緊縮龜裂的發生狀況係示於表6。
(註1)係表示空氣壓(與大氣壓相比有所增加的壓力)及施加該空氣壓的時間。其他格之表示亦相同。
(註2)係表示以於註1所例示之坯土緊實條件(此時係0.005MPa下15分鐘)進行坯土緊實後，將排泥空間回復至大氣壓下的狀態，之後在該條件(此時係24小時)下於模具內進行存放。
(註3)◎係表示完全未發生緊縮龜裂。
(註4)○係表示雖未發生緊縮龜裂，然從單層部與雙層部之交界至雙層部發生極為微小的龜裂。
(註5)×係表示雙層部發生緊縮龜裂。
[產業上之利用可能性]
依據本發明，能夠以優異的良率製造填充率均勻之澆鑄成形體。另外，能夠提供局部厚度不同的澆鑄成形體之製造方法。
1‧‧‧低著肉型吸水層
2‧‧‧高著肉型吸水層
3‧‧‧澆鑄成形體

Claims (18)

  1. 一種澆鑄成形體，係陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形體，其特徵為：該澆鑄成形體的厚度方向的填充率之差為0.05以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之澆鑄成形體，其中，前述澆鑄成形體，係藉由具備吸水層之澆鑄成形模具所製造；該吸水層，係具有自我吸水性且實質上具有耐水性。
  3. 一種燒結體，係將申請專利範圍第1項或第2項所述之澆鑄成形體進行燒結來製造。
  4. 一種澆鑄成形體，係局部厚度不同的陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形體，其特徵為：該澆鑄成形體之相鄰的厚壁部分的厚度與薄壁部分的厚度的比率為1.25倍以上而5倍以下。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之澆鑄成形體，其中，前述澆鑄成形體，係具有第1部分及第2部分；該第1部分，係具有第1厚度；該第2部分，係具有比前述第1厚度更厚的第2厚度；前述第1部分的填充率與前述第2部分的填充率的差為0.05以下。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之澆鑄成形體，其 中，前述澆鑄成形體，係藉由具備吸水層之澆鑄成形模具所製造；該吸水層，係具有自我吸水性且實質上具有耐水性；該澆鑄成形體的厚度的差異係藉由吸水層各部分之著肉速度的差異所獲得。
  7. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所述之澆鑄成形體，其中，前述吸水層各部分之著肉速度的差異係藉由該吸水層各部分之毛細管吸力的差異來顯現。
  8. 如申請專利範圍第4項至第7項中任一項所述之澆鑄成形體，其中，形成前述澆鑄成形模具之吸水層各部分，係以複數個組合模具所構成，前述複數個組合模具之吸水層係著肉速度不同者。
  9. 如申請專利範圍第4項至第7項中任一項所述之澆鑄成形體，其中，前述澆鑄成形模具，係具備複數吸水層所一體化之吸水層，前述複數吸水層，係著肉速度不同者。
  10. 一種燒結體，係局部厚度不同的陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形體的燒結體，其特徵為：該燒結體之相鄰的厚壁部分的厚度與薄壁部分的厚度的比率為1.25倍以上而5倍以下，更佳為1.5倍以上而5倍以下。
  11. 一種澆鑄成形體或燒結體的製造方法，係製造申請專利範圍第1項、第2項及第4項至第9項中任一項所述之澆鑄成形體、或是申請專利範圍第3項或第10項所述之燒結體的製造方法，該製造方法係依序進行以下(1)~(4)的製程：(1)控制具有自我吸水性且實質上具有耐水性之吸水層的飽水率的製程；(2)於澆鑄成形模具內將泥漿注漿的製程；(3)使泥漿著肉於吸水層而形成成形體的製程；(4)將前述成形體脫模的製程。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之製造方法，其中，於前述(3)使泥漿著肉於澆鑄成形模具的製程中，不對泥漿進行直接加壓。
  13. 如申請專利範圍第11項或第12項所述之製造方法，其中，於前述(3)使泥漿著肉於澆鑄成形模具的製程中，吸水層係大氣開放狀態。
  14. 如申請專利範圍第11項至第13項中任一項所述之製造方法，其中，於前述(3)使泥漿著肉於澆鑄成形模具的製程與前述(4)將前述成形體脫模的製程之間設置坯土緊實製程，於該坯土緊實製程中雙層部分的填充率自著肉結束時起至脫模時止之變化於厚度方向之差為0.05以下。
  15. 一種澆鑄成形模具，係具備具有自我吸水性且實質上具有耐水性之吸水層之澆鑄成形模具，其特徵為：該吸水層，係氣孔率為35vol%以上50vol%以下，且平均氣孔徑為0.5μm以上1.8μm以下，並且前述平均氣孔徑之50%粒徑起至150%粒徑為止之累積氣孔體積為全氣孔體積之60%以上的連續氣孔多孔體。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之澆鑄成形模具，其中，設置有對前述吸水層能夠進行(1)加壓水供給、(2)加壓空氣供給、(3)真空吸引、(4)大氣開放中任一者之切換操作的手段。
  17. 如申請專利範圍第15項或第16項所述之澆鑄成形模具，其中，前述澆鑄成形模具，係用於製造申請專利範圍第1項、第2項、第4項至第9項中任一項所述之澆鑄成形體、或是申請專利範圍第3項或第10項所述之燒結體。
  18. 一種澆鑄成形設備，係陶瓷粉體或金屬粉體之澆鑄成形設備，具備：能夠完成申請專利範圍第11項至第14項中任一項所述之澆鑄成形體之製造方法的各製程之成形機、以及申請專利範圍第15項至第17項中任一項所述之澆鑄成形模具。
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